從水污染防治角度出發(fā)的全國分省域水環(huán)境安全研究

路瑞，趙越，續(xù)衍雪，謝陽村（環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院 ，北京 100012）

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從水污染防治角度出發(fā)的全國分省域水環(huán)境安全研究

路瑞，趙越，續(xù)衍雪，謝陽村*
（環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院 ，北京 100012）

摘 要針對我國日益嚴(yán)峻的水環(huán)境安全問題，本文從水污染防治角度出發(fā)，依據(jù)影響我國水環(huán)境安全的關(guān)鍵污染問題，即水環(huán)境質(zhì)量、水污染物排放、水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建了水環(huán)境安全指標(biāo)體系。利用相關(guān)分析法、主成分分析法，簡化、優(yōu)化評價(jià)指標(biāo)體系。利用層次分析法與專家打分法，估算各指標(biāo)權(quán)重，采集各指標(biāo)數(shù)據(jù)對全國31個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）2011—2013年的水環(huán)境安全狀況進(jìn)行評估。結(jié)果表明：該指標(biāo)體系在一定條件和范圍內(nèi)是合理的，我國水環(huán)境安全大體呈西高中東低的空間分布，京津冀區(qū)域水環(huán)境安全評價(jià)值較低。“十三五”時(shí)期，京津冀地區(qū)應(yīng)著重于降低主要污染物濃度，削減劣V類斷面比例，提高水環(huán)境質(zhì)量，海南、福建、廣東等地區(qū)著力于減少農(nóng)業(yè)等水污染物排放強(qiáng)度，湖南等地區(qū)則需要重點(diǎn)關(guān)注涉重企業(yè)的污染物排放。

關(guān)鍵詞水污染防治；水環(huán)境安全；層次分析法；指標(biāo)體系

*責(zé)任作者：謝陽村（1983—），女，副研究員，博士，研究方向?yàn)榱饔蛞?guī)劃管理。

引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，特別是伴隨著水環(huán)境污染產(chǎn)生的一系列水環(huán)境問題直接限制了人類社會(huì)的生存和發(fā)展。水環(huán)境安全已成為關(guān)系到人類生存與發(fā)展的戰(zhàn)略問題，同時(shí)也是影響國家安全和國際關(guān)系的重要方面。習(xí)近平總書記在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第五次會(huì)議上的講話中指出，水已經(jīng)成為我國嚴(yán)重短缺的產(chǎn)品，成為制約環(huán)境質(zhì)量的主要因素，成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的嚴(yán)重安全問題。我國水污染防治工作開展以來取得了積極成果，從水污染防治出發(fā)，科學(xué)地進(jìn)行水環(huán)境安全評價(jià)，識別水污染防治重點(diǎn)顯得尤為重要。

目前在水環(huán)境安全問題的研究上，Al-Otaibi和Abdel-Jawad［1］、Morel和Linkov［2］、Rijiberma［3］、王西琴［4］、熊正為［5］、韓宇平［6］、曾暢云［7］、劉宏［8］、沈靜［9］、鐘振宇［10］等從不同角度出發(fā)，分析了流域水環(huán)境安全評價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用不同的方法對水環(huán)境安全進(jìn)行了綜合評價(jià)。而當(dāng)前，我國40%左右的河湖被嚴(yán)重污染，湖泊富營養(yǎng)化面積擴(kuò)大了約60倍，水污染成為影響水環(huán)境安全的重要原因。本研究從水污染防治角度出發(fā)，構(gòu)建了水環(huán)境安全評價(jià)指標(biāo)，并對全國31個(gè)省（自治區(qū)、直轄市）的水環(huán)境安全狀況進(jìn)行系統(tǒng)評估，分析“十三五”各省份水環(huán)境安全防控的重點(diǎn)方面。

1　從水污染防治角度出發(fā)的水環(huán)境安全評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建原則

