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.     

基于环境基尼系数的洞庭湖区水污染总量分配

从社会、经济和自然资源系统的整体效益出发,构建了基于基尼系数的水污染负荷公平分配评价指标体系,并且以贡献系数作为判断不公平因子的依据,结合GIS技术分析洞庭湖区不公平因子分布的空间差异性;利用基尼系数最小化模型,制订了洞庭湖区基于公平性的水污染物总量分配方案. 研究表明:2008年湖区基于GDP和土地面积的总氮、总磷污染负荷基尼系数均大于0.2,超过了基尼系数合理限值,湖区氮磷排放在经济和自然资源方面存在不公平现象;在湖区3个大型污染控制区中,Ⅰ区(中心城市污染控制区)和Ⅲ区(山地丘陵生态保育区)分别具有最小的氮磷土地面积贡献系数和经济贡献系数,是湖区不公平性特征最为显著的2个区域;在优化分配所得的2020年湖区各单位相对于2008年的总氮排放削减方案中,Ⅰ区削减率最高,达8.18％,岳阳市区削减量最大,为865.0 t/a;在相应的总磷排放削减方案中,Ⅱ区(平原农业综合整治区)削减率最高,达9.45％,华容县削减量最大,为78.45 t/a.      

长江经济带典型区域水质目标管理集成技术研究及应用

为实现长江经济带“共抓大保护,不搞大开发”的目标,亟待实施长江经济带水质目标管理.按照“分类、分区、分级、分期”理念,在流域水质目标管理技术的基础上,构建长江经济带下游典型区域一、二维联解的非稳态水量水质数学模型,以长江岸线长度的10%作为最大排污混合带,且在断面水质达标的基础上根据概化排污口的允许排污量计算结果,对研究区域长江干流90个水环境功能区进行容量总量计算.结果表明:沿江8市中南京市COD、氨氮、TP的区域总量控制值分别为59 537、8 099、1 008 t/a,扬州市分别为26 830、2 668、356 t/a,镇江市分别为44 683、3 344、480 t/a,泰州市分别为36 919、2 598、388 t/a,常州市分别为6 689、538、76 t/a,无锡市分别为831、121、15 t/a,苏州市分别为42 384、4 365、546 t/a,南通市分别为32 893、2 986、382 t/a,其中南京市COD、氨氮和TP的容量总量最大,无锡市COD、氨氮和TP的容量总量最小.该结果可为沿江城市污染负荷削减、污染物入江量管控提供科学决策依据.      

基于控制单元的双台子河水环境容量核算研究

控制单元作为流域水环境管理的基本实施单位,开展水环境容量核算,对制定控制单元容量总量分配具有科学意义.文章以辽河盘锦双台子河流域为例,根据水环境容量核算的基本原理,结合水质现状和水环境功能区划,对各控制单元COD和氨氮的水环境容量进行分析.结果表明,控制单元的水环境容量与区域水质目标密切相关,在30Q10水文条件下,COD水环境容量为8607.49 t/a,NH3-N水环境容量为1154.35 t/a.COD需要削减47.5%,NH3-N削减30.9%.     

流域污染负荷解析与环境容量研究

以安徽省太平湖流域为例,运用监测、统计数据以及排污系数法对流域内8种污染源的污染排放情况进行全面解析,结合一维水质模型、沃伦威得尔模型以及狄龙模型等水质模型的应用,在流域水质监测的基础上核算了太平湖及主要入湖河流的水环境容量.结果表明, 2011年,太平湖流域污染物入湖量为:COD 3863.75t/a, NH3-N 410.24t/a, TP 51.63t/a;城镇和农村生活污染为太平湖流域的主要污染源,约占流域入湖污染物总量的60%;麻川河和浦溪河流域的污染最严重;流域污染物的排放在空间上呈现较为明显的区域分布,经济发达区域污染相对较严重.在当前水质目标下,太平湖仍有相当大的可用容量;浦溪河、秧溪河和舒溪河流域的氨氮和总磷排放量接近环境容量,需进行总量控制及削减.     

流域污染负荷解析与环境容量研究——以安徽太平湖流域为例

以安徽省太平湖流域为例,运用监测、统计数据以及排污系数法对流域内8种污染源的污染排放情况进行全面解析,结合一维水质模型、沃伦威得尔模型以及狄龙模型等水质模型的应用,在流域水质监测的基础上核算了太平湖及主要入湖河流的水环境容量.结果表明,2011年,太平湖流域污染物入湖量为:COD 3863.75t/a,NH3-N 410.24t/a,TP 51.63t/a;城镇和农村生活污染为太平湖流域的主要污染源,约占流域入湖污染物总量的60%;麻川河和浦溪河流域的污染最严重;流域污染物的排放在空间上呈现较为明显的区域分布,经济发达区域污染相对较严重.在当前水质目标下,太平湖仍有相当大的可用容量;浦溪河、秧溪河和舒溪河流域的氨氮和总磷排放量接近环境容量,需进行总量控制及削减.     

