分行政区入河污染物总量监测计量模型研究

分行政区入河污染物总量监测计量模型研究

周少林 张 兰 饶和平

（长江水利委员会网络与信息中心，湖北 武汉，430010）

摘要：为了对流域内地方政府的水污染控制管理进行评价，开展了分行政区入河污染物总量监测计量模型研究。模型的核心是以流域范围内的行政区为管理单元，通过建立区域边界断面的水量水质监测站网体系，监测并计算不同单元的入河污染物总量，并以此为基础设计相应的考核指标，明确流域内地方政府的水污染控制责任。阐述了分行政区入河污染物总量监测计量模型的基本原理、边界条件、简化条件和计算步骤，对以行政区为对象的监测计量、分析评价和绩效考核指标体系进行了初步的设计与分析。模型的建立可为监督考核地方政府的治污减排成效提供理论基础和依据。

关键词：入河污染物；总量；监测计量；模型；分行政区

1 概 述

维护河湖洁净，保障民生用水安全，是经济社会可持续发展的必然要求，是各级人民政府应当提供的公共服务，也是其不可推卸的社会管理责任。2011年中央1号文件明确提出，各级地方政府对本行政区域水资源管理和保护工作负总责，严格实施水资源管理考核制度。水污染控制管理评价是水资源管理考核工作的一项重要内容，地方政府是水资源管理和保护的责任主体，从管理角度而言，建立以行政区为单元的监督评价体系，对地方政府的水污染控制工作进行评价，落实其社会管理责任，是实现水资源保护、解决水污染问题的关键。

径流量和入河污染物总量是决定河水水质的两大因素，径流量（水量）属于大自然禀赋，不易改变，但入河污染物与人为活动关系密切，是可以控制的。2012年国务院3号文件明确要求，“从严核定水域纳污容量，严格控制入河湖排污总量。各级人民政府要把限制排污总量作为水污染防治和污染减排工作的重要依据”。在技术手段上，应从入河排污总量着手，严格各级行政区入河排污的监测与计量，有效界定排污责任主体及其排放量等问题。因此，要落实流域内地方政府的社会管理责任，需建立以行政区为单元的监测计量体系，通过水量水质连续监测及计算获取各区域的入河污染物总量数据，客观真实地反映地方政府的治污减排管理成效，为流域水污染全面控制提供量化管理技术支撑。

在“长江流域分区入河污染物总量监测与管理应用研究”课题的研究基础上，本文重点论述分行政区入河污染物总量监测计量模型。

2 分行政区入河污染物总量监测计量模型

2.1 基本原理

分行政区入河污染物总量监测计量原理可以表述为：在流域范围内，以行政区（省级或更小的行政区）为管理单元，流域边界和行政区边界迭加形成闭合圈，在跨界河流与行政区边界的交点处设立监测站点，跨界河流流入时与行政区边界的交点为入口，流出时与行政区边界的交点为出口，对所有的边界入口与出口的水量水质实行同步监测，根据监测结果，计算各有关行政区污染物的流入与流出总量。即所有入口监测断面的污染物浓度与其径流量的乘积之和为该行政区污染物流入总量，所有出口监测断面的污染物浓度与其径流量的乘积之和为该行政区污染物流出总量，以流入总量为本底值，以流出总量为表现值，在同一时段内的表现值与本底值之差即为该行政区的入河污染物总量，或称之为该行政区污染物贡献值【1】。

考虑水体的自然降解作用及河床底质吸附作用影响，当某一行政区的表现值等于或小于本底值时，可以视为该行政区实现了污染物零排放。区域内水体的自然降解能力可视为该区域的天赋排污权。通过这种方法，可以解决流域内以行政区为单元的入河污染物总量的监测计量问题。

2.2 闭合圈及边界条件

依据上述原理，对水量水质实行同步监测，首先要明确监测的范围，即形成闭合圈，其次要明确监测站点的设置，即弄清跨界河流与行政区边界的关系。

闭合圈为流域边界与行政区边界迭加形成的“交集”，代表行政区在流域内的地域，即所谓的管理单元。按照我国行政区划的层级，管理单元可分为省、地、县3级，分别为流域边界与省、地、县3级行政区边界迭加形成的交集。根据行政区与流域的位置关系，闭合圈大致分为两种情况：

