基于水环境容量的闽江流域跨界生态补偿标准研究

2017-03-23饶清华林秀珠

中国农村水利水电 2017年11期

饶清华，林秀珠

(近海流域环境测控治理福建省高校重点实验室(福建师范大学福清分校)，福建福清 350300)

0 引言

随着社会经济的发展，生态环境保护与经济发展之间的矛盾日益凸显，一方面是公众日益增长的生态环境服务数量及质量的需求，另一方面由于对资源的不合理利用，导致环境污染问题日益突出。在此深刻背景下，生态补偿成为各国经济学家和环境学家研究的热点[1-5]，并且被作为一种有效的经济手段成功应用到解决生态环境保护与经济发展之间的矛盾中去[6-8]。我国政府多次对建立生态补偿机制提出明确要求[9-11]，有关部门陆续出台了一系列法律法规和政策文件，要求加强流域生态环境保护，增加流域生态环境保护投入。国内对于流域生态补偿理论及运行机制等方面的研究相对较多[11-13]，同时也开展了部分有关生态补偿标准的研究[14-18]，而对于通过水环境容量来确定生态补偿标准，进而实现整个流域实现水环境容量与水环境质量最优的研究相对匮乏[19,20]。因此建立并完善流域生态补偿制度，设计合理的补偿方案，确定科学的补偿标准是当前国际和国内环境管理的发展方向[21,22]，可以理顺流域上中下游间的生态和经济利益关系，有效提高流域上游地区保护水环境的积极性。同时，可以进一步落实流域污染物总量控制制度，减少跨界污染纠纷问题的发生，改善流域水环境质量，提高上游地区流域生态环境保护的积极性，对于促进全流域经济社会协调、可持续发展具有极其重要意义。

闽江是福建省第一大河，流域上游是经济欠发达的地区，而流域下游则是经济较发达的福州市[23]。因此，建立并完善流域生态补偿机制，科学合理的测算流域生态补偿标准，对于提高上游地区流域生态环境保护的积极性，实现闽江流域水资源可持续利用具有重要意义[24]。本研究以闽江流域为例，将流域上、中、下游地区分别看作独立的控制单元，以水环境容量作为社会发展的制约因素，选取化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)作为污染因子，采用一维稳态水质模型测算出闽江流域不同行政区水环境容量，结合水环境功能分区目标、污染物排放量、COD及NH3-N的恢复成本计算出闽江流域上下游生态补偿标准，为福建省乃至全国跨界流域补偿标准测算的推广实施提供参考借鉴。

1 基于水环境容量的流域生态补偿模型

采用水质模型计算出的水环境容量减去水体中污染物的入河排放量，得到水域剩余环境容量，并通过计算需要削减的污染物的恢复成本，反推上下游之间的生态补偿量。

1.1 水环境容量计算模型

对于宽深比不大的中小型河流，污染物浓度在较短时间内在横向断面上分布均匀，可用一维水质模型预测污染物沿河流纵向的迁移情况，并以此来计算水环境容量。一维水质数学模型为：

(1)

式中：Ex为废水与河水的纵向混合系数，m2/s；K为污染物的衰减系数，1/d；ux为河段平均流速，m/s；C为污染物浓度，mg/L。其解析解为：

(2)

式中：x为支流或排污口等与控制断面的距离，m；C0为起始断面水质浓度，mg/L。

忽略纵向扩散作用时，模型的解为：

(3)

将排污口进行集中概化，认为上游地区污染物排放集中在1个点，污染物均由这个点源排入，一般情况下认为这个点在河段的1/2处。考虑河流水环境容量分为稀释容量和自净容量两个部分，根据一维稳态水质模型可知：

(4)

式中：Cs为控制断面水质标准，mg/L；Q0为起始断面流量，m3/s；c为排放的污染物浓度，mg/L；q为污染物排放量，m3/s；当cq=W时即为环境容量，推导出集中排放方式的水环境容量为：

(5)

式中：W为环境容量，t/a。

1.2 补偿标准计算模型

基于水环境容量的跨界生态补偿标准的计算模型为：

W′ijn=W0ijn-Wijn

(8)

式中：Wijn为i地区流入j地区的第n种污染物入河量，t/a；W0ijn为i地区流入j地区的第n种污染物水环境容量，t/a；W′ijn为i地区流入j地区的第n种污染物剩余水环境容量，t/a；Pijn为i地区从j地区获得/支付的第n种污染物生态补偿额，元/a；Pij为i地区从j地区获得/支付的生态补偿额，元/a；Rcn为第n种污染物治理或修复的单位成本或收益，元/t。

对于某个地区来说，其生态补偿总额为与其交界的各行政单元生态补偿额代数和，即：

Pi=∑Pij

(9)

采用基于水环境容量的补偿方式，意义在于各行政单元政府需要对其管辖区域内的水环境容量以及交界断面的水环境质量负责，将其污染物排放总量控制在该区域的水环境容量范围内，才能从周边区域获得生态补偿；反之，上游地区有责任给予下游补偿，用于污水的治理[15]。这种补偿标准测算方式体现了水资源和水环境容量的价值性，同时又兼顾了上下游之间利益分配的平衡。

