基于水環境容量的閩江流域跨界生態補償標準研究

饒清華，林秀珠

(近海流域環境測控治理福建省高校重點實驗室(福建師范大學福清分校)，福建 福清 350300)

0 引 言

隨著社會經濟的發展，生態環境保護與經濟發展之間的矛盾日益凸顯，一方面是公眾日益增長的生態環境服務數量及質量的需求，另一方面由于對資源的不合理利用，導致環境污染問題日益突出。在此深刻背景下，生態補償成為各國經濟學家和環境學家研究的熱點[1-5]，并且被作為一種有效的經濟手段成功應用到解決生態環境保護與經濟發展之間的矛盾中去[6-8]。我國政府多次對建立生態補償機制提出明確要求[9-11]，有關部門陸續出臺了一系列法律法規和政策文件，要求加強流域生態環境保護，增加流域生態環境保護投入。國內對于流域生態補償理論及運行機制等方面的研究相對較多[11-13]，同時也開展了部分有關生態補償標準的研究[14-18]，而對于通過水環境容量來確定生態補償標準，進而實現整個流域實現水環境容量與水環境質量最優的研究相對匱乏[19,20]。因此建立并完善流域生態補償制度，設計合理的補償方案，確定科學的補償標準是當前國際和國內環境管理的發展方向[21,22]，可以理順流域上中下游間的生態和經濟利益關系，有效提高流域上游地區保護水環境的積極性。同時，可以進一步落實流域污染物總量控制制度，減少跨界污染糾紛問題的發生，改善流域水環境質量，提高上游地區流域生態環境保護的積極性，對于促進全流域經濟社會協調、可持續發展具有極其重要意義。

閩江是福建省第一大河，流域上游是經濟欠發達的地區，而流域下游則是經濟較發達的福州市[23]。因此，建立并完善流域生態補償機制，科學合理的測算流域生態補償標準，對于提高上游地區流域生態環境保護的積極性，實現閩江流域水資源可持續利用具有重要意義[24]。本研究以閩江流域為例，將流域上、中、下游地區分別看作獨立的控制單元，以水環境容量作為社會發展的制約因素，選取化學需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)作為污染因子，采用一維穩態水質模型測算出閩江流域不同行政區水環境容量，結合水環境功能分區目標、污染物排放量、COD及NH3-N的恢復成本計算出閩江流域上下游生態補償標準，為福建省乃至全國跨界流域補償標準測算的推廣實施提供參考借鑒。

1 基于水環境容量的流域生態補償模型

采用水質模型計算出的水環境容量減去水體中污染物的入河排放量，得到水域剩余環境容量，并通過計算需要削減的污染物的恢復成本，反推上下游之間的生態補償量。

1.1 水環境容量計算模型

對于寬深比不大的中小型河流，污染物濃度在較短時間內在橫向斷面上分布均勻，可用一維水質模型預測污染物沿河流縱向的遷移情況，并以此來計算水環境容量。一維水質數學模型為：

(1)

式中：Ex為廢水與河水的縱向混合系數，m2/s；K為污染物的衰減系數，1/d；ux為河段平均流速，m/s；C為污染物濃度，mg/L。其解析解為：

(2)

式中：x為支流或排污口等與控制斷面的距離，m；C0為起始斷面水質濃度，mg/L。

忽略縱向擴散作用時，模型的解為：

(3)

將排污口進行集中概化，認為上游地區污染物排放集中在1個點，污染物均由這個點源排入，一般情況下認為這個點在河段的1/2處。考慮河流水環境容量分為稀釋容量和自凈容量兩個部分，根據一維穩態水質模型可知：

(4)

式中：Cs為控制斷面水質標準，mg/L；Q0為起始斷面流量，m3/s；c為排放的污染物濃度，mg/L；q為污染物排放量，m3/s；當cq=W時即為環境容量，推導出集中排放方式的水環境容量為：

(5)

式中：W為環境容量，t/a。

1.2 補償標準計算模型

基于水環境容量的跨界生態補償標準的計算模型為：

W′ijn=W0ijn-Wijn

(8)

式中：Wijn為i地區流入j地區的第n種污染物入河量，t/a；W0ijn為i地區流入j地區的第n種污染物水環境容量，t/a；W′ijn為i地區流入j地區的第n種污染物剩余水環境容量，t/a；Pijn為i地區從j地區獲得/支付的第n種污染物生態補償額，元/a；Pij為i地區從j地區獲得/支付的生態補償額，元/a；Rcn為第n種污染物治理或修復的單位成本或收益，元/t。

對于某個地區來說，其生態補償總額為與其交界的各行政單元生態補償額代數和，即：

Pi=∑Pij

(9)

采用基于水環境容量的補償方式，意義在于各行政單元政府需要對其管轄區域內的水環境容量以及交界斷面的水環境質量負責，將其污染物排放總量控制在該區域的水環境容量范圍內，才能從周邊區域獲得生態補償；反之，上游地區有責任給予下游補償，用于污水的治理[15]。這種補償標準測算方式體現了水資源和水環境容量的價值性，同時又兼顧了上下游之間利益分配的平衡。

