李非

(遼寧省水文局，遼寧 沈陽110003）

1 概 況

為推進(jìn)實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，確保實(shí)現(xiàn)水資源開發(fā)利用和節(jié)約保護(hù)的主要目標(biāo)，國家出臺“三條紅線”達(dá)標(biāo)考核制度和水生態(tài)文明城市試點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。水功能區(qū)達(dá)標(biāo)作為“三條紅線”考核的主要抓手和水生態(tài)文明建設(shè)的核心內(nèi)容，日益受到各級政府和水利部門的重視。

“三條紅線”中水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率按個(gè)數(shù)達(dá)標(biāo)率進(jìn)行評價(jià)，全國2015年要達(dá)到60%，2020年要達(dá)到80%，且各省達(dá)標(biāo)目標(biāo)差距較大。為滿足水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率考核，各省都對達(dá)標(biāo)指標(biāo)進(jìn)行了市級行政區(qū)分解，目前基于實(shí)際達(dá)標(biāo)率的指標(biāo)分解雖然有其合理性，但體現(xiàn)不出各地區(qū)達(dá)標(biāo)面臨的實(shí)際壓力。根據(jù)水功能區(qū)納污能力和污染物預(yù)測值進(jìn)行模型計(jì)算的達(dá)標(biāo)壓力，計(jì)算復(fù)雜且模型各參數(shù)率定誤差較大；且計(jì)算結(jié)果是離散的每一個(gè)水功能區(qū)，對區(qū)域水功能區(qū)沒有綜合評價(jià)。為合理分解各行政區(qū)達(dá)標(biāo)指標(biāo)及快速評價(jià)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力大小，建立直觀、簡單的評價(jià)參數(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

2 特征參數(shù)

2.1 定義

達(dá)標(biāo)壓力特征參數(shù)是以區(qū)域?yàn)樵u價(jià)單元，能綜合反映區(qū)域內(nèi)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)壓力大小和難易程度的屬性參數(shù)，包括結(jié)構(gòu)參數(shù)、河長參數(shù)、水文參數(shù)和污染參數(shù)。

根據(jù)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)壓力特征參數(shù)評價(jià)的目標(biāo)，特征參數(shù)選擇的原則主要有5個(gè)方面。1）對水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)影響大；2）指標(biāo)的區(qū)分度大，靈敏性高；3）指標(biāo)代表性強(qiáng)；4）方便計(jì)算與評價(jià)；5）各指標(biāo)不重復(fù)，相對獨(dú)立。

2.2 參數(shù)選擇

2.2.1 結(jié)構(gòu)特征

水功能區(qū)一級區(qū)劃分為保護(hù)區(qū)、保留區(qū)、開發(fā)利用區(qū)、緩沖區(qū)及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)區(qū)；將一級區(qū)劃中的開發(fā)利用區(qū)再細(xì)劃為飲用水源區(qū)、調(diào)輸水區(qū)、工業(yè)用水區(qū)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)、漁業(yè)用水區(qū)、景觀娛樂用水區(qū)、生態(tài)環(huán)境用水區(qū)、過渡區(qū)、排污控制區(qū)、航運(yùn)用水區(qū)10個(gè)二級功能區(qū)。其中一級區(qū)劃中除開發(fā)利用區(qū)外，其他4個(gè)區(qū)劃都具體區(qū)域生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)功能，為整個(gè)流域或區(qū)域生態(tài)保護(hù)和生態(tài)平衡做出水資源開發(fā)制約，需要進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。一級水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)高，一般為I或II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)難度較大，對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展制約性較大，所以一級區(qū)個(gè)數(shù)指標(biāo)對評價(jià)生態(tài)功能具有指標(biāo)意義。

1）結(jié)構(gòu)系數(shù)K:是指不同地區(qū)水功能區(qū)中一級區(qū)劃個(gè)數(shù)占總區(qū)劃個(gè)數(shù)的百分比。計(jì)算公式：

