河流水质生态补偿考核指标的选择合理性探析

蒋祖斌，陈兰英，肖 娟

（1.南充市环境监测中心站，四川 南充 637000； 2.西华师范大学 生命科学学院，四川 南充 637000;3.西华师范大学 环境科学与工程学院，四川 南充 637000）

0 引言

近年来，上、下游同级行政区之间实行水环境质量生态补偿的政策，这是实现可持续开发利用转变的重要手段[1-3]。国内外尽管已开展对流域生态补偿进行实践探索，但尚未形成公认的补偿标准。生态环境服务补偿研究案例的实施范围大多局限于流域生态服务的评价上[4-7]。由于受经济社会、生态环境状况差异性影响，流域水生态补偿标准计算方法的适用范围具有较强的区域性[8-10]。我国对流域生态补偿研究始于20 世纪90 年代，主要集中在补偿主客体甄别、实施措施保障等方面，而对生态补偿标准的系统研究还处于探索阶段[11-12]。生态补偿具体实践中，各地所取地表水质指标（监测项目）、监测方式、计算方式和计算周期不尽相同，目前全国也没有统一标准或规定，如：在监测项目中，武汉市选取的是高锰酸盐指数（CODMn）、化学需氧量（CODCr）、氨氮（NH3-N）和总磷（TP）4 项指标（武汉市人民政府办公厅关于印发长江武汉段跨区断面水质考核奖惩和生态补偿办法（试行）的通知，武政办〔2017〕127 号）；合肥市选取的是CODMn，NH3-N 和TP（适用水质年度目标达到或者优于Ⅲ类的断面） 和 CODCr，NH3-N 和 TP 指标（合肥市人民政府办公厅关于印发《合肥市地表水断面生态补偿暂行办法》的通知，合政办秘[2018]61号）；四川省选取的是 CODMn，NH3-N 和 TP（《四川省“三江”流域水环境生态补偿办法（试行）》，四川省人民政府第116 次常委会议审议通过，2016 年6 月1日起实施）。本文利用西部地区 2017 年 10 月至2019 年5 月连续20 个月的开展监测的数据，对普遍采用的生态补偿因子的合理性进行探讨。

1 数据来源与方法

1.1 监测断面分布及数据来源

西部省、市的国考水质断面，监测数据来源为国家反馈地方的每月1 次的手工监测数据，获得数据的河流水质断面分布情况为：四川省75 个，分别位于长江上游干流、一级支流及部分二级支流上；重庆、云南、贵州的长江或其支流断面15 个（其中2018 年1 月为长江、珠江、西南诸河或其支流及滇池流域断面169 个）； 陕西和甘肃省2018 年1 月的黄河支流、长江支流及西北诸河断面为72 个。国考断面流量有大有小，总体而言流量较大者多，流量很小的小河以及溪、沟很少。西部6 省市国考河流水质断面，由中国环境监测总站组织，与全国它地同期于2017 年10 月开始纳入国家采测分离体系，数据时段为 2017 年 10 月至 2019 年 5 月连续 20 个月，含2 个枯水期，共2 217 组测值数据。

1.2 监测项目

环办〔2011〕22 号文《地表水环境质量评价方法（试行）》的评价指标为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》表1 中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21 项指标。根据标准规定项目，河流水质评价项目分为必评、选评、参评3 个级别：①必评项目：溶解氧（DO），CODMn，CODCr，NH3-N，挥发酚和砷 6 项；②选评项目：五日生化需氧量（BOD5）、氟化物、氰化物、汞、铜、铅、锌、镉、六价铬、TP 和石油类 11 项；③参评项目：pH 值、水温和总硬度3 项。在进行流域生态补偿的水质监测与评价中，可根据当地上、下游行政区划的双方政府协议，商定选择相应的水质项目。

1.3 水质评价方法

目前，生态补偿政策的实施主要采用单一的生态补偿标准，只要任何一个水质指标超标则判断所在断面水质超标。因此，现行生态补偿标准下较多使用监测项目单项污染指数的评价方法进行水质评价。单项污染指数：

式中：Ci为某指标测值；Ci标为某指标对应某类水质的标准限值。

当Pi＞1 时就超过对应类别的标准。如：全部国考断面测值，先按Ⅰ类标准计算污染指数Pi，Pi≤1者划分为Ⅰ类水质，Ⅰ类水质中每个项目测值最高Pi的因子为决定该组测值水质类别的监测项目，此监测项目为当次水质的决定因子。

2 结果与分析

2.1 国考断面河流水质评价结果

对2 217 组国考断面测值数据依照水质标准进行评价，统计结果见图1。对所有断面水质评价发现，挥发酚、硫化物、氰化物、砷、硒、汞、铅、镉、铜、锌、六价铬、石油类、阴离子表面活性剂、氟化物均完全达标；DO，BOD5，CODMn，CODCr，NH3-N，TP 这 6 个监测项目不仅有检出，且为常见超标项目。国考断面主要以Ⅱ类水质为主，共有993 组测值组数达到评价标准，Ⅲ类水质571 组，Ⅳ类204 组，Ⅴ类61 组，劣Ⅴ类61 组。

