基于能值理論的水污染損失量化方法研究

呂翠美 凌敏華 吳澤寧

摘要：針對以貨幣理論為基礎的傳統經濟學方法在水污染損失量化中的缺陷，將能值理論引入水污染損失量化研究，以關鍵污染物凈化為基礎，建立水量稀釋模型，構建了以污染物稀釋水量的水資源生態經濟價值作為水污染損失的量化方法。以許昌市6個典型斷面為例，計算2013年關鍵污染物COD和氨氮排放造成的水污染損失總量為85.8萬元，遠大于以水價代替水資源生態經濟價值的計算結果，表明基于能值理論的水污染損失量化方法可以較為全面地反映水污染造成的經濟、社會和生態環境損失，為水污染損失準確量化提供了新思路。

關鍵詞：水污染損失；能值；量化；水資源生態經濟價值

中圖分類號：X522

文獻標志碼：A

doi： 10.3969/j.issn.1000-1379.2018.04.018

近年來，我國面臨嚴重的水污染形勢。水污染損失量化有利于直觀地了解水環境受到威脅的程度，有助于制定區域水污染防治方案、實施流域生態補償措施。目前，水污染損失評估主要采用經濟學分析方法，主要有分類計算法、恢復費用法和計量經濟學法三類方法，三類方法都是以貨幣理論為基礎，嘗試把自然資源和人類經濟活動的價值用貨幣的方式表達出來。水污染損失涉及經濟、社會、生態環境多個系統，經濟學方法在進行水污染損失量化時會出現損失量計算結果偏低、不能完全表現水污染帶來的環境影響等問題。能值分析是把生態環境系統和社會經濟系統統一起來進行定量分析的方法，能值理論是生態學與經濟學聯系的橋梁，為人類重新認識世界提供了一個重要的度量標準。

本研究借鑒生態經濟學的能值理論和分析方法進行水污染損失量化，以污染物稀釋水量的水資源生態經濟價值作為水污染損失量，綜合考慮水污染帶來的經濟、社會、生態環境影響，以期為水污染損失準確量化研究提供新思路。

1 基于能值理論的水污染損失量化方法

能值理論是美國著名生態學家H.T.Odum于20世紀80年代提出的一種環境一經濟價值論和系統分析方法，廣泛應用于人類與自然、環境資源與社會經濟之間的定量研究。

基于能值理論的水污染損失量化的整體思路是以污染物稀釋水量的水資源生態經濟價值作為水污染的環境經濟損失量，首先運用生態經濟學的能值理論計算水資源的生態經濟價值，通過水質評價確定河流的關鍵污染物，建立基于關鍵污染物凈化的水量稀釋模型，計算關鍵污染物濃度達到水功能區水質標準所需的稀釋水量，然后核算污染物稀釋水量的水資源生態經濟價值，作為水污染損失量。主要步驟如下。

（1）計算水資源生態經濟價值EMw。根據水資源的價值特性和功能結構，將水資源生態經濟價值分為經濟價值、社會價值和生態環境價值三部分。經濟價值包括工業、農業生產價值和航運、發電價值：社會價值包括勞動力恢復價值和休閑娛樂價值：生態環境價值包括保護生物多樣性價值、調蓄水分價值、凈化環境價值、氣候調節價值等。根據價值特性和能值理論分別計算水資源的各項價值，矢量相加得到水資源的生態經濟價值EMw。

（2）確定關鍵污染物。依據《地表水環境質量標準》進行水質類別評價，并進行趨勢分析，選擇超標嚴重、波動較大且變化趨勢顯著性水平高的污染物作為關鍵污染物。

（3）建立水量稀釋模型。根據質量守恒定律，建立關鍵污染物水質濃度恢復到目標水質時所需的稀釋水量模型，確定河流恢復水功能區水質標準需要的水資源量。設某污染物實測濃度為Pi，水功能區水質標準要求的污染物濃度標準為Si，污染物綜合衰減系數為K，則單位時間、單位長度河段消減單位水體中該污染物濃度達到水質標準所需的稀釋水量wi為