其中：nⅠ為一級水功能區(qū)個(gè)數(shù)；nⅡ?yàn)槎壦δ軈^(qū)個(gè)數(shù)；n為水功能區(qū)個(gè)數(shù)。

在二級區(qū)劃中，存在同一功能區(qū)具有多種利用功能，這類功能區(qū)的水質(zhì)達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)就高確定，即飲用水源區(qū)的功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)都是II類水?？紤]II類水的達(dá)標(biāo)難度，以標(biāo)準(zhǔn)體系作為結(jié)構(gòu)系數(shù)的補(bǔ)充。

2）標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)K1：是指不同地區(qū)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為I類和II類的個(gè)數(shù)與總區(qū)劃個(gè)數(shù)的百分比。計(jì)算公式：

其中：n2為水功能區(qū)達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為I類和II類的個(gè)數(shù)。

流域面積大、河長長、支流多的河流，一般被劃分為多個(gè)功能區(qū)，且各功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不同。河流上功能區(qū)越多，水質(zhì)控制越復(fù)雜，達(dá)標(biāo)越困難。所以單位河流功能區(qū)個(gè)數(shù)是反映水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力的特征指標(biāo)。其中河流個(gè)數(shù)按水資源五級區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，五級區(qū)內(nèi)的河流數(shù)按獨(dú)流入海河流數(shù)統(tǒng)計(jì)，包括干支流。

3）單位河流水功能區(qū)個(gè)數(shù)Kriver：是指不同地區(qū)平均一條河流的水功能區(qū)個(gè)數(shù)。計(jì)算公式：

其中：nriver為河流條數(shù)（不區(qū)分干支流）,條（個(gè)）。

2.2.2 河長特征

水功能區(qū)個(gè)數(shù)達(dá)標(biāo)率和河長達(dá)標(biāo)率多數(shù)不一致，一般個(gè)數(shù)達(dá)標(biāo)率明顯低于河長達(dá)標(biāo)率。杜中等利用帕累托圖分析認(rèn)為主要原因是河長達(dá)到80%的水功能區(qū)個(gè)數(shù)占總功能區(qū)個(gè)數(shù)遠(yuǎn)小于80%，所以對河長特征進(jìn)行評價(jià)具有重要意義。水功能區(qū)河段長短是制約斷面水質(zhì)代表性的主要因素之一,平均河長能反映水功能區(qū)水質(zhì)斷面代表性和個(gè)數(shù)達(dá)標(biāo)率難易程度。

1）平均河長L：是指不同地區(qū)水功能區(qū)總長度與個(gè)數(shù)之比。計(jì)算公式：

其中：n為水功能區(qū)個(gè)數(shù)，個(gè)；Li為水功能區(qū)河長，km。

為評價(jià)個(gè)數(shù)達(dá)標(biāo)率與河長達(dá)標(biāo)率差距的大小，根據(jù)全國2020年80%達(dá)標(biāo)的要求，確定80%帕累托河長的個(gè)數(shù)百分比。帕累托河長是按河長長度排序后，從大到小計(jì)算累計(jì)河長。帕累托河長的概念比數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的方差、離差更能反映河長達(dá)標(biāo)率與個(gè)數(shù)達(dá)標(biāo)率之間的關(guān)系。

2）80%帕累托河長的個(gè)數(shù)百分比：PN是指不同地區(qū)水功能區(qū)在帕累托河長達(dá)到80%時(shí)，水功能區(qū)個(gè)數(shù)占總個(gè)數(shù)的百分比。計(jì)算公式：

其中：N為PL=80%時(shí)，按河長排序的順序水功能區(qū)序數(shù)。N可按公式（6）反求之。

其中：PL為帕累托河長百分比；LI為按河長排序的順序水功能區(qū)河長，km。

2.2.3 水文特征

地區(qū)水文特征包括流域面積、下墊面條件、降水量、徑流模數(shù)、徑流量、徑流年內(nèi)分布、豐枯平流量等。涉及到流量因素的都對水功能區(qū)達(dá)標(biāo)有影響，所有上述水文特征都對水功能區(qū)達(dá)標(biāo)有影響。根據(jù)參數(shù)選擇原則，從污染物匯流、總徑流量角度遴選特征參數(shù)。