通過文獻(xiàn)調(diào)研，在總結(jié)已有研究的基礎(chǔ)上，從與水污染防治密切相關(guān)的水污染物排放、水環(huán)境質(zhì)量和水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)方面建立相應(yīng)的指標(biāo)體系。在建立水環(huán)境安全指標(biāo)體系時(shí)遵循以下原則：①全面性原則?；谒廴痉乐蔚乃h(huán)境安全評價(jià)指標(biāo)必須反映與水污染防治工作相關(guān)的水環(huán)境質(zhì)量、水污染物排放、水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)方面對水環(huán)境安全的影響，所含指標(biāo)盡可能考慮周全。②科學(xué)性原則。指標(biāo)體系的構(gòu)建必須建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，客觀、真實(shí)、全面地反映全國水環(huán)境的污染物排放、水環(huán)境質(zhì)量和水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等狀況，選取物理意義明確、指標(biāo)概念明確、測定方法標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)計(jì)方法規(guī)范的指標(biāo)。③可操作性原則。水環(huán)境安全指標(biāo)體系中的指標(biāo)應(yīng)盡量簡化，計(jì)算方法應(yīng)簡單。同時(shí)綜合考慮數(shù)據(jù)可獲得性、可比性，指標(biāo)體系要與現(xiàn)有國家統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系銜接，易于獲取，便于計(jì)算，使用性強(qiáng)。④系統(tǒng)性原則。基于水污染防治的水環(huán)境安全出發(fā)點(diǎn)是水污染防治，這就要求指標(biāo)體系能全面反映水污染防治的總體特征。同時(shí)，指標(biāo)體系應(yīng)能夠在一個(gè)較長時(shí)間內(nèi)保持其連續(xù)性，并能體現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)不同時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對水環(huán)境安全的要求修改指標(biāo)體系。

1.2評價(jià)指標(biāo)初選

評價(jià)指標(biāo)體系的初選旨在建立一個(gè)評價(jià)指標(biāo)全集，而對指標(biāo)的個(gè)數(shù)、指標(biāo)間的內(nèi)在聯(lián)系等均不做過多要求。初選對指標(biāo)體系全集的構(gòu)造力求全面，從與水污染防治密切相關(guān)的水環(huán)境質(zhì)量、水污染物排放和水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)出發(fā)， 以維持水環(huán)境安全為最終目的。指標(biāo)體系全集應(yīng)包括與之相關(guān)的水污染物排放、水環(huán)境質(zhì)量和水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)三部分。本研究共選取24個(gè)指標(biāo)，如表1所示。

表1　水污染防治的水環(huán)境安全指標(biāo)

1.3評價(jià)指標(biāo)優(yōu)化

根據(jù)2013年國控?cái)嗝嫠|(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)2013》、《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒2013》、國家統(tǒng)計(jì)局各省份2013年度國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有關(guān)數(shù)據(jù)，采集全國各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的上述指標(biāo)數(shù)據(jù)。

評價(jià)指標(biāo)篩選的原則是在不失全面的基礎(chǔ)上盡量減少指標(biāo)個(gè)數(shù)。對1.2節(jié)中的指標(biāo)進(jìn)行篩選，采用定性與定量相結(jié)合的方法，通過專家系統(tǒng)、理論分析和相關(guān)性分析濾掉具有明顯相關(guān)性的部分指標(biāo)，定性確定指標(biāo)體系的基本形態(tài)，再采用主成分分析法濾掉在主成分上載荷較小的指標(biāo)，定量分析確定最終指標(biāo)，這樣既可消除眾多信息中相互重疊的部分， 又盡可能地保持了信息的完整性。以上操作均可在SPSS 20中完成，在此不做贅述。

經(jīng)上述分析后對初建指標(biāo)體系進(jìn)行篩選優(yōu)化后得到的水污染防治的水環(huán)境安全評價(jià)指標(biāo)體系共計(jì)三類17個(gè)指標(biāo)，針對17項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建了基于水污染防治的水環(huán)境安全評價(jià)的AHP 分析模型（圖1）。模型主要分三個(gè)層次：①目標(biāo)層A，這是模型的最終核算和決策最終目標(biāo)，即基于水污染防治的水環(huán)境安全；②準(zhǔn)則層B，這是該模型指標(biāo)要素層的分類要素，即從水污染防治角度核算水環(huán)境安全綜合值的三類要素，包括水環(huán)境質(zhì)量、水污染物排放和水環(huán)境安全；③指標(biāo)層C，這是模型中核算水環(huán)境安全的具體指標(biāo)。

