基于污染物通量超标排放的生态补偿方法

刘军政,犹 伟,祁芸泉,赵钟楠,黄火建,张新华

(1.四川大学水力学及山区河流开发保护国家重点实验室，四川 成都 610065；2.四川大学水利水电学院，四川 成都 610065； 3.水利部水利水电规划设计总院，北京 100011)

当前，新实施的《中华人民共和国环境保护法》(自2015年1月1 日起施行)和中国共产党第十九次全国代表大会均对实施生态补偿提出了明确的要求，生态补偿制度已成为推进科学发展、加快生态文明制度建设的重要举措和生态环境保护管理体制改革创新的重要内容。我国从20世纪90年代末开始关注流域生态补偿，如今已经形成了多种补偿类型和补偿方式并存的局面[1]。目前，江苏、福建、浙江、河北、河南、辽宁、山东、山西等省在全省范围内开展了污染赔偿型生态补偿试点工作[2-3]。其中，生态补偿标准是当前研究的热点与难点，众多学者对此进行了研究，如刘桂环等[4]、冉涛等[5]总结我国生态补偿的实践，提出了2种对于污染赔偿型的生态补偿标准核算方法，一种是按照水质浓度超标倍数扣缴一定数额的补偿金；另一种是按照考核断面超标污染物通量的削减成本确定补偿金额。前者对生态补偿的核算简便，但误差大。已有的研究和实践多数主张采用污染物通量核算补偿量，污染物通量全面考虑了水质与总量的关系，具有较强的科学性[6-8]。然而，目前该方法中单位污染物削减成本统一采用某一固定值，没有考虑工业废水、城市生活用水等不同废水处理成本的差异，与实际值可能存在偏差。同时，在污染物通量核算上忽略了年内各水期的实际水文、水质特点，故也存在一定偏差。因此，笔者在基于Webb等[9]和郝晨林等[10]研究污染物通量核算模型的基础上，以濑溪河渝川缓冲区为研究对象，从污染物削减成本和污染物通量两个方面进行改进研究。

1 研究方法

1.1 基于污染物通量超标排放量的生态补偿标准核算方法

该方法首先求得时段内超过目标水质的排放总量，再与单位排放量补偿金额进行乘积求得补偿总金额，该方法从宏观上把握了河流上下游断面污染物的迁移规律。补偿资金计算公式为

(1)

式中：P单为单因子补偿资金；W超为考核断面实测水质超过目标水质的污染物排放量，若实测水质浓度低于目标水质浓度则为负，即此时下游向上游反向补偿；C(t)实测为t时刻考核断面实测水质浓度；C(t)目标为t时刻考核断面目标水质浓度；Q(t)为t时刻通过考核断面流量；S为单位超标污染物排放通量的补偿金额，可视为单位污染物削减的处理成本。

考虑到实际工作中很难取得河流每个瞬时的流量与污染物浓度值，且我国当前多数水文水质监测站监测数据不匹配[11]，多数水文站可达到流量每日一测，而大多数水质监测站则只能做到每月一测。因水文、水质数据时间跨度大、不连续，所以需对污染物通量估算公式进行离散。

(2)

式中：C(i)实测为考核断面计算时期内第i次水质实测瞬时浓度值；C(i)目标为考核断面计算时期内第i次水质目标浓度值；Q(i)为第i次监测代表时间段的流量；n为代表监测时段内污染物监测次数。

若需考核多因子指标，则最终补偿金额为将各单因子补偿金额进行正负叠加即可。

1.2 污染物通量估算方法

时段污染物通量是污染赔偿型生态补偿的重要依据，它的计算可简化为以下5 种方法[9]。

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

由于实际工作中很难取得河流每个瞬时的流量与污染物浓度值，数据相对比较稀缺。因此，如何根据离散的水量、水质数据选择恰当的通量估算方法，对提高通量估算的可靠性具有十分重要的意义。笔者在富国[12]和郝晨林等[10]对5种通量估算公式适用性研究的基础上，对研究区域划分不同水期，根据不同的水文、水质条件，判定不同水期内的污染物来源，从而选择水期内相应的通量估算公式，进行通量估算，以此作为计算补偿金额的依据(表1)。

表1 5种通量估算方法特征与适用性

1.3 单位污染物超标排放量补偿金额的确定

本文以单位污染物削减成本计算确定单项污染物的补偿金额。王佳伟等[13]、王晓青[14]、李烨楠等[15]的研究表明：不同来源的废水污染物削减成本不同，工业废水显著高于城市生活污水削减成本。而目前污染物削减成本统一采用定值，没有考虑工业废水、城市生活污水等不同类型废水处理成本的差异性。因此，笔者将污染物削减成本按照污染物来源分为点源污水(主要为工业废水、城市生活污水)和农村非点源污水(主要为农村生活污水、农业生产污水)削减成本两部分。根据不同废水来源的处理成本，按污染物排放量比重加权平均得到削减成本。

