如何實(shí)現(xiàn)水污染防治精細(xì)化管理？ 國家重大水專項(xiàng)課題——流域水污染防治規(guī)劃決策支持平臺取得初步成效

流域水污染防治規(guī)劃是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅要評估分析水環(huán)境經(jīng)濟(jì)形勢，還要科學(xué)預(yù)測未來水環(huán)境面臨的壓力，zui后才能形成科學(xué)合理的規(guī)劃目標(biāo)、任務(wù)方案等。

這是一個(gè)前后連貫的過程，但在以往的的流域水污染防治規(guī)劃編制過程中，各規(guī)劃環(huán)節(jié)往往是相對獨(dú)立的，也就是說負(fù)責(zé)污染物產(chǎn)排放預(yù)測的可能不管總量控制目標(biāo)制定，負(fù)責(zé)總量控制目標(biāo)制定的可能對規(guī)劃任務(wù)方案和工程項(xiàng)目實(shí)施是否能夠確保目標(biāo)指標(biāo)可達(dá)缺乏考慮，割裂了規(guī)劃各環(huán)節(jié)和規(guī)劃內(nèi)容之間的內(nèi)在。

記者了解到，國家重大水專項(xiàng)課題——流域水污染防治規(guī)劃決策支持平臺打通了水污染防治規(guī)劃制定的各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了流域“經(jīng)濟(jì)-社會-水資源-水污染排放-水環(huán)境質(zhì)量”一體化預(yù)測研究，將有效避免以往國家中長期水環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略制定過程中缺陷和不足，使國家的水環(huán)境管理工作具有精細(xì)化管理的數(shù)據(jù)支持、模型方法和科學(xué)依據(jù)。目前，平臺研究課題已基本完成，

平臺打通水污染防治全環(huán)節(jié)

上游模型系統(tǒng)的輸出將作為下游模型的輸入

平臺如何打通水污染防治規(guī)劃的全環(huán)節(jié)呢?

流域水污染防治規(guī)劃決策支持平臺研究課題負(fù)責(zé)人蔣洪強(qiáng)介紹說，平臺通過對流域規(guī)劃編制的全過程進(jìn)行耦合決策，從經(jīng)濟(jì)社會到污染產(chǎn)排放、到水環(huán)境質(zhì)量模擬、再到總量控制目標(biāo)分配和確定、規(guī)劃任務(wù)優(yōu)化評估和規(guī)劃的投入測算，zui后以對經(jīng)濟(jì)的拉動效應(yīng)返回到經(jīng)濟(jì)社會中。整個(gè)過程是一個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)，這在以往的規(guī)劃決策中是比較少見的。

據(jù)介紹，流域水污染防治規(guī)劃決策支持平臺由環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院國家環(huán)境規(guī)劃與政策模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)，目前建成了包括流域水環(huán)境經(jīng)濟(jì)形勢診斷系統(tǒng)、水環(huán)境一體化預(yù)測模擬系統(tǒng)、水環(huán)境規(guī)劃目標(biāo)分配模擬系統(tǒng)、基于多目標(biāo)優(yōu)化決策規(guī)劃優(yōu)選系統(tǒng)、水污染防治規(guī)劃投入貢獻(xiàn)度測算系統(tǒng)五大系統(tǒng)。

“五大子系統(tǒng)在上下游輸入——輸出關(guān)系上遵循一體化模擬思路，上游模型系統(tǒng)的輸出將作為下游模型系統(tǒng)的輸入。”蔣洪強(qiáng)告訴記者，比如水污染物產(chǎn)排放預(yù)測子系統(tǒng)模型中主要水污染物的預(yù)測結(jié)果，將作為水環(huán)境規(guī)劃目標(biāo)分配子系統(tǒng)的自動輸入;流域水環(huán)境規(guī)劃目標(biāo)分配子系統(tǒng)的分配結(jié)果將作為水環(huán)境質(zhì)量模擬預(yù)測子系統(tǒng)的邊界條件自動輸入。

