太湖西岸典型控制单元污染物排放核定方法研究

摘 要：本文通过研究控制单元的划分目、与原则和具体方法，确定了控制单元的具体划分依据。通过控制单元的划分，根据各类污染源的特征及入河方式，将污染源分配至各控制单元，再通过优化计算公式核算企业排污总量和入河量，从而最终确定控制单元内重点污染源（工业企业、污水厂、规模化养殖场）的主要污染物最大允许排放量，为行政区域水环境容量总量控制提供依据。

关键词：太湖西岸；排放核定；控制单元划分；环境容量分配方法

太湖流域是我国人口密度最大、工农业生产发达、国民经济产值和人均收入增长幅度最快的地区之一，然而自2007年太湖蓝藻污染事件发生后，太湖水环境形势却一直不容乐观，水环境治理工作仍重道远。以行政区域为基本单位的水质管理体系已无法解决日益严重的跨区域污染问题[1]。在过去几十年里， 许多发达国家也针对本国水污染状况相继开展了水质管理技术的研究，其中以美国 TMDL 计划最具代表性[2]，其主要包含三个要素，即污染负荷核算、安全余量问题和排放负荷分配。

本文将借鉴TMDL计划先进的水质管理理念和技术经验及我国当前总量控制工作中的经验，以宜兴市为例，进行控制单元的划分，通过对污染源调查和评价以及环境容量来计算污染源的允许排放总量，进行总量指标分配，实施排污许可证管理制度，研究基于排污许可证实施的控制单元总量控制技术，为整个太湖流域水质改善起一个示范作用。

1 控制单元划分方法

1.1 划分目的与原则

控制单元是对重要水质控制断面影响的主要污染负荷所在区域。它为水质目标管理提供了基本的空间管理单元，可以兼顾行政区划和流域的特点，克服单一区域水质管理的局限性，为污染治理提供具体的、具有可操作性的建议方案，促进水生态系统健康。

对控制单元的划分，我们应综合考虑污染源分布、水质断面分布、河流水文特征、行政单元完整性及流域污染控制可操作性等原则，根据太湖流域主要水质控制断面的分布，选择重要控制断面，确定控制单元。控制断面水质达标是进行污染物总量控制、分配的基础，因此控制断面水质达标是控制单元划分中必须考虑的核心原则。在进行控制单元的划分时，应充分应用现有的控制断面，同一控制单元的水系“入口”和“出口”应有控制断面，以保障控制单元水系污染传输的封闭性[3]，有利于实现对控制单元的管理。

1.2 划分方法

在上述划分原则的指导下，获取对研究区域相关地理信息数据，充分考虑自然地理指标（如河流基本特征流向，地形等）、水生态和水环境指标及社会经济等多个指标，利用GIS软件对这几项数据进行整合分析，获取研究区域的流域界限、水生态功能分区、行政界线等，再利用得到的行政区划图、流域水系图与水生态区划图在软件中进行空间叠加分析，得到控制单元划分草图。在进行单元划分时，汇水区是基本的聚合单元，水生态功能区是污染控制单元确定的基本外边界限制条件[4]，尽量避免污染控制单元跨不同水生态功能区，同时考虑控制断面的分布与行政区边界。在此基础上，向地区环境、水利、农林等行政管理部门进行咨询并结合实地勘察，对控制单元草图进行修改，形成控制单元划分终稿。

2 企业排放量核定

2.1 企业排放量核定方法

污染物控制单元划分完成后，根据各类污染源的特征及入河方式，将污染源分配至个控制单元，我们将污染物分为两类：

第一类：有固定排放口的污染源，包括工业点源、污水厂、集中式养殖场（畜禽、水产）。第一类污染源各污染物入河量分配至各控制单元时，主要根据排污口的经纬度信息，结合地理信息管理软件将点位对应到各控制单元，得到各控制单元内固定点源各污染物的入河量。

第二类：分散式污染源，包括农田面源、农村生活、城镇生活、分散式养殖（畜禽、水产）废水。第二类污染源各污染物入河量分配至各控制单元时，以县级区域为单位，根据控制单元面积，将区域该类污染源各污染物入河量按各控制单元所占面积比例分配至各控制单元。其中农村生活和城镇生活污染源入河量分配至控制单元时还需参考农村和城镇人口分布因素。

按照上述分配原则，最终得到各控制单元污染负荷，进而可初步分析各控制单元主要污染源构成情况，根据各污染物排放总量与各控制单元面积之比，可得出各分区各污染物污染负荷占比，从而掌握各分区污染类型与权重。

