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在考虑排污权公平准则的基础上，将数学领域的变差系数概念引入环境领域，选取与水污染物排放量紧密相关的各项指标，并利用各项指标的变差系数来度量各个区域的社会、经济和环境等客观因素发展的不平衡，同时应用相关系数法确定各项指标权重，建立了一种新的基于变差系数加权和的水污染物总量优化分配模型，并将该模型应用于汉江水源地汉中市的水污染物COD总量分配中。实验结果表明：该优化模型能够考虑各区域之间的差异，缩小各区域间总量分配的不均衡，是一种更具公平性和可行性的分配方法。