源污染管理的制度、信息和决策支撑

第２ｌ卷第５期

２０１０年９月水科学进展ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＷＡＴＥＲＳＣＩＥＮＣＥＶ０１．２１．Ｎｏ．５Ｓｅｐ．，２０１０

城市非点源污染管理的制度、信息和决策支撑

郑一１，王学军２，吴斌１，韩峰１

（１．北京大学工学院，北京１００８７１；２．北京大学城市与环境学院，北京！００８７１）

摘要：城市非点源？亏染对中国水环境的威胁日益加剧。制度不健全、信息基础薄弱和缺少决策支撑是当前城市非点

源污染管理的主要制约因素。短期内，改善城市非点源污染管理的首要任务是夯实信息基础。从长远来看，制度的

完善是落实城市非点源污染管理的根本保障。发达国家在信息基础建设和制度设计方面的成果和经验对于中国城

市非点源污染管理工作有霞要的参考价值。此外，先进的决策支撑技术是管理获得预期成效的重要保障。国际上决

策支撑技术研究的最新发展动态值得国内相关领域借鉴。

关键词：城市降雨径流；非点源污染管理；制度；信息；决策支撑

中图分类号：Ｘ３２３；ＴＶｌ２１；Ｇ３５３．１ｌ文献标志码：Ａ文章编号：１００１－６７９１（２０１０）０５－０７２６－０７

在发达国家，非点源污染已成为流域水环境的首要威胁…。在中国，非点源对于水体污染的贡献比重也已接近甚至超过了点源‘２。。城市降雨径流污染（即城市非点源污染）是仅次于农业面源污染的非点源污染形式，发达国家在管理上给予了充分的重视。２０００年，美国１３％（以长度计）的河流，１８％（以面积计）的湖泊、水库，以及３２％（以面积计）的河口区水质问题与城市降雨径流污染直接相关ｐ１。而最新数据显示…，上述比例已分别降至９％、７％和１２％。目前中国尚缺乏城市非点源污染的整体评估，但部分城市的研究结果已表明了城市非点源污染的严重性”…。中国正处在加速城市化的阶段，加强城市非点源污染管理对于水环境保护目标的实现意义重大。目前中国的城市非点源污染管理存在严重不足，管理制度不健全、信息基础薄弱和缺少决策支撑是制约管理的主要因素。本文针对这３个主要因素，总结和分析国内外管理实践和相关研究进展，并提出改进中国城市非点源污染管理的建议。

１城市非点源污染管理的三大支点

与传统的点源污染相比，非点源污染的环境损害更

难识别、责任主体更难界定，因此管理难度更大。中国

的城市非点源污染管理尚未形成一个完整和清晰的体

系。根据国外的经验，城市非点源污染管理的框架可由

图ｌ概括表示。图ｌ的具体涵义为：①只有建立有效

的管理制度，明确管理主体（即“谁来管”）和管理对象

（即“管谁”），才能促成具体的管理动机（即“是否需要

管”），进而确立管理目标（即“管什么”，如水质标准、

总量目标或基于技术的目标等）；②管理目标的达成必

须依靠科学、合理的管理方案（即“如何管”），这就需要图ｌＦｉｇ．１城市非点源污染管理的整体框架Ｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆｕｒｂａｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｎｏｎｐｏｉｎｔｓｏｕｒｃｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎ

收稿日期：２００９—１２－２３

基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９０９００１）；国家杰出青年科学基金资助项目（４０５２５００３）

作者简介：郑一（１９７８一），男，浙江宁波人，特聘研究员。博士，主要从事流域水环境模拟和管理方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｉｚｈｅｎｇ＠ｔｏｅ．ｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

第５期郑一，等：城市非点源污染管理的制度、信息和决策支撑７２７决策支撑技术来帮助制定管理方案；③信息的作用贯穿始终——管理制度的建立、管理动机的形成、管理目标的设立以及管理方案的制定均需要良好的信息作为保障。可见，制度、信息和决策支撑技术构成了城市非点源污染管理的三大支点。完善中国城市非点源污染管理的关键就在于解决这３方面核心问题。

