基于能值理论的水污染损失量化方法研究

吕翠美 凌敏华 吴泽宁

摘要：针对以货币理论为基础的传统经济学方法在水污染损失量化中的缺陷，将能值理论引入水污染损失量化研究，以关键污染物净化为基础，建立水量稀释模型，构建了以污染物稀释水量的水资源生态经济价值作为水污染损失的量化方法。以许昌市6个典型断面为例，计算2013年关键污染物COD和氨氮排放造成的水污染损失总量为85.8万元，远大于以水价代替水资源生态经济价值的计算结果，表明基于能值理论的水污染损失量化方法可以较为全面地反映水污染造成的经济、社会和生态环境损失，为水污染损失准确量化提供了新思路。

关键词：水污染损失；能值；量化；水资源生态经济价值

中图分类号：X522

文献标志码：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.04.018

近年来，我国面临严重的水污染形势。水污染损失量化有利于直观地了解水环境受到威胁的程度，有助于制定区域水污染防治方案、实施流域生态补偿措施。目前，水污染损失评估主要采用经济学分析方法，主要有分类计算法、恢复费用法和计量经济学法三类方法，三类方法都是以货币理论为基础，尝试把自然资源和人类经济活动的价值用货币的方式表达出来。水污染损失涉及经济、社会、生态环境多个系统，经济学方法在进行水污染损失量化时会出现损失量计算结果偏低、不能完全表现水污染带来的环境影响等问题。能值分析是把生态环境系统和社会经济系统统一起来进行定量分析的方法，能值理论是生态学与经济学联系的桥梁，为人类重新认识世界提供了一个重要的度量标准。

本研究借鉴生态经济学的能值理论和分析方法进行水污染损失量化，以污染物稀释水量的水资源生态经济价值作为水污染损失量，综合考虑水污染带来的经济、社会、生态环境影响，以期为水污染损失准确量化研究提供新思路。

1 基于能值理论的水污染损失量化方法

能值理论是美国著名生态学家H.T.Odum于20世纪80年代提出的一种环境一经济价值论和系统分析方法，广泛应用于人类与自然、环境资源与社会经济之间的定量研究。

基于能值理论的水污染损失量化的整体思路是以污染物稀释水量的水资源生态经济价值作为水污染的环境经济损失量，首先运用生态经济学的能值理论计算水资源的生态经济价值，通过水质评价确定河流的关键污染物，建立基于关键污染物净化的水量稀释模型，计算关键污染物浓度达到水功能区水质标准所需的稀释水量，然后核算污染物稀释水量的水资源生态经济价值，作为水污染损失量。主要步骤如下。

（1）计算水资源生态经济价值EMw。根据水资源的价值特性和功能结构，将水资源生态经济价值分为经济价值、社会价值和生态环境价值三部分。经济价值包括工业、农业生产价值和航运、发电价值：社会价值包括劳动力恢复价值和休闲娱乐价值：生态环境价值包括保护生物多样性价值、调蓄水分价值、净化环境价值、气候调节价值等。根据价值特性和能值理论分别计算水资源的各项价值，矢量相加得到水资源的生态经济价值EMw。

（2）确定关键污染物。依据《地表水环境质量标准》进行水质类别评价，并进行趋势分析，选择超标严重、波动较大且变化趋势显著性水平高的污染物作为关键污染物。

（3）建立水量稀释模型。根据质量守恒定律，建立关键污染物水质浓度恢复到目标水质时所需的稀释水量模型，确定河流恢复水功能区水质标准需要的水资源量。设某污染物实测浓度为Pi，水功能区水质标准要求的污染物浓度标准为Si，污染物综合衰减系数为K，则单位时间、单位长度河段消减单位水体中该污染物浓度达到水质标准所需的稀释水量wi为

（4）水污染损失量化。基于能值理论的水污染损失量化思路，以污染物稀释水量的水资源生态经济价值（由水资源能值计算）作为水污染损失值，可得到水污染损失的计算公式为式中：C为河流综合水污染损失，元；Ci为污染物i排放造成的水污染损失，元；wi为污染物i稀释所需水量，m3；EMw为水资源能值，sej/m3；EDR为区域能值与货币的比率，seJ/元。

2 许昌市水污染损失量化案例分析

许昌市位于河南省中部，总面积4996km2，辖魏都区、许昌县、鄢陵县、襄城县、禹州市和长葛市6个县（市、区）。2013年全市生产总值1903.30亿元，人均生产总值44298元，是河南省经济发达、工业化和城镇化进程较快的区域之一。许昌市工业比重大，其中以水污染为主的行业主要有发制品、食品、纺织、造纸及皮革等，以瑞贝卡公司为代表的发制品产量约占全国发制品产量的85%，生產规模亚洲最大。

2.1 许昌市水资源生态经济价值

结合许昌市水资源生态经济系统的实际情况，运用水资源生态经济价值能值计算方法，计算许昌市2013年水资源生态经济价值，结果见表1。2013年许昌市水资源能值为12.41×l012sej/m3，换算成货币价值为19.01元/m3，2013年许昌市居民生活用水水价为2.7元/m3，工业用水水价为3.85元/m3。对比分析发现，运用能值理论计算出的许昌市水资源货币价值远大于许昌市同期的水价，主要原因是基于能值理论的水资源生态经济价值在计算过程中综合考虑了水的资源价值、开发利用成本、社会经济贡献及生态环境效用，反映了水资源的真实价值。因此，采用水资源生态经济价值量化水污染损失可以较为真实地反映水污染带来的经济、社会及生态环境影响。

