毗河流域污染物排放总量分配研究

摘要：指出了根据现有资料计算毗河水环境容量可知，毗河COD纳污能力2618.06t/年，氨氮纳污能力125.57t/年，总磷纳污能力24.10t/年，这与入河的排污量相距甚远，减排任务艰巨。科学合理地分配限制排污量是水体污染控制的关键，根据各区县入河排污量比例将限制排污量分配到各区县得到初始分配值，但这样的分配并不能保证分配的公平性，而基于基尼系数的检验也证实了这一结果。因此，在基尼系数的基础上建立单因子基尼系数模型，对各区县限制排污量进行分配修正，可得到比较公平的分配方案。

关键词：毗河；水环境；容量；分配；基尼系数

中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：16749944（2016）18006003

1引言

毗河为沱江一级支流，源于都江堰岷江的柏条河、徐堰河，两河流至郫县团结镇石堤堰汇流，并被分流为府河和毗河。毗河干流从新都龙安乡流入新都县境内，向东流到邵家寺进入青白江区，最后在金堂三河汇流处注入沱江。沱江作为四川盆地腹部的一条重要河流，沿河均为四川省工业集中地和人口高密度区域，在四川省、成都市经济和社会的发展中起着至关重要的作用，毗河水环境质量对沱江流域成都段水环境质量有重要影响，而沱江成都段水环境质量对沱江中下游水质好坏有着极其重要的影响。而本次研究的重点就是沱江流域成都段的一级支流毗河。

沱江流域氮、磷污染严重，与毗河超标指标一致。因此，摸清毗河污染情况，计算其水环境容量并提出适当分配、减排措施成为成都地区经济可持续发展的一个迫切问题。

2研究区域概况

毗河为沱江一级支流，源于都江堰岷江的柏条河、徐堰河，两河流至郫县团结镇石堤堰汇流，并被分流为府河和毗河。毗河干流从新都龙安乡流入新都县境内，向东流到邵家寺进入青白江区，最后在金堂三河汇流处注入沱江。全长65.55 km，首段年平均流量26.4 m3/s，年径流量8.34亿m3。

毗河主要涉及成都市都江堰、郫县、新都、金牛区、青白江、龙泉驿、金堂7个区县，其支流饮马河发源自新都并由新都汇入毗河干流，西江河自龙泉驿流经新都区自青白江汇入毗河干流，羊叉河、绣川河、长流河发源自新都区于青白江汇入毗河干流。

3毗河水环境容量现状核算

对沱江流域成都段选取一维计算模型的基础上，利用水文站数据结合《四川省都江堰灌区毗河供水一期工程水资源论证报告书（报批稿）》定毗河设计流量3.66 m3/s，设计流速0.47 m/s；根据相关文献，定COD综合降解系数K为0.2（1/d），氨氮综合降解系数K为0.1（1/d）；根据《成都市主要地表水水域环境功能类别划分表》并参考排污状况和当地技术经济等条件，定毗河COD背景值为0.00 mg/L，目标水质浓度19.2 mg/L，氨氮背景值为0.00 mg/L，目标水质浓度1.00 mg/L。

一维计算公式如下：

W=31.536＼[Cs（Q+∑qi）exp（Kx186.4u）-C0Qexp＼[-K（L-x1）86.4u＼]}

式中，W为水功能区纳污能力，t/a；L为水功能区长度，km；u为设计平均流速， m/s；Q为水功能区设计流量，m3/s；C0为水功能区上断面污染物浓度，mg/l；Cs为水功能区水质目标浓度，mg/l；K为污染物综合衰减系数，1/d；qi为水功能区入河污水量，m3/s；x1为概化点距控制断面的距离，km。

结果计算得毗河COD理论纳污能力2618.06t/年，氨氮理论纳污能力125.57t/年。

根据《成都市主要地表水水域环境功能类别划分表》及《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），定总磷背景值C0为0.00 mg/L，目标水质浓度0.20 mg/L。总磷的综合降解系数则选取0.105（1/d），计算毗河总磷纳污能力。结果计算得毗河总磷理论纳污能力25.22t/年。

由于计算并未扣去来水背景值，故此将毗河石堤堰断面2014来水水质监测值全年平均作为背景值计算，由公式可得COD实际纳污能力2422.25t/年，氨氮117.23t/年，总磷16.59t/年。

4污染物排放总量分配

前面所计算的纳污能力为整个毗河干流所属，如果需计算各行政区域内的纳污能力则需根据上述纳污能力计算结果在行政区域内进行分配。 在确定区县与各河段对应关系的基础上，根据不同区县毗河流经长度不同划分初始环境容量。 得出各区县环境容量如表1所示。

式中，j为指标编号；i为乡镇编号；n为乡镇数；Gj为基于指标j的基尼系数；Xij为第i个乡镇指标j的累积比例（%）；Yi为第i个乡镇排放或分配污染物量的累积比例（%）；当i=1时，（Xi-1，Yi-1）对应（0，0）。