２制度制定的国际经验

美国在城市非点源污染管理方面已进行了多年的实践，获得了一定的成效。以下将重点分析美国的经验及其对中国相关工作的启示。

２．１美国的暴雨水许可制度

１９８７年修订的《清洁水法》要求美国环保局（ＵＳＥＰＡ）将城市区域的暴雨水（ｓｔｏｒｍｗａｔｅｒ，即降雨径流）纳入“国家点源污染排放削减体系（ＮＰＤＥＳ）”¨０１。作为管理主体，ＵＳＥＰＡ于１９９０年启动了暴雨水许可制度（ＳｔｏｒｍＷａｔｅｒＰｅｒｍｉｔｔｉｎｇＰｒｏｇｒａｍ，ＳＷＰＰ）。符合特定标准的单位必须向ＵＳＥＰＡ（或其授权的州）申请暴雨水许可，否则将受法律制裁。ＳＷＰＰ是一项化非点源管理为点源管理的制度创新，充分利用了原有的ＮＰＤＥＳ系统，从而削减了新制度的实施成本。其主要特征如下：

（１）分类管理，标准明确

ｒａｔｅＳＷＰＰ的管理对象包括工矿单位和城市分流制雨水排放系统（ＭｕｎｉｃｉｐａｌＳｅｐａ—ＳｔｏｒｍＳｅｗｅｒＳｙｓｔｅｍ，ＭＳ４）的主管单位。分类管理的依据在于：工矿单位（如制造企业、矿山、垃圾处理场、施工场地等）的径流污染通常较为严重，需重点防控；而ＭＳ４则是受纳城市非点源污染负荷量的主体部分。ＳＷＰＰ对管理对象制定了明确的入选标准，包括工矿单位的类别、规模、所有者，以及ＭＳ４所在城市的人口数量等。

（２）许可发放的特殊性ＳＷＰＰ的许可发放并不是对某种污染额度的分配，而是对申请者污染防治责任的法律认定。申请者须按照规范，在申请书中详细阐述目标区域降雨径流污染的现状，并制定详尽、可行的污染防治计划。许可的发放意味着ＵＳＥＰＡ对申请书内容的认可，也表明申请者具有了严格执行污染防治计划的法律责任。

（３）分阶段的实施方案ＳＷＰＰ分两个阶段实施。第一阶段始于１９９０年，管理对象是符合标准的工矿单位（逾１０万家），以及大、中型城市（人口＞１０万）的ＭＳ４（约９００个）。第二阶段始于１９９９年，管理对象扩展到小型城镇（人口＜１０万）的ＭＳ４。少数满足豁免条件的ＭＳ４则不在管理之列。

（４）“最大可行程度（ＭａｘｉｍｕｍＥｘｔｅｎｔＰｒａｃｔｉｃａｂｌｅ）”的削减目标ＳＷＰＰ要求所制定的污染防治计划能在条件允许的情况下尽可能多的减少降雨径流污染。这是一种基于技术的管理标准，与ＮＰＤＥＳ的“最佳可用技术（ＢｅｓｔＡｖａｉｌａｂｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）”管理标准异曲同工。

（５）“最佳管理实践”措施和“低影响发展”模式对于城市非点源污染，进行集中式水处理的难度和成本过大。各类工程型（如植被缓冲带）和非工程型（如街道保洁）的“最佳管理实践（ＢＭＰ）”措施，以及“低影响发展（１０ｗ．ｉｍｐａｃｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）”模式（即在城市化过程中尽量降低非点源污染发生的可能）是污染防治的主要方式¨¨。ＳＷＰＰ要求许可申请包含具体的ＢＭＰ或“低影响发展”方案，并对可能实现的污染削减量进行定量估计。

ＳＷＰＰ制度促成了有效的管理动机、明确的管理目标和具体的管理方案。总体而言，ＳＷＰＰ对美国水环境保护起到了积极的作用，对于中国的制度设计工作具有重要的参考价值。

２．２美国的“最大日负荷量”制度

美国的“最大日负荷量”（ＴｏｔａｌＭａｘｉｍｕｍＤａｉｌｙＬｏａｄ，ＴＭＤＬ）制度是以保护水体环境功能为目标的流域点源．非点源污染综合管理制度。如果一个水体因其环境功能受损而被列入《清洁水法｝３０３（ｄ）清单，则水体所在州必须对该水体进行流域污染防治的综合规划，并在条件允许的情况下执行规划内容¨２１。这种情况下，为实现流域总量削减的目标，已获ＳＷＰＰ许可的单位有可能被要求进行额外的非点源负荷量削减。可见，ＴＭＤＬ是较之ＳＷＰＰ更高一层的管理制度，与ＳＷＰＰ一起形成城市非点源污染的双重管控体制。

