申開麗 孔 蕾 李倩倩 姜利杰 歐 健

(1.浙江水利水電學(xué)院測繪與市政工程學(xué)院,浙江 杭州 310018;2.浙江省海洋科學(xué)院,浙江 杭州 310012;3.浙江省生態(tài)環(huán)境科學(xué)設(shè)計研究院,浙江 杭州 310007)

水資源是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)和保障。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和城市化進程的快速推進,水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)破壞、水災(zāi)害頻發(fā)等涉水問題不斷凸顯,已成為制約社會主義現(xiàn)代化國家建設(shè)的基礎(chǔ)性、全局性和戰(zhàn)略性問題[1]。水安全與經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān),是全面建設(shè)小康社會過程中亟待解決的重大問題。總體來說,水安全是水資源在社會和經(jīng)濟系統(tǒng)之間的良性互動,是一種“綜合涉水資源”狀態(tài),不僅包含水質(zhì)、水量、存在形式及時空分布等自然狀態(tài),還包括人的節(jié)水意識、水安全感等社會狀態(tài)[2]。水安全評價方法包括層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評價法和多目標(biāo)決策分析等,水安全評價涉及的評價模型包括反向傳播(BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模糊集相似度模型和壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)、驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)(DPSIR)、驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)-管理(DPSIRM)等概念模型[3-6]。

浙江省是中國改革開放的先行地,近年來,浙江省在經(jīng)濟快速發(fā)展的同時,水安全問題也日趨突出。為解決發(fā)展中面臨的各類涉水問題,2013年底,浙江省作出“五水共治”決策部署?！拔逅仓巍眱?nèi)容涉及水污染治理、水生態(tài)保護、水供給保障、水災(zāi)害防治、水資源管理等方面,是在統(tǒng)籌水資源經(jīng)濟、社會和生態(tài)屬性基礎(chǔ)上構(gòu)建的一個綜合性水安全問題解決方案[7]。本研究以“自然-經(jīng)濟-社會”復(fù)合系統(tǒng)理論為指導(dǎo),結(jié)合浙江省的治水實踐,通過DPSIRM框架體系構(gòu)建基于“五水共治”的水安全評價指標(biāo)體系,探索浙江省水安全狀態(tài)的動態(tài)演變趨勢,診斷影響水安全的主要因素,以期為浙江省水安全的持續(xù)提升提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

浙江省位于中國東南沿海,長江三角洲南翼,是全國面積較小的省份之一。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,浙江省在水安全方面面臨一系列問題和風(fēng)險。水污染方面,2013年,全省有27個省控地表水?dāng)嗝鏋椤兜乇硭h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)劣Ⅴ類水質(zhì),32.6%的斷面達不到功能區(qū)要求,八大水系均存在不同程度的污染;水資源方面,2020年全省人均水資源量僅為1 589.96 m3,屬于中度缺水地區(qū);水供給方面,涉水污染引發(fā)的信訪案件頻發(fā),新安江苯酚泄漏、苕溪水質(zhì)異常、杭州自來水異味等事件在不同程度上危害了飲用水供給安全;水災(zāi)害方面,強臺風(fēng)襲擊引發(fā)嚴(yán)重洪澇災(zāi)害給人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成巨大影響。為應(yīng)對各種水安全問題,2013年起,浙江省開始推行“五水共治”,制定了治水“三步走”的戰(zhàn)略目標(biāo)和“三五七”時間表[8],梯次完成了“清三河”“剿滅劣Ⅴ類水”“美麗河湖”等工作。

2 研究方法與數(shù)據(jù)處理

2.1 水安全指標(biāo)體系構(gòu)建

本研究在“五水共治”背景下,以DPSIRM框架體系為基礎(chǔ),構(gòu)建浙江省水安全評價指標(biāo)體系。DPSIRM模型是在歐洲環(huán)境署PSR、DPSIR模型基礎(chǔ)上發(fā)展而來的框架體系,該體系在構(gòu)成上增加了“管理”子系統(tǒng),能夠在有效捕捉社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系的同時,將評價結(jié)果鏈接到相關(guān)政策,被廣泛運用于人類與環(huán)境系統(tǒng)相關(guān)作用過程的評價[9-12]。模型構(gòu)建中選擇DPSIRM框架體系主要考慮兩方面因素:一是DPSIRM框架體系能夠系統(tǒng)分析水安全體系中各要素間的相互作用及其對水安全的影響,客觀揭示水安全狀況;二是體系中的“管理”子系統(tǒng),能從管理視角審視政府相關(guān)管控措施對水安全狀態(tài)的影響,客觀反映政府水系統(tǒng)管理和調(diào)控的成效。