2.2 污染物入河量計算

2.2.1 生活污水污染源入河量

在统计生活污染物入河总量时，将控制单元内的生活污水分为进污水厂后入河量和直接入河量，直接入河量的计算方法参照下述计算公式。

Wij为计算中的最小空间计算单元和最小时间计算单元。计算中最小空间计算单元为河段（河段为两节点之间的河道）；最小时间计算单元为天。

根据《江苏省主要水域纳污能力核定和限制排污总量研究》（2007年）研究成果，可得不同河宽条件下的河道不均匀系数；通过河网水量数学模型的建立，计算得到各河段边界水文条件，即可汇总出各控制单元的环境容量值。

3.2 控制单元内水环境容量分配

目前，我国污染物的控制已由浓度控制进入了总量控制阶段，而水环境容量在污染源间的分配是总量控制的基础和核心。容量总量分配的原则一般有等比例分配原则、按贡献率削减污染排放量原则、治理费用最小原则、经济与环境效益兼顾原则、 按企业污染治理的难易程度承担污染责任分担率原则[5，6]，综合考虑上述几个原则，本文采用如下分配方法：

3.2.1 控制断面达标条件下

控制断面达标条件下，控制单元的水环境容量分配根据排污口所在控制单元位置直接分配给该控制单元。

3.2.2 功能区达标条件下

功能区水质达标条件下，影响控制单元水环境容量分配的主要因素有两点：一是控制单元内水功能区划情况，二是控制单元的水域面积。基于控制单元功能区长度、水质目标及功能区水域面积多重目标，对常用的分配公式进行改进，得到本次采用的水环境容量控制单元分配的计算公式：

其中：αj为某镇j占的环境容量权重；W总为研究区域总水环境容量；Wj为某镇j的水环境容量；Csi为i类水水质标准；Sj为某镇j的水域面积；lij为某镇j的i类水功能区总长；S为研究区域总的水域面积；li为研究区域的i类水功能区总长。

4 企业最大允许排放量确定

水环境总容量的计算及各控制单元的容量分配为后续确定各污染源排放限值奠定了基础。同时，在确定排放限值时，应以水质保护为目标，污染物削减最佳可行该技术体系（BAT）为核心，以“分区、分类、分级、分期”为理念[7]。本论文依据控制单元划分、污染负荷核定、各控制单元水环境容量核定等结果，通过概化控制单元排污口、分析控制单元内污染源和断面水质的响应关系，在满足行政区域水环境容量总量控制同时保证每个控制单元控制断面或控制断面边界水质达标的条件下，采用动态层次分析法、绩效型分配法等方法，最终确定控制单元内重点污染源的主要污染物最大允许排放量。

5 结论

宜兴市是太湖西岸的主要城市之一，为解决太湖流域水污染问题，现以宜兴市为例，进行太湖西岸典型控制单元污染物排放核定的研究，结合水污染管理现状，具体完成可操作的、面向排污许可证实施的宜兴流域控制单元划分、污染物排放量核定、水质响应关系建立和水环境容量测算与分配等水质目标管理体系，为宜兴市及整个太湖流域的水污染控制与治理方案提供方法论的指导。

参考文献：

[1]孟伟，张楠，张远，郑丙辉.流域水质目标管理技术研究——控制单元的总量控制技术[J].环境科学研究，2007，20（4）：1-8.

[2]邢乃春，陈捍华.TMDL计划的背景、发展进程及组成框架[J].水利科技与经济，2005，11（9）：535-537.

[3]惠婷婷.水污染控制单元划分方法及应用——以清河流域为例[D].2011.

[4]高永年，高俊峰，陈坰烽等.太湖流域典型区污染控制单元划分及其水环境载荷评估[J].长江流域资源与环境，2012，21（3）：235-239.

[5]王彩艳，彭虹，张万顺.武汉东湖水污染控制TMDL计劃[J].人民长江，2010，41（10）：86-89.

[6]刘媛媛，钱新，王炳权，等.基于控制单元的水环境容量分配研究[J].生态与农村环境学报，2013，29（1）：110-116.

[7]孟伟，王海燕，王业耀.流域水质目标管理技术研究——控制单元的水污染物排放限值与削减技术评估[J].环境科学研究，2007，20（4）：1-8.

作者简介：王大春（1980-），男，江苏泗阳人，本科，工程师，2001年参加工作，2014年起担任宜兴市环境监测站副站长、技术负责人，2011年至今先后参与了《宜兴市产业结构调整与生态恢复保护示范》等课题工作。