圖1　基于水污染防治的水環(huán)境安全指標(biāo)體系構(gòu)建圖

1.3.1水環(huán)境質(zhì)量

水環(huán)境質(zhì)量主要是各省（自治區(qū)、直轄市）河流水質(zhì)和飲用水水質(zhì)情況，通過主要污染物濃度、劣V類斷面比例及飲用水水源達(dá)標(biāo)率來體現(xiàn)各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的水環(huán)境質(zhì)量狀況。主要污染物濃度越高、劣V類斷面比例越高，則水環(huán)境質(zhì)量狀況越差，水環(huán)境安全越低；飲用水水源達(dá)標(biāo)率越高，飲水越安全，水環(huán)境越安全，因此河流國控劣V類斷面比例以及河流COD、氨氮和總磷濃度設(shè)為負(fù)向指標(biāo)，地表水和地下水集中式飲用水源達(dá)標(biāo)率設(shè)為正向指標(biāo)。

1.3.2水污染物排放

以各省（自治區(qū)、直轄市）工業(yè)和生活污染物排放強(qiáng)度以及化肥使用強(qiáng)度來體現(xiàn)各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）污染強(qiáng)度，污染強(qiáng)度越大，則對水質(zhì)影響越大，不利于水環(huán)境安全，設(shè)為負(fù)向指標(biāo)；污水處理率體現(xiàn)了各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）污染物的處理水平，污水處理率越高，越有利于水環(huán)境安全，設(shè)為正向指標(biāo)。

1.3.3水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

以工業(yè)廢水中重金屬（如汞、砷、六價(jià)鉻）排放量、化工企業(yè)個(gè)數(shù)、農(nóng)藥使用強(qiáng)度、突發(fā)環(huán)境事件次數(shù)體現(xiàn)各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，上述指標(biāo)值越大，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)越大，越不利于水環(huán)境安全，故設(shè)為負(fù)向指標(biāo)。

1.4評價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重的確定

考慮到基于水污染防治的水環(huán)境安全是由多因素組成的，各因素在系統(tǒng)的整體變化中所起作用不同，對水環(huán)境安全的影響程度也不同，本研究中采用AHP［11］方法來確定各指標(biāo)的權(quán)重，為水環(huán)境安全評價(jià)提供依據(jù)。

層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是美國運(yùn)籌學(xué)家薩蒂（Saaty T.L.）［12］于20世紀(jì)70年代提出的一種定性方法與定量分析方法相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。它通過建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次模型，按照9級標(biāo)度法對各指標(biāo)進(jìn)行重要性對比，構(gòu)建判斷矩陣，通過層次單排序和總排序及一致性檢驗(yàn)，計(jì)算隨機(jī)一致性比率C.R.，當(dāng)C.R.＜0.1時(shí)，認(rèn)為矩陣具有滿意的一致性，否則重新構(gòu)造判斷矩陣，直到具有滿意的一致性為止。本研究采用yaahp軟件完成上述計(jì)算，本研究中C.R.（ A） = 0.008 8＜0.1. C.R.（ B1）=0.003 8＜0.1時(shí)，C.R.（B2） =0.004 4＜0.1. C.R.（ B3） =0.029 8＜0.1，即權(quán)重分配合理。

1.5數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為了避免計(jì)算結(jié)果受到指標(biāo)量綱和數(shù)量級的影響，保證其具有客觀性和科學(xué)性，在進(jìn)行運(yùn)算之前，必須要對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。本文中采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法，首先將指標(biāo)分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)，指標(biāo)數(shù)值越大，表明環(huán)境安全度越好，稱為正向指標(biāo)；指標(biāo)數(shù)值越大，表明環(huán)境安全度越差，稱為負(fù)向指標(biāo)。對于正向指標(biāo)，采用公式（1）進(jìn)行歸一化；對于負(fù)向指標(biāo)，采用公式（2）進(jìn)行歸一化。

式中，fi為歸一化后的指標(biāo)值；xi為第i項(xiàng)指標(biāo)的原始值；max （xi）為第i項(xiàng)指標(biāo)原始值的最大值；min （xi）為第i項(xiàng)指標(biāo)原始值的最小值。