2 闽江流域跨界生态补偿标准研究

2.1 闽江流域概况

闽江作为福建省的第一大河，发源于建宁县均口镇，流经36个县、市，总长2 872 km，其中在福建省内面积达59 922 km2，占全省陆域面积的48.87%，干流全长577 km。闽江流域上游地区多属于经济欠发达地区，包括南平、三明等部分县市，闽江流域下游福州市则经济较为发达。研究将龙岩、南平、三明等地区划分为闽江流域上游，将福州地区划分为闽江下游。

2.2 数据来源

污染物年排放量、初始断面水质、河段长度、流速、水量数据来源于福建省环境保护厅。由于数据获取存在一定难度，水质数据采用2011-2015年各行政区(县)交界断面水质年平均值；流速、水量数据采用闽江流域各断面多年平均流量；闽江流域各交界断面水质目标依据《福建省水环境功能区划》而定[25]，各交界断面水质功能区划均为Ⅲ类。考虑到COD、NH3-N是“十二五”国家水环境总量控制指标，因此，本研究采用COD、NH3-N等指标来计算水环境容量。COD、NH3-N等指标的降解系数K参考陈锦等[26]研究成果。

2.3 闽江流域生态补偿标准测算

2.3.1 闽江流域不同区段水环境容量测算

闽江属于宽深比不大的中小型河流，流域水体流态较稳定，适合采用一维水质模型计算水环境容量。水质数据采用2011-2015年各行政区(县)交界断面水质年平均值，流速、水量数据采用闽江流域各断面多年平均流量，COD、NH3-N等指标的降解系数K(1/d)参考陈锦等[26]研究成果，闽江流域各交界断面水质目标依据《福建省水环境功能区划》而定，模型计算参数见表1。

以COD、NH3-N作为计算水环境容量的指标，根据公式(5)测算闽江流域各行政区2011-2015年的水环境容量，计算结果见表2。

表1 水环境容量计算参数Tab.1 Parameters of water environment capacity

表2 闽江流域各行政区2011-2015年污染物排放情况及初始浓度Tab.2 Pollutant discharge and initial concentration in Minjiang River Basin from 2011 to 2015

2.3.2 闽江流域各行政区生态补偿标准测算

污染物削减成本Rcn采用影子工程法，依据治理和修复污染水体的成本测算。由于补偿标准的制定具有一定尝试性，借鉴饶清华等[23]的研究成果，因此，取NH3-N削减成本27 210元/t、COD削减成本5 442元/t作为补偿标准。根据式(6)、式(7)计算闽江流域各行政区2011-2015年剩余环境容量及不同污染物生态补偿额，确定各县市间补偿或赔偿关系，具体见表3。

由于三明、南平等地区既是生态环境保护的受益者，需要向上游地区支付生态补偿费用；同时也是生态环境保护的保护者，应得到下游地区的生态补偿。因此，根据式(8)、式(9)，将各行政单元生态补偿量求代数和，测算闽江流域各行政区2011-2015年支付/获取生态补偿额度，具体见表4。

从流域生态补偿支付情况来看，作为补偿对象的上游地区龙岩市获得三明市的补偿额分别为2 045.82～3 023.91 万元，对于推进上游地区生态环境保护与建设具有很好的激励作用。对于中游地区三明、南平市，一方面需要向上游地区支付生态补偿费用，另一方面应得到下游地区的经济补偿，最终支付/获取的补偿额分别为-2 476.78～1 967.35 万元及-5 062.21～4 091.23 万元。宁德、泉州地区获得下游地区福州市的经济补偿分别为3 037.71～4 009.84 万元及6 205.73～6 605.81 万元。下游地区福州市单纯作为生态环境保护的受益者，需要向上游地区总共支付生态补偿额10 426.13～16 148.56 万元。

表3 闽江流域各行政区2011-2015年环境容量及剩余环境容量Tab.3 The water environmental capacity and remaining water environmental capacity in Minjiang River Basin from 2011 to 2015

表4 闽江流域各行政区2011-2015年支付/获取生态补偿额度Tab.4 Eco-compensation of the cities in Minjiang River Basin (payout and reception) from 2011 to 2015

3 结果分析

(1) 明确补偿的主客体。如果闽江流域上游地区水污染物排放量满足水环境容量的要求，则下游地区应该向上游地区支付获得优良水质的补偿费用。反之，上游地区水污染物排放量超过了水环境容量，则上游地区有责任对下游进行补偿，用于污水的治理。这种补偿方式主客体明确，流域上下游地区各级政府需对行政区域内的水环境容量及交界断面水环境质量负责，根据剩余环境容量来确定上下游生态补偿关系。

(2) 兼顾上下游利益。上游地区为保护流域生态环境，工农业发展受到了一定程度的限制，中下游地区是上游地区流域生态环境保护的受益者，双方均拥有平等分享流域生态环境效益的权利，以及承担共同维护生态环境的义务。开展跨界流域生态补偿，采用水环境容量的流域生态补偿测算方式，承认上游地区为保护流域生态环境而做出的努力，对于增强上游地区生态环境保护的积极性具有重要意义。同时，这种补偿标准测算方式体现了水资源和水环境容量的价值性，同时又兼顾了上下游之间利益分配的平衡，对全流域水资源的可持续利用具有实践可操作性。

