长江三角洲地区城市水环境承载力评估

王金南,于 雷,万 军,徐 毅 (环境保护部环境规划院,北京 100012)

长江三角洲(以下简称长三角)是我国城镇化,工业化最为迅速的地区,同时也是环境污染非常严重的地区.统筹解决长三角发展过程中城市人口和生产要素集聚与资源,环境及基础设施承载力之间矛盾的需求迫切,特别是该地区水环境承载力已经成为制约其可持续发展的重大挑战.水环境承载力定量化评价主要是在理论研究基础上,针对环境承载力评价指标的具体数值,采用统计学方法,系统动力学方法等对环境承载力进行综合分析[1].一般来说,环境承载力指标与经济开发活动、环境质量状况之间的数量关系是非常复杂的,因此很难确定.另外,所选取的指标不仅与人类的经济活动有关,还受到许多偶然因素的影响,这些都给环境承载力的研究带来了一定困难[2].近几年,统筹经济－社会－环境－资源系统,以环境承载力评估结果支撑流域、区域、省域发展决策的趋势开始显现[3-5].本研究构建水环境承载预警等级划分标准,采用较适合环境承载力评价的压力－状态－响应(PSR)结构模型,分析2005～2010年长三角16个城市的水环境承载力演变和空间分布特征,提出提高长三角水环境承载力的对策,以期从承载力评价分析角度为区域和城市可持续发展提供基础决策依据.

1 评价方法

1.1 PSR评估模型

人类活动对环境施加压力,环境进行自我调节,而社会根据环境调节状况做出响应,以维持环境系统的健康稳定状态.采用压力－状态－响应(PSR)评估模型反映以上逻辑关系,以水环境容量及其分布作为模型中的状态,以城市污染控制措施与社会经济发展政策调控作为模型中的响应,以环境所承载的水污染物排放作为模型中的压力,三者共同构成水环境承载力评估框架模型.

图1 PSR模型框架Fig.1 Framework of PSR model

通过对该模型的压力和响应状况分析,判断水环境子系统的发展变化趋势.在社会经济系统已做出响应的情况下,研究环境压力所对应的环境状态,评估环境的承载程度,以不超过环境状态与响应的联合额度的压力作为环境承载力.也即,通过压力和响应指标,可以将环境容量(反映环境系统承载污染能力与承载力(反映对社会经济的支撑能力)挂钩,从而从宏观尺度展开评价.

1.2 水环境承载力预警分析

承载力的测度是一个相对量的概念,且涉及不同城市的比较,因此采用承载率来衡量.承载率是通过承载量指标与预警性指标进行比较,根据两者比值进行承载力判断.如果承载量指标值大于预警性指标值,说明当前承载负荷较大,城市发展空间受到限制.反之,则说明现有开发在合理的承载能力之内,未来城市发展具有一定的空间.承载量指标和预警性指标的变化均直接影响承载率,使得承载率具有动态性.

其中,承载量指标反映水环境要素当前实际承载负荷,选择现状污染物排放量.预警性指标反映水环境要素可承载量,基于短板理论,选择对城市社会经济与环境可持续发展制约最大的因素.长三角最大的水环境问题是现状污染负荷远超地表水环境容量,预警性指标选择各城市地表水环境容量.水环境容量主要与水体特征,水质目标和污染物指标有关[6].在污染物指标和水质目标已定的前提下,容量主要取决于水体特征.流量是水体特征主要表征,也是容量测算关键基础指标.目前的地表水环境容量是在90%保证率(即近十年最枯月)流量条件下测算的[7],在环境管理中采用该容量进行排污总量控制,风险保障程度相当高.由于企业生产与排污在全年是稳定连续的,而我国不同流域,河流的天然流量在丰平枯水期差异较大,采用75%保证率下的容量进行排污总量控制,被认为是较适合我国当前实际,但风险保障程度一般.采用50%保证率下的容量进行排污总量控制,存在较大风险.因此,容量测算采用的保证率水量条件越低,对应的排污总量控制风险越高.

