長江三角洲地區城市水環境承載力評估

王金南,于 雷,萬 軍,徐 毅 (環境保護部環境規劃院,北京 100012)

長江三角洲(以下簡稱長三角)是我國城鎮化,工業化最為迅速的地區,同時也是環境污染非常嚴重的地區.統籌解決長三角發展過程中城市人口和生產要素集聚與資源,環境及基礎設施承載力之間矛盾的需求迫切,特別是該地區水環境承載力已經成為制約其可持續發展的重大挑戰.水環境承載力定量化評價主要是在理論研究基礎上,針對環境承載力評價指標的具體數值,采用統計學方法,系統動力學方法等對環境承載力進行綜合分析[1].一般來說,環境承載力指標與經濟開發活動、環境質量狀況之間的數量關系是非常復雜的,因此很難確定.另外,所選取的指標不僅與人類的經濟活動有關,還受到許多偶然因素的影響,這些都給環境承載力的研究帶來了一定困難[2].近幾年,統籌經濟－社會－環境－資源系統,以環境承載力評估結果支撐流域、區域、省域發展決策的趨勢開始顯現[3-5].本研究構建水環境承載預警等級劃分標準,采用較適合環境承載力評價的壓力－狀態－響應(PSR)結構模型,分析2005～2010年長三角16個城市的水環境承載力演變和空間分布特征,提出提高長三角水環境承載力的對策,以期從承載力評價分析角度為區域和城市可持續發展提供基礎決策依據.

1 評價方法

1.1 PSR評估模型

人類活動對環境施加壓力,環境進行自我調節,而社會根據環境調節狀況做出響應,以維持環境系統的健康穩定狀態.采用壓力－狀態－響應(PSR)評估模型反映以上邏輯關系,以水環境容量及其分布作為模型中的狀態,以城市污染控制措施與社會經濟發展政策調控作為模型中的響應,以環境所承載的水污染物排放作為模型中的壓力,三者共同構成水環境承載力評估框架模型.

圖1 PSR模型框架Fig.1 Framework of PSR model

通過對該模型的壓力和響應狀況分析,判斷水環境子系統的發展變化趨勢.在社會經濟系統已做出響應的情況下,研究環境壓力所對應的環境狀態,評估環境的承載程度,以不超過環境狀態與響應的聯合額度的壓力作為環境承載力.也即,通過壓力和響應指標,可以將環境容量(反映環境系統承載污染能力與承載力(反映對社會經濟的支撐能力)掛鉤,從而從宏觀尺度展開評價.

1.2 水環境承載力預警分析

承載力的測度是一個相對量的概念,且涉及不同城市的比較,因此采用承載率來衡量.承載率是通過承載量指標與預警性指標進行比較,根據兩者比值進行承載力判斷.如果承載量指標值大于預警性指標值,說明當前承載負荷較大,城市發展空間受到限制.反之,則說明現有開發在合理的承載能力之內,未來城市發展具有一定的空間.承載量指標和預警性指標的變化均直接影響承載率,使得承載率具有動態性.

其中,承載量指標反映水環境要素當前實際承載負荷,選擇現狀污染物排放量.預警性指標反映水環境要素可承載量,基于短板理論,選擇對城市社會經濟與環境可持續發展制約最大的因素.長三角最大的水環境問題是現狀污染負荷遠超地表水環境容量,預警性指標選擇各城市地表水環境容量.水環境容量主要與水體特征,水質目標和污染物指標有關[6].在污染物指標和水質目標已定的前提下,容量主要取決于水體特征.流量是水體特征主要表征,也是容量測算關鍵基礎指標.目前的地表水環境容量是在90%保證率(即近十年最枯月)流量條件下測算的[7],在環境管理中采用該容量進行排污總量控制,風險保障程度相當高.由于企業生產與排污在全年是穩定連續的,而我國不同流域,河流的天然流量在豐平枯水期差異較大,采用75%保證率下的容量進行排污總量控制,被認為是較適合我國當前實際,但風險保障程度一般.采用50%保證率下的容量進行排污總量控制,存在較大風險.因此,容量測算采用的保證率水量條件越低,對應的排污總量控制風險越高.

