基于环境基尼系数最小化模型的水污染物总量分配优化——以张家港平原水网区为例

本文通过应用WASP模型计算出研究区域环境容量及其在各镇的空间分布,在此基础上确定整个区域的污染物目标总量.结合研究区域实际情况,提出并开发了基于经济、社会和资源禀赋的综合环境基尼系数最小化模型,用于污染物目标总量分配的最优化求解.最终分配方案相比污染物现状排放、容量分配两种情形而言,COD的基尼系数分别下降15.1%和8.4%,氨氮的基尼系数分别下降11.0%和13.7%,分配方案更加公平、合理.在最终优化分配所得的COD削减方案中,长泾镇削减比率最高,达到20%,削减量为231.74t/a;在相应的氨氮削减方案中,祝塘镇削减比率最高,达到59.9%,削减量为59.74t/a.     

基于环境基尼系数最小化模型的水污染物总量分配优化

本文通过应用WASP模型计算出研究区域环境容量及其在各镇的空间分布,在此基础上确定整个区域的污染物目标总量.结合研究区域实际情况,提出并开发了基于经济、社会和资源禀赋的综合环境基尼系数最小化模型,用于污染物目标总量分配的最优化求解.最终分配方案相比污染物现状排放、容量分配两种情形而言,COD的基尼系数分别下降15.1%和8.4%,氨氮的基尼系数分别下降11.0%和13.7%,分配方案更加公平、合理.在最终优化分配所得的COD削减方案中,长泾镇削减比率最高,达到20%,削减量为231.74t/a;在相应的氨氮削减方案中,祝塘镇削减比率最高,达到59.9%,削减量为59.74t/a.     

基于流域尺度的农业非点源污染物空间排放特征与总量控制研究

农业非点源污染是导致流域水质恶化的重要原因之一.依据农业污染源主要污染物空间排放特征和排放强度分析,划分农业非点源污染空间管理分区,并研究设计分区污染物总量控制方案,是提高农业非点源污染控制成效的重要途径之一.以湖北省四湖流域为研究案例区,系统开展了流域尺度的农业非点源污染空间排放特征识别与总量控制研究.结果表明,四湖流域水环境COD、总氮、总磷、氨氮负荷主要来自于农业非点源污染,4类非点源污染物分别占到流域污染物排放总量的67.6％、 82.2％、 84.7％和50.9％.对四湖流域非点源污染物空间排放特征分析结果表明,水产和畜禽养殖业发达的洪湖、监利、潜江、沙洋地区是流域非点源污染物的主要贡献源区.根据污染物在流域空间上的排放特征和源强评价结果,将四湖流域划分为3个农业非点源污染管理分区,即长湖上游水产和畜禽养殖污染重点控制区、四湖干渠农村非点源污染综合控制区和洪湖水产养殖污染重点控制区,针对不同管理分区分别提出了污染控制措施.基于水质改善和水体纳污能力综合考虑,设计了针对3个非点源污染管理分区的总量控制方案,分阶段实现监测断面全指标达标和满足水体纳污能力要求.主要污染物中,COD主要削减区域为四湖干渠区和洪湖区,分别占到流域COD削减量的43％和42％;氨氮主要削减区域为四湖干渠区,占到氨氮总削减量的66％;总氮主要削减区域为四湖干渠区和洪湖区,分别占到流域总氮削减量的42％和31％;总磷主要削减区域为四湖干渠区,占到流域总磷削减量的53％.     

