基于污染损失率模型的京杭大运河水体评价——以扬州段为例

张 宁，刘 聪

(杭州电子科技大学管理学院，浙江杭州 310018)

基于污染损失率模型的京杭大运河水体评价
——以扬州段为例

张 宁，刘 聪

(杭州电子科技大学管理学院，浙江杭州 310018)

以污染损失率模型作为理论模型，选取高锰酸盐指数、BOD5、NH3－N、挥发酚和石油类等污染因子对京杭大运河扬州段水体功能的受污染程度及其造成的使用功能价值损失进行了估计，得出了京杭大运河扬州段的年均污染损失率和综合污染损失率。基于实证分析结果，以综合污染损失率1%、20%、50%、80%作为分级标准点，对运河扬州段的水体功能污染损害程度进行了系统划分后，由综合污染损失率模型计算得出京杭大运河扬州段目前处于轻微损害级别，并提出扬州段相应的水污染治理方案及措施。

水污染;京杭大运河扬州段;污染损失率

京杭大运河和万里长城并称为我国最伟大的两项工程，具有重大的历史和现实意义。运河途径北京、天津两市以及河北、山东、江苏、浙江四省，沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，全长1794千米，由人工河道、河流、湖泊三部分组成，为我国经济发展、社会进步和文化繁荣做出了突出贡献。近年来，随着我国运河沿线工农业、旅游业的繁荣发展使运河的水环境遭受到了很大挑战，水体受到了严重污染，大运河的历史文化遗存、风光景物和自然生态环境等都遭到严重破坏，这对中华民族来说将会是一个不可挽回的损失。因此，本文以京杭大运河扬州段为例，运用污染损失率模型探讨运河使用功能的破坏程度，计算运河扬州段的功能价值损失，不仅为政府对运河污染状况及今后整治目标提供明晰的认识，还把资源环境价值纳入计算范围也符合绿色GDP的要求，具有一定的理论与现实意义。

一、理论模型和数据来源

在水污染过程中，污染物对水的损害行为往往表现为一种“S”型非线性效应，即在污染物浓度较低时，污染损失不明显，随着污染物浓度增加，当达到一定值时，污染损失急剧增加，达到一定程度后，污染损失趋于极限，即污染物浓度继续增加时，污染损失基本趋于不变，也就是表现为环境污染的“S”型非线性效应。比利时生物数学家P．F．Verhulst(1838)提出Logistic模型就是一个“S”型的增长曲线模型，反映实际事物的产生、发展、成熟并达到一定极限的过程，广泛应用于动植物生长繁殖和经济发展态势等现象的模拟。由于该模型具有L．D詹姆斯的“污染—浓度曲线”具有的特点，对其进行改进来描述水质污染与经济环境的关系，为水污染经济损失核算体系及水体的合理开发利用提供量化技术支持［1］。

(一)单一污染物污染损失率模型

假定某一特定水体中只有一种污染物，污染损失的最大值即水体价值为k，根据詹姆斯的“污染—浓度曲线”［2］，某种单一污染物对水体造成的经济损失可以表示为:

k为水体价值，即污染损失的最大值，A、B是由某种污染物特性决定的价值损失参数，C为污染物浓度指数［3－4］，表示为污染物浓度c与引起水体价值损失的临界浓度ck之比。

为使各污染物对水体造成的影响具有更强可比性，需要引入污染损失率的概念，污染损失率表示为污染物引起的污染损失S与水体价值k之比。

假设污染损失率为R，用公式表示为:

(二)复合污染物综合污染损失率模型

当水体中存在多种污染物时，其综合污染损失率不能是各项损失率的简单相加。假设水体中有n种污染物共存，根据概率论的基本知识(不考虑各种污染物间的相互作用)，综合污染损失率与各污染物单项污染损失率之间的关系可以表示为:

即当增加一种污染损失率为Rin的污染物后，综合污染损失率为原有污染损失率与增加的污染损失率之和，其中增加的污染损失率为Rin与原来剩余部分1－Ri(n－1)之积。

