基于流域尺度的跨界水污染协同治理技术模式构建

赵军庆

（河北省保定水文勘测研究中心，河北 保定071000）

造成我国水污染治理陷入困境的原因是多方面的，其主要表现为治理过程中协同度过低。 目前，在治理流域水污染时，多采用“各管一段、多头管理”的模式［1-3］。 这种模式使得整个流域出现割裂式治理，导致跨界水污染愈发严重。 跨界水污染指在同一流域内， 由于一些区域或整个流域人为造成的污染源进入流域后，随着水体流动导致流域性水污染现象。常见的流域性水污染可分为单向水污染及双向水污染。 跨界水污染具有污染地域性、检测复杂性、治理长期性与反复性的特征［4-5］。

为避免此现象的影响， 目前多采用跨界水污染协同治理技术模式实现污水治理。 但此模式中忽视了流域的整体性，治理效果较差。 因而，在此次研究中， 采用流域尺度对原有治理模式展开优化， 设计基于流域尺度的跨界水污染协同治理技术模式， 主要指的是跨越不同的行政区进行的水污染治理。 将流域尺度融入跨界治理中，提升水污染治理的效果。

1 基于流域尺度的跨界水污染协同治理技术模式设计

目前跨界水污染协同治理技术模式遵循属地管理原则，各地区政府管辖辖区内水资源的开发、利用与保护［6］。 基于此种管理原则，流域的完整性遭到破坏，治理的过程中出现追求辖区利益最大化的现象，造成水污染治理呈现出区段化的线性。针对此问题，采用流域尺度对原有的治理模式展开优化， 并将多元主体协同水污染治理技术作为此次设计的模式基础，具体如图1。

图1 多元主体系统协同水污染治理示意图

由图1可知，在此次设计中，要求政府、企业、公民都要发挥其主体作用， 实现基于流域尺度的跨界水污染协同治理［7-8］。 避免由于地域问题造成的各自为政、单一管理的方式，提升水资源治理能力。

1.1 污染源归属界定及排污量控制

流域尺度水污染治理中包含财政政策、工业结构与布局、流域生态补偿、流域投资及跨行政区流域管理等内容。 在此次研究中，采用跨行政区流域管理理念，完成污染源归属界定。 在原有协同治理模式中， 由于对污染源的归属地界定不清，导致公共资源过度开发，水污染治理效果受到不良影响［9-10］。 通过构建污染点排放模型的方式，对排污量展开控制。

由于流域中每个污染排放点的行为是相互影响的，设定排放点的污染排放成本为不变数值j，每一污染排放点k的pi成本为：

在上式中， 排污点的单位排放可产生正负两方面的效益， 正面效应是排放点通过排放污水给自己带来的价值， 负面效应是流域内排污产生的价值下降。 通过此公式可知，第i个排污点排污量会随之前排污点排放量的增加而递减， 通过均差计算可得出流域中的总排污量为：

式中 r′为排污点总排污量， 在水污染治理中，r′的计算数值应小于rmax， 通过此公式控制流域内排污点的水污染源排放情况。

1.2 引用流域尺度设定治理内容

通过上述部分， 完成了对污染源的计算及流域的污染承载力计算， 将上述计算结果作为跨界水污染协同治理的数据来源与理论基础。 此次设计中，根据流域尺度，将水污染区域设定为河源区、干流区及河口区三部分，设定水污染协同治理的技术内容。 采用流域尺度对跨界水污染进行划分后， 三种区域位置的水体污染现状（如图2）及治理方式都有所不同。因而，将设定三种不同的水污染治理措施，并使用其展开水污染的协同处理。

图2 流域尺度水体污染现状

河源区作为流域中水体的源头， 在水体污染的治理过程中，应及时对河流源头展开详细检测工作，并将检测结果进行及时的通报。 水体检测中的关键指标设定如下：水体溶解固体量、pH值、碱度、硬度、钙离子含量、磷离子含量。 在河源区水污染治理过程中，成立流域治理管理机构，提升流域内的水污染治理能力。

干流区在水污染治理中， 注重水污染源的确定与控制，避免污染源排放的污染物随水体的流动，导致水体污染源的面积扩大，并形成污染递增的现象。河口区的污染治理内容主要根据上述两部分的治理内容为主，在流域的尾端控制水污染。

除上述流域设定外， 建立多层次的治理协调机构，一方面建立国家层面的区域环境协调机构，通过国家的权威性，控制区域内的污染治理；另一方面，建立适用于地区发展的水污染治理机构， 并下设专题工作组、信息沟通机构、纠纷调解部门及联合规划部门、应急部门［11-12］。 通过此机构调解区域水污染治理工作，达到协同治理的效果。 在跨界协同水污染治理的过程中， 将国家机构与地方机构的主要工作内容设定如表1。

