基于污染物总量控制的流域水环境 す芾砑ㄐв呕研究

冉欣　孙世军

摘要：为探寻流域污染物总量控制和水环境管理绩效之间的关系，建立覆盖流域社会、经济、生态的水环境综合管理绩效指标体系，计算环境绩效并分析其变化趋势，以水污染物削减量为决策变量，以投入资金量最小为优化目标，设置环境绩效优化、控制断面水质达标、污染物削减提升的约束条件，构建基于结构、工程、监管提升的流域水环境管理绩效优化模型。以吉林省招苏台河流域为例，利用Lingo80软件编程进行优化求解，得到优化方案总投资1509亿元，COD、氨氮总削减量分别为9 8791 t，61968 t，规划期末水环境管理绩效提升至0856。水环境管理绩效指标体系可较全面的反映绩效值的定量变化，得到的优化方案满足流域水环境质量改善和污染物总量控制的要求，有效降低资金投入，为流域管理和发展提供参考。

关键词：水环境绩效指数；总量减排；指标体系；优化模型；总量控制方案

中图分类号：X522文献标识码：A文章编号：

16721683（2018）04012808

Optimization of water environment management performance based on total amount control of pollutants

—A case study of Zhaosutai River Basin in Jilin Province

RAN Xin1，SUN Shijun1，FENG Jiang1，CUI Peng1，LONG Zhenyu1，LIU Sihan2

（

1.School of Environment，Northeast Normal University，Changchun 130117，China；2.Jilin Environmental Engineering Assessment Center，Changchun 130117，China

）

Abstract：

In order to explore the relationship between total amount control of pollutants and water environment management performance，we established a comprehensive management performance index system for water environment covering social，economic，and ecological aspects of the basin.We calculated the environmental performance and analyzed its change trend.Taking the reduction of water pollutants as the decisionmaking variable，with minimum investment as the optimization objective，we set certain constraints，and built a water environment management performance optimization model.Taking Zhaosutai River basin in Jilin Province as a case study，using Lingo80 software programming to optimize the solution，we obtained an optimization scheme that required a total investment of 1509 billion Yuan，could reduce the chemical oxygen demand and ammonia nitrogen by 98791 tons and 619.68 tons respectively，and could improve the endofterm water environment management performance to 0856.The performance index system for water environment management can comprehensively reflect the quantitative change of performance value.The optimization scheme meets the requirements of water quality improvement and total amount control of pollutants in the basin，and effectively reduces capital input.It can provide a reference for water environment management and sustainable development of river basins.

Key words：

water environment performance index；total emission reduction；index system；optimization model；total amount control scheme

1960年起日本在水質规划中相继引入“总量控制”概念[12]。20世纪70年代，日本和美国同期将总量控制写入法律文件中[2]。随着美国TMDL计划和欧盟水框架指令实行，污染物总量控制成为流域环境管理的指导思想[34]。从1988年《水污染排放许可证管理暂行办法》至1995年《水污染防治法》，不达标水体实施重点污染物总量控制。从水资源总量及污染物总量角度[5]出发，刘年磊等利用熵值法与改进等比例法[6]进行污染物总量目标分配，于雷等应用环境预警分析长三角地区水环境承载力[7]对污染物总量控制的影响。1990年，ISO14031环境绩效评估国际标准开启了对流域水环境管理的研究[8]。2011年中央一号文件对“最严格水资源管理制度[910]”进行系统界定，在此背景下，陶洁等人构建三条红线控制指标体系并应用到新密市水资源管理工作中[11]；郭唯等以郑州市为例建立了水资源管理绩效评估体系[12]；游进军等提出多维调控的水资源总量控制方案[13]。王金南等将在地方政府绩效考核中引入环境绩效[14]。环境绩效常用评价方法包括AHP法、模糊综合评价法[15]、PSR模型[16]等，而水环境管理绩效评价被融合到环境绩效的研究中，尚未形成一套科学的评价体系和定量的研究方法，尤其是将总量控制思想与水环境管理绩效相结合的研究鲜有报道。

“十三五”期间，我国实施质量改善及总量控制“双约束”模式[17]。在此背景下基于污染物总量控制[1819]，综合考虑流域环保投资、水环境管理绩效、控制断面水质等多项因素的影响，构建流域环境绩效指标系统，定量探寻污染物总量控制和绩效间的关系，以招苏台河为例，得到在目标环境绩效下水污染物最优总量控制方案，以期对流域水环境管理和可持续发展提供更具实用性的参考。

1研究区域概况

吉林省招苏台河流域位于东经124°17′-124°57′，北纬44°13′-44°35′之间，流域总面积1 118 km2。招苏台河在吉林省境内长度约103 km，发源于梨树县十家堡镇土门岭（大黑山脉赫里峰），流经梨树县8个乡镇，在喇嘛甸镇张家桥进入辽宁省昌图县境内，最终汇入东辽河。研究区域地理位置见图1。

吉林省招苏台河流域属北温带半湿润大陆季风性气候，四季分明。多年平均气温64 ℃，多年平均风速36 m/s，风向WSW（西南西）。招苏台河梨树县控制单元白山桥水文站集水面积47 km2，招苏台河平均宽度468 m，月平均水深026 m，多年平均径流量为455亿m3。河川径流量主要由降水形成，年降水量平均为5772 mm，主要集中在6月至8月。丰水期降水占全年降水总量的80%；枯水期部分河段甚至出现断流。区域水资源总量为38亿m3/a，其中地表水资源量为169亿m3/a。水资源现状供水量为154亿m3/a，现状用水量1386 m3/a。