基于输出系数法的农业面源氮磷排放特征分析

为研究东江源头区农业面源氮磷负荷情况,利用改进的输出系数模型(ECM)对2020年东江源头区农业面源氮磷排放特征进行了探讨.结果表明:(1)东江源头区农业面源污染物总氮(TN)和总磷(TP)负荷量分别是4884.23t/a和591.85t/a, TN污染负荷是TP污染负荷的8.25倍,其中高于源头区TN平均负荷量的乡镇依次为留车镇、文峰乡、晨光镇、南桥镇、吉潭镇、丹溪乡和澄江镇,高于源头区TP平均负荷量的乡镇依次为晨光镇、留车镇、南桥镇、文峰乡、丹溪乡、菖蒲乡和吉潭镇.(2)氮磷污染负荷强度与负荷量不同,且表现出一定的空间差异性.污染负荷量较高分别为留车镇和晨光镇,但负荷强度最高分别为南桥镇和菖蒲乡.TN负荷强度较高的依次为南桥镇、菖蒲乡、晨光镇、留车镇和项山乡,均高于源头区TN平均负荷强度2.88t/(km2?a);TP负荷强度较高的依次为菖蒲乡、南桥镇、晨光镇、丹溪乡、留车镇和罗珊乡,均高于源头区TP平均负荷强度0.36t/(km²·a).(3)不同污染源类型对氮磷排放的贡献率不一致,TN污染表现为土地利用>农村生活>畜禽养殖,TP污染表现为畜禽养...     

巢湖流域氮磷面源污染与水华空间分布遥感解析

基于遥感监测手段,分别应用DPeRS模型和MODIS水华提取方法对巢湖流域氮磷面源污染特征和巢湖水体水华爆发规律进行遥感像元尺度解析,结果表明: 2010年巢湖流域总氮产生量为1900.3t,入河量为846.5t;总磷为244.1t,入河量为76t.巢湖流域农业面源污染对氮素污染贡献最大,而水土流失则对磷面源污染贡献最大;综合巢湖流域氮磷面源污染和水华爆发的时空特征分析,明确氮磷面源污染与巢湖水华具有相关性,并且时间上水华爆发频率较氮磷面源污染具有先滞后后同步的特征,且面源污染负荷与水华爆发面积的相关系数为0.45;在空间上,面源污染负荷较大区域与水华爆发频度较高区域也有较好的匹配性;基于这种相关性,应用DPeRS模型对巢湖流域进行氮磷减排情景分析,结果表明在施肥量减少30%,农村生活垃圾处理率提高到60%,畜禽粪便处理率和城市垃圾处理率提高到80%的情况下,氮磷面源污染平均削减率可以达到50%.     

潮河流域非点源污染控制关键因子识别及分区

将GIS技术、ArcSWAT模型与分析技术相结合,以农耕养殖程度较高的北京密云水库上游潮河流域为研究区,通过对流域近20年非点源污染负荷时空变异情况进行模拟,识别影响非点源污染流失的关键因子,进行非点源污染控制区划.结果表明,总氮和总磷年均负荷量分别为563.3,28.7t/a,氮磷负荷空间分布特征表现为:丰水年以地势较高且农业耕作活动频繁区域为主,平水年和枯水年表现为靠近河道的农业用地与畜禽养殖区为主.采用多因素方差分析11种不同因素对流域非点源污染负荷的影响程度表明,施肥量是影响氮磷输出的最主要的因子,坡长、土壤类型、土地利用方式及坡度是影响氮磷输出的次重要因子;针对潮河流域长期传统耕作以及化肥过量施用的现状,土壤有机磷的含量也会对总磷的输出产生一定的影响.潮河流域可划分为3个污染控制区,第1类:污染控制区(以近河道耕种区为主,面积186.74km²),第2类:污染治理区(农村生活及畜禽养殖区为主,面积23.09km²),第3类:生态修复区(高坡度强降雨区为主,面积1365.25km²).该研究结果可有效提升流域非点源污染治理的效率,为水源地流域环境保护提供参考.     

洞庭湖区污染控制区划与控制对策

实行分区污染控制与管理是开展洞庭湖区污染综合防治的有效措施. 基于洞庭湖区主要污染物来源分析和污染控制区划原则,对洞庭湖区的污染控制区划进行了探讨,并根据各分区污染负荷特征提出了相应的分区控制措施. 结果表明,洞庭湖区主要污染物氮、磷和COD_Cr主要来源于农业面源和城镇生活污染. 洞庭湖区可划分为中心城市污染控制区、平原农业综合整治区和山地丘陵生态保育区3个污染控制区. 中心城市污染控制区以城镇生活和工业点源污染为主,平原农业综合整治区以农田径流和养殖业污染为主,山地丘陵生态保育区以畜禽养殖和农田径流污染为主. 针对各区污染特征提出了相应的污染控制对策,以期为洞庭湖区污染防治工作提供帮助.      