(三)数据来源

数据主要来自《2009年度扬州市环境质量状况公报》、《中华人民共和国地表水环境质量标准》、《1978－2007年巨大的变化、辉煌的成就——江苏改革开放30年》、《2002－2005年中国城市统计年鉴》、《2004－2008年中国区域经济统计年鉴》、《2002－2005年江苏统计年鉴》以及《2004－2008年中国城市(镇)生活与价格年鉴》。

二、以京杭大运河扬州段为例进行实证分析

(一)京杭大运河扬州段基本概况

京杭大运河扬州段自古以来对扬州经济文化发展起到了不可替代的作用，运河扬州段自北向南流经宝应县、高邮市、江都市、维扬区、广陵区、经济开发区、邗江区，运河扬州段是整个运河中最具历史内涵的一段，运河扬州段与两千多年前的古邗沟路线基本吻合，从瓜洲至宝应全长125公里，其中，运河扬州城区段全长30公里，从瓜洲延伸至湾头。运河扬州段有大量的历史遗迹和人文景观，运河扬州段在历史上起到调度扬州城区涝水和周边仪邗山洪的作用，向丘陵山区输送水源和沟通江淮航道等都具有重要地位［5］。

随着历史的变迁，运河扬州段的功能发生了一些变化，据统计，运河两岸直立式码头约有37座，其中伸出河口线最远的达到10米，众多的码头影响运河过水，严重影响了运输功能［6－7］。尤其是到干旱年份，运河冲污能力的不足对农业灌溉产生很大程度的影响。运河两岸建筑密集，绿化率不高，市政设施相对简陋，严重影响了运河旅游资源的开发。扬州段水环境的恶化，不仅威胁到长江下游的生态环境，影响各方面用水需求和运河功能的发挥，与扬州历史文化名城的良好形象很不相称，制约了扬州经济和旅游业的发展。运河扬州段的功能种类很多，本文选取其最重要的饮用水源、旅游、工业和农业灌溉四个功能，从水质状况与经济损失角度对运河扬州段进行综合评价。

(二)京杭大运河扬州段水质状况分析

随着城市经济建设的不断推进，运河河道受到了一定程度的污染，由于年久失修，扬州段沿岸水利设施严重老化，河床淤积，河道防洪能力大大下降;同时，运河两岸工厂的兴起和居民日常生活的繁荣使大量污水排入运河，导致运河扬州市区生态环境日益恶化，水体质量严重滑坡，日排污量从1985年的8万吨增加到1992年的22万吨。运河扬州段不论水质还是两岸环境都受到了不同程度的破坏，从高旻寺至黄金坝段共有主要排污口66个，其中工业废水排污口14个，生活污水排污口52个，同时还有7条支河(小秦淮河、新太河、潮河、邗沟、安墩河、七里河、新城河)的污水共同排入古运河，导致这一段的水质状况很不乐观，加上运河东岸由于农药厂、化肥厂、制药厂等高污染行业排放的大量工业废水，使运河污染程度尤为严重。根据《2009年度扬州市环境质量状况公报》，2009年，运河扬州段水质满足功能区划Ⅳ类要求，COD、BOD5、氨氮的浓度呈下降趋势，水质现状为Ⅱ类，水质状况是有所好转的。总体来说，京杭大运河扬州段呈现出有机污染特征。

(三)运河杭州段水体污染经济损失效果评价

运河污染所造成的经济损失主要指运河主要使用功能由于遭受破坏而产生的功能价值损失，对运河由于水体污染所产生的经济损失进行估计，有助于政府得到真实的经济数据，合理的进行水环境规划，制定水体保护对策。笔者选取饮用水源、旅游、工业和农业灌溉四种使用功能，根据2000－2008年的水质监测数据［8－9］，得出水质监测结果见表1。

表1 2000－2008年京杭大运河扬州段水质监测数据统计结果(mg/L)

根据《中华人民共和国地表水环境质量标准》，高锰酸盐(指数)除了在2002年和2008年属于二类标准外，其他年份均为三类标准;BOD5在考察年份含量在二三四类标准变动;NH3－N在三四类标准间变动;挥发酚在四五类标准之间变动;石油类的含量在2000－2005年之间属于四类标准，在2005－2008年属于三类标准。氰化物、砷和Cr6+含量始终属于一类标准［10－12］。DO的含量除了在2007年属于一类标准，即溶解氧饱和率达到了90%外，在其他考察年份均为二类标准［13］。扬州段主要污染物是高锰酸盐(指数)、BOD5、NH3－N、挥发酚和石油类，重点选取这五种水质污染因子进行分析，五种水质因子的浓度变化趋势如图1所示。

