冉欣　孫世軍

摘要：為探尋流域污染物總量控制和水環(huán)境管理績效之間的關(guān)系，建立覆蓋流域社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的水環(huán)境綜合管理績效指標(biāo)體系，計(jì)算環(huán)境績效并分析其變化趨勢，以水污染物削減量為決策變量，以投入資金量最小為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)置環(huán)境績效優(yōu)化、控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)、污染物削減提升的約束條件，構(gòu)建基于結(jié)構(gòu)、工程、監(jiān)管提升的流域水環(huán)境管理績效優(yōu)化模型。以吉林省招蘇臺河流域?yàn)槔?，利用Lingo80軟件編程進(jìn)行優(yōu)化求解，得到優(yōu)化方案總投資1509億元，COD、氨氮總削減量分別為9 8791 t，61968 t，規(guī)劃期末水環(huán)境管理績效提升至0856。水環(huán)境管理績效指標(biāo)體系可較全面的反映績效值的定量變化，得到的優(yōu)化方案滿足流域水環(huán)境質(zhì)量改善和污染物總量控制的要求，有效降低資金投入，為流域管理和發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境績效指數(shù)；總量減排；指標(biāo)體系；優(yōu)化模型；總量控制方案

中圖分類號：X522文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

16721683（2018）04012808

Optimization of water environment management performance based on total amount control of pollutants

—A case study of Zhaosutai River Basin in Jilin Province

RAN Xin1，SUN Shijun1，F(xiàn)ENG Jiang1，CUI Peng1，LONG Zhenyu1，LIU Sihan2

（

1.School of Environment，Northeast Normal University，Changchun 130117，China；2.Jilin Environmental Engineering Assessment Center，Changchun 130117，China

）

Abstract：

In order to explore the relationship between total amount control of pollutants and water environment management performance，we established a comprehensive management performance index system for water environment covering social，economic，and ecological aspects of the basin.We calculated the environmental performance and analyzed its change trend.Taking the reduction of water pollutants as the decisionmaking variable，with minimum investment as the optimization objective，we set certain constraints，and built a water environment management performance optimization model.Taking Zhaosutai River basin in Jilin Province as a case study，using Lingo80 software programming to optimize the solution，we obtained an optimization scheme that required a total investment of 1509 billion Yuan，could reduce the chemical oxygen demand and ammonia nitrogen by 98791 tons and 619.68 tons respectively，and could improve the endofterm water environment management performance to 0856.The performance index system for water environment management can comprehensively reflect the quantitative change of performance value.The optimization scheme meets the requirements of water quality improvement and total amount control of pollutants in the basin，and effectively reduces capital input.It can provide a reference for water environment management and sustainable development of river basins.

Key words：

water environment performance index；total emission reduction；index system；optimization model；total amount control scheme

1960年起日本在水質(zhì)規(guī)劃中相繼引入“總量控制”概念[12]。20世紀(jì)70年代，日本和美國同期將總量控制寫入法律文件中[2]。隨著美國TMDL計(jì)劃和歐盟水框架指令實(shí)行，污染物總量控制成為流域環(huán)境管理的指導(dǎo)思想[34]。從1988年《水污染排放許可證管理暫行辦法》至1995年《水污染防治法》，不達(dá)標(biāo)水體實(shí)施重點(diǎn)污染物總量控制。從水資源總量及污染物總量角度[5]出發(fā)，劉年磊等利用熵值法與改進(jìn)等比例法[6]進(jìn)行污染物總量目標(biāo)分配，于雷等應(yīng)用環(huán)境預(yù)警分析長三角地區(qū)水環(huán)境承載力[7]對污染物總量控制的影響。1990年，ISO14031環(huán)境績效評估國際標(biāo)準(zhǔn)開啟了對流域水環(huán)境管理的研究[8]。2011年中央一號文件對“最嚴(yán)格水資源管理制度[910]”進(jìn)行系統(tǒng)界定，在此背景下，陶潔等人構(gòu)建三條紅線控制指標(biāo)體系并應(yīng)用到新密市水資源管理工作中[11]；郭唯等以鄭州市為例建立了水資源管理績效評估體系[12]；游進(jìn)軍等提出多維調(diào)控的水資源總量控制方案[13]。王金南等將在地方政府績效考核中引入環(huán)境績效[14]。環(huán)境績效常用評價(jià)方法包括AHP法、模糊綜合評價(jià)法[15]、PSR模型[16]等，而水環(huán)境管理績效評價(jià)被融合到環(huán)境績效的研究中，尚未形成一套科學(xué)的評價(jià)體系和定量的研究方法，尤其是將總量控制思想與水環(huán)境管理績效相結(jié)合的研究鮮有報(bào)道。

