系统协调度的入河排污布设分区理论及应用

　　摘要：我国河湖等地表水体仍存在入河排污口布局不合理，取水口、排水口犬牙交错和相互影响等问题。而如何科学划定排污分区，协调水资源保护与利用之间的关系，尚缺乏科学理论方面的指导，因此迫切需要建立入河排污布设分区理论。基于系统协调论基本思想，从目标、关系、规则、行为等方面构建了入河排污布设分区理论体系，提出了基于系统协调度函数的排污布设分区模型，并选择汉江干流汉川段进行了典型案例分析。研究结果表明：基于系统协调度的入河排污布设分区理论可以从系统角度统筹考虑保护与发展、区域与区域、部门与部门、当前与长远4个维度的协调关系。基于协调度函数的排污布设分区模型具有计算方便、结果准确等优点，可为入河排污口科学布局提供理论和方法指导。

　　关 键 词：入河排污口; 布设分区; 系统协调度; 理论与应用

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　　系统论是研究系统的结构、特点、行为、动态、原则、规律以及系统间的联系，并对其功能进行数学描述的学科，最早由美籍奥地利理论生物学家贝塔朗菲在1932年提出，其基本思想是把研究和处理的对象看作一个整体系统来对待[1]。20世纪70年代，德国物理学家赫尔曼·哈肯教授在系统论基础上发展了系统协调理论，提出系统相变过程是通过内部自组织来实现的，系统走向何种秩序和结构取决于系统在临界区域时内部变量的协同作用，这种协同作用可以用协调度进行量度[2]。目前系统协调論被广泛应用于社会-经济，社会-环境，环境-经济等发展模式的定量评价和预测工作中[3]。

　　系统协调论的思想在入河排污布局工作中具有很好的指导意义。入河排污布局问题实际上是一个流域整体性、关联性、层次性和动态性都很强的多目标优化问题[4-7]，只有把系统论思维作为顶层设计的方法论，才能协调好保护与发展、区域与区域、部门与部门、当前与长远之间的复杂关系。

　　入河排污布局是指科学划分禁止排污、限制排污的水域，使取水、排污、渔业、生态保护等水体使用功能互相协调、互不影响，从而达到人水和谐。禁止排污和限制排污的概念是在国内水资源保护工作实践中长期积累和发展形成的。2010年，长江水资源保护科学研究所编制的《三峡库区水资源保护规划》中最早提出了排污分区的概念，并对不同区域新设排污口提出了设置原则和要求[8]。2011年SL532-2011《入河排污口管理技术导则》中规定入河排污口管理单位应按照水功能区水质管理目标及限制排污总量控制要求，对区域入河排污口布局进行统一规划，提出禁止、限制设置入河排污口的水域范围。2011年，长江水资源保护科学研究所编制的《长江流域重点水功能区入河排污口布设规划——金沙江攀枝花江段入河排污口布设规划》中，在禁止排污区和限制排污区的基础上，进一步将限制排污区划分为严格限制排污区和一般限制排污区。随后，禁止排污区、严格限制排污区和一般限制排污区的概念被纳入《全国水资源保护规划(2015～2030)》。2016年，水利部印发《长江经济带沿江取水口、排污口和应急水源布局规划》，进一步细化了禁止排污区、严格限制排污区和一般限制排污区的分区方法。

　　目前，我国河湖等地表水体仍存在入河排污口布局不合理，取水口、排水口犬牙交错和相互影响等问题[9-10]。入河排污口作为控制污染物入河的最后一道关口，在流域水资源保护管理工作中具有重要地位。如何科学划定排污分区，协调水资源保护与利用之间的关系，尚缺乏科学理论方面的指导[11-12]，迫切需要建立入河排污布局分区理论。本研究将这套方法应用于入河排污布设分区研究工作中，使排污布局规划具备了定量化分区手段。

　　1 基于系统协调度的入河排污布设分区理论

　　在系统思维的基础上，统筹考虑多方面影响因素之间的协调关系，从目标、关系、规则、行为等方面构建了入河排污布设分区的系统协调理论架构(图1)。

　　1.1 理论的思想内涵

　　基于系统协调度的入河排污布设分区理论的具体内涵可以描述为：以系统协调论为基本思想，以排污与水环境保护相协调为目标，从保护与发展、区域与区域、部门与部门、当前与长远4个维度，综合反映：① 现状入河量与限排总量之间的污染负荷协调度;② 上下游左右岸出境断面污染物现状浓度与目标浓度之间的水质浓度协调度;③ 各类保护区等敏感水域的保护优先级协调度;④ 水功能区现状水质达标率与限制纳污红线之间的协调度，按照判断协调度优劣的规则，实现以水功能区为基本河段单元，以禁止排污区、一般限制排污区和严格限制排污区为主要组成的入河排污布局分区。

　　1.2 理论的结构组成

　　(1) 目标。入河排污布设分区的总体目标是实现排污与水环境保护相协调，具体可分解为保障水功能区水质达标、保障流域(区域)人民身体健康和生态环境，促进社会经济和生态的可持续发展。

　　(2) 关系。入河排污布设分区理论的核心是分别从系统的整体性、相关性、层次性和动态性角度，协调保护与发展、区域与区域、部门与部门、当前与长远4个维度的关系。其中，保护与发展的协调关系表现为现状入河量与水功能区限排总量指标之间的约束关系，区域与区域的协调关系表现为上下游左右岸断面水质现状浓度和目标浓度指标之间的约束关系，部门与部门的协调关系表现为各部门管理下各类水体保护层级之间的约束关系，当前与长远的协调关系表现为河段单元与区域水体整体水质不同阶段达标率指标之间的约束关系。

　　(3) 规则。入河排污布设分区理论的规则是通过判断协调关系中各维度要素之间的协调度优劣，进行入河排污布设分区。针对4个维度要素的约束指标与对应要素现状值的关系，构建协调度曲线和系统协调函数，根据系统协调函数值确定入河排污布设分区。

　　(4) 行为。入河排污布设分区理论的行为是完成禁止排污区、严格限制排污区和一般限制排污区的划分，这也是最终的协调结果。

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文章名称： 系统协调度的入河排污布设分区理论及应用

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