綜合以上,水環境承載率反映水環境要素當前承載狀態,是現狀污染物排放量與水環境容量的比值.結合承載力測度,區域環境現狀和管理需要,將承載率預警狀態劃分為4個級別[8-9],包括:

Ⅰ級:表示水體環境處于良好狀態,此時進入水體的污染物總量低于90%保證率條件下的水環境容量;

Ⅱ級:表示水環境處于一般狀態,此時進入水體的污染物量介于75%保證率和90%保證率條件下的容量之間;

Ⅲ級:表示水環境已處于警戒狀態,此時進入水體的污染物量介于50%保證率和75%保證率條件下的容量之間,存在一定的風險;

Ⅳ級:表示水體環境已處于危機狀態,此時進入水體的污染物量已高于50%保證率條件下的水環境容量,水質將發生明顯的惡化趨勢.

表1 水環境承載率預警等級劃分標準Table 1 Classification standard of the water environmental carrying capacity precaution

2 評價過程與結果

結合我國的環境質量和污染物排放現狀特征,選取CODcr作為代表性指標,分析2005～2010年長三角城市群水環境承載力的演變情況.其中現狀污染排放量數據取自中國環境統計年報[10],水環境容量數據采用全國地表水環境容量核定結果[11],具體測算方法采用零維,一維和二維穩態模型[12-15].評估結果見圖2.

評估結果顯示,半數城市承載力狀態改善明顯,鎮江、泰州、寧波、嘉興、紹興和舟山承載率預警等級提升1個等級,杭州和湖州提升2個等級.承載力狀態變化趨勢與“十一五”全國主要污染物總量減排考核結果[16]一致.根據考核結果,上海、江蘇和浙江COD排放總量分別由2005年的30.4,96.6,59.5萬t削減至2010年的21.98,78.80,48.68萬t,對應的削減比例分別為27.71%,18.44%和18.15%.

圖2 長三角16城市水環境承載力評估結果Fig.2 Assessment results of water environmental carrying capacity of 16 cities in Yangtze River Delta Region

但是,長三角承載力狀況總體堪憂,部分城市承載力狀況較差,改善壓力較大.此外區域流域間承載力狀況不平衡,分異性特征顯著.表現在:

(1)2010年,長三角16城市中,7個城市承載率預警等級仍為Ⅳ級.其中江蘇省內8個城市中有6個城市為Ⅳ級,包括位于長江沿岸的南京、揚州、南通,太湖北岸的蘇州、無錫和常州.地處太湖東岸和長江沿岸的上海承載率等級也為Ⅳ級.這一方面是由于長江沿岸城市容量資源多集中于長江干流,支流容量資源少且環保力度相對弱;另一方面是由于太湖北岸蘇錫常地區環境容量小,排污基數大,減排起效慢.

(2)浙江省內城市位于太湖以南和錢塘江沿岸,承載力狀況顯著好于江蘇省內城市和上海市,7個城市全部為Ⅱ級或Ⅰ級.這與太湖南岸苕溪、錢塘江、曹娥江、甬江和椒江水系環境容量相對大,區域排污基數相對小,污染減排起效快有關.

3 提高長三角環境承載力的對策

基于PSR的模型體系,從壓力,狀態,響應三個層面提高長三角環境承載力.

3.1 持續減排,減少承載力壓力

繼續實施主要污染物總量減排.“十一五”實踐證明,總量控制是目前我國降低環境承載壓力的最有效途徑.特別應針對承載率預警等級為Ⅳ級的7個城市,重點整治長江,太湖和城市內河道污染,控制長江干流岸邊污染帶,切斷入江支流污染匯集通道,著力控制入江支流對長江干流水質和入湖河流對太湖營養的貢獻.

持續提升生活污水處理水平.按照先優化運行,后工程措施;先內部碳源,后外加碳源;先生物除磷,后化學除磷的技術原則,穩步推進太湖流域老舊城鎮污水處理廠升級改造[17].在長三角率先實現鎮級污水處理設施全覆蓋,在太湖周邊等重點區域建設和運行好農村生活污水處理設施[18].