梨树县农业人口约占人口总数的75%，耕地、村镇及工矿用地、交通运输用地等人类干扰较大的面积占流域总面积的94%，流域受人类活动干扰强烈。招苏台河常年处于Ⅴ类和劣Ⅴ类水平，枯水期氨氮超标倍数更高。近年来伴随着种植业和禽畜养殖业的快速发展，农业面源污染严重，招苏台河水污染问题亟待解决。

辽河是我国东北地区水污染较为严重的河流之一，招苏台河属于东辽河流域，且为吉林省和辽宁省跨境河流，跨境河流水体不达标对下游水体影响范围较广。故以此为对象寻求如何提高流域环境绩效水平具有一定代表性。

2指标体系构建

2.1构建依据

流域环境管理从早期单纯追求经济发展转化为经济、社会和生态环境协调可持续发展，流域水环境管理评价指标体系正是流域环境管理工作的努力方向和目标体现。

参考ISO14031：2013《环境管理环境绩效评价指南》[20]和《GRI可持续发展报告指南》第四版[21]。选取其中与水环境、生态环境、社会环境及污染物排放相关的指标，遵循宏观性、系统性、可操作性等原则[22]，从流域水环境管理绩效内涵出发，基于社会、经济及生态[23]三方面构建评价指标系统，指标体系见图2。

2.2数据处理

指标参数来自梨树县统计局汇编《梨树县国民经济统计资料》（2005-2010年）、《梨树县统计年鉴》（2010-2015年）、梨树县环境监测站提供招苏台河水质监测数据及2016年5月现场调查数据。

指标系统权重计算采用均方差决策法，具有“概念清楚、涵义明确、计算简便、精度较高[2425]”等特点。基本过程如下：

（1）评价指标的标准化处理。

标准化处理公式见式（1）和（2）[26]。上述指标中Z1、Z2、Z3、Z7、Z12、Z13、Z16为效益型指标，Z4、Z5、Z6、Z8、Z9、Z10、Z11、Z14、Z15为成本型指标。

效益型指标：

3流域水环境管理绩效优化

基于污染物总量控制构建水环境管理绩效优化模型，与传统模型相比，结合招苏台河流域实际情况，在保证环境绩效目标前提下，得到流域水污染物减排的最优配置方案，对改善水环境质量更具有实用性及推广性，该方法弥补了利用数学优化模型进行流域水环境管理绩效研究的空白，为流域水环境管理工作提供了新思路。

随着招苏台河流域梨树县经济发展加快，排放污染物总量增多，[JP+1]需建设污染治理工程方案改善流域水环境。由梨树县污染治理防治方案可知：2020年前梨树县拟建77项流域污染治理工程方案，其中结构提升包括4项工业源污染防治工程；工程提升包括31项城镇生活污染治理工程，23项养殖污染防治与资源化工程，18项河道面源污染修复工程；监管/管理提升包括1项流域监管能力建设工程。预计上述污染治理工程总削减量为COD：1 78361 t/a，氨氮：10298 t/a。对应2020年环境绩效值为0818。以此作为流域污染控制原参考方案。

3.1绩效提升指标系统

根据《“十二五”主要污染物总量减排核算细则》（环发[2011]148号），减排措施主要包括结构、工程和管理三项。结合指标设立要求[2728]和环境污染物总量控制的提升方法[29]，建立基于污染物总量控制的环境绩效提升指标系统[30]，详见表3。

3.5结果分析与讨论

（1）在满足以提升措施投入资金量最小为优化目标，以控制断面水质达标，水环境管理绩效和污染物削减量不低于原参考方案三个约束条件下的优化组合，规划期内优化方案的总削减COD、氨氮分别为9 8791 t、61968 t，流域水环境管理绩效提升总投资为1509亿元，到规划时限环境管理绩效提升值为0856。与研究区域的原参考方案相比水污染物COD和氨氮的削减量分别增加了973%和293%，投入的总资金量较案例参考方案的171亿元缩减了1175%，规划期末的水环境管理绩效较参考方案的0818增加了47%。与招苏台河流域现状环境绩效值相比增加了157%。

（2）在实际工作中對绩效提升措施进行合理规划配置，可满足水环境管理绩效要求，便于COD和氨氮减排符合实际，具有现实意义。其中工程提升措施削减效果最优，城镇生活污染治理工程削减量分别占COD、氨氮总削减量的5090%和4821%。从绩效提升措施的水污染物削减潜力上来看，招苏台河流域较为有效的提升措施为城镇生活污染治理和养殖源污染防治[4041]。

4结论

基于总量控制构建基于结构、工程、监管提升的招苏台河流域水环境管理绩效优化模型。以招苏台河流域为例，得到在目标环境绩效下水污染物最优总量控制方案，有效降低流域水环境管理绩效提升投入的总资金量，为流域水环境管理和可持续发展提供理论依据。

吉林省招苏台河流域在“十二五”时期水环境管理绩效值不断增长与城镇基础设施（污水管网、污水处理厂）的完善、水污染治理工程的实施密切相关。在规划期间招苏台河流域管理部门应侧重城镇生活源与养殖源污染控制方面，污染治理工程的实施对流域环境管理绩效提升具有重要作用。

本文选取的流域绩效评价指标体系针对其他各省市水环境特性需进行有针对性的调整，因地制宜，改善水环境质量。基于污染物总量构建流域绩效提升系統涉及评价指标较多，今后仍需进一步完善相关数据，提高研究成果的指导性和可操作性。

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