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流域水污染防治規劃是一項復雜的系統工程，不僅要評估分析水環(huán)境經(jīng)濟形勢，還要科學(xué)預測未來(lái)水環(huán)境面臨的壓力，最后才能形成科學(xué)合理的規劃目標、任務(wù)方案等。

這是一個(gè)前后連貫的過(guò)程，但在以往的的流域水污染防治規劃編制過(guò)程中，各規劃環(huán)節往往是相對獨立的，也就是說(shuō)負責污染物產(chǎn)排放預測的可能不管總量控制目標制定，負責總量控制目標制定的可能對規劃任務(wù)方案和工程項目實(shí)施是否能夠確保目標指標可達缺乏考慮，割裂了規劃各環(huán)節和規劃內容之間的內在聯(lián)系。

記者了解到，國家重大水專(zhuān)項課題——流域水污染防治規劃決策支持平臺打通了水污染防治規劃制定的各環(huán)節，實(shí)現了流域“經(jīng)濟-社會(huì )-水資源-水污染排放-水環(huán)境質(zhì)量”一體化預測研究，將有效避免以往國家中長(cháng)期水環(huán)境保護戰略制定過(guò)程中缺陷和不足，使國家的水環(huán)境管理工作具有精細化管理的數據支持、模型方法和科學(xué)依據。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

上游模型系統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劃的全環(huán)節呢？

流域水污染防治規劃決策支持平臺研究課題負責人蔣洪強介紹說(shuō)，平臺通過(guò)對流域規劃編制的全過(guò)程進(jìn)行耦合決策，從經(jīng)濟社會(huì )到污染產(chǎn)排放、到水環(huán)境質(zhì)量模擬、再到總量控制目標分配和確定、規劃任務(wù)優(yōu)化評估和規劃的投入測算，最后以對經(jīng)濟的拉動(dòng)效應返回到經(jīng)濟社會(huì )中。整個(gè)過(guò)程是一個(gè)閉環(huán)結構，這在以往的規劃決策中是比較少見(jiàn)的。

據介紹，流域水污染防治規劃決策支持平臺由環(huán)境保護部環(huán)境規劃院國家環(huán)境規劃與政策模擬重點(diǎn)實(shí)驗室研發(fā)，目前建成了包括流域水環(huán)境經(jīng)濟形勢診斷系統、水環(huán)境一體化預測模擬系統、水環(huán)境規劃目標分配模擬系統、基于多目標優(yōu)化決策規劃優(yōu)選系統、水污染防治規劃投入貢獻度測算系統五大系統。

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

比如根據平臺模擬結果，相比于基準年，2020年松花江流域總體需要削減COD和氨氮分別是30%和40%，總體減排目標作為條件輸入到水環(huán)境規劃目標分配模擬系統，可以得知嫩江流域COD和氨氮需分別削減1.68萬(wàn)噸和0.33萬(wàn)噸，這些數據可以直接進(jìn)入多目標優(yōu)化決策規劃優(yōu)選系統，可以知曉建設多少個(gè)污水處理系統以及每個(gè)污水處理系統的建設標準。

并且，與以往以行政區劃單元不同，平臺的一體化模擬全部是基于流域控制單元層面來(lái)開(kāi)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)突破了傳統意義上多個(gè)模型間一體化耦合模擬比較薄弱的環(huán)節。”蔣洪強說(shuō)。

平臺突破環(huán)境問(wèn)題線(xiàn)性解決方法

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

除實(shí)現了水污染防治各環(huán)節的聯(lián)動(dòng)，平臺最大的亮點(diǎn)還在于把經(jīng)濟社會(huì )等影響因素引入水污染防治規劃中，避免以往從環(huán)境到環(huán)境線(xiàn)性的解決方法，這也是平臺的主要技術(shù)突破點(diǎn)。

經(jīng)濟社會(huì )活動(dòng)在環(huán)境中發(fā)揮著(zhù)主導作用，經(jīng)濟總量、產(chǎn)業(yè)結構、增長(cháng)速度和產(chǎn)業(yè)布局對水環(huán)境有著(zhù)決定性的影響。“未來(lái)對水環(huán)境的需求將主要來(lái)自于經(jīng)濟社會(huì )領(lǐng)域，而對水環(huán)境的改善也依賴(lài)于對經(jīng)濟結構、生產(chǎn)和消費結構調整來(lái)實(shí)現。”蔣洪強說(shuō)。

