毗河流域污染物排放總量分配研究

秦之湄

(四川大學 建筑與環境學院，四川 成都 610065)

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毗河流域污染物排放總量分配研究

秦之湄

(四川大學 建筑與環境學院，四川 成都 610065)

指出了根據現有資料計算毗河水環境容量可知，毗河COD納污能力2618.06t/年，氨氮納污能力125.57t/年，總磷納污能力24.10t/年，這與入河的排污量相距甚遠，減排任務艱巨?？茖W合理地分配限制排污量是水體污染控制的關鍵，根據各區縣入河排污量比例將限制排污量分配到各區縣得到初始分配值，但這樣的分配并不能保證分配的公平性，而基于基尼系數的檢驗也證實了這一結果。因此，在基尼系數的基礎上建立單因子基尼系數模型，對各區縣限制排污量進行分配修正，可得到比較公平的分配方案。

毗河；水環境；容量；分配；基尼系數

1 引言

毗河為沱江一級支流，源于都江堰岷江的柏條河、徐堰河，兩河流至郫縣團結鎮石堤堰匯流，并被分流為府河和毗河。毗河干流從新都龍安鄉流入新都縣境內，向東流到邵家寺進入青白江區，最后在金堂三河匯流處注入沱江。沱江作為四川盆地腹部的一條重要河流，沿河均為四川省工業集中地和人口高密度區域，在四川省、成都市經濟和社會的發展中起著至關重要的作用，毗河水環境質量對沱江流域成都段水環境質量有重要影響，而沱江成都段水環境質量對沱江中下游水質好壞有著極其重要的影響。而本次研究的重點就是沱江流域成都段的一級支流毗河。

沱江流域氮、磷污染嚴重，與毗河超標指標一致。因此，摸清毗河污染情況，計算其水環境容量并提出適當分配、減排措施成為成都地區經濟可持續發展的一個迫切問題。

2 研究區域概況

毗河為沱江一級支流，源于都江堰岷江的柏條河、徐堰河，兩河流至郫縣團結鎮石堤堰匯流，并被分流為府河和毗河。毗河干流從新都龍安鄉流入新都縣境內，向東流到邵家寺進入青白江區，最后在金堂三河匯流處注入沱江。全長65.55 km，首段年平均流量26.4 m3/s，年徑流量8.34億m3。

毗河主要涉及成都市都江堰、郫縣、新都、金牛區、青白江、龍泉驛、金堂7個區縣，其支流飲馬河發源自新都并由新都匯入毗河干流，西江河自龍泉驛流經新都區自青白江匯入毗河干流，羊叉河、繡川河、長流河發源自新都區于青白江匯入毗河干流。

3 毗河水環境容量現狀核算

對沱江流域成都段選取一維計算模型的基礎上，利用水文站數據結合《四川省都江堰灌區毗河供水一期工程水資源論證報告書(報批稿)》定毗河設計流量3.66 m3/s，設計流速0.47 m/s；根據相關文獻，定COD綜合降解系數K為0.2(1/d)，氨氮綜合降解系數K為0.1(1/d)；根據《成都市主要地表水水域環境功能類別劃分表》并參考排污狀況和當地技術經濟等條件，定毗河COD背景值為0.00 mg/L，目標水質濃度19.2 mg/L，氨氮背景值為0.00 mg/L，目標水質濃度1.00 mg/L。

一維計算公式如下：

式中，W為水功能區納污能力，t/a；L為水功能區長度，km；u為設計平均流速, m/s；Q為水功能區設計流量，m3/s；C0為水功能區上斷面污染物濃度，mg/l；Cs為水功能區水質目標濃度，mg/l；K為污染物綜合衰減系數，1/d；qi為水功能區入河污水量，m3/s；x1為概化點距控制斷面的距離，km。

結果計算得毗河COD理論納污能力2618.06t/年，氨氮理論納污能力125.57t/年。

根據《成都市主要地表水水域環境功能類別劃分表》及《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)，定總磷背景值C0為0.00 mg/L，目標水質濃度0.20 mg/L?？偭椎木C合降解系數則選取0.105(1/d)，計算毗河總磷納污能力。結果計算得毗河總磷理論納污能力25.22t/年。

由于計算并未扣去來水背景值，故此將毗河石堤堰斷面2014來水水質監測值全年平均作為背景值計算,由公式可得COD實際納污能力2422.25t/年，氨氮117.23t/年，總磷16.59t/年。

4 污染物排放總量分配

前面所計算的納污能力為整個毗河干流所屬，如果需計算各行政區域內的納污能力則需根據上述納污能力計算結果在行政區域內進行分配。 在確定區縣與各河段對應關系的基礎上，根據不同區縣毗河流經長度不同劃分初始環境容量。 得出各區縣環境容量如表1所示。

表1 各區縣環境容量

金牛區、成華區和龍泉驛區對沱江水質的影響主要是將污染物排入西江河，而西江河最終匯入毗河青白江段，因此毗河青白江段的污染物入河量包括了青白江區、金牛區、成華區和龍泉驛區的污染物入河量。