2 閩江流域跨界生態補償標準研究

2.1 閩江流域概況

閩江作為福建省的第一大河，發源于建寧縣均口鎮，流經36個縣、市，總長2 872 km，其中在福建省內面積達59 922 km2，占全省陸域面積的48.87%，干流全長577 km。閩江流域上游地區多屬于經濟欠發達地區，包括南平、三明等部分縣市，閩江流域下游福州市則經濟較為發達。研究將龍巖、南平、三明等地區劃分為閩江流域上游，將福州地區劃分為閩江下游。

2.2 數據來源

污染物年排放量、初始斷面水質、河段長度、流速、水量數據來源于福建省環境保護廳。由于數據獲取存在一定難度，水質數據采用2011-2015年各行政區(縣)交界斷面水質年平均值；流速、水量數據采用閩江流域各斷面多年平均流量；閩江流域各交界斷面水質目標依據《福建省水環境功能區劃》而定[25]，各交界斷面水質功能區劃均為Ⅲ類。考慮到COD、NH3-N是“十二五”國家水環境總量控制指標，因此，本研究采用COD、NH3-N等指標來計算水環境容量。COD、NH3-N等指標的降解系數K參考陳錦等[26]研究成果。

2.3 閩江流域生態補償標準測算

2.3.1 閩江流域不同區段水環境容量測算

閩江屬于寬深比不大的中小型河流，流域水體流態較穩定，適合采用一維水質模型計算水環境容量。水質數據采用2011-2015年各行政區(縣)交界斷面水質年平均值，流速、水量數據采用閩江流域各斷面多年平均流量，COD、NH3-N等指標的降解系數K(1/d)參考陳錦等[26]研究成果，閩江流域各交界斷面水質目標依據《福建省水環境功能區劃》而定，模型計算參數見表1。

以COD、NH3-N作為計算水環境容量的指標，根據公式(5)測算閩江流域各行政區2011-2015年的水環境容量，計算結果見表2。

表1 水環境容量計算參數Tab.1 Parameters of water environment capacity

表2 閩江流域各行政區2011-2015年污染物排放情況及初始濃度Tab.2 Pollutant discharge and initial concentration in Minjiang River Basin from 2011 to 2015

2.3.2 閩江流域各行政區生態補償標準測算

污染物削減成本Rcn采用影子工程法，依據治理和修復污染水體的成本測算。由于補償標準的制定具有一定嘗試性，借鑒饒清華等[23]的研究成果，因此，取NH3-N削減成本27 210元/t、COD削減成本5 442元/t作為補償標準。根據式(6)、式(7)計算閩江流域各行政區2011-2015年剩余環境容量及不同污染物生態補償額，確定各縣市間補償或賠償關系，具體見表3。

由于三明、南平等地區既是生態環境保護的受益者，需要向上游地區支付生態補償費用；同時也是生態環境保護的保護者，應得到下游地區的生態補償。因此，根據式(8)、式(9)，將各行政單元生態補償量求代數和，測算閩江流域各行政區2011-2015年支付/獲取生態補償額度，具體見表4。

從流域生態補償支付情況來看，作為補償對象的上游地區龍巖市獲得三明市的補償額分別為2 045.82～3 023.91 萬元，對于推進上游地區生態環境保護與建設具有很好的激勵作用。對于中游地區三明、南平市，一方面需要向上游地區支付生態補償費用，另一方面應得到下游地區的經濟補償，最終支付/獲取的補償額分別為-2 476.78～1 967.35 萬元及-5 062.21～4 091.23 萬元。寧德、泉州地區獲得下游地區福州市的經濟補償分別為3 037.71～4 009.84 萬元及6 205.73～6 605.81 萬元。下游地區福州市單純作為生態環境保護的受益者，需要向上游地區總共支付生態補償額10 426.13～16 148.56 萬元。

表3 閩江流域各行政區2011-2015年環境容量及剩余環境容量Tab.3 The water environmental capacity and remaining water environmental capacity in Minjiang River Basin from 2011 to 2015

表4 閩江流域各行政區2011-2015年支付/獲取生態補償額度Tab.4 Eco-compensation of the cities in Minjiang River Basin (payout and reception) from 2011 to 2015

3 結果分析

(1) 明確補償的主客體。如果閩江流域上游地區水污染物排放量滿足水環境容量的要求，則下游地區應該向上游地區支付獲得優良水質的補償費用。反之，上游地區水污染物排放量超過了水環境容量，則上游地區有責任對下游進行補償，用于污水的治理。這種補償方式主客體明確，流域上下游地區各級政府需對行政區域內的水環境容量及交界斷面水環境質量負責，根據剩余環境容量來確定上下游生態補償關系。

(2) 兼顧上下游利益。上游地區為保護流域生態環境，工農業發展受到了一定程度的限制，中下游地區是上游地區流域生態環境保護的受益者，雙方均擁有平等分享流域生態環境效益的權利，以及承擔共同維護生態環境的義務。開展跨界流域生態補償，采用水環境容量的流域生態補償測算方式，承認上游地區為保護流域生態環境而做出的努力，對于增強上游地區生態環境保護的積極性具有重要意義。同時，這種補償標準測算方式體現了水資源和水環境容量的價值性，同時又兼顧了上下游之間利益分配的平衡，對全流域水資源的可持續利用具有實踐可操作性。