“十三五”期間，我國實(shí)施質(zhì)量改善及總量控制“雙約束”模式[17]。在此背景下基于污染物總量控制[1819]，綜合考慮流域環(huán)保投資、水環(huán)境管理績效、控制斷面水質(zhì)等多項(xiàng)因素的影響，構(gòu)建流域環(huán)境績效指標(biāo)系統(tǒng)，定量探尋污染物總量控制和績效間的關(guān)系，以招蘇臺河為例，得到在目標(biāo)環(huán)境績效下水污染物最優(yōu)總量控制方案，以期對流域水環(huán)境管理和可持續(xù)發(fā)展提供更具實(shí)用性的參考。

1研究區(qū)域概況

吉林省招蘇臺河流域位于東經(jīng)124°17′-124°57′，北緯44°13′-44°35′之間，流域總面積1 118 km2。招蘇臺河在吉林省境內(nèi)長度約103 km，發(fā)源于梨樹縣十家堡鎮(zhèn)土門嶺（大黑山脈赫里峰），流經(jīng)梨樹縣8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在喇嘛甸鎮(zhèn)張家橋進(jìn)入遼寧省昌圖縣境內(nèi)，最終匯入東遼河。研究區(qū)域地理位置見圖1。

吉林省招蘇臺河流域?qū)俦睖貛О霛駶櫞箨懠撅L(fēng)性氣候，四季分明。多年平均氣溫64 ℃，多年平均風(fēng)速36 m/s，風(fēng)向WSW（西南西）。招蘇臺河梨樹縣控制單元白山橋水文站集水面積47 km2，招蘇臺河平均寬度468 m，月平均水深026 m，多年平均徑流量為455億m3。河川徑流量主要由降水形成，年降水量平均為5772 mm，主要集中在6月至8月。豐水期降水占全年降水總量的80%；枯水期部分河段甚至出現(xiàn)斷流。區(qū)域水資源總量為38億m3/a，其中地表水資源量為169億m3/a。水資源現(xiàn)狀供水量為154億m3/a，現(xiàn)狀用水量1386 m3/a。

梨樹縣農(nóng)業(yè)人口約占人口總數(shù)的75%，耕地、村鎮(zhèn)及工礦用地、交通運(yùn)輸用地等人類干擾較大的面積占流域總面積的94%，流域受人類活動干擾強(qiáng)烈。招蘇臺河常年處于Ⅴ類和劣Ⅴ類水平，枯水期氨氮超標(biāo)倍數(shù)更高。近年來伴隨著種植業(yè)和禽畜養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重，招蘇臺河水污染問題亟待解決。

遼河是我國東北地區(qū)水污染較為嚴(yán)重的河流之一，招蘇臺河屬于東遼河流域，且為吉林省和遼寧省跨境河流，跨境河流水體不達(dá)標(biāo)對下游水體影響范圍較廣。故以此為對象尋求如何提高流域環(huán)境績效水平具有一定代表性。

2指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1構(gòu)建依據(jù)

流域環(huán)境管理從早期單純追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，流域水環(huán)境管理評價(jià)指標(biāo)體系正是流域環(huán)境管理工作的努力方向和目標(biāo)體現(xiàn)。

參考ISO14031：2013《環(huán)境管理環(huán)境績效評價(jià)指南》[20]和《GRI可持續(xù)發(fā)展報(bào)告指南》第四版[21]。選取其中與水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、社會環(huán)境及污染物排放相關(guān)的指標(biāo)，遵循宏觀性、系統(tǒng)性、可操作性等原則[22]，從流域水環(huán)境管理績效內(nèi)涵出發(fā)，基于社會、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)[23]三方面構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)，指標(biāo)體系見圖2。

2.2數(shù)據(jù)處理

指標(biāo)參數(shù)來自梨樹縣統(tǒng)計(jì)局匯編《梨樹縣國民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料》（2005-2010年）、《梨樹縣統(tǒng)計(jì)年鑒》（2010-2015年）、梨樹縣環(huán)境監(jiān)測站提供招蘇臺河水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)及2016年5月現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)。

指標(biāo)系統(tǒng)權(quán)重計(jì)算采用均方差決策法，具有“概念清楚、涵義明確、計(jì)算簡便、精度較高[2425]”等特點(diǎn)?；具^程如下：

（1）評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。

標(biāo)準(zhǔn)化處理公式見式（1）和（2）[26]。上述指標(biāo)中Z1、Z2、Z3、Z7、Z12、Z13、Z16為效益型指標(biāo)，Z4、Z5、Z6、Z8、Z9、Z10、Z11、Z14、Z15為成本型指標(biāo)。