综合以上,水环境承载率反映水环境要素当前承载状态,是现状污染物排放量与水环境容量的比值.结合承载力测度,区域环境现状和管理需要,将承载率预警状态划分为4个级别[8-9],包括:

Ⅰ级:表示水体环境处于良好状态,此时进入水体的污染物总量低于90%保证率条件下的水环境容量;

Ⅱ级:表示水环境处于一般状态,此时进入水体的污染物量介于75%保证率和90%保证率条件下的容量之间;

Ⅲ级:表示水环境已处于警戒状态,此时进入水体的污染物量介于50%保证率和75%保证率条件下的容量之间,存在一定的风险;

Ⅳ级:表示水体环境已处于危机状态,此时进入水体的污染物量已高于50%保证率条件下的水环境容量,水质将发生明显的恶化趋势.

表1 水环境承载率预警等级划分标准Table 1 Classification standard of the water environmental carrying capacity precaution

2 评价过程与结果

结合我国的环境质量和污染物排放现状特征,选取CODcr作为代表性指标,分析2005～2010年长三角城市群水环境承载力的演变情况.其中现状污染排放量数据取自中国环境统计年报[10],水环境容量数据采用全国地表水环境容量核定结果[11],具体测算方法采用零维,一维和二维稳态模型[12-15].评估结果见图2.

评估结果显示,半数城市承载力状态改善明显,镇江、泰州、宁波、嘉兴、绍兴和舟山承载率预警等级提升1个等级,杭州和湖州提升2个等级.承载力状态变化趋势与“十一五”全国主要污染物总量减排考核结果[16]一致.根据考核结果,上海、江苏和浙江COD排放总量分别由2005年的30.4,96.6,59.5万t削减至2010年的21.98,78.80,48.68万t,对应的削减比例分别为27.71%,18.44%和18.15%.

图2 长三角16城市水环境承载力评估结果Fig.2 Assessment results of water environmental carrying capacity of 16 cities in Yangtze River Delta Region

但是,长三角承载力状况总体堪忧,部分城市承载力状况较差,改善压力较大.此外区域流域间承载力状况不平衡,分异性特征显著.表现在:

(1)2010年,长三角16城市中,7个城市承载率预警等级仍为Ⅳ级.其中江苏省内8个城市中有6个城市为Ⅳ级,包括位于长江沿岸的南京、扬州、南通,太湖北岸的苏州、无锡和常州.地处太湖东岸和长江沿岸的上海承载率等级也为Ⅳ级.这一方面是由于长江沿岸城市容量资源多集中于长江干流,支流容量资源少且环保力度相对弱;另一方面是由于太湖北岸苏锡常地区环境容量小,排污基数大,减排起效慢.

(2)浙江省内城市位于太湖以南和钱塘江沿岸,承载力状况显著好于江苏省内城市和上海市,7个城市全部为Ⅱ级或Ⅰ级.这与太湖南岸苕溪、钱塘江、曹娥江、甬江和椒江水系环境容量相对大,区域排污基数相对小,污染减排起效快有关.

3 提高长三角环境承载力的对策

基于PSR的模型体系,从压力,状态,响应三个层面提高长三角环境承载力.

3.1 持续减排,减少承载力压力

继续实施主要污染物总量减排.“十一五”实践证明,总量控制是目前我国降低环境承载压力的最有效途径.特别应针对承载率预警等级为Ⅳ级的7个城市,重点整治长江,太湖和城市内河道污染,控制长江干流岸边污染带,切断入江支流污染汇集通道,着力控制入江支流对长江干流水质和入湖河流对太湖营养的贡献.

持续提升生活污水处理水平.按照先优化运行,后工程措施;先内部碳源,后外加碳源;先生物除磷,后化学除磷的技术原则,稳步推进太湖流域老旧城镇污水处理厂升级改造[17].在长三角率先实现镇级污水处理设施全覆盖,在太湖周边等重点区域建设和运行好农村生活污水处理设施[18].

