水環(huán)境敏感度分析模型在太子河流域中的應(yīng)用

李曉娜

(營口市水利勘測建筑設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 營口 115000)

太子河屬于渾河的重要支流，近些年來隨著流域社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，太子河流的水環(huán)境狀況不容樂觀[1]。多個(gè)研究成果表明[2-6]，太子河流水環(huán)境得到一定程度的改善，但是總體水質(zhì)質(zhì)量還是存在遞減變化。為加大太子河流域的水環(huán)境保護(hù)，需要對流域水環(huán)境影響因素進(jìn)行分析，確定主要敏感因素，重點(diǎn)對敏感因素進(jìn)行分析和探討，從而提高流域的水環(huán)境質(zhì)量[7]。近些年來，對于水環(huán)境影響因素敏感性分析逐步得到國內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究，取得一定的研究成果[8-15]，其中環(huán)境庫茲涅茲曲線通過多要素分析水環(huán)境影響因素的敏感程度，在許多區(qū)域水環(huán)境影響因素敏感度分析中應(yīng)用效果較好，但是在太子河流域還未得到相關(guān)應(yīng)用，為此文章結(jié)合環(huán)境庫茲涅茲曲線，對太子河流域水環(huán)境影響因素的敏感度進(jìn)行分析，研究成果對于制定太子河流域水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃具有參考意義。

1 水環(huán)境敏感度分析模型

廢水排污量(C)，區(qū)域經(jīng)濟(jì)收入(Y)與水資源耗水量(E)按照環(huán)境庫茲涅茲曲線假定存在一定的相關(guān)性，其回歸方程為

C=a0+a1Y+a2Y+a3E+ε

(1)

式中，a0，a1，a2，a3—回歸系數(shù)；ε—回歸方程誤差。

區(qū)域水環(huán)境受社會發(fā)展水平綜合影響，環(huán)境庫茲涅茲曲線假定廢水排污量作為社會發(fā)展水平HDI，即

C=a0+a1Y+a2Y2+a3E+a4·MAN+a5·HDI+ε

(2)

式中，MAN—生產(chǎn)附加值；HDI—社會發(fā)展水平系數(shù)。

面板單位根檢驗(yàn)采用簡單計(jì)量經(jīng)濟(jì)方法進(jìn)行檢驗(yàn)，即

(3)

式中，Wi，t—變換向量；ΔX—統(tǒng)計(jì)變量；i—統(tǒng)計(jì)單元數(shù)；j—變換單元數(shù)目；β—變換系數(shù)；ξ—方程誤差。在進(jìn)行單根檢驗(yàn)時(shí)，需要建立統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)量：

(4)

式中，σ—方差檢驗(yàn)值；w′—變量轉(zhuǎn)化值；N—統(tǒng)計(jì)單元總數(shù)；A′—變量轉(zhuǎn)換矩陣。回歸系數(shù)的檢驗(yàn)方程為

(5)

式中，r—方程自相關(guān)系數(shù)；v—回歸變量；δ—回歸系數(shù)。對單根進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)：

(6)

式中，Wit、Xj，it—不同變量的一階自積。

2 太子河水環(huán)境影響因素敏感性分析

2.1 太子河流域概況

太子河流域面積為13493km2，河流長363km，河流平均比降為0.740‰，多年平均年降水量為767.5mm，多年平均年徑流深為253.4mm，流域平均寬度為37.2km，河道彎曲系數(shù)為1.7，河流形狀系數(shù)為0.10，河網(wǎng)密度為0.4。流域面積在10km2以下的一級支流有60條，二級支流177條，三級支流106條，四級支流14條；流域面積為10～50km2的河流有285條；流域面積為50～100km2的河流有31條；流域面積為100～1000km2的河流有37條；流域面積為1000～5000km2的河流有4條。

2.2 單根檢驗(yàn)結(jié)果

對各水環(huán)境影響因素進(jìn)行單根檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 環(huán)境庫茲涅茲曲線水環(huán)境指標(biāo)影響單根檢驗(yàn)結(jié)果

從表1可看出，一階差分格式下IPS平穩(wěn)假設(shè)檢驗(yàn)和BRETIUNG無效假設(shè)均低于平均檢驗(yàn)值，一階差分格式下的LLG平穩(wěn)假設(shè)檢驗(yàn)高于平均檢驗(yàn)值，因此環(huán)境庫茲涅茲曲線的LLG平穩(wěn)檢驗(yàn)值通過單根檢驗(yàn)。

