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2007-2008年氨氮排污量由521.498t上升至1086.118t,控制断面氨氮浓度从6.817mg/l上升至10.823mg/l,断面水质达标率下降,导致2007-2008年招苏台河环境管理总绩效下降。2010年由于氨氮排污量由998.380t减少至360.157t,招苏台河流域水质达标率显著提升,故2010年绩效值相较于2009年出现陡然增长。2010-2011年控制断面氨氮浓度由3.00mg/l上升至4.54mg/l,万元GDP废水排放量增加,生活污水集中处理率降低,导致断面水质达标率由83.3%下降至50%,进而2011年水环境管理总绩效下降。绩效变化见图4。
从图4可以看出,从2006年至2015年招苏台河流域水环境管理总绩效呈现出先上升后下降波动再缓慢持续上升的趋势。由2006年至2015年绩效分别为0.43、0.48、0.46、0.53、0.63、0.53、0.60、0.67、0.71、0.74,随着梨树县环境基础建设工程的大力推进,COD和氨氮年排放量降低,对招苏台河流域水环境质量改善和环境绩效提升起到关键作用。
3流域水环境管理绩效优化
基于污染物总量控制构建水环境管理绩效优化模型,与传统模型相比,结合招苏台河流域实际情况,在保证环境绩效目标前提下,得到流域水污染物减排的最优配置方案,对改善水环境质量更具有实用性及推广性,该方法弥补了利用数学优化模型进行流域水环境管理绩效研究的空白,为流域水环境管理工作提供了新思路。
随着招苏台河流域梨树县经济发展加快,排放污染物总量增多,需建设污染治理工程方案改善流域水环境。由梨树县污染治理防治方案可知:2020年前梨树县拟建77项流域污染治理工程方案,其中结构提升包括4项工业源污染防治工程;工程提升包括31项城镇生活污染治理工程,23项养殖污染防治与资源化工程,18项河道面源污染修复工程;监管/管理提升包括1项流域监管能力建设工程。预计上述污染治理工程总削减量为COD:1783.61t/a,氨氮:102.98t/a。对应2020年环境绩效值为0.818。以此作为流域污染控制原参考方案。
3.1绩效提升指标系统
根据《“十二五”主要污染物总量减排核算细则》(环发[2011]148号),减排措施主要包括结构、工程和管理三项。结合指标设立要求[27-28]和环境污染物总量控制的提升方法[29],建立基于污染物总量控制的环境绩效提升指标系统[30],详见表3。
3.2目标函数
优化模型以所构建的指标为基础,选取流域在各环境绩效提升措施下水污染物削减量为决策变量,提升措施投入资金量最小化为优化目标,基准年为2016年,目标年为2020年,模型目标函数的表达式为:
3.3约束条件
(1)水环境管理绩效达标约束。
基于优化模型获得优化方案的环境管理绩效应不小于项目原参考方案的环境管理绩效,其约束表达式如下:
(2)流域控制断面达标约束。
(3)污染物新增量约束。
(4)各环境绩效提升措施下削减约束
依照规划期内“强化结构提升、细化工程提升、实化监管提升”的目标要求,提出对各环境绩效提升措施在不同规划时期下需完成一定的削减目标,其约束表达式如下:
(5)非负约束。
在求解过程中,待求的决策变量应为正数,即为非负值,对各决策变量进行非负约束。
3.4优化求解
模型投资和削减效果参数依据吉林省梨树县统计局出版的《梨树县国民经济统计资料》(2005~2010年)[31]、《梨树县统计年鉴》(2010~2015年)[32]、《全国水资源保护措施规划阶段补充技术规定》[33-34]、《饮用水源地规范化建设项目与投资技术指南》[35]及项目可研资料[36],详见表4[37-39]和表5。
根据收集到的数据,将模型参数整理后输入计算机,利用Lingo8.0软件编程并进行优化求解,获得招苏台河流域在规划期间水环境管理资金总投入为15.09亿元。模型优化结果方案配置见表6。
3.5结果分析与讨论
01在满足以提升措施投入资金量最小为优化目标,以控制断面水质达标,水环境管理绩效和污染物削减量不低于原参考方案三个约束条件下的优化组合,规划期内优化方案的总削减COD、氨氮分别为9879.1t、619.68t,流域水环境管理绩效提升总投资为15.09亿元,到规划时限环境管理绩效提升值为0.856。与研究区域的原参考方案相比水污染物COD和氨氮的削减量分别增加了9.73%和2.93%,投入的总资金量较案例参考方案的17.1亿元缩减了11.75%,规划期末的水环境管理绩效较参考方案的0.818增加了4.7%。与招苏台河流域现状环境绩效值相比增加了15.7%。
02在实际工作中对绩效提升措施进行合理规划配置,可满足水环境管理绩效要求,便于COD和氨氮减排符合实际,具有现实意义。其中工程提升措施削减效果最优,城镇生活污染治理工程削减量分别占COD、氨氮总削减量的50.90%和48.21%。从绩效提升措施的水污染物削减潜力上来看,招苏台河流域较为有效的提升措施为城镇生活污染治理和养殖源污染防治[40-41]。
4结论
基于总量控制构建基于结构、工程、监管提升的招苏台河流域水环境管理绩效优化模型。以招苏台河流域为例,得到在目标环境绩效下水污染物最优总量控制方案,有效降低流域水环境管理绩效提升投入的总资金量,为流域水环境管理和可持续发展提供理论依据。
吉林省招苏台河流域在“十二五”时期水环境管理绩效值不断增长与城镇基础设施(污水管网、污水处理厂)的完善、水污染治理工程的实施密切相关。在规划期间招苏台河流域管理部门应侧重城镇生活源与养殖源污染控制方面,污染治理工程的实施对流域环境管理绩效提升具有重要作用。
本文选取的流域绩效评价指标体系针对其他各省市水环境特性需进行有针对性的调整,因地制宜,改善水环境质量。基于污染物总量构建流域绩效提升系统涉及评价指标较多,今后仍需进一步完善相关数据,提高研究成果的指导性和可操作性。
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