(3) 明确水体污染控制方式。基于水环境容量的流域生态补偿测算方式，有利于水污染控制单纯从浓度控制或目标总量控制向浓度控制和容量总量控制结合的转变。根据C0可知，河段水环境质量较好，均能满足Ⅲ类水质标准。从剩余环境容量情况看，NH3-N成为了限制流域经济发展的重要因子，龙岩、三明、南平、宁德等地区的NH3-N剩余环境容量已经趋近于饱和甚至为负数，从而给以上地区在水体污染控制方面提出了更高的要求，即不仅要控制交界断面的水质浓度，更要注意削减入河污染物的排放量。因此，上游地区应根据交界断面水质目标以及河段水环境容量，一方面要进一步调整产业结构，严格限制高水耗、高污染产业的发展，引进清洁生产与低排放项目。另一方面应严格限制工业排污情况，加大节能减排力度，促使企业必须做好三废处理，选用先进的工业生产设备和工艺，从源头上防范跨界流域水污染的产生。

(4) 拓展补偿的资金渠道。目前闽江流域生态补偿的实施途径主要为财政转移支付与政府之间直接补偿资金支付，补偿对象仍然停留在政府对政府的层面上。因此，完善闽江流域上下游跨界生态补偿机制已成为当务之急。一方面应逐渐加大财政投入，建立多元化的补偿资金筹措渠道，逐步加大补偿资金投入力度。另一方面应转变现有的单一补偿模式，实现政府主导与市场机制相结合的生态补偿模式。例如，上下游双方可以进行谈判，进行资金与技术投资的交流，在资金补偿的同时辅助以项目补偿，如下游地区可以通过资金与技术投资的交流等方式帮助上游地区发展旅游圈、发展生态工业和无污染农业，缓解上游地区生态环境保护与经济发展的压力，从而实现各自利益最大化，达到社会优化，最终实现流域利益最大化。

(5) 建立生态补偿长效机制。针对闽江流域实际，结合我国现行的污染物总量控制政策，以现有的水体污染总量控制指标为考核因子，建立闽江流域生态补偿长效机制。根据流域内各个地区每年的污染物排放量及河段水质情况，对流域上下游生态补偿额度进行动态的核算，确定上下游生态补偿关系，并根据各个地区的污染物排放量、河段水质的污染情况进行年度调节，建立生态补偿动态长效机制。以期通过上游地区的产业结构调整转型及节能减排力度的加大，逐步实现闽江流域水资源的可持续发展。

(6) 补偿模型不确定分析。①模型参数的确定存在不确定性。由于数据获取存在一定难度，水质、流速、水量数据采用闽江流域各断面平均值；COD、NH3-N等指标的降解系数引用已有的研究成果；将分散排污口进行集中概化成1个点；在计算污染物入河量时，采用年排放量数据进行估算。因此，运用有限资料进行粗略估算，使得模型参数的确定存在不确定性。②补偿金额的测算存在不确定性。在确定COD和NH3-N等污染物削减成本时具有较大的主观随意性，可能导致生态补偿量的估算存在偏差，影响到评价结果的科学性和准确性。

4 结语

(1) 以闽江流域为例，结合福建省水环境功能区划以及水污染物排放现状，建立基于水环境容量的闽江流域跨界生态补偿标准测算模型，通过测算各行政区的剩余环境容量，结合单位污染物削减成本，明确了补偿对象以及补偿额。该方法拓展了水环境容量的应用领域，是对传统的流域生态补偿标准测算方法的发展和补充。

(2) 以闽江流域为例，测算闽江流域各行政区2011-2015年支付/获取生态补偿额度。上游地区龙岩市获得南平市的补偿额分别为2 045.82～3 023.91 万元；中游地区三明、南平市，最终获得的支付/获取补偿额分别为-2 476.78～1 967.35 万元及-5 062.21～4 091.23 万元；宁德、泉州地区获得下游地区福州市的经济补偿分别为3 037.71～4 009.84 万元及6 205.73～6 605.81 万元；下游地区福州市需要向上游地区总共支付生态补偿额10 426.13～16 148.56 万元。

(3) 建立基于水环境容量的闽江流域跨界生态补偿标准测算模型，但是补偿标准测算模型是在实际情况的简化的基础上构建，具有一定的局限性，在模型参数的确定以及补偿金额的测算等方面存在不确定性，可能导致补偿标准的测算存在偏差。因此，需要进一步完善假定，使补偿模型更贴近实际情况。

(4) 为完善闽江流域跨行政区水环境生态补偿机制，建议环保、水利等部门加快跨界河流出入境水量、水质监测站点的建设，降低跨界河流出入境水量、水质监测数据获取的难度，尽可能建立水质、水量数据公开的长效机制，保障流域跨行政区生态补偿的公平合理。

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