比如根據(jù)平臺模擬結(jié)果，相比于基準(zhǔn)年，2020年松花江流域總體需要削減COD和氨氮分別是30%和40%，總體減排目標(biāo)作為條件輸入到水環(huán)境規(guī)劃目標(biāo)分配模擬系統(tǒng)，可以得知嫩江流域COD和氨氮需分別削減1.68萬噸和0.33萬噸，這些數(shù)據(jù)可以直接進(jìn)入多目標(biāo)優(yōu)化決策規(guī)劃優(yōu)選系統(tǒng)，可以知曉建設(shè)多少個(gè)污水處理系統(tǒng)以及每個(gè)污水處理系統(tǒng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

并且，與以往以行政區(qū)劃單元不同，平臺的一體化模擬全部是基于流域控制單元層面來開展的，可以較好地服務(wù)于流域水污染防治的科學(xué)和精細(xì)化管理需求，為此將松花江分為33個(gè)單元。

“平臺已經(jīng)突破了傳統(tǒng)意義上多個(gè)模型間一體化耦合模擬比較薄弱的環(huán)節(jié)。”蔣洪強(qiáng)說。

平臺突破環(huán)境問題線性解決方法

綜合考慮經(jīng)濟(jì)社會-污染減排-環(huán)境質(zhì)量一體化關(guān)系

除實(shí)現(xiàn)了水污染防治各環(huán)節(jié)的聯(lián)動，平臺zui大的亮點(diǎn)還在于把經(jīng)濟(jì)社會等影響因素引入水污染防治規(guī)劃中，避免以往從環(huán)境到環(huán)境線性的解決方法，這也是平臺的主要技術(shù)突破點(diǎn)。

經(jīng)濟(jì)社會活動在環(huán)境中發(fā)揮著主導(dǎo)作用，經(jīng)濟(jì)總量、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增長速度和產(chǎn)業(yè)布局對水環(huán)境有著決定性的影響。“未來對水環(huán)境的需求將主要來自于經(jīng)濟(jì)社會領(lǐng)域，而對水環(huán)境的改善也依賴于對經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。”蔣洪強(qiáng)說。

因此，結(jié)合流域不同的經(jīng)濟(jì)增長場景、不同的發(fā)展方式，綜合考慮技術(shù)進(jìn)步、工程治理措施等因素，平臺建立了不同水污染物的產(chǎn)生量、排放量和污染治理投入的動態(tài)模擬預(yù)測模型與方法。

就松花江流域來說，要考慮的經(jīng)濟(jì)社會因素就有很多。首先是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)問題，總體上松花江流域工業(yè)影響比較穩(wěn)定，流域內(nèi)主要水污染物來自于畜禽養(yǎng)殖污染排放和生活污染。而畜禽養(yǎng)殖量主要取決于消費(fèi)需求、食品結(jié)構(gòu)、畜禽生產(chǎn)能力、飼料供應(yīng)和畜牧業(yè)科技進(jìn)步等因素，通過對我國肉類及禽蛋增長幅度將呈穩(wěn)中有降態(tài)勢的判斷，未來肉類和禽蛋增長率的變化呈下降趨勢。其次還要考慮技術(shù)工藝，結(jié)合“十二五”現(xiàn)狀，按照“十三五”期間各年的廢水處理率，濕法工藝比例、干法污染物去除率以及廢水回用率等均保持勻速提高，畜禽養(yǎng)殖的污染物排放總體需保持削減與降低。例如廢水處理率“十三五”期間提高10%，人均排污強(qiáng)度下降，“十三五”期間城鎮(zhèn)生活污水的COD排放總量需要削減17.3%左右。再者是人口問題，未來隨著人口老齡化到來，“十三五”期間約增長0.8%，流域內(nèi)總?cè)丝诜€(wěn)中有增。

同時(shí)，平臺還建立和完善了水污染物總量控制與水環(huán)境質(zhì)量改善的輸入響應(yīng)關(guān)系。蔣洪強(qiáng)介紹說，以往水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)與水污染物總量目標(biāo)之間可能缺乏明確的響應(yīng)關(guān)系。例如，從宏觀上講，“十二五”期間全國重點(diǎn)流域水污染防治規(guī)劃中提出的水質(zhì)改善目標(biāo)Ⅰ類~Ⅲ類水質(zhì)斷面比例提高5%，全國重點(diǎn)流域化學(xué)需氧量要比2010年削減9.7%，氨氮排放量削減11.3%。水質(zhì)目標(biāo)和對應(yīng)的污染物排放量在理論上是存在輸入響應(yīng)關(guān)系的，也就是說污染物減排達(dá)標(biāo)，污染物濃度肯定會下降,環(huán)境質(zhì)量也會得到相應(yīng)改善。而現(xiàn)實(shí)中，兩者之間的定量關(guān)系并不清楚，使得公眾總是存在這樣的疑問：污染物減排目標(biāo)都達(dá)到了，但水環(huán)境質(zhì)量還是沒有改善。