７２８水科学进展第２ｌ卷２．３中国的相关制度建设

目前中国尚无针对非点源污染的制度。２００８年修订的《中华人民共和国水污染防治法》虽然提及了农业面源污染，但没有提供明确、可操作的管理办法。而城市非点源污染仍未被现有的法律、法规所述及，成为水环境管理制度体系中的盲点。不过，值得注意的是，现有法律、法规中已包含了与城市非点源污染管理相关的元素。例如，《中华人民共和国环境影响评价法》以及《建设项目环境保护管理条例》明确了建设项目环境影响评价或登记的管理制度，所谓的“环境影响”原则上应当包括城市非点源污染对水环境的影响；《中华人民共和国水土保持法》中的部分内容也可被用于管理与水土流失相关的城市非点源污染；《城市市容和环境卫生管理条例》以及《城市绿化条例》中的某些内容（如街道清扫、垃圾处理、绿化规划等）则属于ＢＭＰ措施和“低影响发展”模式的范畴。此外，虽然《中华人民共和国水污染防治法》中的“总量控制”目前仅针对点源，但完全可以拓展到流域点源－非点源污染综合管理，形成类似于ＴＭＤＬ的制度。未来中国城市非点源污染管理的制度制定应充分利用现有法律、法规中的有效成分，并在此基础上进行合理创新。

３

３．１信息基础建设的国内外进展美国降雨径流水质数据库的建设

２０世纪７０、８０年代ＵＳＥＰＡ通过全国城市径流项目（ＮａｔｉｏｎｗｉｄｅＵｒｂａｎＲｕｎｏｆｆＰｒｏｇｒａｍ（ＮＵＲＰ））收集了２３００场城市降雨的数据，所获数据表明城市降雨径流水质存在着显著的时空差异¨“。Ｓｍｕｌｌｅｎ等¨４１对ＮＵＲＰ和美国地质调查局的部分数据进行整理，形成了首个全国性的降雨径流水质数据库。

ＳＷＰＰ的实施启动了新一轮城市降雨径流水质监测工作。ＵＳＥＰＡ利用１９９２至２００２年间ＳＷＰＰ许可申请过程中提交的数据建立了国家暴雨水质数据库（ＮａｔｉｏｎａｌＳｔｏｒｍｗａｔｅｒＱｕａｌｉｔｙＤａｔａｂａｓｅ（ＮＳＱＤ））¨“。ＮＳＱＤ收录了全美国３６０个监测点共３７６５场降雨的数据（包括降雨量、径流量、污染物浓度等多种数据），涵盖了不同的土地利用类型，数据具有较好的代表性。ＮＳＱＤ中的数据记录规范、一致性较好，具有横向可比性。ＮＳＱＤ数据还具有较高的时间精度，不少监测点可提供降雨前３０ｍｉｎ和前３ｈ内的径流水质信息，可用于评估初期冲刷（ｆｉｒｓｔｆｌｕｓｈ）效应。此外，ＮＳＱＤ所涉及的污染物种类较多，除常规污染物外，还包括了多种重金属及挥发性有机污染物。ＵＳＥＰＡ还联合其它研究机构对ＮＳＱＤ数据进行系统分析，对水质数据的概率分布、非点源污染的影响因素、初期冲刷效应等重要问题进行了研究Ⅲ。。ＮＳＱＤ的数据及其相关研究成果为美国城市非点源污染的管理提供了重要的信息基础。

３．２美国ＢＭＰ数据库的建设

与集中式水处理措施相比，最佳管理实践（ＢＭＰ）措施对于污染物的治理效果具有显著的不确定性¨５。。ｕＳＥＰＡ从２０世纪９０年代起开始建设城市非点源污染ＢＭＰ效率的全国污染物去除效率数据库（Ｎａｔｉｏｎａｌ

ＲｅｍｏｖａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

ＵＳＰｏｌｌｕｔａｎｔＤａｔａｂａｓｅ），并于１９９７年、２０００年和２００７年分别完成了该数据库的第１、２、３版¨乒”１。另外，ＥＰＡ还与水环境研究基金会（ＷＥＲＦ）和美国土木工程师协会（ＡＳＣＥ）等机构共建了国际暴雨最佳管理实践数

ＳｔｏｒｍｗａｔｅｒＢｅｓｔＭａｎａｇｅｍｅｎｔＰｒａｃｔｉｃｅｓＤａｔａｂａｓｅ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｍｐｄａｔａｂａｓｅ．ｏｒｇ））ｏ据库（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

上述数据库总结了全美国数百项ＢＭＰ实例，涵盖常见ＢＭＰ类型（工程型为主），关注的污染物包括悬浮固体、营养盐、重金属、细菌等。除了ＢＭＰ的效率信息外，数据库还记录了ＢＭＰ设计参数、地理环境、水文条件、监测技术和方案等重要信息。这些数据库已成为美国城市非点源污染防治工作的重要参考。目前，ＵＳＥＰＡ等机构仍在不断充实和完善这些数据库，旨在进一步揭示ＢＭＰ效率的影响机制，减少决策、规划和设计工作中所需要面对的不确定性。

ＢＭＰ的成本（包括土地征用、设备和材料购置、建设施工、日常维护等各项开支）是城市非点源污染管理中另一个关键性问题。ＵＳＥＰＡ组织进行了美国城市ＢＭＰ成本的调研工作，对常见ＢＭＰ的成本进行了定量分析，建立了成本估算模型¨引。Ｓａｍｐｌｅ等¨引还对ＢＭＰ成本的计算方法进行了系统的分析。这些关于ＢＭＰ成本的研究成果为管理决策提供了必要的信息。

第５期郑一，等：城市非点源污染管理的制度、信息和决策支撑７２９３．３中国的相关进展

近年来，北京、上海、广州、武汉、苏州、厦门等＂。９。少数城市已进行了一些降雨径流水质的监测工作。然而，这些工作大多依托于高校或科研机构各自的研究课题，缺乏统一的规划和部署。不同的研究课题的关注重点不同，监测方式、时间尺度、计算方法等也存在差异，所获得的数据缺乏可比性，难以形成一个统一的数据库。此外，相对于中国６００多个差异显著的城市而言，现有数据的覆盖面和代表性还存在很大的不足。

国内对于城市非点源污染ＢＭＰ的研究并不少见¨引，但目前大多数工作尚处在实验模拟、机理探讨和可行性分析阶段，ＢＭＰ的实际应用尚不普遍。少数成功应用的案例包括武汉市的滤渠一塘组合系统旧引、生态混凝土¨“，苏州市的生态集雨沟、植被护坡、草沟和植生过滤带旧２。等。ＢＭＰ的应用有待在国内城市进一步推广，而设计有效的激励机制是关键。

总体来看，中国城市非点源污染管理的信息基础相当薄弱。降雨径流水质信息的不足导致城市非点源污染未能在制度上得到充分重视，也阻碍了管理动机的形成和管理目标的设定；而ＢＭＰ效率和成本信息的匮乏则给管理决策造成很大的难度。

４决策支撑技术的最新研究进展

数学模拟是城市非点源污染管理最重要的决策支撑技术。２０世纪９０年代以来，城市非点源污染模型的研究、开发和应用已取得了显著进展旧弘“。；国内也有相关的研究旧”叫开展，但模型在管理中的实际应用较少。进入２ｌ世纪以来，特殊污染物的模拟和决策优化是城市非点源污染决策支撑技术研究的两大最新发展趋势。在特殊污染物的非点源污染模拟方面，国内已有一些创新性的工作拉“，但在决策优化方面，国内的研究还存在较大不足。

