CN111882364A - 一种河流污染物跨界传递影响的量化补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及河流污染补偿技术领域，公开了一种河流污染物跨界传递影响的量化补偿方法，包括：S1、收集数据；收集河流历年的水质、水量数据；S2、根据收集的数据，建立控制方程；S3、计算污染物的贡献率；S4、计算水污染补偿金；这种补偿方法，将河道断面流量纳入了补偿考核条件，也考虑了“双向补偿”的积极影响，在技术层面上解决了水质达标受益性补偿在实践中不被重视问题，使补偿结果更易被相关利益方接受。

Description

一种河流污染物跨界传递影响的量化补偿方法

技术领域

本发明涉及河流污染补偿技术领域，特别涉及一种河流污染物跨界传递影响的量化补偿方法。

背景技术

目前的跨界水污染补偿金的核算没有考虑河流上游污染物跨界传递会对下游造成不同程度的影响，在实际应用中难以充分界定和量化利益相关方的水污染补偿责任需求；此外以往的跨界水污染补偿核算大多侧重于水质，忽略了河道流量，造成补偿金额和实际情况偏差较大、不够严谨；以及现有跨界水污染补偿没有遵循“公平性原则”，主要以水污染损失赔偿为主，未考虑上游为水环境保护所作出的利益牺牲，忽视了补偿的奖励措施的重要性的问题。

跨界水污染补偿应遵守科学性、严谨性和公平性三方面原则。目前我国跨界水污染补偿金的核算多采用过断面水质超标倍数或污染物通量核算补偿量模型的算法。这些补偿资金核算法都没有考虑到上游相关区域的河道水体污染物对下游河道断面水质的贡献率，由于河流上游污染物跨界传递会对下游造成不同程度的影响，此处的上游不仅仅是考核断面的前一个河道水体，还包括从背景断面至考核断面的多个河道水体单元。此外，断面流量带来的影响和“双向补偿”的“公平性原则”也没有被综合考虑。

现有的跨界水污染补偿核算模型有两种，一种是断面水质超标倍数模型，不考虑上游河道水体污染物对下游断面水质的贡献率和河道断面流量，考核指标主要有河流污染特征因子、河道流量等，基本原则是“超标倍数×补偿基数”，主要通过河道断面水质超标情况行补偿资金核算，核算结果与实际情况偏差较大、严谨性不足。另一种是污染物通量核算补偿量模型，基本原则是“超过河道断面目标水质的污染物排放总量×水污染补偿标准”，该方法未考虑上游河道水体污染物对下游断面水质的贡献率。

并且，在进行河流污染物跨界传递影响的量化补偿，除了遵循“污染者赔偿”的原则，还要遵循“上下游区域间公平性原则”。跨界水污染补偿分为水污染损害性赔偿和断面水质达标受益性补偿，前者是指上游污染物传递对下游河道水体造成污染进行赔偿，后者指达标断面所在行政区对上游水体所提供的优质水源进行反向补偿。而目前水质达标受益性补偿目前在技术层面研究尚少且不够严谨，奖励性补偿落实情况不好，上游为水环境保护所作出的利益牺牲总是被忽视，水污染补偿的公平性问题也亟待解决。

发明内容

本发明提供一种河流污染物跨界传递影响的量化补偿方法，将河道断面流量纳入了补偿考核条件，也考虑了“双向补偿”的积极影响，在技术层面上解决了水质达标受益性补偿在实践中不被重视问题，使补偿结果更易被相关利益方接受。

本发明提供了一种河流污染物跨界传递影响的量化补偿方法，包括以下步骤：

S1、收集数据

收集河流历年的水质和水量数据；

S2、建立控制方程

只考虑河流干流上污染物传递的沿程变化，并假定研究河段充分混合且污染物总体呈现衰减趋势，故用河流一维水质模型的基本方程作为控制方程，公式如下：

式(1)中：C₀为河段上断面污染物的浓度，C_x为x米后下断面污染物的浓度，x为上断面到下断面间的距离，u为设计流量下河段的平均流速，k为污染物衰减系数；

S3、计算污染物的贡献率

首先以跨界断面水质目标为基准，将出境断面所在年份污染物的月浓度与水质目标C_g的差值作为变量，代入控制方程，进而得到传递影响情况，用下三角增广矩阵B的形式表示为：