1.6水環(huán)境安全評價(jià)分值計(jì)算

水環(huán)境安全分值采用加權(quán)求和法，通過每一層指標(biāo)確定權(quán)重，然后與對應(yīng)的單項(xiàng)指標(biāo)分值相乘并求和，得到最后的綜合評價(jià)分值。根據(jù)得到的權(quán)重wi與歸一化數(shù)值fi，計(jì)算水環(huán)境安全分值P，如公式（3）。

2　評價(jià)結(jié)果及分析

按照以上所建立的水環(huán)境安全指標(biāo)體系與評估方法，對全國各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）**由于數(shù)據(jù)限制，本研究未涉及中國香港、澳門和臺灣地區(qū)，特此說明。2011—2013年進(jìn)行了水環(huán)境安全評估，如表2所示。

表2　水污染防治的水環(huán)境安全指標(biāo)權(quán)重

結(jié)合水環(huán)境質(zhì)量、水污染物排放和水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的評價(jià)狀況，圖2和圖3更直觀地反映了從水污染防治角度出發(fā)的全國各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水環(huán)境安全狀況。由圖2可知，各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的綜合評價(jià)值中，大部分?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)值所占比重比較大，而西藏、安徽等10省份水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)值所占的比重大，說明上述10省份的水環(huán)境安全受到水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的影響較大。由圖2、圖3可知，從水污染防治角度看，全國各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）水環(huán)境安全評價(jià)分值總體提高，側(cè)面說明我國水污染防治工作取得了積極進(jìn)展。

圖2　2013年全國各省份水環(huán)境安全評價(jià)狀況

從空間分布看，水環(huán)境安全大體呈西高中東低的空間分布。根據(jù)評估結(jié)果，西部地區(qū)的貴州、寧夏、青海等省份的水環(huán)境安全分值處于全國31個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的上游水平，而北京、天津、河北等中東部省份的水環(huán)境安全分值則相對較低，處于全國的下游水平。從2011年以來的水環(huán)境安全評價(jià)看，基本保持了上述的空間分布特征，京津冀區(qū)域基本處于下游水平，該區(qū)域也將是“十三五”時(shí)期水污染防治工作的重點(diǎn)區(qū)域。

從水環(huán)境質(zhì)量角度看，河流國控劣V類斷面、河流主要污染物濃度成為影響水環(huán)境安全的主要因素。2013年全國共有河流型國控劣V類斷面80個(gè)，其中，河北、云南兩省的劣V類斷面約占全國劣V類斷面總數(shù)的28%。此外，安徽、山西等省的劣V類斷面也較多。從主要污染物濃度看，近1/3?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的主要污染物濃度高于全國平均水平。其中河北省的河流化學(xué)需氧量和總磷濃度為全國最高，分別是全國平均水平的2倍和3.3倍，山西省的氨氮濃度為全國最高，是全國平均水平的4倍，總磷和化學(xué)需氧量濃度在全國各省份中也較高，分別為全國平均水平的2.6倍和1.8倍。上述省份“十三五”時(shí)期應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注消除劣V類水體，降低主要污染物濃度，改善水環(huán)境質(zhì)量。

從水污染物排放角度看，農(nóng)業(yè)化肥施用強(qiáng)度、生活污染物排放強(qiáng)度成為影響水環(huán)境安全的首要因素。2013年全國平均每公頃使用農(nóng)業(yè)化肥359.1kg，海南、陜西、福建、廣東等17個(gè)省份的施用強(qiáng)度均高于平均水平，尤其是海南、陜西、福建、廣東，化肥施用強(qiáng)度分別為560.8kg/hm2、566.2 kg/hm2、526.0 kg/hm2、519.2kg/hm2，遠(yuǎn)超全國平均水平。2013年生活COD和氨氮排放強(qiáng)度分別為6.57kg/人和1.042kg/人，海南、廣東、江西等17個(gè)省份的生活COD排放強(qiáng)度超過全國平均水平，其中海南最高，為8.86kg/人；上海、海南等16個(gè)省份的生活氨氮排放強(qiáng)度高于全國平均水平，其中上海最高，為1.67kg/人。西藏、青海城市污水處理率分別為0.06% 和61.64%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國平均水平。“十三五”時(shí)期上述省份應(yīng)致力于降低農(nóng)業(yè)源和生活污染的排放強(qiáng)度，以提升水環(huán)境安全水平。