非点源污染河流的水环境容量估算和分配

通过河流相应集水区内氮磷的各污染源分析(包括农地、畜禽养殖和生活排污等),利用输出系数模型估算各非点源的氮磷投(排)放量和入河量;采用河段氮磷输入-输出平衡关系分析方法,估算河流对氮磷的每月自净量.以此为基础,参照水功能区划所要求的水质目标,提出了水质未超标河段相应集水区的氮磷剩余水环境容量按月估算模型,和水质超标河段相应集水区内氮磷投放削减量的按月估算模型,及其在各污染源之间的分配方案.结果表明,长乐江的总氮和总磷自净量分别达到775.9 t·a^-1和30.9 t·a^-1,自净率分别为28.8%和51.2%.河流对氮磷的自净量不仅受水文生态条件的影响而表现出较大的季节性变化,而且随着污染负荷量本身的增加而提高.按照水功能区划中Ⅲ类水的水质要求,长乐江总氮含量全年超标;各非点源的总氮投(排)放量均须不同程度的削减,削减总量应达到1 581.0　t;氮源削减量分配结果表明,化肥是应削减的最大氮源,要求在河流相应集水区内的化肥氮投放削减量为1 047.4 t·a^-1;而与各种氮源的投排放现状相比,要求削减比例最高的是畜禽养殖的氮排放量,达32.4%.长乐江流域尚有一定的总磷剩余水环境容量(2 335.7 t·a^-1).根据目标水质要求,平水期是各污染源总氮投放需要削减的量最大的时期,丰水期则是总磷剩余水环境容量最小的时期.     

基于基尼系数法的九龙江流域水污染物排放总量分配研究

借鉴经济领域评价收入公平性的方法——基尼系数法,对九龙江流域水污染物排放总量进行分配。选取土地、人口和GDP为控制指标,绘制各控制指标与水污染物排放量的络伦曲线,计算相应的基尼系数并分析其合理性;建立以各控制指标环境基尼系数之和最小为目标的优化模型,设定合理的约束条件,获得基尼系数优化值。根据优化后总量分配结果,结合流域水环境容量测算结果,确定流域各县市区排污量的最终削减分配方案。结果表明,削减后的排污总量既能满足国家"十二五"总量削减目标,又可以确保流域水环境功能达标。     

基于GDP的中国资源环境基尼系数分析

通过对基尼系数内涵的扩展,提出了资源环境基尼系数的概念,计算了中国2002年水资源消耗、能源消耗、SO₂和COD排放的资源环境基尼系数,提出了以绿色贡献系数作为判断不公平因子的依据.结果表明,中国资源环境的分配差异较小,不公平因子主要集中于西部经济欠发达地区.为缩小中国资源环境分配的空间差异,中、西部地区需要转变发展模式,实现经济、资源和环境的协调发展.     

基于公平性的水污染物总量分配评估方法研究

借鉴评价收入公平性的指标--基尼系数的基本概念,构建流域间水污染物总量分配方案合理性的评估方法.以全国七大流域的水污染物总量分配过程为例,使用基尼系数法分析了人口、国内生产总值、水资源量、环境容量等指标对分配的影响,绘制各影响因素的洛伦茨曲线;根据洛伦茨曲线对分配方案的合理性进行评估;按照合理的基尼系数范围确定各流域排污量的削减方案.结果表明:基于水资源量的洛伦茨曲线正确反映了我国水污染形势严峻的流域,为污染物总量削减方案提供了依据.      