根據青白江區、金牛區、成華區和龍泉驛區的人口比例將毗河青白江段污染物入河量分解到這四個區縣?？紤]到金牛區、成華區、龍泉驛區的污染物只是部分排入沱江水體，故近似選取金牛區、成華區、龍泉驛區人口的20%進行計算。最終分配結果如表2所示。

表2 各區縣污染物排放總量初分配 t/年

5 基于基尼系數的排放總量分配評價

環境基尼系數計算采用梯形面積法，如下公式所示：

式中，j為指標編號；i為鄉鎮編號；n為鄉鎮數；Gj為基于指標j的基尼系數；Xij為第i個鄉鎮指標j的累積比例(%)；Yi為第i個鄉鎮排放或分配污染物量的累積比例(%)；當i=1時，(Xi-1，Yi-1)對應(0,0)。

一般研究大多采用單因子基尼系數法評估環境容量配置的公平性，單因子指標模型可避免計算指標權重，又選取排放相關指標，使總量分配更具有針對性，細化了分配方案，更有操作性。通過構建工業產值-工業污染排放量、人口-生活污染排放量、農田面積-面源污染排放量的洛倫茲曲線，分別計算各類污染源總量分配基尼系數，最后根據基尼系數最小化原則對污染物總量分配進行優化。

在總量分配方案合理性評估前，需對基尼系數的合理范圍進行界定。按照國際慣例，通常把0.4作為收入分配貧富差距的“警戒線”0～0.2以下，表示分配“高度平均”或“絕對平均”；0.2～0.3之間表示“相對平均”；0.3～0.4之間為“比較合理”；0.4～0.5為“差距偏大”；0.5以上為“高度不平均”。

5.1 各區縣初始分配系數

為充分考慮總量控制的公平性和效率原則，水環境容量分配應充分考慮社會因素、經濟因素和自然因素等。本次研究選取個區縣人口總數作為社會效益因子，GDP產值作為經濟效益因子，土地面積作為自然效益因子。根據2014年成都市統計年鑒及毗河水環境容量計算結果。

5.2 初始分配方案評價結果

根據公式可得出各“指標-排污量”基尼系數如表3所示。

表3 各“指標-排污量”基尼系數

表4 分配因子

由表3所見，結合基尼系數合理范圍界定，人口-污染物、GDP-污染物、面積-污染物三項項基尼系數在0.4～0.5之間，屬“差距較大”，說明從自然、經濟角度來看，這種線性容量分法較不公平，故此需重新分配，使各指標基尼系數回歸到合理范圍。而標準差0.01表示三者間公平性差距不大。

梳理各區縣各要素分配因子并從小到大排序可得到表4。

由表4可以看出，金堂、新都的分配量過大，郫縣、龍泉驛區分配量過小，因此應該從這兩點考慮調整排放總量的分配。

6 排放總量分配方案調整及結果檢驗

6.1 排放總量分配方案調整

根據基尼系數定義及上述分析對方案進行調整，調整后各區縣分配排污量如表5所示。

表5 各區縣調整后排污量分配

6.2 結果檢驗

對調整后氨氮、總磷排污量進行基尼系數的檢驗。經過對各區縣排污量調整之后，各因子及對應污染物排放量的基尼系數都有不同程度的縮小，具體如表6所示。

表6 調整后基尼系數

如表所示，各指標對應基尼系數均在0.4以內，達到相對合理的范圍，因此，調整后的排污量分配可在一定程度上視為較公平的分配。

7 各區縣出境斷面水質劃分

根據分配結果可以反算出在毗河出水水質滿足地表水三類水標準的前提以及公平的基礎上各區縣出境斷面所需達到的水質標準。

因為2014年各斷面COD濃度基本達標，故將規劃水質與2014年3、8、11月三月平均斷面氨氮、總磷濃度作對比，得到表7。

表7 各斷面污染物濃度對比

從表7可以看出，毗河氨氮、總磷超標嚴重，而各區縣相應面臨的氨氮、總磷的削減任務也都異常艱巨，各區縣排放量至少削減一半以上。

8 結論

從已知污染源分布來看，毗河上排口集中在新都，企業集中在青白江，污水處理廠集中在新都與青白江，污染源主要即分布在新都、青白江兩個區，也就是石堤堰至毗河二橋斷面之間。但金堂境內(毗河二橋至毗河一橋段)大量總磷污染的來源還需深究。

從毗河水環境容量看，毗河COD納污能力2422.24t/年，氨氮納污能力117.23t/年，總磷納污能力16.59 t/年。將納污能力按照入河量比例分配至各區縣，所得基尼系數較大，分配較不公平，故此調整分配。

排污量的優化配置體現了總量分配中的公平性，使分配更有所依據，促進流域內社會發展的平衡。

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2016-08-02

秦之湄(1992—)，女，四川大學建筑與環境學院碩士研究生。

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1674-9944(2016)18-0060-03