ΔC_cj为将断面j所在年份的污染物月浓度与水质目标的差值；α_ij表示i行政单元对应j断面的浓度值，α₀₁＝ΔC_c1；

k 为污染物衰减系数，表示上游断面经过衰减之后的污染物浓度值；α₁₂＝ΔC_c2-α₀₂，即该行政单元相应断面污染物的浓度值等于对应实测污染物的浓度减上游断面污染物的浓度；

k为污染物衰减系数；

每一行中，某行政单元的水体污染物对该河道断面水质的贡献率为：

表示增广矩阵B的左边部分某一行的算术和，n为该部分的列数，根据公式(3)，得出相关行政单元i的超量/达标排放对断面j 的水质超标/达标贡献率，贡献率矩阵G为：

S4、计算水污染补偿金

当出境断面的污染物实测浓度超过目标浓度时，或者说跨界断面的污染物通量超过标准限值通量时，结合流量以及污染因子执行标准及跨界断面水质超标/达标贡献率确定超标补偿金额，故跨界水污染补偿模型，即单因子水污染补偿金的计算方法为：

B_O＝W_cg_ijM_O＝[(C_y-C_g)Q_O]g_ijM_O (5)

式(5)中：B_O为水污染月补偿金，W_c表示行政单元水污染因子当月的污染物通量与标准通量的差值，当其为正值时，表示上游行政单元出境断面实测水质超过目标水质的污染物排放量，则该行政单元向下游行政单元进行赔偿；当其为负值时，表示上游行政单元为水质保护作出了贡献，那么断面所在行政单元向上游进行补偿；C_y为行政单元出境断面所在年份的实测月浓度，C_g为行政单元出境断面的目标浓度，Q_O为行政单元出境断面的月总径流量，M_O为行政单元污染因子补偿标准，g_ij为上游相关行政单元的水体污染物对下游河道断面水质的超标/达标贡献率。

所述水质数据包括：河流历年实测污染物的月浓度，河段上断面污染物的浓度，河段下断面污染物的浓度；所述水量数据包括：河流历年实测月总径流量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明首先考虑了污染物跨界传递影响的量化补偿的需求，界定和量化了利益相关方的水污染补偿责任；在考虑公平性的基础上追求量化补偿的精细化、严谨性和科学性，既将河道断面流量纳入了补偿考核条件，也考虑了“双向补偿”的积极影响，在技术层面上解决了水质达标受益性补偿在实践中不被重视问题，使补偿结果更易被相关利益方接受。

本发明能够满足跨界水污染补偿落实的需求，考虑河流上游污染物跨界传递会对下游造成不同程度的影响，将上游河道水体污染物对下游河道断面水质的贡献率纳入补偿考核因素，从而界定和量化跨界水污染补偿/赔偿责任，更加合理、精细化地反映污染物传递影响和经济补偿关系；考虑补偿核算实际应用大多侧重于水质而忽略河道断面流量造成的结果偏差过大的情况，综合考虑两个因素带来的影响，避免水质情况相似而流量不同的河道的补偿金额一样的问题，使补偿结果更加严谨、准确，更容易被补偿者(受偿者)接受；考虑到跨界补偿的公平性，补偿行为是双向的，同时为“双向补偿”提供技术层面上的支撑，提高各相关利益方对水环境保护的积极性。

附图说明

图1为本发明提供的一种河流污染物跨界传递影响的量化补偿方法的流程示意图。

图2为本发明提供的一种河流污染物跨界传递影响的量化补偿方法的分析流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-2，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本发明所采用的技术方案，是一种通用的污染物跨界传递影响的量化补偿模型。流域的跨界水污染补偿问题可看作一个相关行政主体利益关系调整问题，遵循“谁污染，谁赔偿；谁保护，谁受益”的公平性原则。基于水污染损益核算所需的水质、流量等参数资料，结合所研究流域水环境和水资源管理现状，选择合适的流域污染特征因子，建立标准化、条理化和实用化的河流污染物跨界传递影响的量化补偿模型，将河流污染物传递影响进行量化，得到上游河道水体污染物传递对跨界断面水质产生影响的不同程度。以河流干流跨界断面是否达到水质目标为基准，纳入断面流量后以断面污染物通量是否超标为出发点，若上游水体污染物经过传递后造成出境断面污染物通量超标，则以上游区域为补偿主体；当上游区域完成污染物通量的控制，使得出境断面水质达标时，则其为受偿对象。为落实最严格水资源管理制度“三条红线”提供了重要保障，积极响应流域区域之间横向生态补偿机制的实施，有利于强化相关地区政府对水环境的保护职责，促进水质目标的实现。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

步骤1：数据收集，包括模型参数、研究流域历年水质、水量等数据。以渭河干流为例，根据分析借用法取化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，以下简称COD)的k值为0.265/d，水质和水量数据如以表1和表2所示：

表1 2017年渭河干流各水文站月平均浓度mg/L

表2 2017年渭河干流各水文站月平均流量m³/s

步骤2：基本控制方程。为了进行污染物跨界传递影响的量化补偿的研究，需要量化该河流水体污染物跨界传递影响程度。它可以基于水质模型来进行计算，只考虑河流干流上污染物传递的沿程变化，并假定研究河段充分混合且污染物总体呈现衰减趋势，故可用一维河流水质模型的基本方程作为控制方程，公式如式(1)所示：