2.2 许昌市水污染损失量化

根据2013年许昌市地表水监测结果，许昌市9条河流中Ⅲ类水体河流2条、N类水体河流4条、V类水体河流2条、劣V类水体河流1条，主要污染物为COD、BODs和氨氮，见表2。2013年全市COD排放总量为58632.3t，氨氮排放总量为6448t。

通过分析确定氨氮和COD为许昌市水污染的关键污染物。根据《地表水环境质量标准>（GB3838-2002），结合许昌市水环境功能区划要求，确定关键污染物的标准限值，见表3。通过水量稀释模型计算不同污染物达到标准限值所需的稀释水量，稀释水量与单方水资源生态经济价值的乘积即为污染损失量，结果见表3。其中污染物综合降解系数采用《全国地表水水环境容量核定技术复核要点》中给出的参考值。

2.3 结果分析

由2013年许昌市6个典型断面超标污染物评价结果可以看出，长葛市3个断面（和尚桥、范庄村、呼沱闸）氨氮和COD浓度值远大于其他断面，特别是氨氮超标严重，3个断面氨氮浓度较水功能区允许排放标准分别超标5.37倍、3.22倍、4.08倍，说明该段河道水质污染情况较其他河段更严重。长葛和尚桥断面至呼沱闸断面河道污染严重的主要原因有两方面：一方面是周边区域分布有长葛市两大产业集聚区，集聚区内部分企业污水处理不达标致使人河污染物超标严重：另一方面是该段河道紧邻许昌市3万多hm2灌区，农业面源污染严重。工业和农业两大污染源的存在使该段河道的COD和氨氮排放总量严重超出了河流自净能力，迫切需要通过水污染补偿措施进行水环境污染控制和生态保护。另外，许昌市半截乡公路桥断面氨氮和COD浓度超标也较严重，主要原因为许昌是我国最大的发制品产业基地，发制品加工业属高耗水高污染行业，废污水中氨氮含量高，而许昌市100余家发制品加工企业中约有30%的企业没有污水处理设施，废污水直接排放人河，造成许昌市半截乡公路桥断面氨氮和COD浓度超标。其余断面中，长葛市增福庙乡公路桥断面位于河道上游，污染物综合降解系数较高（K=0.1），河流自净能力较好，河道周边重污染企业少，河道内氨氮浓度不超标，COD浓度超标0.07倍，可依靠河水本身的自净能力净化达标：鄢陵南张庄公路桥断面位于河道下游靠近颍河人口处，COD不超标，氨氮超标2.93倍，主要由周边农田的面源污染造成，该断面上游有小洪河、小泥河两条较大支流汇人，河流自净能力较强。

许昌市典型断面水量稀释计算结果（表3）显示，6个典型断面氨氮的稀释水量都大于COD的，说明氨氮是造成许昌市水污染的主要因素。6个典型断面中，长葛和尚桥断面氨氮的稀释水量最大，为4.86m3/t，其次是长葛呼沱闸断面氨氮稀释水量，为3.83m3/t，然后是长葛范庄村、许昌半截乡公路桥和鄢陵南张庄公路桥断面，氨氮稀释水量分别为2.96、2.86、2.54m3/t，长葛增福庙乡公路桥断面可依靠河水自净能力净化超标污染物，不需要稀释水量。

基于能值理论的水污染损失量化方法分别计算许昌市6个典型断面氨氮和COD的水污染损失。计算结果显示，许昌市COD和氨氮排放造成的水污染损失总量为85.8万元，若以生活水价（2.7元/m3）代替水资源生态经济能值价值进行核算，水污染损失量仅为11.98万元，以工业水价（3.85元/m3）进行核算所得水污染损失量为17.08万元。对比可见，以水资源生态经济能值价值为基准的水污染损失核算结果远大于以水价为基准的计算结果，表明与经济学核算方法相比，基于能值理论的水污染损失量化方法考虑的因素更多，可以综合反映水污染造成的经济、社会、生态环境影响。

许昌市6个典型断面中，长葛增福庙乡公路桥断面控制区域无水污染损失，鄢陵南张庄公路桥断面仅氨氮排放造成水污染损失，其余断面均同时存在氨氮和COD排放造成的水污染损失。6个典型断面的氨氮排放污染损失均大于COD的，说明在许昌相较于COD来说氨氮的污染更为严重。从水污染综合损失来看，长葛呼沱闸断面水污染损失最大，其次是长葛和尚桥斷面、许昌市半截乡公路桥断面、长葛范庄村断面、鄢陵南张庄公路桥断面，长葛增福庙乡公路桥断面无水污染损失。

根据许昌市水污染损失量化结果，结合许昌市典型断面控制区域的经济社会发展水平可以看出，水污染生态经济损失较低的地区，水环境污染程度相对较低，人口密度与GDP水平也较低。在许昌市水资源短缺、污染严重的情况下，建议对低污染地区实施生态环境保护奖励。而污染物排放损失较高的地区，水资源紧缺程度更高，污染重、水质差，建议征收大于或等于水污染损失值的惩罚性补偿金，以遏制其污染行为。

3 结语

将能值分析方法引入水污染损失量化研究，以水资源生态经济价值能值核算为基础，利用污染物浓度稀释原理，建立了关键污染物水质浓度恢复到目标水质时所需的稀释水量模型，构建了以稀释水量的水资源生态经济价值作为水污染损失的量化方法。由于水资源生态经济价值在进行能值核算时全面考虑了水资源的经济价值、社会价值和生态环境价值，因此以污染物稀释水量的水资源生态经济价值作为损失量可以较全面地反映水污染造成的经济、社会和生态环境损失，实现水污染损失的准确、全面量化。