流域面積、下墊面條件、降水量都是影響污染物匯流的因素，其中流域面積與下墊面條件可在污染負(fù)荷特征中考慮，故選擇降水量作為特征參數(shù)。

水文周期豐枯平及年內(nèi)分布不均是普遍存在的現(xiàn)象，對水功能區(qū)影響基本一致，故徑流因素選擇徑流量作為特征參數(shù)。

如果區(qū)域或流域較大，多年平均降水量與徑流量空間變化梯度較大，可以分區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

計(jì)算公式：

其中：N為統(tǒng)計(jì)年分?jǐn)?shù)（一般應(yīng)大于30年），年（個(gè)）；Pi為年降水量，mm。

計(jì)算公式：

其中：Ri為年徑流量，mm。

2.2.4 污染特征

水功能區(qū)考核的根本任務(wù)就是污染物達(dá)標(biāo)。污染特征是水功能區(qū)所在流域的污染物排放情況。流域污染物排污受點(diǎn)源、面源、線源、內(nèi)源等影響，其中主要是點(diǎn)源和面源。污染物排放雖然與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不是線性關(guān)系（受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、先進(jìn)工藝及污水處理等影響），但在一定范圍與一定時(shí)間段內(nèi)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對污染物種類及排放量影響仍然是主要因素。經(jīng)濟(jì)模數(shù)即單位面積內(nèi)經(jīng)濟(jì)總量，杜中等［7］對經(jīng)濟(jì)模數(shù)的定義及對防洪減災(zāi)的影響進(jìn)行了分析，認(rèn)為經(jīng)濟(jì)模數(shù)是影響區(qū)域污染物排放的主要因素。

1）經(jīng)濟(jì)模數(shù)M：是指不同地區(qū)單位面積上單位時(shí)間所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)總量。計(jì)算公式：

其中：GDP為地區(qū)國民生產(chǎn)總值，萬元；A為功能區(qū)所在流域面積，km2。

污染特征最直觀的指標(biāo)是年污染物排放量，即污染物年負(fù)荷，該數(shù)據(jù)可以從環(huán)境公報(bào)和水資源公報(bào)中查詢。

2）污染負(fù)荷G：

計(jì)算公式：

其中：Q為污水流量，m3/s；c為污水中污染物濃度，mg/L；T為計(jì)算時(shí)間（此文為年且轉(zhuǎn)算為s），s。

2.3 參數(shù)評價(jià)

此文對參數(shù)進(jìn)行定性分析。

結(jié)構(gòu)系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)越大，說明地區(qū)生態(tài)功能越強(qiáng)，區(qū)域開發(fā)受限；水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力分2種情況：當(dāng)?shù)貐^(qū)原污染程度很大或功能區(qū)未達(dá)標(biāo)時(shí)，未來水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力大，反之，當(dāng)原污染很小時(shí)，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力較?。淮送?，考慮地區(qū)生態(tài)功能，需要進(jìn)行合理的生態(tài)補(bǔ)償。

單位河流水功能區(qū)個(gè)數(shù)越多，則達(dá)標(biāo)壓力越大，且上下游水功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不一致是，達(dá)標(biāo)壓力更大。

平均河長越長，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力越小。因?yàn)樗δ軈^(qū)越長，合理布設(shè)排污口位置相對容易，而且在其他因素近似的情況下自凈能力相對較大。

80%帕累托河長的個(gè)數(shù)百分比，反映的是個(gè)數(shù)達(dá)標(biāo)率和河長達(dá)標(biāo)率的差距。該值小于等于80%，當(dāng)且僅當(dāng)每個(gè)水功能區(qū)等長時(shí)，才等于80%。百分比越大，則達(dá)標(biāo)相對容易。

多年平均降水量和多年平均徑流量越大，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力越小。因?yàn)閺搅髁吭酱?，納污能力越大，或污徑比越小。但降雨量大也導(dǎo)致面源污染入河量大，但多局限于農(nóng)業(yè)用水區(qū)。

