基于公平区间的污染物允许排放量分配方法

年月水利学报第卷第期收稿日期基金项目广东省科技计划百项工程项目资助作者简介林高松男广东高州人博士生主要从事水环境数值模拟与水环境管理方向研究文章编号基于公平区间的污染物允许排放量分配方法林高松李适宇江峰中山大学环境科学与工程学院广东广州摘要提出一套定量化的水污染物允许排放量的公平分配方法以平均分配和等贡献量分配作为基本的公平准则考虑排污者的自然条件差异和合理利用自然降解能力的权利同时结合排污者的类型和规模差异以及多个水质控制断面的共同作用采用等满意度法求取公平解研究结果表明允许排污量与排污者的实际排放需要成正比与水质影响程度成反比有利于促使排污者的削减污染物和优化空间布局按此方法确定的污染物排放量分配比较公平合理关键词总量控制允许排污量分配公平中图分类号文献标识码污染物允许排放量的分配是总量控制的核心由于分配方式对水域环境容量大小有着重要影响并且与排污者的切身利益直接相关因而受到极大的关注和重视以往研究较多地将效率优先兼顾公平作为分配的指导原则极容易突出整体效益而忽略了个体的合理要求导致排污者因分配不公平而产生抵触总量控制也难以顺利实施部分学者提出首先根据公平原则进行初始分配然后通过税收经济等手段如排污权交易进行调整昀终实现整体效益的昀大化因此公平分配是允许排污量分配的起点是实施总量控制首先需要解决的问题然而公平是一个极难衡量的概念由于排污者所处地理位置和环境影响程度不同排污者之间也存在差别公平并不意味着平均同时出于利益考虑或认识上的差异各方的公平观点也不一致公平分配的难以客观定量化一些学者对此展开研究并取得相应成果其中傅国伟提出首先计算排污者的基准排放量然后对超量部分等比例削减林巍讨论了等比例分配和按贡献量分配的缺陷并且在公理体系基础上建立了公平分配模型李如忠采用法分配允许排污量在建立污染负荷分配模型时也对公平性作了考虑但总体而言这些方法仍然存在各种局限例如傅国伟的分配方法实际上没有考虑排污者的自然条件差异林巍的公平模型没有区分企业行业法的定量化具有较大的主观性等此外已有研究仅针对单一的水质控制断面而河流往往存在多个控制断面应用范围受到了较大限制本文综合考虑排污者所处自然条件的差异排污者类型和规模的差异以及多个水质控制断面的共同作用提出一套完整的定量化的分配方式将污染物允许排放量公平合理地分配给排污者为总量控制的顺利实施提供科学依据自然条件差异自然条件差异是指排污者所处地理位置不同因此排放等量的污染物对环境造成的影响程度也不相等首先假设排污者仅存在自然条件差异其余各方面完全平等例如两个相同行业相同规模的企业此时公平分配只需考虑排污者合理利用自然降解能力的权利公平准则与公平区间迄今为止公平分配尚没有一个明确而统一的定义人们基于自身利益考虑以及认识上的差异对公平的理解不会完全相同因此不存在绝对意义上的公平另一方面公平是客观存在的具有一定的衡量标准根据现有文献的总结昀基本的公平准则包括按水质影响程度分配等贡献量分配均等分摊允许排污量平均分配等比例削减排污量等比例分配如果仅考虑自然条件差异而排污者的现状排放量相等则平均分配与等比例分配实际上是等价的因此采用以下两条准则作为公平分配的基本依据准则所有排污者影响环境的权利是平等的即对水质控制断面的污染贡献量相等如果水质超标贡献量较大的排污者应当首先削减污染物准则所有排污者享有等量排污的权利如果水质超标排放量较大的排污者应当首先削减污染物准则是等贡献量分配的依据承认排污者等量利用河流的自然降解能力的权利从污染贡献量相等的角度理解公平体现了谁污染谁治理的原则准则是平均分配的依据对所有排污者一视同仁从排污量相等角度理解公平体现了人人平等的原则准则和准则均具有公平的含义但两者并不完全协调多数情况下无法同时得到满足下面以一简单例子作为说明河流有两个排污者和一个水质控制断面如果排污者每排放单位的污染物水质控制断面的浓度相应增加单位则定义为排污者对控制断面的污染贡献率假设和对的污染贡献率分别为和的水质标准为背景浓度为如图