基于水环境容量测算和排污交易政策的流域跨界管理对策摘要：近年来随着水污染状况的日益严重，各种跨界水污染的纠纷不断。

本文先简单介绍流域环境管理现状，跨界水污染纠纷，另外，着重介绍通过对水环境容量的研究，包括研究的内容，进展，模型的建立过程，给出特定的数学模型，用来计算在一段流域之内能容纳的污染物的量，也就是在一段河流的自净范围内的纳污量，从而给各个跨省流域包括的省一些指导性的建议，研究如何控制总量的排放，更好的利用水环境容量这个资源，减少纠纷。

另外，依据某段河流的水环境容量，可以在各省控制总量，减少跨省纠纷的基础上，进行各个企业的排污量合理分配，并且可以实施排污权交易政策，既保证污染物总量不超标，有又保证水环境容量合理利用。

关键词：流域管理水环境容量水污染总量控制排污权交易引言：我国是一个国土辽阔的国家，河流众多，其中包括松花江流域，辽河流域，海河流域，淮河流域，黄河流域，长江流域，珠江流域，太湖流域，巢湖流域，滇池流域等主要流域和一些内陆流域，其中，跨界河流不在少数，几乎所以国家重点监测流域都有跨界，以黄河为例，黄河发源于青海省青藏高原的巴颜喀拉山脉北麓约古宗列盆地的玛曲，呈“几”字形。

自西向东分别流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南及山东9个省、市、自治区，最后流入渤海。

由于流域跨界水污染纠纷具有很强的地域空间整体性，又受到行政辖区界限的人为影响，因此这个环境问题一直是我国环境保护的难题。

[1] 随着社会发展，人们认识到水环境容量是一个资源，可以进行利用，用来各省份水体进行水环境容量的计算，指导污染排放量，降低跨界纠纷，另外，因为制度和管理上的疏漏，流域跨界水污染问题因此层出不穷例如位于浙江长兴和安徽广德的交界处的泗安水库，本属于长兴县，由于上游工厂的超标排放，导致下游水库鱼类死亡，由于省与省之间没有统一的管制标准，下游却不能讨伐上游污染工厂。

这就需要各省对当地企业做出合理的排污量的要求，建立实用有效的政策。

目前国际上对跨境水环境污染研究有Siebert在他的前沿性著作Economics of Environment中专门研究了跨境水污染问题[2]，提出来非合作解决方法和合作解决方法。

目前我国管理跨界流域水污染主要采用直接管制手段，这种方法目前在我国仍然发挥重要作用，但是，随着我国经济快速发展，还应特别重视经济手段和市场手段。

1.我国主要跨界流域水污染现状流域，指由分水线所包围的河流集水区。

分地面集水区和地下集水区两类。

如果地面集水区和地下集水区相重合，称为闭合流域；如果不重合，则称为非闭合流域。

平时所称的流域，一般都指地面集水区。

流域内所有河流、湖泊等各种水体组成的水网系统，称作水系。

其中，水流最终流入海洋的称作外流水系，如太平洋水系、北冰洋水系；水流最终流入内陆湖泊或消失于荒漠之中的，称作内流水系。

根据国家环保部发布的公告：2011年，全国地表水总体为轻度污染。

湖泊（水库）富营养化问题仍突出。

长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西南诸河和内陆诸河十大水系监测的469个国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为61.0%、25.3%和13.7%。

主要污染指标为化学需氧量、五日生化需氧量和总磷。

图1 2011年十大水系水质类别比例长江水系：省界河段水质总体良好。

19个国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为78.9%、15.8%和5.3%。

贵州铜仁黔-渝交界的乌江沿河断面为重度污染，主要污染指标为总磷。

松花江水系：省界河段总体为轻度污染。

主要污染指标为总磷、高锰酸盐指数和氨氮。

6个国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类和Ⅳ类水质断面比例分别为66.7%和33.3%。

海河水系：省界断面为中度污染。

Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为41.2%、26.5%和32.3%。

主要污染指标为化学需氧量、五日生化需氧量和氨氮。

从水资源分区来看，海河区Ⅰ～Ⅲ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为23.0%和63.9%。

黄河水系：省界河段总体为轻度污染。

主要污染指标为总磷、高锰酸盐指数和氨氮。

6个国控断面中，Ⅰ～Ⅲ类和Ⅳ类水质断面比例分别为66.7%和33.3%。

图2 2011年黄河水系水质分布图由公报里这些数据可以看出，我国的各大流域中省界断面污染情况不容乐观。

分析黄河水系水质分布图可以看出，在从陕西境内汇入山西黄河干流的支流为劣Ⅴ类水质，这势必会引起下游山西省对上游的不满。

2.水环境容量测算模型的建立2.1基本概念和方程水环境容量是在给定水域范围和水文条件，规定排污方式和水质目标的前提下，单位时间内该水域最大允许纳污量，称作水环境容量。

水环境容量具有资源性、区域性、系统性、发展需要性四个基本特征,其大小主要与水域特性、环境功能要求、污染物质以及排污方式有关，这些因素直接影响入流污染物的稀释能力以及污染物质在水体中的时空分布。

由于河流具有对污染物质的稀释、输移、降解能力，因此河流环境容量可分为以下三个组成部分：输移容量：污染物在水体中随水流的对流运动产生的输移量,它只与水力要素和水质目标有关，因此输移容量是有限的不可再生的。

