流域水污染物排放權(quán)交易比率技術(shù)框架研究

駱輝煌，禹雪中，馬 巍，陳 丹

（1．中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2．中關(guān)村發(fā)展集團(tuán)，北京 100080）

流域水污染物排放權(quán)交易比率技術(shù)框架研究

駱輝煌1，禹雪中1，馬 巍1，陳 丹2

（1．中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2．中關(guān)村發(fā)展集團(tuán)，北京 100080）

排放權(quán)交易是一種基于市場的經(jīng)濟手段，美國、德國、澳大利亞、英國等發(fā)達(dá)國家都在排放權(quán)交易方面進(jìn)行了積極的實踐。水污染物排放權(quán)交易比率是水污染物排放權(quán)交易的核心理論技術(shù)，在總結(jié)水污染物排放權(quán)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，突出以流域水污染物排放權(quán)交易為研究對象，建立流域水污染物排放權(quán)交易比率的完整技術(shù)框架，明確水污染物排放權(quán)交易比率的涵義，提出了流域水污染物交易比率計算方法，統(tǒng)一了流域水污染物交易比率的表達(dá)方式，并以太湖流域為例開展水污染物排放權(quán)交易比率實例研究。

排放權(quán)交易；交易比率；太湖流域

1 概 述

排放權(quán)交易首先由戴爾斯（Dales JH．1968）于1968年提出，上世紀(jì)70年代末開始在美國推行，并在美國及其他國家大氣環(huán)境治理和水環(huán)境治理方面得到較廣泛的應(yīng)用。美國是開展水污染物排放權(quán)交易較早的國家之一，科羅拉多州的Dillon水庫是開展水污染物交易的代表［1］。除美國外，澳大利亞、加拿大、德國等國家也在一定范圍內(nèi)開展了排放權(quán)交易［2］。盡管水污染物排放權(quán)交易在理論上具有一定價值，但由于受制度和經(jīng)濟因素，技術(shù)、信息和管理方面缺陷的限制，實際開展的狀況并不夠理想［3］。

我國一些地區(qū)也進(jìn)行了水污染物排放權(quán)交易的實踐，其中上海市和嘉興市開展較早。上海市是我國試行排放權(quán)交易制度最早的城市。1985年在黃浦江上游實行總量控制和許可證制度，1987年實行了排污交易［4］。嘉興市自2002年開始進(jìn)行廢水排放權(quán)有償使用的嘗試，2007年該市成立了嘉興市排放權(quán)儲備交易中心，并且制定了《嘉興市主要污染物排放權(quán)交易辦法（試行）》，對COD和SO2進(jìn)行排放權(quán)交易。

水污染物排放權(quán)交易比率反映了考慮空間位置不同、污染物類型不同的污染源排放權(quán)賣出與買入數(shù)量的比值。筆者在以往研究中將交易比率定義為：處于不同空間位置的污染源，在污染物輸移和轉(zhuǎn)化過程的作用下，交易雙方買入和賣出排放權(quán)的比值稱為交易比率［5］。交易比率等于不同空間位置污染源（點源）污染物同等排放量相對于下游同一斷面的水質(zhì)影響濃度的比值。建立符合自然規(guī)律水環(huán)境管理目標(biāo)的交易比率分析方法，可為排放權(quán)交易的有效進(jìn)行、保護(hù)區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量提供技術(shù)支持。本研究擬建立交易比率的技術(shù)框架，采用水環(huán)境數(shù)學(xué)模型建立河流水體的COD傳輸比率計算方法。

2 流域水污染物交易比率技術(shù)框架

2．1 水污染物排放權(quán)交易比率

如圖1所示，假定河道中水流為均勻流，河流流量為Q0、流速為u、污染物衰減系數(shù)為k，且排污口廢污水量Q污遠(yuǎn)小于河道中原有流量Q0，對于點源1在點污染源排放強度為W時，在其下游距離L1的控制斷面A處污染物水質(zhì)濃度為