（4）水污染損失量化。基于能值理論的水污染損失量化思路，以污染物稀釋水量的水資源生態經濟價值（由水資源能值計算）作為水污染損失值，可得到水污染損失的計算公式為式中：C為河流綜合水污染損失，元；Ci為污染物i排放造成的水污染損失，元；wi為污染物i稀釋所需水量，m3；EMw為水資源能值，sej/m3；EDR為區域能值與貨幣的比率，seJ/元。

2 許昌市水污染損失量化案例分析

許昌市位于河南省中部，總面積4996km2，轄魏都區、許昌縣、鄢陵縣、襄城縣、禹州市和長葛市6個縣（市、區）。2013年全市生產總值1903.30億元，人均生產總值44298元，是河南省經濟發達、工業化和城鎮化進程較快的區域之一。許昌市工業比重大，其中以水污染為主的行業主要有發制品、食品、紡織、造紙及皮革等，以瑞貝卡公司為代表的發制品產量約占全國發制品產量的85%，生產規模亞洲最大。

2.1 許昌市水資源生態經濟價值

結合許昌市水資源生態經濟系統的實際情況，運用水資源生態經濟價值能值計算方法，計算許昌市2013年水資源生態經濟價值，結果見表1。2013年許昌市水資源能值為12.41×l012sej/m3，換算成貨幣價值為19.01元/m3，2013年許昌市居民生活用水水價為2.7元/m3，工業用水水價為3.85元/m3。對比分析發現，運用能值理論計算出的許昌市水資源貨幣價值遠大于許昌市同期的水價，主要原因是基于能值理論的水資源生態經濟價值在計算過程中綜合考慮了水的資源價值、開發利用成本、社會經濟貢獻及生態環境效用，反映了水資源的真實價值。因此，采用水資源生態經濟價值量化水污染損失可以較為真實地反映水污染帶來的經濟、社會及生態環境影響。

2.2 許昌市水污染損失量化

根據2013年許昌市地表水監測結果，許昌市9條河流中Ⅲ類水體河流2條、N類水體河流4條、V類水體河流2條、劣V類水體河流1條，主要污染物為COD、BODs和氨氮，見表2。2013年全市COD排放總量為58632.3t，氨氮排放總量為6448t。

通過分析確定氨氮和COD為許昌市水污染的關鍵污染物。根據《地表水環境質量標準>（GB3838-2002），結合許昌市水環境功能區劃要求，確定關鍵污染物的標準限值，見表3。通過水量稀釋模型計算不同污染物達到標準限值所需的稀釋水量，稀釋水量與單方水資源生態經濟價值的乘積即為污染損失量，結果見表3。其中污染物綜合降解系數采用《全國地表水水環境容量核定技術復核要點》中給出的參考值。

2.3 結果分析

由2013年許昌市6個典型斷面超標污染物評價結果可以看出，長葛市3個斷面（和尚橋、范莊村、呼沱閘）氨氮和COD濃度值遠大于其他斷面，特別是氨氮超標嚴重，3個斷面氨氮濃度較水功能區允許排放標準分別超標5.37倍、3.22倍、4.08倍，說明該段河道水質污染情況較其他河段更嚴重。長葛和尚橋斷面至呼沱閘斷面河道污染嚴重的主要原因有兩方面：一方面是周邊區域分布有長葛市兩大產業集聚區，集聚區內部分企業污水處理不達標致使人河污染物超標嚴重：另一方面是該段河道緊鄰許昌市3萬多hm2灌區，農業面源污染嚴重。工業和農業兩大污染源的存在使該段河道的COD和氨氮排放總量嚴重超出了河流自凈能力，迫切需要通過水污染補償措施進行水環境污染控制和生態保護。另外，許昌市半截鄉公路橋斷面氨氮和COD濃度超標也較嚴重，主要原因為許昌是我國最大的發制品產業基地，發制品加工業屬高耗水高污染行業，廢污水中氨氮含量高，而許昌市100余家發制品加工企業中約有30%的企業沒有污水處理設施，廢污水直接排放人河，造成許昌市半截鄉公路橋斷面氨氮和COD濃度超標。其余斷面中，長葛市增福廟鄉公路橋斷面位于河道上游，污染物綜合降解系數較高（K=0.1），河流自凈能力較好，河道周邊重污染企業少，河道內氨氮濃度不超標，COD濃度超標0.07倍，可依靠河水本身的自凈能力凈化達標：鄢陵南張莊公路橋斷面位于河道下游靠近潁河人口處，COD不超標，氨氮超標2.93倍，主要由周邊農田的面源污染造成，該斷面上游有小洪河、小泥河兩條較大支流匯人，河流自凈能力較強。

