基于控制单元的流域水环境容量总量

经过多年的研究，我国的流域水环境管理逐步形成了以污染物目标总量控制为主，容量总量控制和行业总量控制为辅的水质管理技术体系[1]。总量分配是在控制总量的基础上，对可利用的环境承载能力及允许排放量进行分配[2]，按分配的受体不同，可将容量分配分为流域总量分配和污染源总量分配两种类型[3]。流域总量分配是将污染物排放总量分配到独立的行政区，或分配到水系、支流、子流域、排污口的过程；污染源总量分配是将污染物排放总量分配到各污染源的过程，在实际操作中常作为流域总量分配的后续步骤[3]。流域水环境容量总量分配是用水环境容量计算方法推算受纳水体的纳污总量，并按一定原则将其分配到各污染控制区及污染源，以实现对流域水污染物的容量总量控制，并能更有效地利用水环境容量资源。由于流域水质目标管理是“国家-流域-区域-控制单元-污染源”的多层次体系[4]，因此，需从不同层次上对流域的水污染总量控制技术进行研究。
1　研究区概况
锦江系赣江一级支流，发源于江西、湖南两省交界的幕阜山脉东麓的坪子岭，自西向东流经慈化、株潭、万载、徐家渡、凌江口、上高、灰埠、高安、松湖、新建等地，于南昌市新建县瑞河口汇入赣江，主河道长307.0km，干流天然落差391.0m，平均纵比降1.29%o[5]。
根据控制单元划分的一般原则，结合锦江流域的自然地理与社会经济特征、污染状况以及水质现状等，将锦江流域划分为4个控制单元，从上游至下游依次为万载控制单元、上宜控制单元、高安控制单元和新丰控制单元(图1)。
2　研究方法
2.1　分配模型
研究区水环境容量总量计算的目标函数采用简单的线性目标函数[2]


2.2　总量分配的合理性评估
总量分配的合理性可采用基尼系数法和合理性指数法评估[3,7]，本研究采用合理性指数(TCRI)对各分配方案的合理性进行评估，指数的分项指标如表1所示，控制单元内各排污口的容量总量分配暂不考虑公平性指标(枯水期不考虑非点源贡献)，因此权重系数

(2)下限约束条件。本研究在对各排污口进行容量总量分配时，将排污口现状排放量的10%作为该排污口的排放下限约束条件。
2.4　分配方法
为排除不确定性因素对流域水环境管理带来的潜在风险，在进行总量分配时需预留出一定的量作为安全余量不参与分配，一般取5%～10%[8-9]，本研究取10%。总量分配遵循“流域-区域、流域-子流域(支流)、流域-排污口(直排口)”的分配思路[3]，按照一定的分配原则，基于控制单元对锦江流域COD的水环境容量总量进行分配，全部计算在Excel2003中利用“工具\规划求解”内嵌的规划求解工具完成。

2.5　分配原则
总量分配的方法很多，根据分析的角度和侧重面不同，总量分配的一般原则有等比例分配原则、费用最小分配原则、按贡献率削减污染排放量分配原则、按污染范围和程度(包括污染长度、面积的大小)分配原则、按污染物毒性大小承担污染责任分担率原则、按企业污染治理的先进性考虑污染责任分担率和削减率的分配原则[10]。本研究主要考虑了以下几方面原则。
(1)按贡献率削减排放量分配原则。即按控制单元内各污染源对污染物排放总量的贡献率，对水环境容量总量进行分配。
(2)合理性指标最大分配原则。该分配原则考虑环境容量利用率和现状负荷率，使容量总量分配的合理性指标最大，直接规划求解，得出分配方案。
(3)在合理性指数最大条件下，对排放量进行约束。该分配原则充分考虑排污口的排放情况，对排污口的污染带长度进行约束，同时保障排污口的排污权利，本研究中赋予排污口不低于10%的现状排放量。
(4)企业治污的难易程度。在合理性指数最大，对排放量约束的同时，考虑企业治理污染的难易程度，对有削减难度的排污口不进行削减，规划求解，得出分配方案。
3　结果与分析
3.1　万载控制单元
万载控制单元COD容量总量分配方案如表2所示，合理性评估结果如表3所示。由表3可见，虽然方案1合理性指数较高，但其环境容量利用率较低，且没有可增负荷，方案较差；方案2和方案3具有容量利用率高、合理性指数大的优点，但是方案2不能保证万载控制单元全流域水体COD达标。目前，万载控制单元COD最大纳污量小于现状排放量，剩余环境容量小，方案4与方案3比较并没有显著降低消减负荷，反而影响全流域的达标。综上分析，从现阶段各因素考虑，方案3较优。

3.2　上宜控制单元
上宜控制单元COD容量总量分配方案如表4所示，合理性评估结果如表5所示。由表5可见，虽然方案1负荷削减率低，但其他技术指标均较差；方案2不能保证上宜控制单元全流域COD水质达标；方案3和方案4，均具有容量利用率高、负荷消减率低、治理费用低、合理性指数大的优点。目前，上宜控制单元COD最大纳污量大于现状排放量，尚有足够的环境容量可利用(可增负荷率较高)，从现阶段各因素考虑，在满足发展的同时，应尽可能降低消减负荷，因此，方案4更具优势。随着经济的快速发展，污染负荷的增加，方案3作为备选方案，其优势也将逐步得到体现。

3.3　高安控制单元
高安控制单元COD容量总量分配方案如表6所示，合理性评估结果如表7所示。由表7可见，方案1的各项技术指标均较差；方案2不能保证高安控制单元全流域COD水质达标；方案3和方案4均具有容量利用率高、负荷消减率小、治理费用低、合理性指数大的优点。目前高安控制单元COD最大纳污量大于现状排放量，从现阶段各因素考虑，在满足社会经济发展要求的同时，应尽可能地消减负荷，因此，方案4更具优势。随着经济的快速发展，污染负荷的增加，方案3作为备选方案，其优势也将逐步得到体现。
3.4　新丰控制单元
新丰控制单元COD容量总量分配方案如表8所示，合理性评估结果如表9所示。由表9可见，虽然方案1各项技术指标均较好，但水环境质量的潜在风险较大；方案2不能保证新丰控制单元全流域COD水质达标；方案3和方案4，均具有容量利用率高、负荷消减率小、治理费用低、合理性指数大的优点。目前，新丰控制单元COD最大纳污量远大于现状排放量，从现阶段各因素考虑，在满足社会经济发展要求的同时，尽可能地消减负荷，因此，方案4更具优势。随着经济的快速发展，污染负荷的增加，方案3作为备选方案，其优势将逐步得到体现。


4　结论
水环境容量总量分配是流域水环境管理的一项重要工作。以锦江流域为例，遵循“流域-区域、流域-子流域(支流)、流域-排污口(直排口)”的分配思路，按照一定的分配原则，基于控制单元对锦江流域COD的水环境容量总量进行分配。根据分配条件的不同得到多个分配方案，采用合理性指数对各个分配方案的合理性进行评估和比选，得出各个控制单元内COD容量总量分配的推荐方案和备选方案，从而为该流域COD总量控制规划的制定提供了科学依据。