對此，平臺通過建立每個(gè)控制單元的目標(biāo)總量分配模型，清晰地掌握流域內(nèi)每個(gè)控制單元主要水污染物的總量控制，為水環(huán)境精細(xì)化監(jiān)管提供依據(jù)。

比如，松花江流域“十三五”期間在COD削減30%、氨氮削減40%總目標(biāo)的要求下，松花江流域內(nèi)33個(gè)單元格有不同的減排目標(biāo)，雅魯河呼倫貝爾市控制單元的COD排放量需削減11%左右，氨氮需削減27%左右。

平臺繪制流域水污染防治圖景

未來將拓展至全國重點(diǎn)流域范圍

此外，平臺在松花江流域還有進(jìn)一步的應(yīng)用。

“將雅魯河呼倫貝爾市控制單元的減排結(jié)果輸入到流域水質(zhì)預(yù)測模擬系統(tǒng)中，可以得知2020年，雅魯河呼倫貝爾市控制單元化學(xué)需氧量為13mg/L、氨氮排放物濃度是0.41mg/L，單元總體水質(zhì)類別是II類。”蔣洪強(qiáng)介紹說，而這一單元的控制斷面水質(zhì)目標(biāo)是穩(wěn)定控制在III類，這說明這一削減方案符合污染物總量減排和環(huán)境質(zhì)量改善要求，為水污染防治和管理提供了科學(xué)的依據(jù)。

通過水污染防治規(guī)劃投入貢獻(xiàn)度測算系統(tǒng)模擬，預(yù)計(jì)“十三五”期間松花江流域水污染治理投入都將大幅度增加，總體預(yù)計(jì)將達(dá)到735億元。“污染治理投入不僅對水環(huán)境改善能夠產(chǎn)生積極作用，同時(shí)對經(jīng)濟(jì)也能產(chǎn)生積極作用，拉動經(jīng)濟(jì)增長和解決就業(yè)問題。”蔣洪強(qiáng)表示，“這都為決策者實(shí)現(xiàn)污染防治精細(xì)化決策管理提供了支撐。”

而這些模擬結(jié)果的實(shí)現(xiàn)都依賴于強(qiáng)大的流域大數(shù)據(jù)，比如大量的經(jīng)濟(jì)社會、資源環(huán)境、水文土壤、費(fèi)用效益等數(shù)據(jù)和參數(shù)。

據(jù)介紹，平臺應(yīng)用具體包含了松花江流域的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)包括人口、GDP、產(chǎn)業(yè)增加值、污染物產(chǎn)排排放、水質(zhì)監(jiān)測、水文監(jiān)測等，此外還用到了多種類型的詳細(xì)參數(shù)系數(shù)，包括污染治理投入的費(fèi)用-效益分析參數(shù)、投入產(chǎn)出分析參數(shù)、水質(zhì)模擬參數(shù)率定、產(chǎn)排污系數(shù)等。“這些數(shù)據(jù)目前在各子模型系統(tǒng)中都得到了應(yīng)用，是這些模擬結(jié)果的基礎(chǔ)，直接關(guān)系著結(jié)果的準(zhǔn)確性。”蔣洪強(qiáng)說。

據(jù)了解，平臺不僅為“十三五”松花江流域水污染防治規(guī)劃提供了，也為“水十條”出臺及實(shí)施以及國家“十三五”水污染防治規(guī)劃編制起到重要支撐作用。其中，基于平臺開發(fā)建立的流域水環(huán)境經(jīng)濟(jì)信息數(shù)據(jù)庫，在水利部“數(shù)字水利平臺”上得到了應(yīng)用。

未來，平臺還將進(jìn)一步研究流域環(huán)境健康、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的優(yōu)化決策以及基于控制單元的環(huán)境承載力預(yù)警機(jī)制等，同時(shí)將致力于將平臺從松花江流域拓展到全國所有重點(diǎn)流域范圍，為水污染防治提供全面的技術(shù)支撐。