所示图简单例子根据准则进行分配和的允许排放量分别为和两者对的污染贡献量相等从环境影响的角度来看是公平的但的允许排放量远大于分配结果与准则冲突根据准则进行分配和的允许排放量均为从排污量相等的角度而言是公平的但对造成的影响远大于分配结果不符合准则因此除非和对的贡献率相等否则任何分配均不可能同时满足准则和准则一般情况下排污者对水质控制断面的污染贡献率不相等所以不存在一个绝对公平的分配结果也难以判断哪种准则更为公平另外如果分配结果同时违背了准则和准则则可以认为是不公平的上例中如果的允许排放量大于的允许排放量必定小于那么不仅排污量较大影响程度也高于分配结果明显倾向于反之如果的允许排放量大于分配也有失公平根据以上分析本文提出了公平区间的概念排污者的允许排放量的公平区间为平均分配和等贡献量分配界定的范围如果分配结果在公平区间内可以认为具有某种程度的公平否则可以确定是不公平的显然公平区间本质上是由公平的模糊性决定的如果对公平的定义描述越清晰认识上越统一区间的范围将越小昀终接近绝对公平上例中的公平区间为的公平区间为基于公平区间的分配方法公平区间本质上是从排污量相等和贡献量相等出发保证了所有排污者的昀低允许排放量和限制了昀高允许排放量从排污者的角度而言显然希望获得的允许排放量为区间上限其结果是所有排污者的要求之和超出了环境容量形成所谓的破产博弈即参与者的要求之和超出了待分配物资的情形为公平起见本文采用等满意度法确定各排污者的允许排放量任一个排污者的允许排放量都在其公平区间内当允许排放量为区间上限时排污者的满意度昀高定义为允许排放量为区间下限时满意度昀低定义为满意度可定义为?式中为排污者的允许排放量为排污者个数为公平区间上限为公平区间下限为满意度特殊情况下如果则可以直接确定排污者的允许排放量不必再分配公平的分配结果是所有排污者的满意度相等即有因此仅考虑自然条件差异时允许排污量公平分配模型的数学表述如下式中为控制断面的昀大允许增值浓度有为排污者对水质控制断面的污染贡献率为等贡献量分配结果为平均分配结果首先分别根据式计算出和然后按照式确定各排污者的公平区上限与下限昀后采用式即可计算出排污者的允许排放量利用式式求解上例的的允许排放量分别为和的允许排放量大于但是对控制断面的污染贡献量大于这是根据公平准则和得出一个折衷解即等满意度时的公平解排污者差异与基准排放量以上公平分配的前提是假设排污者仅存在自然条件的差异其余方面完全相同但实际上排污者在类型和规模上均有着显著差别因此需要给予不同的权重傅国伟针对企业行业规模等差异提出了以基准排放量作为公平分配的起点利用污水综合排放标准的单位产品用水量和污水排放浓度计算出单位产品的污染物排放量然后根据企业的产品数量求出基准排放量河流污染控制通常以控制单元或排污口为单位各单元内除工业污染源外还包括生活污染源等本文将傅国伟的计算方法推广至其它污染源基准排放量的计算步骤如下将污染源分为不同类型的排污者假设共计类例如人口不同行业的企业禽畜养殖等并统计各控制单元内各类排污者的规模在此称为排放基数记作对于不同类型的排污者分别采用不同的排放标准在此称为排放系数例如某行业的企业按照污水综合排放标准求出单位产品的污染物排放量即其排放系数又如生活污染源可根据地区的人均生活用水量和污水处理厂的达标排放浓度计算出人均生活污染物排放量排放系数记作排放系数与排放基数在单位上应当相互对应如企业的排放基数为产品数量则排放系数为单位产品的污染物排放量生活污染源的排放基数为人口则排放系数对应为人均生活污染物排放量根据排污者的排放基数与排放系数计算基准排放量控制单元的基准排放量即其内排污者的基准排放量之和式中为控制单元中排污者的基准排放量为控制单元的基准排放量由于污水综合排放标准及有关行业标准并未对所有污染物的排放标准和昀高用水量作出规定基准排放量的计算尚不能完全规范化有待进一步加强研究目前可分为几种情况处理对于国家或地方已制定相关标准的污染源优先采用该标准计算尚未规范化的污染源结合地区的实际情况确定其排放标准例如生活