（1）行政区全部位于某流域范围内，行政区边界即构成闭合圈（图1a ）；

（2）行政区部分位于某流域范围内，流域边界和行政区边界组合形成闭合圈（图1b ）。

跨界河流与行政区边界的关系，取决于相邻行政区的位置关系，主要存在以下3种代表性边界条件：

（1）上下游型边界。相邻两个行政区为上下游关系（图2a ），即跨界河流流经上下游行政区的边界，则边界处的监测站既代表A 行政区的出口，也代表B 行政区的入口。对于重要调水（供水）工程沿线，可参照天然河流处理，在跨界处设置监测断面。

图1 闭合圈示意

（2）左右岸型边界。相邻两个行政区分别位于河流左右岸，即以河流为界（图2b ），则在界河段上下游边界处各设一个监测站。下游监测站b 计算得到的污染物量R b 减去上游监测站a 的污染物量R a 即为界河段的入河污染物量R 共。根据界河两岸A 、B 行政区的面积、人口、工业发展等情况，确定A 、B 行政区的入河污染物量分配系数分别为α、β（α+β=1），则A 、B 行政区在界河段的入河污染物量分别为

R 共A = R 共×α

R 共B = R共×β （1）

当两行政区任何一方对界河段入河污染物量分配系数不认同时，也可以对界河段两岸的所有入河排污口实施监测，从而提高行政区界河段入河污染物量计算的准确度。

（3）流向往复型边界。平原河网地区水力特性复杂，天然水系及人工河渠纵横交错，流向往复不定，给入河污染物量计算带来一定的困难（图2c ）。

对于流向往复的跨界河流，在与行政区边界的交点处设置监测断面，统计时段T 内河道正向流和逆向流的时间T 1和T 2，分别计算该断面正向流和逆向流的污染物量。根据水流流向确定该断面为出口还是为入口：正向流时断面污染物量为A 行政区的流出量、B 行政区的流入量，逆向流时则相反。

图2 边界条件示意

2.3 模型简化条件

2.3.1 水体自净能力

污染物排入河流后，经过一系列的物理、化学和生物作用，浓度会逐渐降低，经过一段时间和空间演变后，水体往往能部分或完全恢复到受污染前的状态，河流的这种自我调节、净化能力称为自净能力。水体自净机理包括沉淀、稀释、混合等物理过程和氧化还原、分解化合、吸附凝聚等化学、物理化学以及生物化学过程。各种过程同时发生，相互影响，交织进行。

自净是河流的一种自我净化和水质恢复的固有机能，这是河流自身的理化特征所决定的。自净能力的大小取决于流量、流速、水温、光照等水文气象条件。但是，河流的自净能力是有限的，如果排入水体的污染物数量超过了河流的自净能力，就会使水体出现危害人体健康或破坏生态的现象。河流一旦失去自净能力，如同人的器官被损坏，会丧失自我恢复的固有机能。

2.3.2 底质交换影响

河床以及湖库底质除本身可能含有污染物外，对水体中众多的有机和无机污染物也具有较强的吸附性。由于底质中污染物的存在形态和价态不同，对水质的影响程度也不同。在一定的水流或物理化学条件作用下，被底质表面吸附的污染物可释放重新进入水中，导致二次污染。由于底质对水体中的污染物有富集和溶出作用，导致污染物在水体和底质之间发生交换，会影响污染物的浓度。

2.3.3 水体自净能力和底质交换影响处理

水体自净能力和底质交换作用都会使水体中的污染物总量发生变化。在本研究中，将各行政区范围内的水体自净能力和河床底质交换作用视为一种先天条件，即入河污染物总量是所有进入水体的污染物在水体自净和底质交换后的结果。特别是水体自净能力，是大自然对所在行政区的眷顾，可视为该区域的天赋排污权。从长久来看，底质交换可视为动态平衡。考虑到水体自净能力及底质交换的影响，当某一行政区的表现值等于或小于本底值时，可视为该行政区实现了污染物零排放。