對于點源2點污染源排放強度為W時，在其下游距離L2的控制斷面A處污染物水質(zhì)濃度為

點源1和點源2間的排放權(quán)交易比率分別為

圖1 水污染物交易示意圖Fig．1 W ater pollutant em ission trading map

式中：α12表示為點源1購買點源2一個單位污染物排放權(quán)可獲得的污染物排放權(quán)數(shù)量；α21表示為點源2購買點源1一個單位污染物排放權(quán)可獲得的污染物排放權(quán)數(shù)量。理論上，α12和α21互為倒數(shù)關(guān)系。

2．2 水污染物交易比率技術(shù)基本框架

水污染物排放權(quán)交易比率研究是一項復(fù)雜的工作。水污染物排放權(quán)交易比率不僅要考慮污染物在水體中的輸移特性，同時也應(yīng)考慮特殊水體的功能使用要求，以確保水污染物排放權(quán)交易后不致影響重點水域的水體使用功能。

水污染物排放權(quán)交易比率研究，首先從僅考慮污染物輸移轉(zhuǎn)化特征的水污染物排放權(quán)交易比率一般理論方法著手，通過水污染物輸移轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型，建立反映污染源空間位置和污染物輸移轉(zhuǎn)化特征的水污染物排放權(quán)交易比率的理論計算方法。通過計算不同點源相對于同一控制斷面的水污染物單位排放量的水質(zhì)影響濃度，來確定各點源間水污染物排放權(quán)交易比率的初值；然后，通過重要水體使用功能的辨析，以總量控制約束、濃度控制約束、經(jīng)濟目標(biāo)最優(yōu)等為水污染物排放權(quán)交易比率的調(diào)整原則，在保證重點／特殊水域水體使用功能的前提下，調(diào)整水污染排放權(quán)交易比率。水污染物排放權(quán)交易比率技術(shù)框架如圖2所示。

2．3 水污染物交易比率計算方法

當(dāng)有n個點源污染源時，各點源間污染物排放權(quán)交易比率為：

依照上述水污染物排放權(quán)交易比率計算方法所得的水污染物排放權(quán)交易比率開展水污染物排放權(quán)交易，可能會造成部分水體污染物排放量超過水污染物的總量管理控制目標(biāo)，或造成部分水體水環(huán)境質(zhì)量超過其水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)，破壞其水體使用功能。因而，在通過理論方法得出水污染物排放權(quán)交易比率初值后，應(yīng)通過一定的技術(shù)方法，或濃度控制方法，或經(jīng)濟最優(yōu)目標(biāo)等方法來調(diào)整水污染物排放權(quán)交易比率。無論采用何種方法調(diào)整水污染物排放權(quán)的交易比率，各點源經(jīng)水污染物排放權(quán)交易后所獲得的污染物總排放權(quán)不得超過其減排目標(biāo)，即實行總量控制，如果交易可能導(dǎo)致水污染物總排放權(quán)超過其減排目標(biāo)，則交易自動停止。

2．3．1 總量控制約束條件

圖2 水污染物排放權(quán)交易比率技術(shù)框架Fig．2 The technology framework of river water pollutant em ission trading ratio

總量控制的約束條件可用下式來表示，

由于礦井采用綜采技術(shù)，加之煤層結(jié)構(gòu)變化頻繁，導(dǎo)致毛煤含矸量及原生煤泥量大幅度上升，使得汪家寨選煤廠原煤篩分破碎系統(tǒng)、重介質(zhì)分選系統(tǒng)、浮選系統(tǒng)、煤泥水處理系統(tǒng)等均不同程度地出現(xiàn)產(chǎn)能下降，生產(chǎn)指標(biāo)遠(yuǎn)低于同比水平，生產(chǎn)效益大幅度下降。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

式中：αqi為第q個排污口從第i個排污口購買單位污染物排放權(quán)交易比率，其中αqq＝1．00；Wqi為第i個排污口向第q個排污口出售的污染物排放權(quán)；Wqq＝Wq為第q個排污口初始分配的水污染物排放權(quán)；Wqaim為第q個排污口當(dāng)年的水污染物總量控制目標(biāo)。q＝1，…，n。

