大气污染物总量分配方法研究综述

吴丽君，杨三明

（1.重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆400045；2.重庆市环境科学研究院，重庆401147）

据统计，2009年，我国二氧化硫的排放量为2 214.4万t，烟尘排放量为847.2万t，工业粉尘排放量为523.6万t，分别比上年下降4.6%，6.0%，11.7%。与2005年相比，2009年我国二氧化硫排放总量下降13.14%，二氧化硫“十一五”减排目标提前一年实现，这为全面完成“十一五”减排目标打下了坚实基础。全国城市空气质量总体良好，但部分城市污染仍较重；全国酸雨分布区域保持稳定，但酸雨污染仍较重。2009年，全国地级及以上城市环境空气质量的达标比例仅为79.6%。当前大气环境污染的根本原因是大气污染物的排放量远远超过大气的自净能力。鉴于大气具有一定的自净能力以及我国现行的环境政策，治理和改善大气环境现状最有效的方式是进行污染物总量控制，其核心环节是确定区域允许的排放总量和优化分配到各个污染源。特别是2009年一季度，二氧化硫自2007年以来第一次出现了不降反升的局面，比上年同期上升了1.2%，这给我们的减排工作敲响了警钟，对我们做好大气污染物总量分配提出了更加严峻的要求。

1 影响总量控制公平分配的因素

当某区域的大气控制排放总量确定后，如何将总量目标科学合理、公平有效地分配给各污染源是总量控制的核心问题，要公平合理分配污染源允许排放量应考虑以下因素：

（1）考虑不同污染源排污现状的差异，即排放起点的公平性。如建成年代的不同、生产设备和生产工艺不同、燃料结构不同、生产管理水平不同等。

（2）考虑不同污染源治理现状的差异。污染源的业主对待治理公害的态度不同导致投入的治理费用和再治理的投资效益不同。

（3）考虑污染源对区域或城市经济的贡献程度。如两个排放量相同的企业，生产效率高和创造产值大的企业承担的削减责任应与生产效率低的企业有所差异。

（4）考虑污染源的布局，由于大气自净输送能力影响污染源距受体点不同距离的的浓度贡献。

（5）考虑污染源的环境影响，即谁污染谁负责治理，对控制点污染影响相同的排污者对环境污染贡献大的多削减，贡献小的少削减。

2 总量控制分配方法分析

大气环境容量的分配方法很多，但总结起来基本分为3大类：传统的一般分配方法、基于效率原则和基于公平原则的总量分配方法。

2.1 传统的一般分配方法

总量分配的一般方法分为等比例法、费用最小分配法、按贡献率削减排放量的分配方法。

（1）等比例法。在承认各污染源排污现状的基础上削减同等比例，以确定各污染源的允许排放量［1］。其优点是简单、管理方便，但未考虑各污染源对于污染贡献的不同，也未考虑各污染源治理成本的不同。

（2）费用最小分配法。利用控制费用分担法按对污染物控制费用的大小将总量指标分配到各企业［2］。而基于社会经济效益的分配方法从区域经济因素考虑，采用对污染重的企业提高税收标准来进行分配，以经济手段限制或控制其污染的程度。

（3）按贡献率削减排放量的分配法。运用平方比例削减法按各污染源对控制点的贡献浓度的平方所占比重，将控制点的总超标浓度分配给每一个污染源从而确定各污染源的允许排放量［3］；A－P值法，以“箱模式”为基础，根据区域面积计算出区域允许排放量，然后按排放高度分配到各点源。徐斌等考虑了总量控制区风频、风速和各功能区位置及污染源“影响范围”等影响因素后，提出了“平均下风距离”的概念，修改了A值法［4－5］。陈文颖针对平方比例方法的不足（超削减及环境容量的不充分利用），提出了B值法［6］，充分考虑了各污染源对各控制点浓度贡献以及各污染源现状的不同等影响因素。余波通过分析影响平权的因素，提出一种新的平权方法，从分析控制点的超标责任承担源着手，分清了控制和削减对象，避免了以前有浓度贡献就得削减的片面做法，也避免了对源削减无限制甚至是超负荷削减的现象［7］。汪金福从常规大气扩散模式出发，利用大气污染物浓度与源强成正比这一基本关系，进而利用控制理论基本原理，推导出为达到环境质量目标的基础允许排放量［8］。

传统的分配方法基于总量目标进行“一刀切”，需要的条件少，易于实施，但是它未考虑公平性和效率性，导致各污染源对最终的分配方案存在争议，难以达成共识，进而使分配方案难以付诸实际的实施。

2.2 基于效率原则的总量分配方法

国外的研究主要集中在排污交易系统中的初始排污权的分配，其代表思想为排污权交易思想。Barde（2000）也认识到初始排污权的分配问题是形成和制定政策的最大壁垒。基于市场的排污交易系统，其初始权的分配方法主要有拍卖法和历史沿袭法（“祖父制”法）。