污染源可按照地区的人均生活用水量和污水处理厂的出水浓度确定排放系数对于极难规范化的污染源暂时不予考虑总体而言基准排放量同时考虑了控制单元的人口经济发展水平和行业结构对相同类型的排污者采用了统一的排放标准反映出实际排污需要是确定排污者权重的一种较为公平客观的方式多个水质控制断面假设河流有个水质控制断面由于控制单元对各断面的污染贡献率不相等根据不同的控制断面分配允许排放量其结果也不相同为公平起见应当考虑所有控制断面的共同作用对此本文提出以下解决方法首先根据第个水质控制断面进行分配在存在多个控制断面的情况下要求所有断面均达标并同时考虑排污者的权重分配模型的数学表述为式中为控制单元对控制断面的污染贡献率为单位权重对应的允许排污量为控制断面的昀大允许增值浓度有和分别为水质标准和背景浓度值其余变量含义同上根据式式求出可计算出各控制单元的允许排放量式中表示控制单元表示允许排污量分配所依据的水质控制断面依次取得到依据不同控制断面分配时各控制单元的允许排放量由于所有水质控制断面的约束效力同等可对加权求和作为所有控制断面共同作用的结果式确定了各控制单元的允许排放量的比例为使水质达标或昀大限度利用环境容量需要乘以一个调节因子即根据式式求取值即可确定控制单元昀终的允许排放量研究案例为便于说明分配方法的计算步骤和分析其特点本文采用一个假想案例进行研究假设某感潮河流有两个城镇并分别有和两个水质控制断面河流执行类水质标准如图所示以为例对允许排污量进行分配计算步骤如下首先对城镇控制单元的污染源进行分类并求出其排放系数假设污染源包括生活污染源和工业污染源工业有造纸和制糖果两种行业所有污染源均执行一级排放标准根据国家标准中的行业昀高允许排水量和排放标准求出排放系数由于生活污染源的人均生活用水量并无统一规定因此图假想案例采用地区平均值假设为?人其次统计各类排污者的规模排放基数并计算出基准排放量利用统计得出的城镇人口和工业产品数量乘以相应的排放系数即基准排放量计算结果如表所示表排污者的基准排放量计算结果排污者类型行业昀高允许排水量排放标准?排放系数排放基数基准排污量?工业污染源造纸制糖生活污染源?人?人万人万人合计注行业昀高允许排水量和排放标准分别采用国家环境保护总局制定的城镇污水处理厂污染物排放标准污水综合排放标准以及造纸工业水污染物排放标准求出城镇对控制断面的污染贡献率即式中的并根据水质标准及背景浓度值求得控制断面的昀大允许增值浓度一般而言可根据河流特点采用合适的水环境数学模型求解计算原理可参考文献本例假设对控制断面和的污染贡献率分别为和为和单位为并设控制断面的背景浓度均为由于类水质标准中为因此有将以上步骤得到的数据代入式计算求得城镇的各类排污者的允许排放量如表所示表排污者的允许排放量分配结果排污者类型以分配?以分配?昀终分配结果?生活污染源工业污染源造纸制糖合计由表可见允许排污量不仅分配到控制单元城镇而且分配至具体的排污者有利于总量控制的具体实施基准排放量可依据国家相关标准及排污者的规模求出是反映排污者实际排放需要的一个较为客观的指标由于部分污染源并无国家标准可执行例如本例中的人均生活用水量因此采用了地区平均值代替其计算的规范化有待进一步研究总体而言本文方法同时考虑的排污需要及水质影响程度综合了所有水质控制断面的共同作用取得了较为公平合理的分配结果结论本文结合自然条件差异排污者类型与规模的差异以及多个水质控制断面的共同作用设计了一种基于公平区间的允许排污量分配方法并采用等满意度法求解研究结果表明允许排污量分配结果与基准排放量成正比由于排污者的基准排放量取决与其规模和排放标准与现状排污量并无直接关系因此分配结果有利于促使企业提高经济效益削减污染允许排污量分配结果与污染贡献率成反比如果排污者对环境造成的影响较大允许排污量相应较低有利于迫使排污者远离环境敏感点优化污染源的空间布局基准排放量是反映排污者实际排污需要的一个重要指标取值较为客观但由于国家和地方并未对所有排污者的排放标准作出规定计算的完全规范化有待进一步研究参考文献国