深化强化工业企业达标排放管理.对沿湖、沿江等重点区域工业企业提出全面达标要求.重点建立实施和深化完善排污许可证制度,探索促进排污许可证制度与三同时,排污权交易,标准,环保设施监管,排污口设置管理,限期治理等制度有机整合,健全减排长效机制[18].

切实提高面源污染防治成效.以环太湖主要入湖河道两侧,杭嘉湖平原为重点区,通过面源污染治理腾出环境承载空间.通过关停,搬迁,治理,资源化利用等措施防治畜禽养殖污染;通过改善农业结构,建设滨水生态隔离带,推广测土配方施肥等措施综合防治农业面源污染;通过限定水产养殖区域,改进养殖技术和尾水自然生态处理等措施防治水产养殖污染[18].

3.2 优化布局,改善承载力状态

优先保障高功能水体达标.规划区划优先,在总体环境承载状况严峻的情况下,先通过优化取排水口布局,科学划定和严格落实水环境功能区划等措施避免布局问题,促进集中饮用水源地,长江口,钱塘江河口等重点水体水质达标.

合理安排达标尾水出路.对江苏省8个城市的达标尾水,优先通过深度处理达到再生水利用标准,按行政分区就地消化,余量部分再根据具体内河河段水环境容量和水环境功能区达标要求,选取少量河道作为尾水通道,并利用自然生态系统和强化生态工程建设,经生态净化后再排江入海[19-20].

加强沿江沿湖开发管理.实行差别政策,对化工产业发展与布局实行空间管制,科学划定沿江化工产业优先与重点发展区,同时严格防范化工污染向沿江外延的和向腹地延伸[19-20].制定实施医药,印染,造纸等重污染行业环境准入标准.

3.3 提升效率,促进承载力响应

推进产业优化升级.加快发展新兴产业,巩固提升传统产业,提升经济运行效率和产出,提高资源能源利用效率和环保水平,从根本上改善社会经济高速发展与承载力不足之间的矛盾.

提高环保投入水平.充分考虑环境现状,有限的治理资金,污染治理成本之间的关系,通过建立实施环境保护基础设施投资项目优选机制等措施,将资金集中在最需要提高的“短板”上面.

强化区域环境管理.强化管理统筹,统一区域环境要求和市场准入标准,建立区域环境管理协调机制,提高环境监管能力和水平,建立实施两省一市共同参与基础上的信息公开和公众参与制度.创新环境管理手段,深化实施省部际和市际联席会议,基于环境功能分区的管理政策[21-22],区域环境补偿赔偿机制[23-24],环境(生态)经营模式等区域特色的环境保护制度,并注重发挥政策手段的协同作用.

4 结论

4.1 水环境承载率反映水环境要素当前承载状态,是现状污染物排放量与不同保证率条件下水环境容量的比值.结合承载力测度,区域环境现状和环境管理的需要,以90%,75%,50%保证率为标准将水环境承载率预警状态划分为良好,一般,警戒,危机4个级别,较为合理可行.

4.2 2005～2010年,长三角半数城市承载力状态改善明显,但仍有7个城市处于危机状态.此外,区域流域间承载力状况不平衡,分异性特征显著.江苏省内城市和上海位于长江沿岸和太湖北岸东岸,承载力状况多为危机状态;浙江省内城市位于太湖以南和钱塘江沿岸,承载力状况为良好或一般状态,显著好于江苏省内城市和上海市.承载力状况主要与城市容量资源多寡,排污基数大小和污染减排起效快慢有关.

4.3 提高长三角环境承载力,宜采取3个方面,10类措施.其中,持续减排,减少压力需继续实施主要污染物总量减排,持续提升生活污水处理水平,深化、强化工业企业达标排放管理,切实提高面源污染防治成效;优化布局,改善状态需优先保障高功能水体达标,合理安排达标尾水出路,加强沿江沿湖开发管理;提升效率,促进响应需推进产业优化升级,提高环保投入水平,强化区域环境管理.

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