式中：C₀—河段上断面污染物浓度，mg/L；C_x为x米后的污染物的浓度，mg/L；x—上、下断面间距离，km；u—设计流量下河段平均流速，m/s；k—污染物衰减系数，1/d。

步骤3：计算污染物的贡献率。首先采以跨界断面水质目标为基准，将出境断面所在年份污染物的月浓度与水质目标Cg相比的差值作为变量，代入一维水质模型。进而得到传递影响情况，如以下的下三角增广矩阵B的形式，其中某一列的各项代表了某行政单元年内月水质超标量/达标量对下游断面的影响程度及范围，某一行的各项表示某断面水体污染受到上游及本市区水质超标量/达标量的影响大小。

增广矩阵中，ΔC_cj为将断面j所在年份的月浓度与水质目标相比的差值；α_ij表示i行政单元对应j断面的浓度值，α₀₁＝ΔC_c1；

表示游断面经过衰减之后的浓度值；α₁₂＝ΔC_c2-α₀₂，即该行政单元相应断面的浓度值等于对应实测浓度减上游断面浓度；

以此类推。

每一行中，某行政单元的水体污染物对该河道断面水质的贡献率为：

表示增广矩阵B的左边部分某一行的算术和，n为该部分列数，其余符号同前；根据公式(3)，可得相关行政单元i的超量/达标排放对断面j的水质超标/达标贡献率，贡献率矩阵G为：

渭河干流2017年份月浓度与水质目标相比的差值如表3所示，各断面COD的贡献率情况如表4所示：

表3 2017年1月渭河干流市界断面COD浓度差mg/L

表4 2017年1月渭河干流市界断面COD贡献率％

步骤4：计算水污染补偿金。本方法在将河流污染物跨界传递影响程度量化的基础上，采用跨界断面污染物通量的处理成本的核算方法，即在污水中污染物处理费用基础上进行计算，综合考虑了水质和流量因素综合带来的影响。跨界水污染补偿主要原理为当出境断面的污染物实测浓度超过目标浓度时，或者说跨界断面的污染物通量超过标准限值通量时，结合流量以及污染因子执行标准及跨界断面水质超标/达标贡献率等确定超标补偿金额，故跨界水污染补偿模型，即单因子水污染补偿金的计算方法为：

B_O＝W_cg_ijM_O＝[(C_y-C_g)Q_O]g_ijM_O (5)

式中：B_O为水污染月补偿金，元；W_c表示行政单元水污染因子当月的污染物通量与标准通量的差值，mg/s，当其为正值时，表示上游行政单元出境断面实测水质超过目标水质的污染物排放量，则该行政单元向下游行政单元进行赔偿；当其为负值时，表示上游行政单元为水质保护作出了贡献，那么断面所在行政单元向上游进行补偿； C_y为行政单元出境断面所在年份的实测月浓度，mg/L；C_g为行政单元出境断面的目标浓度，mg/L；Q_O为行政单元出境断面的月总径流量，m³；M_O为行政单元污染因子补偿标准(以单位污染物处理成本为依据)，元/mg；g_ij为上游相关行政单元的水体污染物对对下游河道断面水质的超标/达标贡献率，％。

该补偿公式引入了水质超标/达标贡献率，充分考虑到了水污染传递影响程度，体现出了上游河道污染物对下游断面的水污染贡献占比，使得责权划分更加细致。如需考核多因子指标，则可汇总所有单因子计算结果，即可得到每个断面所在行政单元或上游行政单元的最终水污染补偿金。本文资金补偿以纵向财政转移支付为主，即补偿主体向上级行政部门上缴补偿金，具体为各水污染补偿考核行政区政府将补偿资金缴扣给上一级财政部门，并由其进行资金的下一步分配转移。

根据公式(5)计算渭河干流2017年份各月的水污染补偿金后，再汇总到全年12个月，可得出该年市界断面COD的补偿金情况，同理，NH₃-N或其它特征污染因子的跨界水污染补偿金计算过程也一样，将河流各污染因子的年补偿金相加则为总补偿金。现只展示渭河干流 2017年COD的补偿金情况，如表5所示：

