毗河流域污染物排放总量分配研究

2017-01-18秦之湄

绿色科技 2016年18期

关键词：环境容量沱江基尼系数

秦之湄

(四川大学建筑与环境学院，四川成都 610065)

毗河流域污染物排放总量分配研究

秦之湄

(四川大学建筑与环境学院，四川成都 610065)

指出了根据现有资料计算毗河水环境容量可知，毗河COD纳污能力2618.06t/年，氨氮纳污能力125.57t/年，总磷纳污能力24.10t/年，这与入河的排污量相距甚远，减排任务艰巨。科学合理地分配限制排污量是水体污染控制的关键，根据各区县入河排污量比例将限制排污量分配到各区县得到初始分配值，但这样的分配并不能保证分配的公平性，而基于基尼系数的检验也证实了这一结果。因此，在基尼系数的基础上建立单因子基尼系数模型，对各区县限制排污量进行分配修正，可得到比较公平的分配方案。

毗河；水环境；容量；分配；基尼系数

1 引言

毗河为沱江一级支流，源于都江堰岷江的柏条河、徐堰河，两河流至郫县团结镇石堤堰汇流，并被分流为府河和毗河。毗河干流从新都龙安乡流入新都县境内，向东流到邵家寺进入青白江区，最后在金堂三河汇流处注入沱江。沱江作为四川盆地腹部的一条重要河流，沿河均为四川省工业集中地和人口高密度区域，在四川省、成都市经济和社会的发展中起着至关重要的作用，毗河水环境质量对沱江流域成都段水环境质量有重要影响，而沱江成都段水环境质量对沱江中下游水质好坏有着极其重要的影响。而本次研究的重点就是沱江流域成都段的一级支流毗河。

沱江流域氮、磷污染严重，与毗河超标指标一致。因此，摸清毗河污染情况，计算其水环境容量并提出适当分配、减排措施成为成都地区经济可持续发展的一个迫切问题。

2 研究区域概况

毗河为沱江一级支流，源于都江堰岷江的柏条河、徐堰河，两河流至郫县团结镇石堤堰汇流，并被分流为府河和毗河。毗河干流从新都龙安乡流入新都县境内，向东流到邵家寺进入青白江区，最后在金堂三河汇流处注入沱江。全长65.55 km，首段年平均流量26.4 m3/s，年径流量8.34亿m3。

毗河主要涉及成都市都江堰、郫县、新都、金牛区、青白江、龙泉驿、金堂7个区县，其支流饮马河发源自新都并由新都汇入毗河干流，西江河自龙泉驿流经新都区自青白江汇入毗河干流，羊叉河、绣川河、长流河发源自新都区于青白江汇入毗河干流。

3 毗河水环境容量现状核算

对沱江流域成都段选取一维计算模型的基础上，利用水文站数据结合《四川省都江堰灌区毗河供水一期工程水资源论证报告书(报批稿)》定毗河设计流量3.66 m3/s，设计流速0.47 m/s；根据相关文献，定COD综合降解系数K为0.2(1/d)，氨氮综合降解系数K为0.1(1/d)；根据《成都市主要地表水水域环境功能类别划分表》并参考排污状况和当地技术经济等条件，定毗河COD背景值为0.00 mg/L，目标水质浓度19.2 mg/L，氨氮背景值为0.00 mg/L，目标水质浓度1.00 mg/L。

一维计算公式如下：

式中，W为水功能区纳污能力，t/a；L为水功能区长度，km；u为设计平均流速, m/s；Q为水功能区设计流量，m3/s；C0为水功能区上断面污染物浓度，mg/l；Cs为水功能区水质目标浓度，mg/l；K为污染物综合衰减系数，1/d；qi为水功能区入河污水量，m3/s；x1为概化点距控制断面的距离，km。

结果计算得毗河COD理论纳污能力2618.06t/年，氨氮理论纳污能力125.57t/年。

根据《成都市主要地表水水域环境功能类别划分表》及《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，定总磷背景值C0为0.00 mg/L，目标水质浓度0.20 mg/L。总磷的综合降解系数则选取0.105(1/d)，计算毗河总磷纳污能力。结果计算得毗河总磷理论纳污能力25.22t/年。

由于计算并未扣去来水背景值，故此将毗河石堤堰断面2014来水水质监测值全年平均作为背景值计算,由公式可得COD实际纳污能力2422.25t/年，氨氮117.23t/年，总磷16.59t/年。

4 污染物排放总量分配

前面所计算的纳污能力为整个毗河干流所属，如果需计算各行政区域内的纳污能力则需根据上述纳污能力计算结果在行政区域内进行分配。在确定区县与各河段对应关系的基础上，根据不同区县毗河流经长度不同划分初始环境容量。得出各区县环境容量如表1所示。

表1 各区县环境容量

金牛区、成华区和龙泉驿区对沱江水质的影响主要是将污染物排入西江河，而西江河最终汇入毗河青白江段，因此毗河青白江段的污染物入河量包括了青白江区、金牛区、成华区和龙泉驿区的污染物入河量。

根据青白江区、金牛区、成华区和龙泉驿区的人口比例将毗河青白江段污染物入河量分解到这四个区县。考虑到金牛区、成华区、龙泉驿区的污染物只是部分排入沱江水体，故近似选取金牛区、成华区、龙泉驿区人口的20%进行计算。最终分配结果如表2所示。

表2 各区县污染物排放总量初分配 t/年

5 基于基尼系数的排放总量分配评价

环境基尼系数计算采用梯形面积法，如下公式所示：

式中，j为指标编号；i为乡镇编号；n为乡镇数；Gj为基于指标j的基尼系数；Xij为第i个乡镇指标j的累积比例(%)；Yi为第i个乡镇排放或分配污染物量的累积比例(%)；当i=1时，(Xi-1，Yi-1)对应(0,0)。

一般研究大多采用单因子基尼系数法评估环境容量配置的公平性，单因子指标模型可避免计算指标权重，又选取排放相关指标，使总量分配更具有针对性，细化了分配方案，更有操作性。通过构建工业产值-工业污染排放量、人口-生活污染排放量、农田面积-面源污染排放量的洛伦兹曲线，分别计算各类污染源总量分配基尼系数，最后根据基尼系数最小化原则对污染物总量分配进行优化。

在总量分配方案合理性评估前，需对基尼系数的合理范围进行界定。按照国际惯例，通常把0.4作为收入分配贫富差距的“警戒线”0～0.2以下，表示分配“高度平均”或“绝对平均”；0.2～0.3之间表示“相对平均”；0.3～0.4之间为“比较合理”；0.4～0.5为“差距偏大”；0.5以上为“高度不平均”。

5.1 各区县初始分配系数

为充分考虑总量控制的公平性和效率原则，水环境容量分配应充分考虑社会因素、经济因素和自然因素等。本次研究选取个区县人口总数作为社会效益因子，GDP产值作为经济效益因子，土地面积作为自然效益因子。根据2014年成都市统计年鉴及毗河水环境容量计算结果。

5.2 初始分配方案评价结果

根据公式可得出各“指标-排污量”基尼系数如表3所示。