分行政区入河污染物总量监督管理信息系统构想

(长江水利委员会 网络与信息中心，湖北 武汉 430010)

近年来，长江流域水资源保护与水污染防治取得了一定成效，干流及重点支流水质总体较好，但仍存在局部水域污染严重、湖泊富营养化、城镇和农村集中居住区水体黑臭等问题。

现有法规和政策均明确要求对重点水污染物排放实施总量控制制度，强调地方首长负责制并进行考核问责。为落实“河(湖)长制”，做到“强监管、严问责”，实现长江大保护，确保一江清水，迫切需要量化各行政区的入河(湖)污染物总量，用一套以行政区为管理单元的客观量化指标，为“河(湖)长制”的考核问责提供依据。

近年来，不少学者及专家对河流污染物通量的计算和实际应用开展了研究，但仅限于分析入河、入湖、入海污染物通量对水质的影响，以及如何准确计算等[1-8]。为此，周少林等人从落实区域水污染治理绩效考核评价角度出发，倡导实行分行政区入河污染物总量监督管理理念[9]，构思了相应的监测计量模型[10]，并对其在长江流域的应用进行了剖析。其核心是在现有的技术和经济条件下，以信息化和现代化监测为技术支撑手段，大胆创新，建立新的量化考核模式，强化对各行政区入河污染物总量的监督管理。

本文基于分行政区入河污染物总量监督管理理念，提出构建长江流域分行政区入河污染物总量监督管理信息系统。作者调研了长江流域内已有和规划监测能力建设情况，证实系统建设在监测能力方面具有良好的基础条件，并从落实水污染防治和污染减排监督管理的需求入手，设计了系统查询统计的具体指标，可为“强监管”辅助决策提供客观、量化的信息。

1 分行政区入河污染物总量监测计量模型

1.1 基本原理

周少林[10]等人提出，在流域范围内，以行政区(省级或更小的行政区)为管理单元，流域边界和行政区边界迭加形成闭合圈，在跨界河流与行政区边界的交点处设立监测站点，跨界河流流入时与行政区边界的交点为入口，流出时与行政区边界的交点为出口，对所有的边界入口与出口的水量水质实行同步监测(或称通量监测，下同)，根据监测结果，计算各有关行政区污染物的流入与流出总量。即所有入口监测断面的污染物浓度与其径流量的乘积之和为该行政区污染物流入总量，所有出口监测断面的污染物浓度与其径流量的乘积之和为该行政区污染物流出总量，以流入总量为本底值，以流出总量为表现值，在同一时段内的表现值与本底值之差即为该行政区的污染物入河总量，或称之为该行政区污染物贡献值。

这样一来，不仅排除了河流水量丰枯对水质的影响，同时排除了相邻行政区污染物排放的影响，以实际监测计量的客观数据来真实反映、评价各行政区水污染防治成效，从而促使地方政府将水污染防治摆在与经济发展同等重要的地位，破解有法不依、执法不严等难题。

1.2 污染当量

水污染物种类繁多。为表征各行政区对污染的贡献度，需要将水体中不同的入河污染物量相加。为此，引入污染当量的概念，以其作为度量尺度，对各种入河污染物量进行归一化处理，用相加后的数值来表征各行政区对污染的贡献度，方便同一时期对各行政区进行横向对比和不同时期对同一行政区进行纵向对比。

根据《环境保护税法》(2018)，污染当量是指根据污染物或者污染排放活动对环境的有害程度以及处理的技术经济性，衡量不同污染物对环境污染的综合性指标或者计量单位。同一介质相同污染当量的不同污染物，其污染程度基本相当。污染物当量值可按照《环境保护税法》所附的《应税污染物和当量值表》查表确定。

1.3 计量表达式

1.3.1入河污染物总量计算

就单一污染物而言，可采取以下步骤计算总量。

(1) 断面某污染物量计算。对于某一监测断面，某一时段内某污染物量r表达式为

r=ρQt

(1)

式中，r为污染物量，ρ为污染物浓度，Q为断面流量，t为持续时间。

(2) 行政区某污染物流入、流出量计算。假设流域内某行政区有m个边界入口断面，有n个边界出口断面，则该行政区某污染物流入、流出量分别为

(2)

(3)

(3) 行政区某污染物入河量(贡献值R贡献)计算公式为

R流出=R流入+R排放-R自净-R底质

R贡献=R排放-R自净-R底质=R流出-R流入

(4)

式中，R流出为该行政区某污染物流出量，R流入为污染物流入量，R排放为污染物排放量，R自净为污染物自然和人工降解量，R底质为污染物底质交换量(此值可正可负)。

当相邻行政区为上下游关系时，可直接运用以上关系式。

但当相邻行政区为左右岸关系时，则需要在界河段上下游边界处各设一个监测站。下游监测站B计算得到的污染物量Rb减去上游监测站A的污染物量Ra即为界河段的入河污染物量R共。根据界河两岸A、B行政区的面积、人口、工业发展等情况，确定A、B行政区的入河污染物量分配系数分别为α和β(α+β=1)，则A、B行政区在界河段的入河污染物量分别为