2 实例研究与结果分析

2.1 研究区域概况

濑溪河为沱江左岸一级支流，发源于重庆市大足县，流经荣昌县和四川省泸县，最终在泸县注入沱江，属于长江流域沱江水系。河流全长约190 km，平均坡降约0.11%，其中重庆市境内河长123 km，四川省境内长65.5 km。流域总面积3 257 km2，多年平均径流量11.67亿m3，多年平均流量37 m3/s，枯水期多年平均流量4.14 m3/s。濑溪河渝川缓冲区起始断面为重庆市荣昌县，终止断面为四川省泸县(位于川渝省界交界处)，总长16.5 km。泸县福集镇有一处水文站，缓冲区出境断面设有水质监测断面。濑溪河径流年内分配不均匀，汛期较长，多出现在6～10月，径流量占年径流总量的70%左右；平水期较短，多为4～5月和11月，径流量占年径流总量的20%左右；其余月份为枯水期，径流量很小，只占年径流总量的10%左右。濑溪河面临工业点源和农业非点源污染较重的情况，水质状况较差，常年达不到Ⅲ类水质标准。流域主要超标水质项目为高锰酸盐指数、氨氮和CODcr，属于有机污染型河流。污染来源除受上游来水影响外，还受流域内密集工矿区废水及农村面源污染影响，其中点源污染来源主要为工业废水和城市生活污水，非点源污染来源主要为农村生活污水、农田径流污染、畜禽养殖污染等。2015年调查数据显示，濑溪河流域泸县境内废水排放3 061万t，高锰酸盐指数排放量4 870 t，氨氮排放量1 244 t。

2.2 污染物通量估算及其改进

2.2.1 污染物通量估算及存在的问题

四川省人民政府办公厅关于《在岷江沱江流域试行跨界断面水质超标资金扣缴制度的通知》(川办函[2011]200号)[16]中规定：岷江、沱江流域，水质补偿项目选择高锰酸盐指数和氨氮两项指标。故笔者采用这两项污染物指标进行上、下游生态补偿金额的计算，所以只核算这两种污染物指标的通量。

濑溪河渝川缓冲区重庆出境断面处有一福集水文监测站，并有多年逐日流量监测数据，缓冲区下游四川入境断面设置有水质监测断面，监测频率为每月一次。笔者从多年流量系列中选取2015年监测的逐日流量数据和每月一次的水质数据，采用式(3)～(7)分别对渝川缓冲区进行污染物通量估算，具体结果见表2。

表2 5种污染物通量估算方法核算结果

由基础资料可知，该省界缓冲区仅在下游断面布设有水文、水质站，下游断面要求水质达到Ⅲ类标准，根据我国《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的规定可知，当水质类别为Ⅲ类时，高锰酸盐指数和氨氮最大限值分别为6 mg/L和1 mg/L，2015年年均流量为35.5 m3/s，相应的最大容许污染物的年通量如表3所示。

将5种估算方法核算的结果与下游断面容许限值进行对比(表4)，各污染物超标数据可作为上下游生态补偿赔偿金额的依据。

表3 下游断面水质要求及容纳负荷通量

表4 5种估算方法污染物超标情况

注：“正值”代表上游污染物超标，“负值”代表上游污染物未超标，下同。

表4为采用不同污染物通量估算方法核算各污染物超标排放量，通过对比可知：式(3)、式(4)、式(6)、式(7)高锰酸盐指数核算结果均不超标(即表4中的W1、W2、W4、W5对应值)；而式(5)中高锰酸盐指数核算结果超标471 t(即表4中W3对应值)。不同方法对于同一区域污染物超标核算结果大不相同，甚至出现矛盾。对于氨氮而言，虽然5种估算方法核算污染物是否超标未出现矛盾，但是超标总量核算结果差别较大。所以不同通量估算方法在补偿中会出现不同结果，甚至出现矛盾。