3 分行政区入河污染物总量定义及计量表达式

3.1 入河污染物量

入河污染物总量是河水中多种污染物（如COD 、NH 3-N 、TP 、TN 等）入河

量的集合。排入水体的污染物有很多种，可根据需要选取污染物的种类。

就单一污染物而言，可采取以下步骤进行计算其入河量。

（1）断面污染物量计算。对于某一监测断面，某一时段内某污染物量（r ）表达式为

r=ρQt （2）

式中，r 为污染物量，ρ为污染物浓度，Q 为断面流量，t 为持续时间。

（2）行政区某污染物流入、流出量计算。假设流域内某行政区有m 个边界入口断面，有n 个边界出口断面，则该行政区某污染物流入、流出量分别为

R 流入=∑r i

i =1m

R 流出=∑r j （3）

j =1n

（3）行政区某入河污染物量（考核指标R 贡献）计算公式为

R 流出=R 流入+R 排放－R 自净－R 底质

R 贡献= R排放－R 自净－R 底质=R 流出－R 流入 （4）

式中，R 流出为该行政区某污染物流出量，R 流入为污染物流入量，R 排放为污染物排放

量，R 自净为污染物自然和人工降解量，R 底质为污染物底质交换量（此值可正可负）。

3.2 入河污染当量

水污染物种类繁多，如何将河水中不同的入河污染物量相加，以表征各行政区的污染贡献程度，显得尤为重要。为此，可引入污染当量的概念，以其为度量尺度，衡量不同污染物“污染能力”的大小，对入河污染物量进行归一化处理，相加后得到各种污染物的总污染能力，方便同一时期对各行政区进行横向对比和不同时期对同一行政区进行纵向对比。

当单位量的A 污染物与一定量的B 污染物排入相同区域环境中，对环境的有害程度、生物体的毒性以及处理的技术经济性相当，则A 、B 彼此之间相当的量称为污染当量。污染当量是根据各种污染物或污染排放活动对环境的有害程度、生物体的毒性以及处理的技术经济性而规定的有关污染物或污染排放活动的一种相对数量关系，是有害当量、毒性当量和费用当量的一种综合关系的体现【2】。

污染当量值可依据《排污费征收标准管理办法》（国家计委、财政部、国家环保总局和国家经贸委第31号令）查表确定【3】。污染当量数则等于某污染物的排放量除以其污染当量值。

用W e 表示第e 种污染物的污染当量值，用R e 贡献表示其入河污染物量，则

该污染物入河污染当量数A e 的计算表达式为

A e =R e 贡献/ We （5）

当监测评价的污染物有l 种时，其入河污染当量总数A 的计算表达式为

A =∑（R e 贡献/ We ） （6）

e =1l

4 分行政区入河污染物评价方法比较分析

“入河污染物总量”和“入河污染当量总数”在不同的应用领域均可发挥各自的作用。

采用3.1节的计算方法，可以获得特定行政区单元内某时段每一种污染物的入河量。“入河污染物总量”是多种入河污染物量的集合，可真实反映特定区域环境内污染物的种类和数量，污染物数据客观、详实，便于有针对性地查找区域污染源；通过纵向比较同一行政区单元不同时期的污染物数据，能够反映该行政区单元某一污染物排放的变化情况及趋势，直观地评价其排污控制效果。采用“入河污染物总量”进行评价，真实直观，有利于制订不同污染物削减指标的分配计划，可为区域污染物总量控制规划和指标分解提供科学依据。

“入河污染物总量”能真实反映水污染状况，但难以进行横向比较，当用于多个行政区入河排污评价时存在一定的局限性，用“入河污染当量总数”则可以较好地解决归一化计算问题。将各种污染物的入河量转换成入河污染当量数，是一种比较科学的计算与评价方法，可方便各行政区之间进行横向对比。该方法把各种污染物按同一标准当量处理，实现了不同污染物之间的当量转换，解决了在不同污染物之间无法直接比较的问题，评价具有统一性、可比性，且能更直观地反映各种污染物对环境的有害程度。