許昌市典型斷面水量稀釋計算結果（表3）顯示，6個典型斷面氨氮的稀釋水量都大于COD的，說明氨氮是造成許昌市水污染的主要因素。6個典型斷面中，長葛和尚橋斷面氨氮的稀釋水量最大，為4.86m3/t，其次是長葛呼沱閘斷面氨氮稀釋水量，為3.83m3/t，然后是長葛范莊村、許昌半截鄉公路橋和鄢陵南張莊公路橋斷面，氨氮稀釋水量分別為2.96、2.86、2.54m3/t，長葛增福廟鄉公路橋斷面可依靠河水自凈能力凈化超標污染物，不需要稀釋水量。

基于能值理論的水污染損失量化方法分別計算許昌市6個典型斷面氨氮和COD的水污染損失。計算結果顯示，許昌市COD和氨氮排放造成的水污染損失總量為85.8萬元，若以生活水價（2.7元/m3）代替水資源生態經濟能值價值進行核算，水污染損失量僅為11.98萬元，以工業水價（3.85元/m3）進行核算所得水污染損失量為17.08萬元。對比可見，以水資源生態經濟能值價值為基準的水污染損失核算結果遠大于以水價為基準的計算結果，表明與經濟學核算方法相比，基于能值理論的水污染損失量化方法考慮的因素更多，可以綜合反映水污染造成的經濟、社會、生態環境影響。

許昌市6個典型斷面中，長葛增福廟鄉公路橋斷面控制區域無水污染損失，鄢陵南張莊公路橋斷面僅氨氮排放造成水污染損失，其余斷面均同時存在氨氮和COD排放造成的水污染損失。6個典型斷面的氨氮排放污染損失均大于COD的，說明在許昌相較于COD來說氨氮的污染更為嚴重。從水污染綜合損失來看，長葛呼沱閘斷面水污染損失最大，其次是長葛和尚橋斷面、許昌市半截鄉公路橋斷面、長葛范莊村斷面、鄢陵南張莊公路橋斷面，長葛增福廟鄉公路橋斷面無水污染損失。

根據許昌市水污染損失量化結果，結合許昌市典型斷面控制區域的經濟社會發展水平可以看出，水污染生態經濟損失較低的地區，水環境污染程度相對較低，人口密度與GDP水平也較低。在許昌市水資源短缺、污染嚴重的情況下，建議對低污染地區實施生態環境保護獎勵。而污染物排放損失較高的地區，水資源緊缺程度更高，污染重、水質差，建議征收大于或等于水污染損失值的懲罰性補償金，以遏制其污染行為。

3 結語

將能值分析方法引入水污染損失量化研究，以水資源生態經濟價值能值核算為基礎，利用污染物濃度稀釋原理，建立了關鍵污染物水質濃度恢復到目標水質時所需的稀釋水量模型，構建了以稀釋水量的水資源生態經濟價值作為水污染損失的量化方法。由于水資源生態經濟價值在進行能值核算時全面考慮了水資源的經濟價值、社會價值和生態環境價值，因此以污染物稀釋水量的水資源生態經濟價值作為損失量可以較全面地反映水污染造成的經濟、社會和生態環境損失，實現水污染損失的準確、全面量化。