深化強化工業企業達標排放管理.對沿湖、沿江等重點區域工業企業提出全面達標要求.重點建立實施和深化完善排污許可證制度,探索促進排污許可證制度與三同時,排污權交易,標準,環保設施監管,排污口設置管理,限期治理等制度有機整合,健全減排長效機制[18].

切實提高面源污染防治成效.以環太湖主要入湖河道兩側,杭嘉湖平原為重點區,通過面源污染治理騰出環境承載空間.通過關停,搬遷,治理,資源化利用等措施防治畜禽養殖污染;通過改善農業結構,建設濱水生態隔離帶,推廣測土配方施肥等措施綜合防治農業面源污染;通過限定水產養殖區域,改進養殖技術和尾水自然生態處理等措施防治水產養殖污染[18].

3.2 優化布局,改善承載力狀態

優先保障高功能水體達標.規劃區劃優先,在總體環境承載狀況嚴峻的情況下,先通過優化取排水口布局,科學劃定和嚴格落實水環境功能區劃等措施避免布局問題,促進集中飲用水源地,長江口,錢塘江河口等重點水體水質達標.

合理安排達標尾水出路.對江蘇省8個城市的達標尾水,優先通過深度處理達到再生水利用標準,按行政分區就地消化,余量部分再根據具體內河河段水環境容量和水環境功能區達標要求,選取少量河道作為尾水通道,并利用自然生態系統和強化生態工程建設,經生態凈化后再排江入海[19-20].

加強沿江沿湖開發管理.實行差別政策,對化工產業發展與布局實行空間管制,科學劃定沿江化工產業優先與重點發展區,同時嚴格防范化工污染向沿江外延的和向腹地延伸[19-20].制定實施醫藥,印染,造紙等重污染行業環境準入標準.

3.3 提升效率,促進承載力響應

推進產業優化升級.加快發展新興產業,鞏固提升傳統產業,提升經濟運行效率和產出,提高資源能源利用效率和環保水平,從根本上改善社會經濟高速發展與承載力不足之間的矛盾.

提高環保投入水平.充分考慮環境現狀,有限的治理資金,污染治理成本之間的關系,通過建立實施環境保護基礎設施投資項目優選機制等措施,將資金集中在最需要提高的“短板”上面.

強化區域環境管理.強化管理統籌,統一區域環境要求和市場準入標準,建立區域環境管理協調機制,提高環境監管能力和水平,建立實施兩省一市共同參與基礎上的信息公開和公眾參與制度.創新環境管理手段,深化實施省部際和市際聯席會議,基于環境功能分區的管理政策[21-22],區域環境補償賠償機制[23-24],環境(生態)經營模式等區域特色的環境保護制度,并注重發揮政策手段的協同作用.

4 結論

4.1 水環境承載率反映水環境要素當前承載狀態,是現狀污染物排放量與不同保證率條件下水環境容量的比值.結合承載力測度,區域環境現狀和環境管理的需要,以90%,75%,50%保證率為標準將水環境承載率預警狀態劃分為良好,一般,警戒,危機4個級別,較為合理可行.

4.2 2005～2010年,長三角半數城市承載力狀態改善明顯,但仍有7個城市處于危機狀態.此外,區域流域間承載力狀況不平衡,分異性特征顯著.江蘇省內城市和上海位于長江沿岸和太湖北岸東岸,承載力狀況多為危機狀態;浙江省內城市位于太湖以南和錢塘江沿岸,承載力狀況為良好或一般狀態,顯著好于江蘇省內城市和上海市.承載力狀況主要與城市容量資源多寡,排污基數大小和污染減排起效快慢有關.

4.3 提高長三角環境承載力,宜采取3個方面,10類措施.其中,持續減排,減少壓力需繼續實施主要污染物總量減排,持續提升生活污水處理水平,深化、強化工業企業達標排放管理,切實提高面源污染防治成效;優化布局,改善狀態需優先保障高功能水體達標,合理安排達標尾水出路,加強沿江沿湖開發管理;提升效率,促進響應需推進產業優化升級,提高環保投入水平,強化區域環境管理.

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