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基于污染物总量控制的流域水环境管理绩效优化研究 ——以吉林省招苏台河流域为例

北极星水处理网  来源:南水北调与水利科技  作者:冉欣  2018/6/7 8:34:44  我要投稿  

北极星水处理网讯:为探寻流域污染物总量控制和水环境管理绩效之间的关系,建立覆盖流域社会、经济、生态的水环境综合管理绩效指标体系,计算环境绩效并分析其变化趋势,以水污染物削减量为决策变量,以投入资金量最小为优化目标,设置环境绩效优化、控制断面水质达标、污染物削减提升的约束条件,构建基于结构、工程、监管提升的流域水环境管理绩效优化模型。以吉林省招苏台河流域为例,利用Lingo8.0软件编程进行优化求解,得到优化方案总投资15.09亿元,COD、氨氮总削减量分别为9879.1t,619.68t,规划期末水环境管理绩效提升至0.856。水环境管理绩效指标体系可较全面的反映绩效值的定量变化,得到的优化方案满足流域水环境质量改善和污染物总量控制的要求,有效降低资金投入,为流域管理和发展提供参考。

基金项目

国家水体污染控制与治理科技重大专项项目(2014ZX07201-011)

1960年起日本在水质规划中相继引入“总量控制”概念[1-2]。20世纪70年代,日本和美国同期将总量控制写入法律文件中[2]。随着美国TMDL计划和欧盟水框架指令实行,污染物总量控制成为流域环境管理的指导思想[3-4]。从1988年《水污染排放许可证管理暂行办法》至1995年《水污染防治法》,不达标水体实施重点污染物总量控制。从水资源总量及污染物总量角度[5]出发,刘年磊等利用熵值法与改进等比例法[6]进行污染物总量目标分配,于雷等应用环境预警分析长三角地区水环境承载力[7]对污染物总量控制的影响。1990年,ISO14031环境绩效评估国际标准开启了对流域水环境管理的研究[8]。2011年中央一号文件对“最严格水资源管理制度[9-10]”进行系统界定,在此背景下,陶洁等人构建三条红线控制指标体系并应用到新密市水资源管理工作中[11];郭唯等以郑州市为例建立了水资源管理绩效评估体系[12];游进军等提出多维调控的水资源总量控制方案[13]。王金南等将在地方政府绩效考核中引入环境绩效[14]。环境绩效常用评价方法包括AHP法、模糊综合评价法[15]、PSR模型[16]等,而水环境管理绩效评价被融合到环境绩效的研究中,尚未形成一套科学的评价体系和定量的研究方法,尤其是将总量控制思想与水环境管理绩效相结合的研究鲜有报道。

“十三五”期间,我国实施质量改善及总量控制“双约束”模式[17]。在此背景下基于污染物总量控制[18-19],综合考虑流域环保投资、水环境管理绩效、控制断面水质等多项因素的影响,构建流域环境绩效指标系统,定量探寻污染物总量控制和绩效间的关系,以招苏台河为例,得到在目标环境绩效下水污染物最优总量控制方案,以期对流域水环境管理和可持续发展提供更具实用性的参考。

1研究区域概况

吉林省招苏台河流域位于东经124°17′-124°57′,北纬44°13′-44°35′之间,流域总面积1118km2。招苏台河在吉林省境内长度约103km,发源于梨树县十家堡镇土门岭(大黑山脉赫里峰),流经梨树县8个乡镇,在喇嘛甸镇张家桥进入辽宁省昌图县境内,最终汇入东辽河。研究区域地理位置图见图1。

吉林省招苏台河流域属北温带半湿润大陆季风性气候,四季分明。多年平均气温6.4℃,多年平均风速3.6m/s,风向WSW(西南西)。招苏台河梨树县控制单元白山桥水文站集水面积47km^2,招苏台河平均宽度4.68m,月平均水深0.26m,多年平均径流量为4.55亿m^3。河川径流量主要由降水形成,年降水量平均为577.2mm,主要集中在6、7、8三个月。丰水期降水占全年降水总量的80%;枯水期部分河段甚至出现断流。区域水资源总量为3.8亿m^3/年,其中地表水资源量为1.69亿m^3/年。水资源现状供水量为1.54亿m^3/年,现状用水量1.386m^3/年。

梨树县农业人口约占人口总数的75%,耕地、村镇及工矿用地、交通运输用地等人类干扰较大的面积占流域总面积的94%,流域受人类活动干扰强烈。招苏台河常年处于Ⅴ类和劣Ⅴ类水平,枯水期氨氮超标倍数更高。近年来伴随着种植业和禽畜养殖业的快速发展,农业面源污染严重,招苏台河水污染问题亟待解决。

辽河是我国东北地区水污染较为严重的河流之一,招苏台河属于东辽河流域,且为吉林省和辽宁省跨境河流,跨境河流水体不达标对下游水体影响范围较广。故以此为对象寻求如何提高流域环境绩效水平具有一定代表性。

2指标体系构建

2.1构建依据

流域环境管理从早期单纯追求经济发展转化为经济、社会和生态环境协调可持续发展,流域水环境管理评价指标体系正是流域环境管理工作的努力方向和目标体现。

参考ISO14031:2013《环境管理环境绩效评价指南》[20]和《GRI可持续发展报告指南》第四版[21]。选取其中与水环境、生态环境、社会环境及污染物排放相关的指标,遵循宏观性、系统性、可操作性等原则[22],从流域水环境管理绩效内涵出发,基于社会、经济及生态[23]三方面构建评价指标系统,指标体系见图2。

2.2数据处理

指标参数来自梨树县统计局汇编《梨树县国民经济统计资料》(2005-2010年)、《梨树县统计年鉴》(2010-2015年)、梨树县环境监测站提供招苏台河水质监测数据及2016年5月现场调查数据。

指标系统权重计算采用均方差决策法,具有“概念清楚、涵义明确、计算简便、精度较高[24-25]”等特点。基本过程如下:

(1)评价指标的标准化处理。

标准化处理公式见式(1)和(2)[26]。上述指标中Z1、Z2、Z3、Z7、Z12、Z13、Z16为效益型指标,Z4、Z5、Z6、Z8、Z9、Z10、Z11、Z14、Z15为成本型指标。

(2)指标层权重数值求解。

依据以上公式计算,结果见表1和表2:

2.3流域水环境管理绩效计算

结合上文计算得到招苏台河流域水环境管理指标值及权重,采用线性加权法,确定招苏台河流域各指标的加权值,水环境管理绩效指数WEPI(t)见式(7):

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