從水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)角度看，工業(yè)重金屬污染物排放量、農(nóng)藥使用強(qiáng)度成為影響水環(huán)境安全的潛在因素。其中湖南省工業(yè)廢水中砷和汞排放量全國最高，分別約占總排放量的38%和29%，江西省工業(yè)廢水中六價(jià)鉻排放量全國最高，約占全國總排放量的30%；從農(nóng)藥使用情況看，全國近一半以上省份農(nóng)藥使用強(qiáng)度高于全國10.95kg/hm2的平均水平，海南更是達(dá)到51.28kg/hm2，其次為浙江、福建和廣東，分別達(dá)到26.90kg/hm2、25.22kg/hm2和23.44kg/hm2。“十三五”時(shí)期，控制上述省份涉重企業(yè)的污染物排放以及農(nóng)藥使用量將是上述省份水環(huán)境安全需要重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。

圖3　2011—2013年全國各省份水環(huán)境安全評價(jià)狀況

3　結(jié)論與建議

（1）2013年，從水污染防治角度出發(fā)，全國水環(huán)境安全的優(yōu)劣順序?yàn)橘F州省、寧夏回族自治區(qū)、青海省、新疆維吾爾自治區(qū)、黑龍江省、重慶市、甘肅省、四川省、廣西壯族自治區(qū)、遼寧省、西藏自治區(qū)、海南省、福建省、吉林省、河南省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、湖北省、安徽省、山東省、陜西省、云南省、江西省、浙江省、江蘇省、廣東省、上海市、北京市、天津市、湖南省、河北省和山西省。京津冀區(qū)域水環(huán)境安全評價(jià)值相對較低，水環(huán)境安全存在較大威脅。

（2）本研究中選取評估的數(shù)據(jù)是從全?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）范圍內(nèi)進(jìn)行的評估，在一定條件和范圍內(nèi)合理，不排除部分?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）內(nèi)部的個(gè)別區(qū)域的重大水環(huán)境安全隱患。針對各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）表現(xiàn)出來的特質(zhì)性的水環(huán)境安全問題，需要各省（自治區(qū)、直轄市）采取有針對性的措施，因地制宜，改善水環(huán)境質(zhì)量，降低污染物排放，防范環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，保障水環(huán)境安全。

（3）從水污染防治角度出發(fā)的水環(huán)境安全評價(jià)體系涉及指標(biāo)眾多，包括有毒有害污染、有機(jī)污染、人類健康危害等多方面，因此需要進(jìn)一步收集相關(guān)數(shù)據(jù)，完善評價(jià)體系，進(jìn)一步提高評價(jià)結(jié)果的科學(xué)性與指導(dǎo)性。

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Study on Water Environment Security for Provinces Based on Water Pollution Control

LU Rui， ZHAO Yue， XU Yanxue， XIE Yangcun*
（Chinese Academy For Environmental Planning，Beijing 100012）

Abstract:Based on the increasingly serious water environmental security problems and water pollution control in China， the security assessment index system was constructed from three aspects including the water environmental quality， the water pollutants discharge and the water environmental risk. And then the correlation analysis and principal component analysis were used to simplify and optimize the evaluation index system. The weights of the indices were determined by analytical hierarchy process （AHP） and expert scoring method. At last， the water environment security for 31 provinces in 2011-2013 was evaluated. The results showed that the index system is reasonable in certain condition， the decrease order of the water environment security was: the western region＞the central and eastern regions， Beijing-tianjin-hebei region had the low evaluation value. We should reduce the pollutant concentration to improve the water environment quality for Beijing， Tianjin and Hebei etal， reduce agriculture pollutant discharge for Hainan， Fujian， etal， and pay attention to the enterprises involved in the heavy metal in the 13th Five-Year period.

Keywords:water pollution control； water environment security； AHP； index system

中圖分類號：X52

文章編號：1674-6252（2016）03-0048-05

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.16868/j.cnki.1674-6252.2016.03.048

基金項(xiàng)目：國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2012ZX-07601001-005）。

作者簡介：路瑞（1982—），女，助理研究員，研究方向?yàn)榱饔蛞?guī)劃管理，E-mail: lurui@caep.org.cn。