表5 2017年1月渭河干流市界断面COD补偿金万元

表5中正数表示某市区对下游断面所在市区的水污染损失赔偿，负数表示某市区应获得的补偿，即下游市区断面水质达标受益性补偿。如表5第三行漆水河口是西安市(汤峪入渭-漆水河口)的断面，相当于西安市要给宝鸡市补偿2860.72万元，杨凌区要给西安市(汤峪入渭-漆水河口)赔256.27万元，西安市(汤峪入渭-漆水河口)自己承担1043.97万元；第四行咸阳铁路桥断面在咸阳市和西安(漆水河口-咸阳铁路)交界处，则咸阳市和西安市应给宝鸡市补偿5626.76 万元，按排污比例进行配，杨凌区对咸阳市和西安市赔偿585.93万元，西安市(汤峪入渭-漆水河口)自己承担3472.42万元；第五行零河入口在西安市(咸阳铁路桥-零河入口)和渭南市的交界处，西安市对宝鸡市和咸阳市分别补偿7526.44、11984.02万元，杨凌区对西安市赔偿852.40万元，西安市自己承担3472.42万元；第六行入黄口断面在渭南市，则渭南市应对宝鸡市、咸阳市、西安市分别补偿 5044.39、7942.15、(823.69+3431.09)万元，杨凌区和西安市(汤峪入渭-漆水河口)分别对渭南市赔偿486.44、1981.61万元。

本技术方案的创新之处在于，构建了考虑河流污染物传递影响程度的量化补偿模型，将上游河道水体污染物对下游河道断面水质的超标/达标贡献率纳入补偿考核条件，综合考虑了河道断面水质和流量，针对补偿行为的双向性，遵循“谁污染，谁赔偿；谁保护，谁受益”原则，使补偿方案更科学更易被补偿者(受偿者)接受。

本发明首先考虑了污染物跨界传递影响的量化补偿的需求，界定和量化了利益相关方的水污染补偿责任；在考虑公平性的基础上追求量化补偿的精细化、严谨性和科学性，既将河道断面流量纳入了补偿考核条件，也考虑了“双向补偿”的积极影响，在技术层面上解决了水质达标受益性补偿在实践中不被重视问题，使补偿结果更易被相关利益方接受。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种河流污染物跨界传递影响的量化补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、收集数据

收集河流历年的水质和水量数据；

S2、建立控制方程

只考虑河流干流上污染物传递的沿程变化，并假定研究河段充分混合且污染物总体呈现衰减趋势，故用河流一维水质模型的基本方程作为控制方程，公式如下：

式(1)中：C₀为河段上断面污染物的浓度，C_x为x米后下断面污染物的浓度，x为上断面到下断面间的距离，u为设计流量下河段的平均流速，k为污染物衰减系数；

S3、计算污染物的贡献率

首先以跨界断面水质目标为基准，将出境断面所在年份污染物的月浓度与水质目标C_g的差值作为变量，代入控制方程，进而得到传递影响情况，用下三角增广矩阵B的形式表示为：

ΔC_cj为将断面j所在年份的污染物月浓度与水质目标的差值；α_ij表示i行政单元对应j断面的浓度值，α₀₁＝ΔC_c1；

k为污染物衰减系数，表示上游断面经过衰减之后的污染物浓度值；α₁₂＝ΔC_c2-α₀₂，即该行政单元相应断面污染物的浓度值等于对应实测污染物的浓度减上游断面污染物的浓度；

k为污染物衰减系数；

每一行中，某行政单元的水体污染物对该河道断面水质的贡献率为：

表示增广矩阵B的左边部分某一行的算术和，n为该部分的列数，根据公式(3)，得出相关行政单元i的超量/达标排放对断面j的水质超标/达标贡献率，贡献率矩阵G为：

S4、计算水污染补偿金

当出境断面的污染物实测浓度超过目标浓度时，或者说跨界断面的污染物通量超过标准限值通量时，结合流量以及污染因子执行标准及跨界断面水质超标/达标贡献率确定超标补偿金额，故跨界水污染补偿模型，即单因子水污染补偿金的计算方法为：

B_O＝W_cg_ijM_O＝[(C_y-C_g)Q_O]g_ijM_O (5)

式(5)中：B_O为水污染月补偿金，W_c表示行政单元水污染因子当月的污染物通量与标准通量的差值，当其为正值时，表示上游行政单元出境断面实测水质超过目标水质的污染物排放量，则该行政单元向下游行政单元进行赔偿；当其为负值时，表示上游行政单元为水质保护作出了贡献，那么断面所在行政单元向上游进行补偿；C_y为行政单元出境断面所在年份的实测月浓度，C_g为行政单元出境断面的目标浓度，Q_O为行政单元出境断面的月总径流量，M_O为行政单元污染因子补偿标准，g_ij为上游相关行政单元的水体污染物对下游河道断面水质的超标/达标贡献率。

2.如权利要求1所述的河流污染物跨界传递影响的量化补偿方法，其特征在于，所述水质数据包括：河流历年实测污染物的月浓度，河段上断面污染物的浓度，河段下断面污染物的浓度；所述水量数据包括：河流历年实测月总径流量。

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