如何实现水污染防治精细化管理?

    流域水污染防治规划是一项复杂的系统工程,不仅要评估分析水环境经济形势,还要科学预测未来水环境面临的压力,最后才能形成科学合理的规划目标、任务方案等。

    这是一个前后连贯的过程,但在以往的的流域水污染防治规划编制过程中,各规划环节往往是相对独立的,也就是说负责污染物产排放预测的可能不管总量控制目标制定,负责总量控制目标制定的可能对规划任务方案和工程项目实施是否能够确保目标指标可达缺乏考虑,割裂了规划各环节和规划内容之间的内在联系。

    记者了解到,国家重大水专项课题——流域水污染防治规划决策支持平台打通了水污染防治规划制定的各环节,实现了流域“经济-社会-水资源-水污染排放-水环境质量”一体化预测研究,将有效避免以往国家中长期水环境保护战略制定过程中缺陷和不足,使国家的水环境管理工作具有精细化管理的数据支持、模型方法和科学依据。目前,平台研究课题已基本完成,

    平台打通水污染防治全环节

    上游模型系统的输出将作为下游模型的输入

    平台如何打通水污染防治规划的全环节呢?

    流域水污染防治规划决策支持平台研究课题负责人蒋洪强介绍说,平台通过对流域规划编制的全过程进行耦合决策,从经济社会到污染产排放、到水环境质量模拟、再到总量控制目标分配和确定、规划任务优化评估和规划的投入测算,最后以对经济的拉动效应返回到经济社会中。整个过程是一个闭环结构,这在以往的规划决策中是比较少见的。

    据介绍,流域水污染防治规划决策支持平台由环境保护部环境规划院国家环境规划与政策模拟重点实验室研发,目前建成了包括流域水环境经济形势诊断系统、水环境一体化预测模拟系统、水环境规划目标分配模拟系统、基于多目标优化决策规划优选系统、水污染防治规划投入贡献度测算系统五大系统。

    “五大子系统在上下游输入——输出关系上遵循一体化模拟思路,上游模型系统的输出将作为下游模型系统的输入。”蒋洪强告诉记者,比如水污染物产排放预测子系统模型中主要水污染物的预测结果,将作为水环境规划目标分配子系统的自动输入;流域水环境规划目标分配子系统的分配结果将作为水环境质量模拟预测子系统的边界条件自动输入。

    比如根据平台模拟结果,相比于基准年,2020年松花江流域总体需要削减COD和氨氮分别是30%和40%,总体减排目标作为条件输入到水环境规划目标分配模拟系统,可以得知嫩江流域COD和氨氮需分别削减1.68万吨和0.33万吨,这些数据可以直接进入多目标优化决策规划优选系统,可以知晓建设多少个污水处理系统以及每个污水处理系统的建设标准。

    并且,与以往以行政区划单元不同,平台的一体化模拟全部是基于流域控制单元层面来开展的,可以较好地服务于流域水污染防治的科学和精细化管理需求,为此将松花江分为33个单元。

    “平台已经突破了传统意义上多个模型间一体化耦合模拟比较薄弱的环节。”蒋洪强说。

    平台突破环境问题线性解决方法

    综合考虑经济社会-污染减排-环境质量一体化关系

    除实现了水污染防治各环节的联动,平台最大的亮点还在于把经济社会等影响因素引入水污染防治规划中,避免以往从环境到环境线性的解决方法,这也是平台的主要技术突破点。

    经济社会活动在环境中发挥着主导作用,经济总量、产业结构、增长速度和产业布局对水环境有着决定性的影响。“未来对水环境的需求将主要来自于经济社会领域,而对水环境的改善也依赖于对经济结构、生产和消费结构调整来实现。”蒋洪强说。

    因此,结合流域不同的经济增长场景、不同的发展方式,综合考虑技术进步、工程治理措施等因素,平台建立了不同水污染物的产生量、排放量和污染治理投入的动态模拟预测模型与方法。