總量控制方法是要求各個點源排污口在水污染物排放權(quán)交易后，各排污口所擁有的水污染物排放權(quán)不超過國家或地區(qū)所確定的水污染物總量控制目標(biāo)，以確保國家或地區(qū)的總量控制目標(biāo)能順利實現(xiàn)。

2．3．2 濃度控制條件調(diào)整交易比率方法

實施水污染物排放權(quán)交易后，重要水體的關(guān)鍵控制斷面水污染物濃度不劣于水質(zhì)目標(biāo)，水體特殊使用功能不受破壞。濃度控制方法表達(dá)為

式中：f0為河道上游對控制斷面的濃度貢獻(xiàn)值；fi為第i個排污口單位排污量對控制斷面的影響濃度；Wi為水污染物排放權(quán)交易后控制斷面上游第i個排污口的污染物排放權(quán)；Cs為控制斷面的水質(zhì)目標(biāo)。

2．3．3 經(jīng)濟最優(yōu)調(diào)整交易比率方法

（1）目標(biāo)函數(shù)。經(jīng)濟最優(yōu)目標(biāo)：排放權(quán)交易后，購買方經(jīng)濟收益最大、污染物排放量的交易成本與處理成本最小。

（2）約束條件。實施水污染物排放權(quán)交易后，關(guān)鍵控制斷面污染濃度不劣于水質(zhì)目標(biāo)，水體特殊使用功能不受破壞。

式中：f0為河道上游對控制斷面的濃度貢獻(xiàn)值；fi為第i個排污口單位排放強度對控制斷面的影響濃度；Wi為控制斷面上游第i個排污口的污染物排放權(quán)；Cs為控制斷面的水質(zhì)目標(biāo)。

濃度控制和經(jīng)濟最優(yōu)等方法能滿足水污染物排放權(quán)交易的一個點源對一個點源、多個點源對一個點源和一個點源對多個點源等各種交易條件。濃度控制方法比較簡單，易于使用。經(jīng)濟最優(yōu)方法考慮比較全面，但需要資料比較多，包括水污染物處理費用、單位污染物經(jīng)濟產(chǎn)值和排放權(quán)購買成本等，使用稍難。在一般情形下，可推薦濃度控制方法調(diào)整交易比率，在有條件的地區(qū)可使用經(jīng)濟最優(yōu)方法調(diào)整交易比率。

3 流域水污染物交易比率實例研究

江南運河從京口（鎮(zhèn)江）經(jīng)過蘇州到余杭（杭州），運河情況如表1所示。江南運河太湖段跨鎮(zhèn)江市、常州市、無錫市、蘇州市、湖州市和杭州市，本研究擬以行政區(qū)域為單元分析江南運河的污染物排放權(quán)交易比率。以化學(xué)需氧量為例，江南運河入流水質(zhì)為25 mg／L，各行政區(qū)水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)均為30 mg／L，河流流速為u＝0．5m／s，污染物衰減系數(shù)k＝0．5／d。

表1 江南運河（江蘇省段）概況表Table 1 General status of Jiangnan Canal in Jiangsu Province

在考慮空間特征的計算模式下，各點源間污染物排放權(quán)交易比率矩陣為

當(dāng)應(yīng)用以上污染物排放權(quán)交易比率開展污染物交易時，不可避免會造成部分行政區(qū)水環(huán)境質(zhì)量超標(biāo)，因而需要增加適當(dāng)?shù)乃h(huán)境質(zhì)量約束條件以保護(hù)行政區(qū)水環(huán)境質(zhì)量。

以水環(huán)境質(zhì)量濃度控制后，各點源間污染物排放權(quán)交易比率矩陣修正為

與理論計算模式下各點源間污染物排放權(quán)交易比率相比，上游方購買下游方的交易比率，在保證水體使用功能前提下有一定的調(diào)整：α12調(diào)整最小，為理論計算模式下的82%；α26調(diào)整最大，為理論計算模式下的5%。