因此，結合流域不同的經(jīng)濟增長(cháng)場(chǎng)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(dòng)態(tài)模擬預測模型與方法。

就松花江流域來(lái)說(shuō)，要考慮的經(jīng)濟社會(huì )因素就有很多。首先是產(chǎn)業(yè)結構問(wèn)題，總體上松花江流域工業(yè)影響比較穩定，流域內主要水污染物來(lái)自于畜禽養殖污染排放和生活污染。而畜禽養殖量主要取決于消費需求、食品結構、畜禽生產(chǎn)能力、飼料供應和畜牧業(yè)科技進(jìn)步等因素，通過(guò)對我國肉類(lèi)及禽蛋增長(cháng)幅度將呈穩中有降態(tài)勢的判斷，未來(lái)肉類(lèi)和禽蛋增長(cháng)率的變化呈下降趨勢。其次還要考慮技術(shù)工藝，結合“十二五”現狀，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%，人均排污強度下降，“十三五”期間城鎮生活污水的COD排放總量需要削減17.3%左右。再者是人口問(wèn)題，未來(lái)隨著(zhù)人口老齡化到來(lái)，“十三五”期間約增長(cháng)0.8%，流域內總人口穩中有增。

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)量改善的輸入響應關(guān)系。蔣洪強介紹說(shuō)，以往水環(huán)境質(zhì)量目標與水污染物總量目標之間可能缺乏明確的響應關(guān)系。例如，從宏觀(guān)上講，“十二五”期間全國重點(diǎn)流域水污染防治規劃中提出的水質(zhì)改善目標Ⅰ類(lèi)~Ⅲ類(lèi)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)目標和對應的污染物排放量在理論上是存在輸入響應關(guān)系的，也就是說(shuō)污染物減排達標，污染物濃度肯定會(huì )下降,環(huán)境質(zhì)量也會(huì )得到相應改善。而現實(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(wèn)：污染物減排目標都達到了，但水環(huán)境質(zhì)量還是沒(méi)有改善。

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

比如，松花江流域“十三五”期間在COD削減30%、氨氮削減40%總目標的要求下，松花江流域內33個(gè)單元格有不同的減排目標，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(lái)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)一步的應用。

“將雅魯河呼倫貝爾市控制單元的減排結果輸入到流域水質(zhì)預測模擬系統中，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(lèi)別是II類(lèi)。”蔣洪強介紹說(shuō)，而這一單元的控制斷面水質(zhì)目標是穩定控制在III類(lèi)，這說(shuō)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。

通過(guò)水污染防治規劃投入貢獻度測算系統模擬，預計“十三五”期間松花江流域水污染治理投入都將大幅度增加，總體預計將達到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)濟也能產(chǎn)生積極作用，拉動(dòng)經(jīng)濟增長(cháng)和解決就業(yè)問(wèn)題。”蔣洪強表示，“這都為決策者實(shí)現污染防治精細化決策管理提供了支撐。”

而這些模擬結果的實(shí)現都依賴(lài)于強大的流域大數據，比如大量的經(jīng)濟社會(huì )、資源環(huán)境、水文土壤、費用效益等數據和參數。

據介紹，平臺應用具體包含了松花江流域的基礎信息數據和空間數據，基礎信息數據包括人口、GDP、產(chǎn)業(yè)增加值、污染物產(chǎn)排排放、水質(zhì)監測、水文監測等，此外還用到了多種類(lèi)型的詳細參數系數，包括污染治理投入的費用-效益分析參數、投入產(chǎn)出分析參數、水質(zhì)模擬參數率定、產(chǎn)排污系數等。“這些數據目前在各子模型系統中都得到了應用，是這些模擬結果的基礎，直接關(guān)系著(zhù)結果的準確性。”蔣洪強說(shuō)。

據了解，平臺不僅為“十三五”松花江流域水污染防治規劃提供了技術(shù)支持，也為“水十條”出臺及實(shí)施以及國家“十三五”水污染防治規劃編制起到重要支撐作用。其中，基于平臺開(kāi)發(fā)建立的流域水環(huán)境經(jīng)濟信息數據庫，在水利部“數字水利平臺”上得到了應用。

未來(lái)，平臺還將進(jìn)一步研究流域環(huán)境健康、環(huán)境風(fēng)險相關(guān)的優(yōu)化決策以及基于控制單元的環(huán)境承載力預警機制等，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。（據中國環(huán)境報）