一般研究大多采用单因子基尼系数法评估环境容量配置的公平性，单因子指标模型可避免计算指标权重，又选取排放相关指标，使总量分配更具有针对性，细化了分配方案，更有操作性。通过构建工业产值-工业污染排放量、人口-生活污染排放量、农田面积-面源污染排放量的洛伦兹曲线，分别计算各类污染源总量分配基尼系数，最后根据基尼系数最小化原则对污染物总量分配进行优化。

在总量分配方案合理性评估前，需对基尼系数的合理范围进行界定。按照国际惯例，通常把0.4作为收入分配贫富差距的“警戒线”0～0.2以下，表示分配“高度平均”或“绝对平均”；0.2～0.3之间表示“相对平均”；0.3～0.4之间为“比较合理”；0.4～0.5为“差距偏大”；0.5以上为“高度不平均”。

5.1各区县初始分配系数

为充分考虑总量控制的公平性和效率原则，水环境容量分配应充分考虑社会因素、经济因素和自然因素等。本次研究选取个区县人口总数作为社会效益因子，GDP产值作为经济效益因子，土地面积作为自然效益因子。根据2014年成都市统计年鉴及毗河水环境容量计算结果。

5.2初始分配方案评价结果

根据公式可得出各“指标-排污量”基尼系数如表3所示。表3各“指标-排污量”基尼系数

指标基尼系数统计结果人口GDP面积最小值最大值标准差平均值污染物排放量分配0.470.450.470.450.470.01 0.46

由表3所见，结合基尼系数合理范围界定，人口-污染物、GDP-污染物、面积-污染物三项项基尼系数在0.4～0.5之间，属“差距较大”，说明从自然、经济角度来看，这种线性容量分法较不公平，故此需重新分配，使各指标基尼系数回归到合理范围。而标准差0.01表示三者间公平性差距不大。

梳理各区县各要素分配因子并从小到大排序可得到表4。

由表4可以看出，金堂、新都的分配量过大，郫县、龙泉驿区分配量过小，因此应该从这两点考虑调整排放总量的分配。

6排放总量分配方案调整及结果检验

6.1排放总量分配方案调整

根据基尼系数定义及上述分析对方案进行调整，调整后各区县分配排污量如表5所示。

6.2结果检验

对调整后氨氮、总磷排污量进行基尼系数的检验。经过对各区县排污量调整之后，各因子及对应污染物排放量的基尼系数都有不同程度的缩小，具体如表6所示。

7各区县出境断面水质划分

根据分配结果可以反算出在毗河出水水质满足地表水三类水标准的前提以及公平的基础上各区县出境断面所需达到的水质标准。

因为2014年各断面COD浓度基本达标，故将规划水质与2014年3、8、11月三月平均断面氨氮、总磷浓度作对比，得到表7。

8结论

从已知污染源分布来看，毗河上排口集中在新都，企业集中在青白江，污水处理厂集中在新都与青白江，污染源主要即分布在新都、青白江两个区，也就是石堤堰至毗河二桥断面之间。但金堂境内（毗河二桥至毗河一桥段）大量总磷污染的来源还需深究。

从毗河水环境容量看，毗河COD纳污能力2422.24t/年，氨氮纳污能力117.23t/年，总磷纳污能力16.59 t/年。将纳污能力按照入河量比例分配至各区县，所得基尼系数较大，分配较不公平，故此调整分配。

排污量的优化配置体现了总量分配中的公平性，使分配更有所依据，促进流域内社会发展的平衡。

参考文献：

[1]龙艺.沱江流域水资源合理分配及开发利用研究[J].四川水利，2012（2）：24～26.

[2]董飞，刘晓波.地表水水环境容量计算方法回顾与展望[J].水科学进展，2014，25（3）：451～463.

[3]吴俊.大连湾环境污染及综合防治研究综述[J].海洋科学，1983（5）：53～57.

[4]GB /T 25173-2010.水域纳污能力计算规程＼[S＼].北京：中国标准出版社，2010.

[5]中国环境规划院.全国水环境容量核定技术指南＼[R＼].北京：中国环境规划院，2003.

[6]王有乐.区域水污染控制多目标组合规划模型研究[J].环境科学学报，2002（1）：107～110.

[7]张万顺，唐紫晗，等.太湖流域典型区域污染物总量分配技术研究[J].中国水利水电科学研究院学报，2011（1）：59～65.

[8]田平，方晓波，等.基于环境基尼系数最小化模型的水污染物总量分配优化――以张家港平原水网区为例[J].中国环境科学，2014（3）：801～809.

[9]王晓青. 三峡工程蓄水对澎溪河回水区CODMn、NH3-N和TP综合衰减系数的影响[J].安全与环境学报，2015，15（1）：325～329.