图1 水质因子浓度变化趋势

在污染损失率模型中需要用到参数A、B，笔者参照朱发庆(1993)的研究理论计算得出这五种污染因子的参数值［14］，结果见表 2。

表2 参数A、B的参考数值

根据水质分级标准，Ⅱ级水质适用于饮用水源地，因此把Ⅱ级水质标准作为污染因子引起生活用水功能价值损失的临界浓度;Ⅲ级水质适用于一般的工业用水和一般的鱼类生活区，把Ⅲ级水质标准作为污染因子引起水体渔业和工业价值损失的临界浓度;Ⅴ级水质状况只适用于农灌用水和一般景观用水，把Ⅴ级水质标准作为污染因子引起旅游功能和农业灌溉功能价值损失的临界浓度。由《2009地表水环境质量标准》可知，高锰酸盐(指数)的Ⅱ级水质标准值为≤4 mg/L，Ⅲ级水质标准值为≤6 mg/L，Ⅴ级水质标准值为≤15 mg/L;BOD5的Ⅱ级水质标准值为≤3 mg/L，Ⅲ级水质标准值为≤4 mg/L，Ⅴ级水质标准值为≤10 mg/L;NH3－N的Ⅱ级水质标准值为≤0．5 mg/L，Ⅲ级水质标准值为≤1 mg/L，Ⅴ级水质标准值为≤2 mg/L;挥发酚的Ⅱ级水质标准值为≤0．002 mg/L，Ⅲ级水质标准值为≤0．005 mg/L，Ⅴ级水质标准值为≤0．1 mg/L;石油类的Ⅱ级水质标准值为≤0．05 mg/L，Ⅲ级水质标准值为≤0．05 mg/L，Ⅴ级水质标准值为≤1．0 mg/L。把上述数据代入污染损失率模型，得出五种污染因子对运河扬州段各主要使用功能的年均污染损失率，计算结果见表3。

表3 五种污染因子对运河扬州段各主要使用功能的年均污染损失率R(%)

根据李嘉竹(2009)污染损失率分级制度，本文对水体功能损害程度进行系统划分，以1%，20%，50%，80%分界点［1］，将其损害程度分为无损害、轻微损害、中度损害、重度损害和功能丧失5个等级，分别对应着水环境发展的安全阶段、初始阶段、发展阶段、恶化阶段和衰退阶段5个时期，损害程度划分的具体标准见表4。

表4 水体功能损害程度及水环境发展阶段划分标准

由表3和表4可以看出，饮用水功能的年均污染损失率均大于80%，损害程度为功能丧失，无法饮用。主要因为附近扬州农药厂的热电厂的排放污染物，以及运河两岸仍存在较多的建筑垃圾堆放场、废品堆放场和污水排放场，共同导致了运河的污染状况。污染因子对旅游业的影响波动较大，2002年和2008年污染损失率均在(20，50)之间，损害程度为中度损害，与当时运河城区段突发大面积绿藻，水面上积满大量水生植物，运河氨磷总量严重超标，运河严重富营养化有关。2001年污染损失率为67.53%能由于污染因子的影响在2000－2002年处于功能丧失程度，从2003年开始，情况开始好转，功能损害程度由功能丧失变为轻微损害。这主要与政府对运河进行的综合整治有关。从表3可以看出，农业灌溉功能在2002年处于无损害程度，其余年份处于轻微损害程度，在考察年份没有受到很大的破坏。综上，运河的饮用水功能受到的损害最大，其次受损害比较厉害的是运河的旅游功能。