經(jīng)濟(jì)模數(shù)和污染負(fù)荷越大，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力越大。

3 案例分析

以丹東地區(qū)水功能區(qū)為例進(jìn)行評價(jià)。該地區(qū)共有46個(gè)功能區(qū)（不含部分界河功能區(qū)），其中一級區(qū)8個(gè)，二級區(qū)38個(gè)；達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為I類或II類水的43個(gè)。丹東地區(qū)水資源5級區(qū)劃為8個(gè)，河流數(shù)為11條。丹東行政區(qū)劃面積為14 973 km2，2013年GDP總量為1 107.3億元，按2010年不變價(jià)計(jì)算為1 000億元。2013年全市廢水排放量11 683.91萬t，其中工業(yè)廢水排放量5 517.02萬t，生活污水排放量6 160.8萬t。污染物排放量化學(xué)需氧量12 019.07 t，氨氮628.34 t，其他為33.68 t，合計(jì)為12 681.09 t。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算特征，參數(shù)值見表1。其中標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)高達(dá)93.5%，說明丹東地區(qū)生態(tài)功能強(qiáng)，水質(zhì)達(dá)標(biāo)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)補(bǔ)償。單位河流水功能區(qū)個(gè)數(shù)為4.2，因標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)高，上下游功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)一般相同且皆為I類或II類水，不存在緩沖河段，達(dá)標(biāo)壓力大。80%帕累托河長個(gè)數(shù)百分比為54.3%，說明依“三條紅線”考核標(biāo)準(zhǔn)按個(gè)數(shù)達(dá)標(biāo)率計(jì)算壓力大。平均降水量和徑流量都較大，且丹東地區(qū)植被覆蓋率高，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力較小。經(jīng)濟(jì)模數(shù)和污染負(fù)荷相對較小，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力較小。

綜上，丹東地區(qū)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)有利因素是水文特征和污染特征，不利因素是結(jié)構(gòu)特征和河長特征。因丹東地區(qū)現(xiàn)狀達(dá)標(biāo)率較高，需要對丹東地區(qū)生態(tài)保護(hù)進(jìn)行必要的補(bǔ)償。

表1 丹東地區(qū)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)壓力特征參數(shù)值統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié) 語

此文建立水功能區(qū)特征體系包括結(jié)構(gòu)、河長、水文、污染共四大類，其中前三類為自然指標(biāo)，污染特征為社會(huì)指標(biāo)。

在合計(jì)8個(gè)參數(shù)（其中標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)是結(jié)構(gòu)系數(shù)的補(bǔ)充）中，結(jié)構(gòu)系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)與功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力呈現(xiàn)相反的2種情況，現(xiàn)狀功能區(qū)未達(dá)標(biāo)時(shí)，系數(shù)值越大則水功能區(qū)達(dá)標(biāo)壓力大，反之成反比；平均河長、80%帕累托河長的個(gè)數(shù)百分比、多年平均降水量、多年平均徑流量4個(gè)參數(shù)與達(dá)標(biāo)壓力成反比；單位河流水功能區(qū)個(gè)數(shù)、經(jīng)濟(jì)模數(shù)、污染負(fù)荷3個(gè)參數(shù)與達(dá)標(biāo)壓力成正比。以丹東地區(qū)為例進(jìn)行計(jì)算，水功能區(qū)達(dá)標(biāo)有利因素是水文特征和污染特征，不利因素是結(jié)構(gòu)特征和河長特征。

特征參數(shù)數(shù)據(jù)收集容易，計(jì)算簡單，定性評價(jià)方便，為分析地區(qū)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)壓力和確立考核指標(biāo)逐級分解提高了技術(shù)依據(jù)，易在實(shí)踐中推廣應(yīng)用。但本文只對各個(gè)參數(shù)進(jìn)行定性分析，各參數(shù)對達(dá)標(biāo)影響的權(quán)重及定量分析需要進(jìn)一步深入研究。

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