基于控制單元的流域水環境容量總量
經過多年的研究，我國的流域水環境管理逐步形成了以污染物目標總量控制為主，容量總量控制和行業總量控制為輔的水質管理技術體系[1]。總量分配是在控制總量的基礎上，對可利用的環境承載能力及允許排放量進行分配[2]，按分配的受體不同，可將容量分配分為流域總量分配和污染源總量分配兩種類型[3]。流域總量分配是將污染物排放總量分配到獨立的行政區，或分配到水系、支流、子流域、排污口的過程;污染源總量分配是將污染物排放總量分配到各污染源的過程，在實際操作中常作為流域總量分配的后續步驟[3]。流域水環境容量總量分配是用水環境容量計算方法推算受納水體的納污總量，并按一定原則將其分配到各污染控制區及污染源，以實現對流域水污染物的容量總量控制，并能更有效地利用水環境容量資源。由于流域水質目標管理是“國家-流域-區域-控制單元-污染源”的多層次體系[4]，因此，需從不同層次上對流域的水污染總量控制技術進行研究。
1 研究區概況
錦江系贛江一級支流，發源于江西、湖南兩省交界的幕阜山脈東麓的坪子嶺，自西向東流經慈化、株潭、萬載、徐家渡、凌江口、上高、灰埠、高安、松湖、新建等地，于南昌市新建縣瑞河口匯入贛江，主河道長307.0km，干流天然落差391.0m，平均縱比降1.29%o[5]。
根據控制單元劃分的一般原則，結合錦江流域的自然地理與社會經濟特征、污染狀況以及水質現狀等，將錦江流域劃分為4個控制單元，從上游至下游依次為萬載控制單元、上宜控制單元、高安控制單元和新豐控制單元(圖1)。
2 研究方法
2.1 分配模型
研究區水環境容量總量計算的目標函數采用簡單的線性目標函數[2]
2.2 總量分配的合理性評估
總量分配的合理性可采用基尼系數法和合理性指數法評估[3,7]，本研究采用合理性指數(TCRI)對各分配方案的合理性進行評估，指數的分項指標如表1所示，控制單元內各排污口的容量總量分配暫不考慮公平性指標(枯水期不考慮非點源貢獻)，因此權重系數
(2)下限約束條件。本研究在對各排污口進行容量總量分配時，將排污口現狀排放量的10%作為該排污口的排放下限約束條件。
2.4 分配方法
為排除不確定性因素對流域水環境管理帶來的潛在風險，在進行總量分配時需預留出一定的量作為安全余量不參與分配，一般取5%～10%[8-9]，本研究取10%。總量分配遵循“流域-區域、流域-子流域(支流)、流域-排污口(直排口)”的分配思路[3]，按照一定的分配原則，基于控制單元對錦江流域COD的水環境容量總量進行分配，全部計算在Excel2003中利用“工具\規劃求解”內嵌的規劃求解工具完成。
2.5 分配原則
總量分配的方法很多，根據分析的角度和側重面不同，總量分配的一般原則有等比例分配原則、費用最小分配原則、按貢獻率削減污染排放量分配原則、按污染范圍和程度(包括污染長度、面積的大小)分配原則、按污染物毒性大小承擔污染責任分擔率原則、按企業污染治理的先進性考慮污染責任分擔率和削減率的分配原則[10]。本研究主要考慮了以下幾方面原則。
(1)按貢獻率削減排放量分配原則。即按控制單元內各污染源對污染物排放總量的貢獻率，對水環境容量總量進行分配。
(2)合理性指標最大分配原則。該分配原則考慮環境容量利用率和現狀負荷率，使容量總量分配的合理性指標最大，直接規劃求解，得出分配方案。
(3)在合理性指數最大條件下，對排放量進行約束。該分配原則充分考慮排污口的排放情況，對排污口的污染帶長度進行約束，同時保障排污口的排污權利，本研究中賦予排污口不低于10%的現狀排放量。
(4)企業治污的難易程度。在合理性指數最大，對排放量約束的同時，考慮企業治理污染的難易程度，對有削減難度的排污口不進行削減，規劃求解，得出分配方案。
3 結果與分析
3.1 萬載控制單元
萬載控制單元COD容量總量分配方案如表2所示，合理性評估結果如表3所示。由表3可見，雖然方案1合理性指數較高，但其環境容量利用率較低，且沒有可增負荷，方案較差;方案2和方案3具有容量利用率高、合理性指數大的優點，但是方案2不能保證萬載控制單元全流域水體COD達標。目前，萬載控制單元COD最大納污量小于現狀排放量，剩余環境容量小，方案4與方案3比較并沒有顯著降低消減負荷，反而影響全流域的達標。綜上分析，從現階段各因素考慮，方案3較優。
3.2 上宜控制單元
上宜控制單元COD容量總量分配方案如表4所示，合理性評估結果如表5所示。由表5可見，雖然方案1負荷削減率低，但其他技術指標均較差;方案2不能保證上宜控制單元全流域COD水質達標;方案3和方案4，均具有容量利用率高、負荷消減率低、治理費用低、合理性指數大的優點。目前，上宜控制單元COD最大納污量大于現狀排放量，尚有足夠的環境容量可利用(可增負荷率較高)，從現階段各因素考慮，在滿足發展的同時，應盡可能降低消減負荷，因此，方案4更具優勢。隨著經濟的快速發展，污染負荷的增加，方案3作為備選方案，其優勢也將逐步得到體現。
3.3 高安控制單元
高安控制單元COD容量總量分配方案如表6所示，合理性評估結果如表7所示。由表7可見，方案1的各項技術指標均較差;方案2不能保證高安控制單元全流域COD水質達標;方案3和方案4均具有容量利用率高、負荷消減率小、治理費用低、合理性指數大的優點。目前高安控制單元COD最大納污量大于現狀排放量，從現階段各因素考慮，在滿足社會經濟發展要求的同時，應盡可能地消減負荷，因此，方案4更具優勢。隨著經濟的快速發展，污染負荷的增加，方案3作為備選方案，其優勢也將逐步得到體現。
3.4 新豐控制單元
新豐控制單元COD容量總量分配方案如表8所示，合理性評估結果如表9所示。由表9可見，雖然方案1各項技術指標均較好，但水環境質量的潛在風險較大;方案2不能保證新豐控制單元全流域COD水質達標;方案3和方案4，均具有容量利用率高、負荷消減率小、治理費用低、合理性指數大的優點。目前，新豐控制單元COD最大納污量遠大于現狀排放量，從現階段各因素考慮，在滿足社會經濟發展要求的同時，盡可能地消減負荷，因此，方案4更具優勢。隨著經濟的快速發展，污染負荷的增加，方案3作為備選方案，其優勢將逐步得到體現。
4 結論
水環境容量總量分配是流域水環境管理的一項重要工作。以錦江流域為例，遵循“流域-區域、流域-子流域(支流)、流域-排污口(直排口)”的分配思路，按照一定的分配原則，基于控制單元對錦江流域COD的水環境容量總量進行分配。根據分配條件的不同得到多個分配方案，采用合理性指數對各個分配方案的合理性進行評估和比選，得出各個控制單元內COD容量總量分配的推薦方案和備選方案，從而為該流域COD總量控制規劃的制定提供了科學依據。
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