较大的输移容量并不代表较大的允许排放量。

对保守物质来说，河段总的环境容量只由输移容量组成。

稀释容量：当水体本底水质浓度低于水质标准时，由于对流及扩散作用，使排入的污染物逐步均匀分布到整个水体，其浓度达到标准浓度的限值时，水体所增加的污染物容量。

稀释容量在数量上等于标准浓度时的输移容量与本底浓度时输移容量的差值，也称差值容量。

自净容量：由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量称为自净容量。

自净容量是反映水体对污染物的自净能力，也称同化容量。

自净容量是水环境容量中最重要的组成部分，河流水环境容量的计算关键在于自净容量的计算。

它是可不断再生的量。

河流是我国最常见、最基本的纳污水域。

河流的水环境容量占在我国的很大的比重。

污染物进入河流后，在一定范围内经过平流输移、纵向离散和横向混合后达到充分混合，或者根据水质管理的精度要求，允许不考虑混合过程而假定在排污口断面瞬时完成均匀混合，可按一维问题概化计算条件，建立水质模型。

[3]一维稳态情况下有机物的降解过程可用托马斯（Thomas ）模型表述（忽略弥散）[4]: C U ）（31k k -xC +=∂∂ （1） 在C(0)=C 0的初值条件下得到托马斯模型的积分：])(exp[)(f )(310x uk k C x x C +-== （2） 式中，C(x)、C 0为x ＝x 、x ＝0处河水各水质指标浓度（mg/L ）；x 为到排污口（x ＝0）的河水流动距离（m ）；u 为河水平均流速（m/s ）；k1，k3分别是各水质指标衰减系数和沉浮系数（d －1）。

2.2模型的建立水环境容量的计算分为段首控制，段尾控制，功能区段段末控制。

段首控制中的段是指沿河任何两个排污口断面之间的河段，而段首则是指各段的上游第一个排污口断面。

段首控制就是控制上游断面（也即段首）的水质达到功能区段的要求，那么由于有机物的降解，则在该段内的水质处处达到或高于功能区段的控制指标。

段尾控制中段的划分与段首控制相似，只是段的控制断面在下游的排污口断面，亦即段尾。

段尾控制的目的在于让水质在各段末达到功能区段水质标准，那么我们可以反推出该段段首处的环境容量。

功能区段段末控制就是在功能区段的最末断面控制水质。

这里的段末常常是特定功能区段的段首。

方法的实质是控制功能区段最终断面，而不是考虑段内水质变化是否超标。

由于跨界流域水污染需要上游省份的河流段末端水质达到下游河段所在省份的水质要求的标准，因此，需要末端控制其水质，选取第二种模型进行测算其容量，即段尾控制模型。

在段尾控制水环境容量计算中，功能区段全段水质低于水质要求，但考虑到降解能力很低，而且各小段较短，超标不会太高，因此水质超标很小。

功能区段内小段的划分如图3所示。

图3 功能区段内各小段的划分下面就段尾控制的水环境容量计算进行分析。

类似于段首控制，功能区段段 首的稀释容量为：)(000C C Q E s -= (3)式中，E 0为功能区段段首的稀释容量（t/d ）；C s 为功能区段水质标准（mg/L ）； Q 0、C 0分别代表来水的流量（m 3/s ）及浓度（mg/L ）。

功能区段内任意一段的容量计算如图4所示。

由于控制断面在段末，那么可由段末按降解曲线（如图4中A 、B 所示）发推到段首，即可求得段首处的环境容量，如图4中的C 、D 所示。

s i i i i i s i C Q x x f q Q C E 1111)(1)(++++--+= （4）E i 为第i 个断面处的环境容量（t/d ）；q i 为第i 个断面处的排污流量（m 3/s ）；Q i 为混合后干流流量；Q i+1为第i+1个断面前的干流流量（m 3/s ）；q i+1是第i+1个断面处的排污流量（m 3/s ）。

A. 第i-1段浓度衰减曲线；B.第i 段浓度衰减曲线；C.第i-1断面的环境容量；D.第i 断面的环境容量图4 段尾控制容量计算示意图功能区段内所具有的总环境容量为：()s i n i i i i i s n i s i C Q x x f q Q C C C Q E E E 1101111000]1)([)(+-=+++=--++-=+=∑∑ （5）简化（5）式得：])1)(1([1011100∑-=++++--+-=n i i i i i s s q x x f Q C C C Q E ）（ （6）对于水环境容量的计算：)1(]1)(1[lim -=-=-∞→u l k s s z n e nQC x f nQC E (7) 利用倒代换，令t=1/n ，则上式变为：)1(lim t e nQC E u l k s z n -=-∞→ （8） 利用罗必达法则求极限得： s z QC ul k E = （9） 由公式（9）可以看出，只要知道了河流流量、流速及水质浓度（即水质要求标准如表1）就可以估算出河流水环境容量。

另外，在计算的时候，应当注意，河流的每年的流量和流速是不同的，没个月的流量和流速也会随着季节的变化而变化，这就要求计算的时候按月进行计算是比较准确的。

等级ρ（DO）ρ(COD) ρ(BOD5) ρ(NH3-N)Ⅰ≥7.5 ≤2 ≤3 ≤0.15Ⅱ≥6 ≤4 ≤3 ≤0.50Ⅲ≥5 ≤6 ≤4 ≤1.00Ⅳ≥3 ≤10 ≤6 ≤1.50Ⅴ≥2 ≤15 ≤10 ≤2.00表1 地表水环境质量标准 mg/L 3.根据环境容量控制污染物总量排放3.1水污染总量控制的内涵水污染总量控制是根据一个区域、流域或特定的地区（包括水环境污染严重的区域、或可能成为严重污染的区域及必须重点保护的区域等）的水环境现和自净能力，考虑社会经济发展水平，科学合理的提出不同时期的水环境目标，根据环境质量标准，计算出研究区所允许的各类污染物的最大排放量，通过对污染源治理能力的经济与技术可行性分析和排污控制方案优选，将总量指标加以分解，以排污许可证的形式分配到区域内的各排污单位，进而将污染物总量控制在自然环境的承载能力范围内。