国内的学者对大气污染总量分配基于效率模型的研究主要有：区域内排污总量最小、区域内治理投资费用最小等最优化方法。最优化方法是数学模型与应用科学技术结合的产物，主要包括线性规划法，非线性规划法，整数规划法，动态规划法，离散规划法，灰色规划以及模糊规划法等。朱悦等引入灰色理论预测大气总量，结合总量分配方法，构建了大气总量分配削减方案［9］。熊德琪从模糊数学角度，依据水污染控制系统模糊规划理论研究了污染物削减分配这一问题。最优化方法中，目前应用最广泛和最成熟的是线性规划方法。20世纪90年代以来，中国环境科学研究院研究人员应用线性规划方法开展了若干城市的环境规划优化模型以及总量控制规划研究，提出了求解大规模环境综合整治整数规划IPUSE模型［10］，最优化方法在环境规划中的应用取得了空前的发展。近年来，随着全国大气和水环境容量测算和污染物排放总量分配工作的推进，中国环境规划院与有关单位相继开展了环境容量分配规划问题与计算方法的研究［11］。王金南分析了线性规划方法在环境容量资源分配规划中的若干种应用类型，提出了相关的目标函数模型和约束条件模型以及建立模型的基本步骤，并以区域污染削减费用最小化和区域环境容量资源利用最大化两种规划类型为背景，提出了相应的环境规划优化概念模型，最后和中国环境规划院A－P值模型对市区大气环境容量计算分配结果进行比较，结果基本一致，计算表明线性规划优化方法是解决区域大气环境容量资源分配的科学可行的方法［12］。不过利用线性规划方法解决环境规划问题，如何把许多非线性约束转换成线性约束是一个重点也是一个难点。在实际操作中往往把约束条件相对简化，容量分配优化结果出现偏大的结果。

基于效率原则的污染物总量分配方法，则仅从经济角度出发，建立数学模型求解，片面追求经济成本的最小化，忽视了总量分配过程中涉及的社会、技术、管理、资源等其它因素的影响，使污染治理效率高、边际治理费用低、管理得力的污染源要承担更多的削减量，往往导致出现“鞭打快牛”的现象。这使治理得力的污染源对分配方案充满争议，挫伤其治理的积极性。在现有大气污染控制体制和管理模式下，基于效率原则所制定的污染物优化分配方案往往难以有效地付诸实施。

2.3 基于公平性原则的总量分配方法

基于一定基准的分配方法，这类方法通过确定一定基准或排放系数，计算各污染源的允许排放量。这种基准可分为能源消耗量、污染源排放量或者排放绩效等，类似于国外初始排污权分配中的历史沿袭法。孙卫民将控制区允许排放总量基于各污染源使用燃料和原料用量进行分配［13］。林红等利用污染物的排放绩效法（GPS）、能耗绩效法进行总量分配［14］，这些方法目前已在电力企业做了试点，证明是一种比较科学的分配方法，但由于此类方法主要适用于同一类型企业，因此限制了方法的应用。基于产值排放系数的分配方法结合社会经济效益法及排放绩效法，将发电量等的产出转化为货币形式的工业总产值，而不是产品产量，从侧面反映了对区域经济规模的贡献程度。

徐大海和朱蓉在ATDL模式的基础上导出了大气污染物面源源强分布到浓度分布的扩散稀释矩阵，将源强矩阵与浓度矩阵线性地联系起来，由当地的气候数据、地理条件、各类源高、排放气体的干湿沉降和衰变参数计算出扩散，直接由浓度矩阵求取源强矩阵，从而提出了由数值模式反演源强的方法［15］。刘品高将遗传算法引入大气污染总量控制中，应用它来进行面源源强的反演，用以确定地区的大气排放总量并且和稀释矩阵反演方法作了对比。在此基础之上，提出了一种利用遗传算法进行大气污染总量控制的新方法，将区域内各污染源的排放量编码为染色体，让染色体群体在模拟的进化环境下按照生物进化规律进行优胜劣汰的自然选择，经过若干代的进化，最终得到最优个体即代表最佳源强分布［16］。

吴悦颖借鉴基尼系数的概念，构建流域间水污染物总量分配方案合理性、公平性的评估方法。用基尼系数法对流域水污染物总量分配方案进行评估，依据评价结果进行方案调整，可使分配方案更具公平性和合理性，但是此法不适用于没有初始分配方案的分配过程，而且该方法本身未提供方案修正幅度大小的依据，需要通过其它方法进行修正［17］。刘耀等也应用了基尼系数和洛伦茨曲线对“十一五”期间广东省环保下达到珠三角各城市的二氧化硫总量进行分配［18］。王金南拓展了基尼系数的内涵，提出了资源环境基尼系数的概念，以绿色贡献系数作为判断不公平因子的依据，对确定国家环境管理的重点方向提供一种新的方法［19］。陈文颖等提出了基础允许排放量分配法（APW）和平权允许排放量分配法（B值法）［20］。该方法的实质是通过APW法、浓度控制法、B值法和平权后剩余容量分配方法相结合确定污染源的应该允许排放量，有效地控制污染、改善环境，使经济得以持续发展，但由于计算过于繁琐，这也限制了它的运用。李如忠从经济、社会和环境系统整体效益出发，设计出了一种定性与定量相结合描述判断矩阵的多指标决策的排污总量分配层次结构模型，不仅克服了等比例分配的不公平性，又兼顾了各分区间的实际差异，是一种较理想的分配方法［21］。