R共A=R共×α

(5)

R共B=R共×β

(6)

当两行政区任何一方对界河段入河污染物量分配系数不认同时，也可以对界河段两岸的所有入河排污口实施监测，从而提高行政区界河段入河污染物量计算的准确度。

1.3.2入河污染当量数计算

用We表示第e种污染物的污染当量值，用Re贡献表示第e种污染物总量，用Ae表示第e种污染物的入河污染当量数，其表达式为

Ae=Re贡献/We

(7)

对水体中的l种污染物进行计量时，入河污染当量总数A的表达式为

(8)

2 系统建设目标及总体构架

2.1 系统建设目标

以流域内行政区划为单元，通过建立区域边界断面的水量水质监测站网体系，积累长序列的监测数据，核算各行政区的入河污染物总量/当量，为监督考核地方政府的治污减排成效提供依据，实现“界定现状、记录变化、评价效果”的目标。

2.2 系统总体构架

系统总体构架如图1所示。

3 系统主要建设内容

系统主要建设内容包括监测能力及应用系统建设、安全保障环境、运行环境、应用支撑平台、信息汇集与存储的设计开发等。限于篇幅，本章仅介绍监测能力建设和应用系统建设。

图1 系统总体架构Fig.1 Overall archiecture of the system

3.1 监测能力建设

3.1.1监测站网能力建设

长江流域水环境监测站网已建水质监测站点约4 500个，全部实现实时在线监测；水生态监测站点超过100个，已建水文站1 800多个，水位站4 500多个，部分实现了自动测报，多功能监测以及水量水质同步监测。

目前，长江水利委员会正着手开展长江流域全覆盖水监控能力建设，目标是“采用整合与新建相结合的方式，汇集水文、水质、水生态、水土保持、采砂、河道、水工程管理等方面的水监测信息”，并将在247个省界断面监测水量；随着“河湖长制”在长江流域的全面落地，各级行政区跨界交接断面的建设及监测将更加规范、标准。

已建站网和规划建设站网为分行政区污染物总量监督管理的水质水量监测奠定了良好的基础，只需在跨省界河段新增部分监测站点，且部分水量监测断面增加水质监测，即可建成与长江流域省级行政区相对应的“闭合圈”水质水量监测站网。

3.1.2实验室能力建设

长江流域现有流域级中心实验室1个，分中心实验室19个。实验室配备有各类分析检测仪器设备，或配有内河水环境监测船、移动监测实验车等。一般每月监测1次，全年12次。其中长江水利委员会负责监测的常规断面监测参数近40项，省界断面监测参数24项。

自动监测站点虽然在监测时效和监测频次上存在优势，但是与实验室内人工监测相比，自动监测指标数量有限，监测结果精确度偏低。因此，提升水环境监测实验室能力，购置相应的仪器设备，能够增加水质监测指标，并有效控制水质监测数据质量。

长江水利委员会正着手开展的长江流域全覆盖水监控能力建设也将对流域中心实验室和分中心实验室的各项监测能力进行提升，这样，在此基础上相应完善实验室监测能力即可。

3.1.3监测项目和频次

省界断面水质监测项目主要依据(GB3838-2002)《地表水环境质量标准》中的地表水环境质量标准基本项目以及SL219-2013《水环境监测规范》规定的地表水监测项目(包括必测项目和选测项目)进行选择。同时，可以根据长江流域水环境特点和污染物排放特征，适当增加反映水体中主要污染物的监测项目。

基于水质水量同步监测的要求，并遵循(SL219-2013)《水环境监测规范》和(GB50179-93)《河流流量测验规范》的规定，省界断面的监测频次可每月2次，指常规水质监测中需要实验室分析的项目，而对于在线监测项目，则可以提高监测频率，甚至可以与流量监测同步，监测频次越高，计量的精度也会越高。汛期、非汛期超出历年实测流量的水位时，对超出部分增加测次，以提高计量精度。

3.2 应用系统建设

建设长江流域分区入河污染物总量监督管理系统，设计开发污染物计量、水质趋势分析、污染物控制管理工作评价3个应用子系统，通过网络延伸到业务、管理及决策人员的办公桌面，由计算机终端提供友好的人机交互界面，实现数据查询、地图浏览、视图管理、地图查询、图形展示以及模型计算、统计分析、数据管理维护、用户管理授权等功能。限于篇幅，以下仅介绍系统的统计查询功能及辅助决策功能。