2.3 協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果

對太子河流域環(huán)境庫茲涅茲曲線的變量指標(biāo)進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

從表2可看出，各評價(jià)指標(biāo)的協(xié)整檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果均高于-3.0，表明各指標(biāo)均可通過90%的協(xié)整檢驗(yàn)水平，太子河流各水環(huán)境指標(biāo)的影響度均可通過協(xié)整檢驗(yàn)，太子河流域水環(huán)境指標(biāo)對流域影響度均較高，協(xié)整檢驗(yàn)水平相比于傳統(tǒng)檢驗(yàn)，更能突出流域水環(huán)境指標(biāo)之間的相關(guān)性，而水環(huán)境影響指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度不可被忽略，因此協(xié)整檢驗(yàn)水平要好于傳統(tǒng)檢驗(yàn)水平。從兩種檢驗(yàn)方式的概率分析結(jié)果可看出，傳統(tǒng)檢驗(yàn)水平下維度內(nèi)和維度間的概率值總體為0.0021～0.0082，概率值均低于0.01；而協(xié)整檢驗(yàn)水平下，太子河流域各水環(huán)境指標(biāo)之間的概率值要高于傳統(tǒng)檢驗(yàn)水平下各水環(huán)境指標(biāo)檢驗(yàn)值，表明協(xié)整檢驗(yàn)下各水環(huán)境指標(biāo)具有較好的顯著相關(guān)度。

表2 太子河流域環(huán)境庫茲涅茲曲線水環(huán)境指標(biāo)影響協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果

2.4 太子河流域水環(huán)境影響敏感度

在各水環(huán)境指標(biāo)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)境庫茲涅茲曲線對太子河流域各水環(huán)境影響指標(biāo)進(jìn)行定量分析，分析結(jié)果見表3—4。

表3 以廢水排污量指標(biāo)為變量的分析結(jié)果

分別以太子河流域廢水排污量和宏觀經(jīng)濟(jì)可持續(xù)度作為變量分析各指標(biāo)對流域水環(huán)境質(zhì)量的綜合影響，從兩個(gè)變量分析的結(jié)果可看出，人均GDP與排污量之間的彈性尺度在0.4以下，區(qū)域排污率遞增0.36%、水資源人均消耗比例以及貿(mào)易開放度將遞增2%，而排污人均比例將達(dá)到2.63%。而將太子河流域宏觀經(jīng)濟(jì)可持續(xù)度作為變量指標(biāo)進(jìn)行環(huán)境庫茲涅茲曲線分析時(shí)，指標(biāo)回歸系數(shù)為1.352～-2.451，表明在區(qū)域排污率增加2%的前提下，社會發(fā)展水平以及經(jīng)濟(jì)貿(mào)易開發(fā)度分別增加2%，排污量以及生產(chǎn)附加值比例將分別提高1.053%和0.47%，污水排放量以及排污量的遞增比例將超過2%。

表4 以宏觀經(jīng)濟(jì)可持續(xù)度為變量的分析結(jié)果

3 研究結(jié)論

(1)傳統(tǒng)檢驗(yàn)水平下維度內(nèi)和維度間的概率值總體為0.0021～0.0082，概率值均低于0.01，而協(xié)整檢驗(yàn)水平下，太子河流域各水環(huán)境指標(biāo)之間的概率值要高于傳統(tǒng)檢驗(yàn)水平下各水環(huán)境指標(biāo)檢驗(yàn)值，表明協(xié)整檢驗(yàn)下各水環(huán)境指標(biāo)具有較好的顯著相關(guān)度。

(2)在太子河流域排污率增加2%的前提下，社會發(fā)展水平以及經(jīng)濟(jì)貿(mào)易開發(fā)度分別增加2%，排污量以及生產(chǎn)附加值比例將分別提高1.053%和0.47%，污水排放量以及排污量的遞增比例將超過2%。

文章未對太子河水環(huán)境影響原因進(jìn)行探討，在以后的研究中還應(yīng)對其水環(huán)境影響因素進(jìn)行重點(diǎn)分析。