基于公平性原则的总量分配方法，要么停留在理论研究上，仅给出坚持公平性原则需要遵循的原理和考虑的因素，并没给出一套较完整的体系；要么给出了一套体系，但过于理论化使得变量的选择难以定量化、分配方案过于复杂而难以在实际中加以应用，最终难以达到预期目的；或者片面强调某一方面的公平性，忽略了其他方面而造成貌似公平实际并未真正体现公平性的假象。

3 结论与建议

随着科学技术的发展，大气污染总量的分配对于鼓励污染源降低污染取得了一定成效，但无论单纯采用传统的分配方法，还是基于公平或是基于效率的方法，或多或少都存在一些问题，这势必戳伤污染源自我治理的积极性，激发抵触情绪，使规划方案及污染治理程序在推行过程中遇到阻力，难以顺利实施。因此，建立一套能被各污染源普遍接受，具有较强的可达性且易操作，又能够体现社会经济与环境公平性的总量分配方法，制定可行的分配方案是大气污染总量分配研究的方向；而联合应用多种分配方法，取长补短，制定更加科学合理的分配方案也是一种发展趋势。

［1］ 刘 娜，谢绍东.城市点源大气污染物总量分配方法及其进展［J］.北京大学学报（自然科学版），2006，42（6）：824－828.

［2］ 张迎珍.大气污染物总量控制方法的研究［J］.环境污染治理技术与设备，2002，3（6）：40－42.

［3］ 杨吉林.城市大气污染总量控制方法手册［M］.北京：中国环境出版社，1991.

［4］ 徐 斌，施介宽，秦 艳.总量控制区内功能区排放负荷的风频分配法研究［J］.上海环境科学，2000，20（1）：7－11.

［5］ 徐 斌，施介宽，秦 艳.功能区排放负荷污染系数百分比分配法研究［J］.环境科学学报，2001，21（3）：364－367.

［6］ 陈文颖.大气污染总量控制规划方法与智能决策支持系统［M］.北京：清华大学，1996.

［7］ 余 波，袁九毅.大气污染总量控制中平权允许排放量计算方法研究［J］.甘肃环境研究与监测，1998，11（2）：326.

［8］ 汪金福.利用单位源强浓度贡献确定排放限值［J］.华中师范大学学报（自然科学版），2001，35（2）：234－236.

［9］ 朱 悦.灰色理论在大气总量控制规划中的应用［D］.大连：大连理工大学，2006.

［10］ 胡炳清.总量控制中的离散规划［M］.北京：中国环境科学出版社，2000.

［11］ 潘向忠，王泉源，等.大气环境容量计算方法与应用实践［A］.见：俞学曾.大气环境科学技术研究进展——第11届全国大气环境学术会议论文集［C］.济南：2004，110～120.

［12］ 王金南，潘向忠.线性规划方法在环境容量资源分配中的应用［J］.环境科学，2005，26（6）：195－198.

［13］ 孙卫民，朱法华，朱庚富，等.电力行业SO2排污指标的分配研究［J］.电力环境保护，2003，19（3）：14－17.

［14］ 林红等.中国酸雨控制战略：二氧化硫排放总量控制及排放权交易政策实施示范［M］.北京：中国环境科学出版社，2004.

［15］ 徐大海，朱 蓉.城市大气污染物源强反演.大气环境和环境影响评价［M］.北京：气象出版社，1998.

［16］ 刘品高，江 南，余 瑶，陈万隆.基于遗传算法的大气污染总量控制新方法［J］.环境污染与防治，2007，29（3）：266－237.

［17］ 吴悦颖，李云生，刘伟江.基于公平性的水污染物总量分配评估方法研究［J］.环境科学研究，2006，19（2）：66－70.

［18］ 刘 耀.我国大气污染物总量控制污染负荷分配研究［D］.广州：中山大学，2007.

［19］ 王金南，逯元堂，周劲松，李 勇，曹 东.基于GDP的中国资源环境基尼系数分析［J］.中国环境科学，2006，26（1）：111～115.

［20］ 陈文颖，方 栋，薛大知，奚树人.城市大气污染物排放量公平分配的方法［J］.清华大学学报（自然科学版），1998，38（7）：50－53.

［21］ 李如忠，钱家忠，汪家权.水污染物允许排放总量分配方法研究［J］.水利学报，2003（5）：112－121.