4 結(jié) 論

（1）當(dāng)交易雙方都向自然水體排放污染物時，需要首先根據(jù)交易雙方的空間位置確定傳輸比率，進(jìn)而考慮排污影響水體的水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)、區(qū)域水污染物總量控制目標(biāo)、水污染物治理成本等因素，對初始確定的傳輸比率進(jìn)行調(diào)整，從而確定最終采用的交易比率。

（2）考慮重點水體使用功能水污染物排放權(quán)交易比率計算方法：以反映空間特征水環(huán)境數(shù)學(xué)模型推求交易比率，以濃度控制法或經(jīng)濟最優(yōu)法調(diào)整交易比率，以總量控制目標(biāo)為交易的前提。一般情況下，可采用濃度控制法調(diào)整交易比率。對于資料齊全地區(qū)，可以采用經(jīng)濟最優(yōu)方法調(diào)整交易比率。

（3）因為研究的COD是非保守物質(zhì)，其衰減受交易距離影響，進(jìn)而影響著交易比率，交易比率太大或太小都不利于排放權(quán)交易的開展，因而排放權(quán)交易受交易距離的限制。水污染物排放權(quán)交易可行的空間范圍隨著河流流速和污染物衰減系數(shù)的不同而不同。

［1］ Colorado Department of Public Health and Environment．Colorado pollutant trading policy［R］．Denver，USA：Doverco8080112，2004．

［2］ 惠 軍．流域范圍內(nèi)水污染物排放權(quán)交易研究［D］．上海：同濟大學(xué)，2006．（HUI Jun．Research on water pollutant emission trade in basin［D］．Shanghai，Tongji University，2006．（in Chinese））

［3］ US EPA．EPA Water Quality Trading Evaluation［R］．Washington：USEPA，2008．

［4］ 奚愛玲．水環(huán)境治理中排放權(quán)交易的國際經(jīng)驗及上海的實踐［J］．世界地理研究，2004，13（2）：58－63．（XI Ai-ling．The international experience of pollutant emis-sion trade in water environmental treatment and practice in Shanghai［J］．World Regional Studies，2004，13（2）：58－63．（in Chinese））

［5］ 禹雪中，駱輝煌．太湖流域水污染物排放權(quán)有償使用與交易關(guān)鍵技術(shù)研究［R］．北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2009．（YU Xue-zhong，LUO Hui-huang．The compensatory use ofwater pollutantemission and research on pivotal technology of water pollutant emission trade in Taihu basin［R］．Beijing：China Institute of Water Re-sources and Hydropower Research，2009．（in Chinese））

（編輯：王 慰）

Research on Technology Framework of River W ater Pollutant Em ission Trading Ratio

LUO Hui-huang1，YU Xue-zhong1，MAWei1，CHEN Dan2
（1．China Institute ofWater Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2．Zhongguancun Development Group，Beijing 100080，China）

The pollutantemission right trade is an economicmeans based onmarket，andmany developed countries have implemented practices，such as the U．S．A，Germany，Australia，England，ect．Water pollutant emission trading ratio is a pivotally academic technology．On the basis of summarizing the researches on water pollutant emis-sion right trade，the paper emphasizes studying a drainage basin as a research object，establishes the integrated technology framework ofwater pollutantemissions trade，clears up the definition ofwater pollutantemissions trading ratio，brings forward the calculation method of water pollutant emissions trading ratio in the drainage basin，and conforms the formulation of water pollutant emissions trading ratio in the drainage basin．Themethod has been ap-plied in an illustration research on Tai Lake basin．

water pollutant emissions trade；trade ratio；Tai Lake basin

X522

A

1001－5485（2010）10－0015－04

2010-08-18

中國水利水電科學(xué)研究院青年專項（環(huán)集1002），國家自然科學(xué)基金（50779076）

駱輝煌（1973-），男，湖南新田人，工程師，博士研究生，從事水環(huán)境保護(hù)與水生態(tài)保護(hù)研究，（電話）010-68781792（電子信箱）luohuihuang＠sina．com。