要计算运河各使用功能的经济损失量，首先要估算出各使用功能的价值，各使用功能的价值为产值，扬州市未执行阶梯水价之前的水价为2．57元/吨［15］，本文假设采用此水价进行计算，生活用水的功能价值为当年的生活用水供水量与水价的乘积。农业灌溉产值只考虑种植业和林业，工业产值只考虑扬州市辖区内运河流经区域的产值［16］。根据扬州市城区各主要使用功能的价值，可以估算出每种功能的经济损失量和运河的综合污染损失率。为简化计算，笔者选取2005－2008年进行计算分析其功能价值，如表5。

表5 运河扬州段不同年份各种主要使用功能的价值及其经济损失(单位:亿元)

通过表5可以看出，运河各主要使用功能的经济损失虽有波动，但从总体趋势上看综合污染损失率呈下降趋势。可见，社会各方面对运河进行的一系列整治卓有成效。也可以得出运河综合功能在2005－2008年处于轻微损害级别，运河扬州段目前水环境状况相对乐观。

三、结论与政策建议

通过选取高锰酸盐(指数)、BOD5、NH3－N、挥发酚、石油类对京杭大运河扬州段的水质进行分析与评价，得出近年来运河除了饮用水功能和旅游功能出现较严重的损害外，其他功能均未出现过严重损害。本文选取了最近年份数据，较能真实反映出运河水质状况，尤其是扬州段在经历了综合整治和保护开发后，水质已有了明显改善，但就运河水体污染因子的影响，其运河功能在治理保护和开发利用上，还需加强引导，有效监督。

(一)加大运河保护宣传力度，尤其增强沿岸居民保护运河的责任感

市民普遍对运河的整治工程不太了解，只是单纯的享受运河的开发成果，沿岸社区的一些居民仍在向运河排放生活垃圾和废水，这其中有市民自身的原因，还有一个重要的原因是政府的宣传力度不够，没能让市民切身认识到运河开发保护的必要性［17］。应该在制定运河保护的政策规划时就使其透明化，让民众充分发挥自己的看法，取其可行之处进行修改，运河沿岸居民作为运河整治的直接受益人，更有责任积极地投入到运河的保护当中去。

(二)加强运河水质监测，进行运河环境污染监控，及时控制出现的污染情况

由文中分析可以看出，在运河的各项功能中，生活饮用水功能其实是很容易受到损害的，而这又和市民的身体健康高度相关，所以一定要加强水质监测，对水质出现的异常情况及时发现，及时治理，防治水质出现进一步恶化。这既有利于加强运河水质的改善和污染治理，又为京杭大运河申遗成功做好充分准备。

(三)针对运河实际情况，开发运河的旅游功能

由于运河目前水质情况还算不错，可以考虑开发运河的旅游功能。当前运河沿岸旅游景点单一，并且分布不集中，运河的旅游功能还没有完全显现出来，因此我们要紧紧抓住运河申遗的契机，找准旅游开发的定位，除了改善自然生态，还要修复人文生态，解决运河旅游产品结构单一的问题，努力将运河打造成旅游与商贸完美结合，自然景观与人文历史完美融合的特色景区，使京杭大运河扬州段成为扬州市的世界级的名片。

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On Evaluation of the Grand Canal(Yangzhou Section)Based on the Pollution Loss Ratio Model

ZHANG Ning，LIU Cong
(School of management，Hangzhou Dianzi University，Zhejiang Hangzhou 310018，China)

The paper takes the Pollution Loss Ratio Model as the theoretical model，and selects the permanganate index、BOD5、NH3－N、volatile phenol and the petroleum as the study objects of pollution factors to estimate the water function’s pollution degree and the consequent value loss of water function of Yangzhou section of the Grand canal，and calculates the average annual pollution loss rate and the comprehensive pollution loss rate．Based on the empirical analysis，the degree of the water pollution damage systematically by an integrated pollution loss rate of 1%，20%，50%，80%(which is the grading standards point)is classified，and draws a conclusion that Yangzhou section of the Grand canal is currently in a minor damage level．Then it put forward some measures to control its water pollution．

water pollution; Yangzhou section of the Grand Canal; pollution loss rate

F303．1

B

1001－9146(2011)03－0001－06

2011－09－01

国家自然科学基金项目(70663010);教育部人文社科青年项目(10YJC790382);浙江省教育厅重点项目(Z201017913)

张宁(1972－)，女，四川荣县人，教授，资源与环境管理．