4 系统功能

4.1 统计查询

长江流域分区入河污染物总量监督管理系统可查询统计以下4类信息。

4.1.1基础信息和监测计量信息

通过共享的流域社会经济库，可以查询、统计各行政区单元的国土面积、居住人口、耕地面积、国内生产总值(GDP)、用水总量、污水处理投资、污水处理能力及处理污水量等主要社会经济指标和水务相关指标；可以按行政区单元或水系查询、统计监测断面的名称、数量、位置、监测项目、监测频次、具体的监测记录、监测机构及监测人员等；可以查询不同断面、河段、河流的当前水质、当年及历年总体水质；统计各类水质河道长度等；可以按照“行政区单元”及“时间序列”等维度查询、统计入河污染物总量/当量数据。系统与气象信息系统、水文信息系统实现信息交换与共享后，还可以按行政区单元及水系两种方式查询不同时段的降水量、产流量或径流量。

4.1.2分析评价信息

可以查询不同断面、河段、河流的水质变化趋势及变化速率等；某一行政区单元的各入河污染物总量/当量贡献值变化趋势及变化速率等；各行政区单元的监测计量及分析评价信息的对比结果；降水量、产流量或径流量的历史同期数据及变化情况。

4.1.3绩效考核信息

可以查询、统计、对比各行政区人均入河污染物总量/当量的贡献值/削减率、单位面积入河污染物总量/当量的贡献值/削减率、单位GDP入河污染物总量/当量的贡献值/削减率、单位污水处理投资入河污染物总量/当量的贡献值/削减率、单位GDP污水处理能力及投资、单位人口污水处理能力及投资等，反映各行政区的水污染防治和污染减排成效；可以对比入河污染物总量/当量与入河控制量的信息，反映各行政区的年度达标情况。

4.2 辅助决策

通过数据挖掘与多种角度的专题分析，系统采用数据描述与直观展现、静态报表、查询与动态统计、多维分析、模型分析、主动分析与预测等信息化方法和模型，结合GIS技术，实现水污染防治和治污减排辅助决策支持功能。

4.2.1准确把握入河污染物总量变化趋势

该系统既可以将全流域作为一个整体进行入河排污分析，也可以针对流域内某行政区单元进行入河排污分析，全面、准确地反映入河污染物总量变化趋势。

4.2.2客观评价流域各行政区入河排污行为

以流域内各行政区为分析单元，准确核算各行政区单元的单位入河污染物总量/当量贡献值，以此客观评价各行政区入河排污行为，明确界定各行政区治污减排责任，促进行政区独立履行减排义务。

如果入河污染物总量/当量贡献值的变化趋势是增加的，即使河流水质达标或优于水质标准，都可以及时告警相关地方政府采取措施防治污染，从而规避水质恶化的风险；如果入河污染物总量/当量贡献值的变化趋势是减少的，即使河流水质仍未达标，都应该肯定地方政府的治污减排成效。

4.2.3制定落实入河污染物减排方案并考核减排工作成效

该系统能有效反映出各行政区入河污染物种类及总量/当量，有利于各行政区有针对性地制定并落实减排方案。同时，上级管理部门可据绩效考核信息，对各行政区领导干部进行任期考核，评价其治污减排工作绩效及达标情况。通过该行政区不同时期的纵向对比，引导各级政府树立绿色环保的政绩观；通过不同行政区同时期的横向对比，奖优罚劣，激励各级政府治污减排。

5 应用前景

周少林等人展望了分行政区入河污染物总量监测计量模型的应用前景：可为行政区考核评价提供技术支撑，不让管理者为前人的欠账而代人受过，也不让管理者因为河流的水质尚好而乱作为；有利于推行流域层面的排污权交易及生态补偿；有利于维护流域社会经济社会可持续发展[11]。

除此之外，该系统还可以为领域各省市“河(湖)长制”的考核评价提供有效的量化支撑，也是流域管理机构充分发挥协调、指导、监督作用的重要手段，可实现“河流纳污容量核算”、“区域入河污染物总量限额拟定”和“入河污染物总量监督验证”的管理闭环，有助于实现流域管理与行政区域管理的深度融合。

分行政区入河污染物总量监督管理不同于现行的水质评价，但可以与水质评价有机结合：以水质评价保证水的安全性和可用性，以总量反映自然界和人为活动导致的污染物排放强度与变化趋势，两者相辅相成。

建设和应用长江流域分行政区入河污染物总量监督管理信息系统，需要做好理念推广工作。同时，还需参考其他学者对河流污染物通量的计算和实际应用研究，通过计算方法优化、模型适用性评估、典型试验和试点应用等措施，进一步细化和完善监测计量模型，为推动长江流域分行政区入河污染物总量监督管理体系建设和应用积累经验和创造条件。

6 结 语

长江流域分区入河污染物总量监督管理系统将入河污染物总量/当量贡献值的计算方法与以行政区为单元的监测计量体系结合起来，实现了分行政区、分时段地计量入河污染物总量/当量贡献值，可为解决水污染防治和污染减排的责任界定和考核提供强有力的技术支撑，为“河长制”在流域层面的落实提供科学、客观、量化的考核评价指标，是控制入河排污总量的一种有效技术手段和途径。