2.2.2 污染物通量估算改进

将该流域全年划分为丰、平、枯3个水期，考虑不同水期实际的水文、水质特征，选择相应的通量估算公式。最终得到高锰酸盐指数和氨氮的超标排放量，具体结果见表5。

表5 分水期改进后污染物超标情况

方法改进后，将全年划分为丰水期、平水期、枯水期，根据不同水期污染物来源不同，采用相应的污染物通量估算公式，核算的高锰酸盐指数、氨氮年通量分别为4 957 t、1 253 t，与下游断面2种污染物年通量容许限值6 735 t、1 122 t对比可知，高锰酸盐指数未超标，氨氮超标131 t。根据2015年调查资料显示：高锰酸盐指数、氨氮年排放量分别为4 870 t、1 144 t，可以看出污染物超标排放量核算结果比较接近实际调查情况，因此核算的补偿金额结果也会更加真实可信。

2.3 单位污染物超标排放量补偿金额的确定及其改进

四川省对岷江、沱江流域的主要污染物处理成本规定为：高锰酸盐指数1 300元/t，氨氮17 000元/t，污染物削减成本统一采用定值，没有考虑不同类型废水处理成本的差异性。因此，笔者将污染物削减成本按照污染物来源分为点源污水(主要为工业废水、城市生活污水)和农村非点源污水(主要为农村生活污水、农业生产污水)削减成本两部分。根据不同废水来源的处理成本，按污染物排放量比重加权平均得到削减成本。

工业废水处理成本按照重庆市典型企业污染物削减成本的加权均值分别为：高锰酸盐指数 1 600元/t、氨氮18 000元/t；城市生活污水2种污染物削减成本分别为160元/t和9 150元/t；农村生活污水2种污染物削减成本分别为190元/t和10 000元/t；农业生产污水分别为1 300元/t、15 000元/t。不同污染源单位削减成本及排放比例见表6

表6 不同污染源削减成本

按照污染物排放量比例加权平均最终得到点源和非点源的单位削减成本。其中，点源中高锰酸盐指数总成本为1 283元/t，氨氮总成本14 903元/t;非点源中高锰酸盐指数总成本为490元/t，氨氮总成本12 350元/t。由计算结果可知：不同废水来源的污染物削减成本不同，且对于高锰酸盐指数与氨氮而言，点源污染比非点源污染削减成本高。

2.4 补偿金额计算结果

2.4.1 统一削减成本补偿金额计算结果

方法改进后估算的污染物通量比较接近实际调查量，为了比较削减成本改进前后的效果，采用污染物通量估算方法改进后的污染物超标量核算补偿金额，具体补偿金额计算结果见表7。

表7 统一削减成本补偿金额计算结果

由表7可看出，采用统一削减成本核算补偿金额，该省界缓冲区上游断面重庆市因超标排放氨氮需赔偿下游断面四川省223万元，少排放高锰酸盐指数又可获得补偿231万元，所以叠加后重庆市获得补偿8万元。

2.4.2 分水期改进后补偿金额计算结果

将该区域全年划分为丰水期、枯水期、平水期，分别计算不同水期内的污染物超标量和污染物削减成本，通过不同水期的补偿金额进行叠加，得到全年的补偿金额，具体污染物补偿结果见表8。

表8 分水期改进后补偿金额计算结果

由表8可看出，该省界缓冲区上游断面重庆市因少排放高锰酸盐指数可获得补偿124万元，超标排放氨氮又需赔偿下游断面四川省205万元，所以叠加后需赔偿四川省81万元。而削减成本改进前四川省需赔偿重庆市8万元，显然不符合上游污染下游的实际情况。两者补偿金额结果出现差异性的主要原因是丰水期、平水期高锰酸盐指数主要污染来源为非点源污染，单位污染物削减成本较低，而全年采用统一削减成本，会导致补偿金额计算较大。所以根据不同水期内实际水质特征，判定不同水期污染物来源，从而确定不同污染源的削减成本，不采用统一固定值，这样核算补偿金额更加合理。

3 结 论

通过分析研究污染物通量超标排放量核算补偿量方法，根据年内水文、水质变化特征对污染物通量的估算和削减成本的确定进行了以下改进：

a. 根据流域的实际水文、水质特点划分丰、平、枯水期，判定不同水期的污染物来源，从而提出了根据不同污染物通量估算方法的适用条件选择不同水期内相应的污染物通量估算方法。

b. 根据不同废水来源其污染物削减成本不同，提出了补偿中可根据实际水文条件划分水期，判定不同水期污染物来源，按照污染物排放量比例加权平均确定不同污染源削减成本的方法。

通过以上改进计算的生态补偿金额比按常规方法计算的补偿金额更加科学、合理，对上下游的补赔偿也会更加公平。因此，按笔者提出的方法实施污染型生态补偿能够促进流域水环境保护与水生态文明城市建设，保障上下游经济社会的可持续发展。