(3) 明確水體污染控制方式。基于水環境容量的流域生態補償測算方式，有利于水污染控制單純從濃度控制或目標總量控制向濃度控制和容量總量控制結合的轉變。根據C0可知，河段水環境質量較好，均能滿足Ⅲ類水質標準。從剩余環境容量情況看，NH3-N成為了限制流域經濟發展的重要因子，龍巖、三明、南平、寧德等地區的NH3-N剩余環境容量已經趨近于飽和甚至為負數，從而給以上地區在水體污染控制方面提出了更高的要求，即不僅要控制交界斷面的水質濃度，更要注意削減入河污染物的排放量。因此，上游地區應根據交界斷面水質目標以及河段水環境容量，一方面要進一步調整產業結構，嚴格限制高水耗、高污染產業的發展，引進清潔生產與低排放項目。另一方面應嚴格限制工業排污情況，加大節能減排力度，促使企業必須做好三廢處理，選用先進的工業生產設備和工藝，從源頭上防范跨界流域水污染的產生。

(4) 拓展補償的資金渠道。目前閩江流域生態補償的實施途徑主要為財政轉移支付與政府之間直接補償資金支付，補償對象仍然停留在政府對政府的層面上。因此，完善閩江流域上下游跨界生態補償機制已成為當務之急。一方面應逐漸加大財政投入，建立多元化的補償資金籌措渠道，逐步加大補償資金投入力度。另一方面應轉變現有的單一補償模式，實現政府主導與市場機制相結合的生態補償模式。例如，上下游雙方可以進行談判，進行資金與技術投資的交流，在資金補償的同時輔助以項目補償，如下游地區可以通過資金與技術投資的交流等方式幫助上游地區發展旅游圈、發展生態工業和無污染農業，緩解上游地區生態環境保護與經濟發展的壓力，從而實現各自利益最大化，達到社會優化，最終實現流域利益最大化。

(5) 建立生態補償長效機制。針對閩江流域實際，結合我國現行的污染物總量控制政策，以現有的水體污染總量控制指標為考核因子，建立閩江流域生態補償長效機制。根據流域內各個地區每年的污染物排放量及河段水質情況，對流域上下游生態補償額度進行動態的核算，確定上下游生態補償關系，并根據各個地區的污染物排放量、河段水質的污染情況進行年度調節，建立生態補償動態長效機制。以期通過上游地區的產業結構調整轉型及節能減排力度的加大，逐步實現閩江流域水資源的可持續發展。

(6) 補償模型不確定分析。①模型參數的確定存在不確定性。由于數據獲取存在一定難度，水質、流速、水量數據采用閩江流域各斷面平均值；COD、NH3-N等指標的降解系數引用已有的研究成果；將分散排污口進行集中概化成1個點；在計算污染物入河量時，采用年排放量數據進行估算。因此，運用有限資料進行粗略估算，使得模型參數的確定存在不確定性。②補償金額的測算存在不確定性。在確定COD和NH3-N等污染物削減成本時具有較大的主觀隨意性，可能導致生態補償量的估算存在偏差，影響到評價結果的科學性和準確性。

4 結 語

(1) 以閩江流域為例，結合福建省水環境功能區劃以及水污染物排放現狀，建立基于水環境容量的閩江流域跨界生態補償標準測算模型，通過測算各行政區的剩余環境容量，結合單位污染物削減成本，明確了補償對象以及補償額。該方法拓展了水環境容量的應用領域，是對傳統的流域生態補償標準測算方法的發展和補充。

(2) 以閩江流域為例，測算閩江流域各行政區2011-2015年支付/獲取生態補償額度。上游地區龍巖市獲得南平市的補償額分別為2 045.82～3 023.91 萬元；中游地區三明、南平市，最終獲得的支付/獲取補償額分別為-2 476.78～1 967.35 萬元及-5 062.21～4 091.23 萬元；寧德、泉州地區獲得下游地區福州市的經濟補償分別為3 037.71～4 009.84 萬元及6 205.73～6 605.81 萬元；下游地區福州市需要向上游地區總共支付生態補償額10 426.13～16 148.56 萬元。

(3) 建立基于水環境容量的閩江流域跨界生態補償標準測算模型，但是補償標準測算模型是在實際情況的簡化的基礎上構建，具有一定的局限性，在模型參數的確定以及補償金額的測算等方面存在不確定性，可能導致補償標準的測算存在偏差。因此，需要進一步完善假定，使補償模型更貼近實際情況。

(4) 為完善閩江流域跨行政區水環境生態補償機制，建議環保、水利等部門加快跨界河流出入境水量、水質監測站點的建設，降低跨界河流出入境水量、水質監測數據獲取的難度，盡可能建立水質、水量數據公開的長效機制，保障流域跨行政區生態補償的公平合理。

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