４．１特殊污染物的非点源污染模拟

近年来，城市区域有毒有害物质（如持久性有机污染物、汞等）的径流污染问题逐渐受到关注，已成为新的研究增长点。Ｍｕｒａｋａｍｉ等一引对日本牛久市降雨径流中悬浮固体（Ｓｓ）负荷量进行模拟，并基于多环芳烃（ＰＡＨｓ）与不同粒径的颗粒物之间的定量关系模拟了径流中颗粒态ＰＡＨｓ的负荷量。Ｚｈａｎｇ等弘刊对北京城市道路建立了累积．冲刷耦合模型，模拟次降雨中Ｓｓ的总负荷量，并基于ＰＡＨｓ在固、液两相间存在局部平衡的假设，计算了径流中ＰＡＨｓ总负荷量。Ｓｏｏｎｔｈｏｒｎｎｏｎｄａ等旧引则对美国密尔沃基市地表径流中汞、镉等多种重金属的负荷量进行模拟，研究了雨前晴天数等因素对径流输出负荷量的影响。目前，模拟特殊污染物非点源污染的研究主要针对城市不透水地表，对城市透水地表的研究还十分少见，是未来研究的重要方向之一。４．２决策优化研究

随着国外城市非点源污染管理实践的推广，决策优化方法的研究和应用日益受到重视。Ｈａｒｒｅｌｌ等＂叫建立的决策模型可用于确定滞留池ＢＭＰ的最佳设计参数和空间位置。Ｌｅｅ等¨¨建立的决策模型可用于优化配置分散式的ＢＭＰ和集中式的处理设施。Ｈａｒｒｅｌｌ等¨毗和Ｌｅｅ等＂¨的优化模型均以污染防治总成本最小化为目标方程，以水量、水质、土地等因素为约束条件。Ｓｍｉｔｈ等”纠以美国ＣｏｓｔａＭｅｓａ城为实例，建立了降雨径流过滤装置的空间优化模型，可用于进行多个环境总量约束条件下的成本最小化决策。上述研究均针对城市非点源污染，另外一些决策优化研究¨列则考虑了一般性的非点源污染问题。

当前决策优化研究的重点和难点主要有：①复杂非点源污染模型（如ＳＷＭＭ∞引）与优化模型的耦合；②复杂优化问题的求解算法（如基于进化理论的算法¨ｍ…）；③ＢＭＰ成本函数的构建¨引；④城市非点源污染的不确定性和ＢＭＰ效率的不确定性。不确定性条件下的决策优化是一个前沿研究领域，该领域内针对城市非点源污染的研究还不多见，是未来研究的重要方向之一。

５结论与展望

制度不健全、信息基础薄弱和缺少决策支撑是导致中国城市非点源污染管理水平落后的主要原因。从短期来看，首要任务是完善信息基础。由于污染信息的不足，城市非点源污染的危害和管理必要性尚未得到立

７３０水科学进展第２１卷法机构、行政部门及公众的充分认识，导致立法和政策制定工作进展缓慢。污染及ＢＭＰ信息的不充分还直接造成了污染责任认定、管理目标设定和管理方案制定的难度。虽然国内的降雨径流水质监测工作已获得一定成果，但数据覆盖面小、代表性不足、一致性和可比性欠缺等问题亟待解决。而ＢＭＰ信息的收集工作，还有待ＢＭＰ在国内城市的进一步推广应用。对未来信息基础建设的建议主要有：①环境主管部门和科技主管部门需发挥组织领导作用，对信息收集工作进行整体布局和规划，规范数据收集和分析的方法，并给予资金和技术上的支持；②国家和地方政府应设计有效的激励机制，推动城市ＢＭＰ的应用；③应参考国外相关数据库建设的经验，并结合中国非点源污染的特征，设计和构建适用于中国水环境管理的数据库。

从长远来看，制度的完善是落实城市非点源污染管理的根本保障。首先，应从法律上确认城市非点源污染管理的重要性和必要性；其次，应在充分获取信息的基础上，逐步建立城市非点源污染管理的制度体系。制度体系的构建需充分考虑中国的污染特征，有效整合现有法律、体系中的相关内容，并积极借鉴国外相关制度设计中的有用成分；再次，应在制度体系中引入有效的激励机制，鼓励“低影响发展”模式的推广，从源头上预防城市非点源污染。

在决策支撑方面，首先应在条件具备的城市推广应用成熟的非点源污染模型，为管理提供科学的依据。此外，国内学术界应着眼于前沿科学问题和中国城市非点源污染的特殊性，进行决策支撑技术的自主创新。未来国内的研究可重点考虑以下几个方向：多环芳烃、汞等城市地区典型有毒有害物质的降雨径流污染模拟；城市透水地表产污、截污过程的模拟；中国城市非点源污染的不确定性量化；以及不确定性条件下的决策优化方法研究。

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