    就松花江流域来说,要考虑的经济社会因素就有很多。首先是产业结构问题,总体上松花江流域工业影响比较稳定,流域内主要水污染物来自于畜禽养殖污染排放和生活污染。而畜禽养殖量主要取决于消费需求、食品结构、畜禽生产能力、饲料供应和畜牧业科技进步等因素,通过对我国肉类及禽蛋增长幅度将呈稳中有降态势的判断,未来肉类和禽蛋增长率的变化呈下降趋势。其次还要考虑技术工艺,结合“十二五”现状,按照“十三五”期间各年的废水处理率,湿法工艺比例、干法污染物去除率以及废水回用率等均保持匀速提高,畜禽养殖的污染物排放总体需保持削减与降低。例如废水处理率“十三五”期间提高10%,人均排污强度下降,“十三五”期间城镇生活污水的COD排放总量需要削减17.3%左右。再者是人口问题,未来随着人口老龄化到来,“十三五”期间约增长0.8%,流域内总人口稳中有增。

    同时,平台还建立和完善了水污染物总量控制与水环境质量改善的输入响应关系。蒋洪强介绍说,以往水环境质量目标与水污染物总量目标之间可能缺乏明确的响应关系。例如,从宏观上讲,“十二五”期间全国重点流域水污染防治规划中提出的水质改善目标Ⅰ类~Ⅲ类水质断面比例提高5%,全国重点流域化学需氧量要比2010年削减9.7%,氨氮排放量削减11.3%。水质目标和对应的污染物排放量在理论上是存在输入响应关系的,也就是说污染物减排达标,污染物浓度肯定会下降,环境质量也会得到相应改善。而现实中,两者之间的定量关系并不清楚,使得公众总是存在这样的疑问:污染物减排目标都达到了,但水环境质量还是没有改善。

    对此,平台通过建立每个控制单元的目标总量分配模型,清晰地掌握流域内每个控制单元主要水污染物的总量控制,为水环境精细化监管提供依据。

    比如,松花江流域“十三五”期间在COD削减30%、氨氮削减40%总目标的要求下,松花江流域内33个单元格有不同的减排目标,雅鲁河呼伦贝尔市控制单元的COD排放量需削减11%左右,氨氮需削减27%左右。

    平台绘制流域水污染防治图景

    未来将拓展至全国重点流域范围

    此外,平台在松花江流域还有进一步的应用。

    “将雅鲁河呼伦贝尔市控制单元的减排结果输入到流域水质预测模拟系统中,可以得知2020年,雅鲁河呼伦贝尔市控制单元化学需氧量为13mg/L、氨氮排放物浓度是0.41mg/L,单元总体水质类别是II类。”蒋洪强介绍说,而这一单元的控制断面水质目标是稳定控制在III类,这说明这一削减方案符合污染物总量减排和环境质量改善要求,为水污染防治和管理提供了科学的依据。

    通过水污染防治规划投入贡献度测算系统模拟,预计“十三五”期间松花江流域水污染治理投入都将大幅度增加,总体预计将达到735亿元。“污染治理投入不仅对水环境改善能够产生积极作用,同时对经济也能产生积极作用,拉动经济增长和解决就业问题。”蒋洪强表示,“这都为决策者实现污染防治精细化决策管理提供了支撑。”

    而这些模拟结果的实现都依赖于强大的流域大数据,比如大量的经济社会、资源环境、水文土壤、费用效益等数据和参数。

    据介绍,平台应用具体包含了松花江流域的基础信息数据和空间数据,基础信息数据包括人口、GDP、产业增加值、污染物产排排放、水质监测、水文监测等,此外还用到了多种类型的详细参数系数,包括污染治理投入的费用-效益分析参数、投入产出分析参数、水质模拟参数率定、产排污系数等。“这些数据目前在各子模型系统中都得到了应用,是这些模拟结果的基础,直接关系着结果的准确性。”蒋洪强说。

    据了解,平台不仅为“十三五”松花江流域水污染防治规划提供了技术支持,也为“水十条”出台及实施以及国家“十三五”水污染防治规划编制起到重要支撑作用。其中,基于平台开发建立的流域水环境经济信息数据库,在水利部“数字水利平台”上得到了应用。

    未来,平台还将进一步研究流域环境健康、环境风险相关的优化决策以及基于控制单元的环境承载力预警机制等,同时将致力于将平台从松花江流域拓展到全国所有重点流域范围,为水污染防治提供全面的技术支撑。

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( 网站编辑:钱坤 )
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