效益型指標(biāo)：

3流域水環(huán)境管理績效優(yōu)化

基于污染物總量控制構(gòu)建水環(huán)境管理績效優(yōu)化模型，與傳統(tǒng)模型相比，結(jié)合招蘇臺河流域?qū)嶋H情況，在保證環(huán)境績效目標(biāo)前提下，得到流域水污染物減排的最優(yōu)配置方案，對改善水環(huán)境質(zhì)量更具有實(shí)用性及推廣性，該方法彌補(bǔ)了利用數(shù)學(xué)優(yōu)化模型進(jìn)行流域水環(huán)境管理績效研究的空白，為流域水環(huán)境管理工作提供了新思路。

隨著招蘇臺河流域梨樹縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快，排放污染物總量增多，[JP+1]需建設(shè)污染治理工程方案改善流域水環(huán)境。由梨樹縣污染治理防治方案可知：2020年前梨樹縣擬建77項(xiàng)流域污染治理工程方案，其中結(jié)構(gòu)提升包括4項(xiàng)工業(yè)源污染防治工程；工程提升包括31項(xiàng)城鎮(zhèn)生活污染治理工程，23項(xiàng)養(yǎng)殖污染防治與資源化工程，18項(xiàng)河道面源污染修復(fù)工程；監(jiān)管/管理提升包括1項(xiàng)流域監(jiān)管能力建設(shè)工程。預(yù)計(jì)上述污染治理工程總削減量為COD：1 78361 t/a，氨氮：10298 t/a。對應(yīng)2020年環(huán)境績效值為0818。以此作為流域污染控制原參考方案。

3.1績效提升指標(biāo)系統(tǒng)

根據(jù)《“十二五”主要污染物總量減排核算細(xì)則》（環(huán)發(fā)[2011]148號），減排措施主要包括結(jié)構(gòu)、工程和管理三項(xiàng)。結(jié)合指標(biāo)設(shè)立要求[2728]和環(huán)境污染物總量控制的提升方法[29]，建立基于污染物總量控制的環(huán)境績效提升指標(biāo)系統(tǒng)[30]，詳見表3。

3.5結(jié)果分析與討論

（1）在滿足以提升措施投入資金量最小為優(yōu)化目標(biāo)，以控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)，水環(huán)境管理績效和污染物削減量不低于原參考方案三個(gè)約束條件下的優(yōu)化組合，規(guī)劃期內(nèi)優(yōu)化方案的總削減COD、氨氮分別為9 8791 t、61968 t，流域水環(huán)境管理績效提升總投資為1509億元，到規(guī)劃時(shí)限環(huán)境管理績效提升值為0856。與研究區(qū)域的原參考方案相比水污染物COD和氨氮的削減量分別增加了973%和293%，投入的總資金量較案例參考方案的171億元縮減了1175%，規(guī)劃期末的水環(huán)境管理績效較參考方案的0818增加了47%。與招蘇臺河流域現(xiàn)狀環(huán)境績效值相比增加了157%。

（2）在實(shí)際工作中對績效提升措施進(jìn)行合理規(guī)劃配置，可滿足水環(huán)境管理績效要求，便于COD和氨氮減排符合實(shí)際，具有現(xiàn)實(shí)意義。其中工程提升措施削減效果最優(yōu)，城鎮(zhèn)生活污染治理工程削減量分別占COD、氨氮總削減量的5090%和4821%。從績效提升措施的水污染物削減潛力上來看，招蘇臺河流域較為有效的提升措施為城鎮(zhèn)生活污染治理和養(yǎng)殖源污染防治[4041]。

4結(jié)論

基于總量控制構(gòu)建基于結(jié)構(gòu)、工程、監(jiān)管提升的招蘇臺河流域水環(huán)境管理績效優(yōu)化模型。以招蘇臺河流域?yàn)槔?，得到在目?biāo)環(huán)境績效下水污染物最優(yōu)總量控制方案，有效降低流域水環(huán)境管理績效提升投入的總資金量，為流域水環(huán)境管理和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

吉林省招蘇臺河流域在“十二五”時(shí)期水環(huán)境管理績效值不斷增長與城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施（污水管網(wǎng)、污水處理廠）的完善、水污染治理工程的實(shí)施密切相關(guān)。在規(guī)劃期間招蘇臺河流域管理部門應(yīng)側(cè)重城鎮(zhèn)生活源與養(yǎng)殖源污染控制方面，污染治理工程的實(shí)施對流域環(huán)境管理績效提升具有重要作用。

本文選取的流域績效評價(jià)指標(biāo)體系針對其他各省市水環(huán)境特性需進(jìn)行有針對性的調(diào)整，因地制宜，改善水環(huán)境質(zhì)量。基于污染物總量構(gòu)建流域績效提升系統(tǒng)涉及評價(jià)指標(biāo)較多，今后仍需進(jìn)一步完善相關(guān)數(shù)據(jù)，提高研究成果的指導(dǎo)性和可操作性。

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