基于控制单元的农村生活污水处理优化模型

基于系统动力学(SD)模拟模型和Powell优化模型,建立了农村生活污水污染物削减量与治理费用的SD-Powell模拟优化耦合模型,该模型可模拟预测污染物排放量,建立污染物削减量与治理费用函数关系.在此基础上,以污水治理费用最小为目标,以污水处理量为约束条件,对区域污染物削减量进行空间优化,得到最小治理费用下的最大污染物削减量.以常州市为例进行实证分析,模拟结果显示,2020年常州市农村生活污水COD和NH3-N排放量将达到16583t和2551t,分别比2008年增长4.60%和4.59%.采用聚类方法将常州市51个乡镇划分为4类控制单元,得到4类地区COD、NH3-N治理费用函数.各单位治理资金削减量存在明显差异,COD削减率的排序依次为:I类控制单元413kg/万元、IV类控制单元 380kg/万元、II类控制单元352kg/万元、III类控制单元348kg/万元,NH3-N削减率的排序依次为:III类控制单元65kg/万元、I类控制单元64kg/万元、IV类控制单元58kg/万元、II类控制单元54kg/万元,全区域削减率达到100%需要的治理费用约为16870万元.污染物削减空间优化结果显示,基于控制单元空间优化的削减效率高于平均分配的结果,治理费用在1000 -16870万元/a范围,COD、NH3-N的削减率分别提高6.4%和7.4%,4类地区的优先排序顺序依次为I类,IV类,II类和III类.     

一种水体污染物总量分配方法及优化研究

污染物总量分配是污染物总量控制的核心,在遵循区域自然资源、经济属性和社会属性差异性的基础上,选择基于公平和效率的独立性和代表性指标,构建水体污染物总量分配指标体系;以变异系数法对各分配指标进行权重赋值,以区域削减相对指数为基础,形成基于变异系数法的水污染物总量分配方法模型;对河南省COD污染物进行区域总量分配。运用基于基尼系数法的优化模型对分配方案进行优化,最终得到贴合区域环境质量现状、兼具公平和效益的区域COD污染物总量分配方案。该方案以缩小区域间发展差异为目的、契合区域实际发展现状,以期能够更好地指导实践工作。     

基于分配指数的渤海TN总量分配研究

以控制渤海富营养化、减少TN排放量为目的,对渤海TN总量分配进行了研究. 综合考虑污染物总量分配的公平性和效率,采用环境容量、水资源量、人口、耕地面积、GDP和现状排放量6个因子建立了渤海污染物总量分配指数,构建了基于线性响应场的污染物总量分配模型. 考虑到权重系数的影响,分别按全指标、强调水资源利用和强调非点源3类,构建了7种权重系数方案(F11、F12、F13、F14、F21、F31、F32). 结果表明,渤海2010年TN入海量(16.4×104 t/a)是其环境容量(4.7×104 t/a)的3.5倍,同时受污染源位置和分配公平性的影响,接近或超过一半以上的环境容量实际上并不能被充分利用. 采用总体削减率和削减率≥95%的污染源所占比例2个指标,对7种权重方案下的总量分配结果进行了比较. 方案中凡是过分强调单项因子(如环境容量、水资源量、耕地面积等)的TN分配结果均具有明显的不足,只有F13方案兼顾了公平和效率. 综合考虑TN总体削减率和削减率≥95%的污染源所占比例2个指标,建议方案F13为推荐方案,其TN总体削减率为85%,其中前10位的污染源削减量之和可占总削减量的79%.      

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。     

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.     

污水处理厂COD和氨氮总量削减的成本模型

对国内12个城市污水处理厂COD和氨氮总量削减所需单位成本的调研结果显示,根据污水处理量确定运行费用的传统方法不能直接反映污染物总量削减的成本.在处理能力范围内,COD和氨氮总量削减所需的单位电耗随着其去除负荷增加而降低,并逐渐趋向定值.因此本研究以COD和氨氮总量削减所需电耗为基础,建立了污水处理厂的运行成本模型,其影响因素包括进水和出水浓度、设计规模、水量负荷率等,根据该计算模型确定运行成本可以有效激励污水处理厂削减更多的COD和氨氮总量.     

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。     

基于基尼系数的水污染负荷分配模糊优化决策模型

从水污染负荷分配涉及的社会、经济、资源、环境和技术管理等领域筛选出6个指标,构建以基尼系数为度量标准的水污染负荷公平分配评价指标体系。基于统计数据信息的模糊性、不准确性以及不同评价指标重要性程度的差异,建立了带有弹性约束和信息熵权的水污染物总量分配模糊优化决策模型,并将其应用于巢湖流域COD和氨氮削减负荷的分摊。研究结果表明,所建模糊优化模型较好地克服了现有基尼系数分配方法的不足,是一种较为理想的分配模式。     

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。     

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.