5 分行政区水污染控制管理效能指标设计

5.1 基本指标

建立分行政区入河污染物总量监测计量模型的目的，是以科学、适用的技术手段为管理服务。为此，需要研究、设计用于评价区域水污染控制管理效能的指标体系，表征各行政区的水污染排放控制与管理水平，据此评价其社会管理与环境管理绩效。

首先，根据区域水环境特点和污染物排放特征，参考《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中的地表水环境质量标准基本项目，选取反映区域水体中主要污染物的水质监测项目，根据水量水质监测结果，分别计算得出每一种污染物的

入河量。

其次，COD 是水体污染物总量控制的最主要指标，以其为基准，查表确定其他污染物相对于该指标的污染当量值，逐个计算各污染物的入河污染当量数，区域入河污染当量总数为各种污染物入河污染当量数之和。

最后，基于计算所得的入河污染物总量和入河污染当量总数，设计相应的考核指标来评价地方政府的社会管理与环境管理效能。相应区域的污染贡献程度与区域经济发展状况、常住人口数量、耕地面积等关系密切，在进行考核指标设计时，应加以综合考虑。

5.2 考核指标

对同一行政区而言，可进行不同时段的纵向对比，还可评价年度达标情况。

（1）污染物削减率。基于入河污染物总量的监测计量结果，通过对比入河污染物总量较上一年的增减变化，计算污染物削减率，对行政区入河排污情况进行年际变化分析。污染物削减率这一指标可以用来评价区域入河排污的变化趋势，反映地方政府履行水资源保护职能的力度及其治污减排成效。

（2）污染物总量控制达标率。《“十二五”期间全国主要污染物排放总量控制计划》规定，COD 、NH 3-N 是实行水污染物总量控制的主要污染物指标。可将COD 、NH 3-N 这两种污染物的年度实际入河总量与入河控制量进行比较，评价各行政区年度目标达成情况。

对于流域内多个行政区而言，由于各行政区在流域内所处地域不同，入河污染物总量或入河污染当量总数横向不具直接可比性。可通过社会经济统计年鉴，获取流域内各行政区单元的相关信息，包括流域内行政区面积、居住人口、GDP 等，分别计算以面积、人口、万元GDP 为单位的入河污染物总量以及入河污染当量总数，方便各行政区单元之间进行横向对比，发布行政区污染排行榜。

（1）单位面积、单位人口、万元GDP 入河污染物总量，可分别针对某一种污染物进行单项的横向对比，以便掌握流域内不同区域的污染物排放特征。

（2）单位面积、单位人口、万元GDP 入河污染当量总数，集合了区域水体内所监测的各种污染物，可以客观评价行政区单元的水污染贡献率及减排责任。

在考核评价的基础上，可提出各行政区近期和远期的管理目标，如污染物减排目标（削减率）等。

6 结 语

本文论述的分行政区入河污染物总量监测计量模型，主要用于流域水污染控

制管理评价。模型的核心是以行政区为管理单元，建立区域边界断面的水量水质监测站网体系，通过连续监测，核算出流域内各行政区的入河污染物总量和入河污染当量总数，这样就能建立起各行政区的“污水表”，清楚地显示其入河排污状况。

通过设计相应的考核指标并纳入政府考核体系，水污染控制及减排的量化指标将成为各级政府的显性业绩，可为监督考核地方政府的治污减排成效提供依据，评价其社会管理与环境管理效能。在此基础上，可建立各级行政区水资源保护责任制，解决行政区排污责任划分难的问题，有助于形成促进行政区治污减排的“倒逼机制”，引导地方政府更加重视保护水质，履行减排义务，水污染防治的难题也就能迎刃而解。

参考文献：

[1] 周少林，饶和平，张 兰. 长江流域分行政区入河污染物总量监督管理探析[J]. 人民长江，2013，44（24）：1-5.

[2] 国家环保总局编著. 排污收费制度[M].北京：中国环境科学出版社，2003：54-55.

[3] 排污费征收标准管理办法. 国家计委、财政部、国家环保总局、国家经贸委第31号令.2003.

（此文首次发表于《人民长江》2014年6月 第12期）

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