全国重点城市工业废水污染物排放总量分配研究

总量控制是目前我国遏制污染趋势,改善环境质量,实现经济持续发展的重要手段,其核心内容是污染物排放总量的合理分配。文章依据基尼系数的基本概念,构建了重点城市污染物总量分配的基尼系数法,评价各市污染物总量分配的合理性公平性,比较全国重点城市污染物排放的差距,为总量分配的调整提供依据,为衡量经济的可持续发展提供参考。研究结果表明:工业废水污染物COD和氨氮在全国46个重点城市的排放差距较大,城市环境保护发展不均衡是造成基尼系数逐渐变大的主要原因,工业废水的污染治理需进一步推进。     

基于判别准则基尼系数法的流域初始排污权配置模型

在对流域内区域间初始排污权配置的影响因素与基本原则进行分析基础上,构建流域内区域间初始排污权配置的判别准则,将基尼系数法与判别准则相结合,构建基于判别准则的基尼系数法.应用模型对各区域之间初始排污权配置进行协商调整,保障基尼系数最小化,并且通过建立不同区间水质不达标对排污量配置的惩罚函数,把水质不达标的外部性内化到区域排污量配置上,实现流域内区域间初始排污权的公平合理分配.案例分析表明,模型综合考虑了人口、现状、水域面积、和排污绩效等影响因素,分配结果优于人口、现状分配模式,使得流域内区域间初始排污权分配更具可行性与可操作性.     

SWAT模型在洱海流域面源污染评价中的应用

重点污染区域和污染因子的识别是面源污染控制的基础. 通过将物理过程模拟及排污系数法计算进行整合,建立了SWAT模型,以描述农业生产活动与污染入湖量之间的关联关系,并以云南洱海流域总氮污染为例,使用验证后的SWAT模型模拟计算不同空间单元和不同农业生产活动对入湖TN的污染贡献系数,定量分析流域内各区域的农业面源污染源结构,识别洱海流域重点农业污染源和农业污染村镇. 结果表明,奶牛养殖、生猪养殖和大蒜种植是目前洱海流域内入湖TN污染的最重要农业污染源,占流域总污染负荷的66.12%. 对入湖TN污染贡献最大的6个村镇为江尾、右所、三营、玉湖、凤仪和喜洲,占流域总污染负荷的63.41%.      

大气污染物总量分配公平性评价研究

污染物总量的合理分配是总量控制的核心内容,目前对于总量分配方案的公平性评价缺乏定量化依据,文章应用经济学Gini系数和Lorenz曲线的概念定量评价污染物总量分配公平性.以"十一五"期间广东省环保局下达到珠三角各城市的SO2总量分配方案为评价对象,考虑各地的环境容量、排放现状、人口和国内生产总值因素,计算基尼系数.结果表明:分配方案比较合理,能普遍被珠三角各城市所接受,但从社会经济发展和环境属性角度来看分配方案不够均衡,需进一步调整.     

淮河流域水污染物排放总量分配的可持续性评价

本文借鉴经济学中反映经济发展状况和贫富差异程度的基尼系数理论,评价淮河流域水污染控制因子COD排放总量在流域四省分配的可持续性,即已确定的总量分配方案是否符合研究区域的经济社会环境状况.本文是在现有环境基尼系数应用上的一种论证性评价,用基尼系数反推已经确定的总量分配方案是否公平合理,为国家污染物总量分配评价提供一定的参考.     

基于基尼系数的化学需氧量排放公平性评估

文章以重庆市各区县2009年化学需氧量排放量为依据,采用资源环境基尼系数法对重庆市各区县化学需氧量排放状况相对于GDP、人口数、水资源量等自然、社会和经济等指标的公平性进行评估,结果表明:基于人口数和基于GDP的环境基尼系数均低于0.4,化学需氧量排放量的区县分配较为公平地反映了各区县人口数、GDP的分布和差异;基于水资源量的基尼系数达到0.738,远高于0.4,化学需氧量排放量的区县分配基本没有反映各区县水资源量的大小;2009年重庆市COD排放环境基尼系数均值为0.436 7,高于0.4,显示其区县分布有失环境公平性。因此,在制定重庆市"十二五"主要污染物总量减排各区县分配计划时,应充分考虑各区县水资源量的大小,制定较为公平的总量分配计划。