图1 2 217 组国考断面测值水质类别评价

2.2 国考断面河流监测项目对水质类别决定次数比例

对6 类水质类别的决定因子的次数比例进行统计，结果见图2。BOD5对水质类别的超标率在常见超标监测项目（DO，BOD5，CODMn，CODCr，NH3-N，TP）中占比较低。因此，大部分地区均未将BOD5列为水环境补偿因子。而NH3-N 基本被所有地区列为水环境补偿因子，它是污染物减排中3 项控制指标之一，也是氧、氮、磷3 类指标中氮类污染物的代表。

图2 水质类别主要决定因子占比

由图2 可以看出，NH3-N 对测值组水质类别的超标比例排第3 位，因此若至少选3 项指标作为水生态补偿因子，NH3-N 不可或缺。TP 在全部测值组中的决定占比最高，它也是大部分地区评价水环境污染物减排的3 项控制指标之一。根据单项污染指数决定2 217 组国考断面水质类别，52.6%取决于TP，居第 1 位；18.0%取决于 CODCr，居第 2 位；15.0%取决于NH3-N 居第3 位。这3 个因子合计决定权85.6%，而CODMn和BOD5这2 个因子合计决定权不到 15%，根据GB 3838—2002 中的21 个影响因子中 ，TP，CODCr，NH3-N 这 3 个 因 子 累 计 贡 献 达 到85.6%，即可考虑只取此3 个因子作为节省监测工作量情况下的水质控制决定因子。

2.3 水质类别决定因子主成分分析

采用SPSS 软件的Factor analysis 功能对影响水质的常见超标监测项目进行主成分分析，结果见表1。由表1 可以看出，抽取前3 个特征值大于1 的因子作为分析对象，旋转后第1 个主成分为NH3-N，其特征值为2.033，它解释了总变异的40.663%，第2 主成分特征值 TP 为 1.243，解释了总变异的24.860%，第3 主成分CODCr的特征根为1.130，解释了总变异的 14.130%，3 个因子的累积贡献率为79.654%，这表明前 3 个主成分（NH3-N，TP，CODCr）能够代表常见5 个超标监测项目对2 217 组测值的水质评价。

表1 监测项目的特征值、贡献率及累积贡献率

2.4 水质类别评级与常见超标单项污染指数逐步多元回归模型建立

在2 217 组测值中，Ⅱ类水质993 个、占44.8%，为6 类水质类别中最高，Ⅱ类水质也是众多断面的执行水质或目标水质类别。将2 217 组测值按Ⅱ类水质标准重新计算Pi，以水质类别评级（L）为因变量，以 DO，BOD5，CODMn，CODCr，NH3-N，TP 的 Pi 值为自变量，在SPSS 上选择逐步回归法建模，见表2。

表2 国考断面水质评级类别与单项污染指数的回归方程

由表2 可以看出，4 个模型下显著性P 值均小于0.01，表示均有意义。但模型只选1 个变量TP，测值信息过少模型的信度不高；若仅2 个变量进入模型，便是 TP 和 CODCr，说明 CODCr重要性仅次于 TP，但模型的测值信息完整性偏低； 在膨胀因子刚好全部小于 2 条件下，TP，CODCr和 NH3-N 这 3 个变量进入模型，既消除了共线性又保留了足够测值信息；当模型只排除BOD5变量时，膨胀因子出现＞2 的现象，变量共线性增加，且CODMn与CODCr共线性，故宜减少变量。从以上的分析可知，TP，CODCr和 NH3-N 这 3个变量模型为最优模型；该3 变量模型有CODCr而没有 CODMn，说明 CODCr重要性高于 CODMn。

3 结论与建议

3.1 结论

“十三五”规划（2016~2020 年）期间，我国河流水质仍以Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类为主，Ⅴ类以及劣Ⅴ类河流水质尚存；小河小溪水质普遍比大江大河差，其达标将是“十四五”期间的重大目标。在河流水生态补偿和水质考核中，以 NH3-N，TP 和 CODCr这 3 项监测指标进行水质控制更具合理性，而多地普遍以CODMn，NH3-N 和 TP 这 3 项指标作为水质考核与生态补偿并做扣缴资金的指标依据，可能会人为导致部分水质并未达标的河流水质断面假“达标”过关，考核结果出现偏差而有失公正。在人力财力充裕条件下，测试 DO，BOD5，CODMn，CODCr，NH3-N，TP 等指标乃至《地表水环境质量标准》的全部指标能更全面地掌握水质状况。

3.2 建议

（1）流域生态补偿机制的驱动力来源于生态服务需求方和供给方间的利益博弈。生态补偿符合生态经济学规律，在维护社会公众利益方面，生态补偿的可持续性和公平性高于市场分配。因此建议从经济学的角度出发，构建基于市场调节、资源共享机制的流域水生态补偿标准，提高生态补偿的公平性和实效性[13]。

（2）采用固定站点实时监测数据，选取反映流域水质变化趋势数据进行实时生态补偿标准的制定[14]。

（3）目前河长制层层推进与落实，不仅各省、市、自治区、县市、州开展对下级行政区境内河流的水质考核和水生态补偿，部分区、县已经开始在乡镇跨界处设置断面开展水质考核，这样的结果要么是监测工作量极大，要么是选测部分指标而可能出现水质评价中的失误，建议组织技术力量开展有限量监测指标条件下的监测指标的合理性选取论证，以便在有限的人力财力下比较客观地开展监测、获取公正的监测结果，推动生态补偿和水质考核工作的深入开展，让生态补偿政策发挥应有作用。