表1 国家机构与地方机构的水污染治理主要工作内容

续表1

将上述内容与根据流域尺度设定的水污染治理措施有机融合， 作为跨界水污染治理技术模式建立的技术基础。

1.3 区域水污染治理协同度计算

协同度是跨界水污染治理效果的重要评价指标之一， 通过此指标可计算基础区域与区域之间的内在关系， 也可以表示治理中经济发展与环境恢复的关联程度［13］。 在此次设计中，将采用协同度模型展开计算。 将协同度模式分为三部分，分别为：功效函数、协同度函数及环境经济协同度指标体系［14-15］。

设定水污染治理中的变量集合为ai（i=1，2，…，n），其取值为bi（i=1，2，…，n），ci与di为取值结果中的最大值与最小值。通过式（5）表示治理中经济与环境之间的有效程度：

式中 Au（ai）为ai的有效功效，通常情况下其取值范围为0～1之间，U为有效管理的稳定区间。通过此公式的计算，可将协调度函数表示如式（6）：

通过式（6）计算可知，F取值在0～1之间，当F值为1时，治理的协同度最高，治理工作有序发展；当F取值为0时，治理的协同度最差，治理工作秩序最差。将治理协同度的衡量标准设定如表2。

表2 治理协同度的衡量标准

通过表1内容，控制区域水污染治理之间的协同度，并根据协同度计算结果调整水污染治理的模式。至此， 基于流域尺度的跨界水污染协同治理技术模式构建完成。

2 治理测试

2.1 测试内容设定

为确保设计的协同治理技术模式具有有效性，采用与传统的跨界水污染协同治理技术模式对比的形式，研究其使用效果。 在此次测试过程中，选定某河流流域作为测试目标， 并使用文中设计模式及原有模式对其展开治理测试工作，并对比治理效果。

图3 测试流域

在此次测试中，支流A采用设计治理模式进行水污染治理，支流B采用原有治理模式进行水污染治理。在测试前对此流域进行分析可知，由于河流主干的污染，两支流之间的污染现状相同，且污染物含量一致。在测试中，不会对两种治理模式的治理效果造成影响。因而，在此次测试中，通过两支流的水体污染效果作为原有治理模式与设计治理模式的差异性分析基础。

2.2 测试指标

此次测试采用实地考察的形式， 获取河流治理效果的直观图像，并采集河流水体进行污染物检测，对比污染物含量的处理情况。在实地考察前，在每一支流中设定3个测试点， 对此测试点的治理现状，计算排污量并展开水体检测，完成治理模式对比。排污量公式如下：

式中 n为污染物排放浓度；g为河流排水量。

使用此公式对河流的排污量进行。

2.3 实地考察测试结果

使用原有治理模式后， 支流中的污染没有得到良好的治理，河流中依旧漂浮着固体污染物，水体颜色较深，没有办法分辨出支流中的生物，河流味道刺鼻。可见原有治理模式使用后，并没有得到预想的效果。 通过计算可知，此河流的排污量为15426mg/L，污染情况较为严重，治理效果不佳。

图4 原有治理模式使用效果

使用文中治理模式后，其治理效果较为明显，支流中的固体污染物明显减少，水质具有明显的提升，河岸旁的绿色植物大幅度增加， 支流生态系统得到显著优化。对此支流的河流排污量计算可知，此河流排污量为6452mg/L。 通过图4与图5对比可知，设计治理模式使用效果优于原有治理模式使用效果。 文中设定的治理模式对于水污染具有良好的治理效果。为对其进行精准分析，获取部分水体，进行水质测试。

图5 文中治理模式使用效果

表3 水体分析测试结果

2.4 水体分析测试结果

通过上述分析结果可知， 使用设计治理模式后水质得到了显著的提升，测试指标含量大幅度下降。原有治理模式使用后，水质并没有得到足够的改善，大部分的测试指标处于超标状态，固体污染物过多。通过文献研究可知， 固体污染物是一种不可降解的污染物，会释放多种有毒物质，造成水体二次污染，影响治理效果。 设计治理方法可将固体污染物进行有效回收，避免水体二次污染，由此可知，设计治理方法使用效果最佳。

将此部分测试结果与实地考察排污量测试结果相结合，通过系统分析可知，文中设计的基于流域尺度的跨界水污染协同治理技术模式使用效果优于传统模式。

3 结语

由于水体具有流动性， 污染治理过程是一种动态的，需要跨地域协同开展。大部分的河流治理模式都忽略了流域对于水污染治理的影响， 造成治理效果不佳的问题。 在此次研究中，增加流域尺度，优化治理方案。通过优化后的测试可知，优化后的治理模式优于优化前治理模式，可见此次设计的有效性。将此次设计成果应用于实际的水污染治理过程中，以提升治理效果，构建良好的生态系统。