構(gòu)建指標(biāo)體系后,采用熵權(quán)法計算各指標(biāo)的信息熵和權(quán)重。具體算法參考文獻[13]。采用綜合指數(shù)評價法,利用標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值和權(quán)重計算水安全指數(shù)?；凇拔逅仓巍钡恼憬∷踩u價指標(biāo)體系及各指標(biāo)權(quán)重見表1。

指標(biāo)體系的6個子系統(tǒng)中,驅(qū)動力子系統(tǒng)是導(dǎo)致水安全發(fā)生改變、產(chǎn)生影響的主要和潛在原因,反映各種因素對水安全的推動。其中,人口驅(qū)動主要反映區(qū)域人口承載情況,經(jīng)濟驅(qū)動主要反映區(qū)域經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r,社會驅(qū)動主要反映社會發(fā)展對水安全演變的推動;壓力子系統(tǒng)是造成水安全狀態(tài)改變的直接原因,主要反映驅(qū)動力作用下人類活動對水安全負(fù)荷的脅迫,8項指標(biāo)分別反映人類活動、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自然和氣候變化對水環(huán)境質(zhì)量、水資源供給和防洪排澇的壓力;狀態(tài)子系統(tǒng)主要反映驅(qū)動力和壓力共同作用下水安全的實際情況,選取指標(biāo)分別反映了水環(huán)境質(zhì)量狀況、防澇抗旱的保障情況、區(qū)域供水資源保障情況和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的節(jié)水狀況;影響子系統(tǒng)是對狀態(tài)效應(yīng)的具體度量,主要反映水安全狀態(tài)改變引發(fā)的經(jīng)濟社會和自然環(huán)境變化,8項指標(biāo)分別反映對水質(zhì)安全、人民生命財產(chǎn)安全和用水安全的影響;響應(yīng)子系統(tǒng)主要反映為維護良好水安全狀態(tài)所采取的對策和措施,選取指標(biāo)分別反映了對污染控制采取的行動力度、防治洪澇災(zāi)害的能力、供水安全保障情況和水資源節(jié)約程度;管理子系統(tǒng)主要反映為穩(wěn)定和改善水安全狀態(tài),政府部門主動投入的力量。

2.2 障礙度診斷模型

在水安全評價的基礎(chǔ)上,運用障礙度模型分析影響水安全的主要障礙因子并測算其障礙度。具體計算方式參考文獻[14]。

2.3 水安全等級劃分

參考相關(guān)研究[15-16],結(jié)合浙江省水安全實際情況,采用等距法將浙江省水安全狀態(tài)劃分為4個等級,具體見表2。

表2 水安全評價等級Table 2 Grading of water security

2.4 數(shù)據(jù)來源與處理

水資源相關(guān)數(shù)據(jù)主要來源于各年中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒、浙江省自然資源與環(huán)境統(tǒng)計年鑒、浙江省水資源公報;社會經(jīng)濟發(fā)展相關(guān)數(shù)據(jù)主要來源于各年中國統(tǒng)計年鑒、浙江統(tǒng)計年鑒、城市建筑統(tǒng)計年鑒、浙江省國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報。

3 結(jié)果與分析

3.1 水安全演變情況

2006—2020 年浙江省水安全評價結(jié)果見表3。研究時段內(nèi),浙江省水安全指數(shù)呈逐年上升趨勢(平均增長率為8.5%),水安全等級涵蓋Ⅰ～Ⅳ級,水安全狀態(tài)完成了從不安全、臨界安全、基本安全到安全的等級轉(zhuǎn)變。依據(jù)水安全指數(shù)計算數(shù)據(jù)和水安全等級評價結(jié)果,結(jié)合浙江省治水工作實際,將研究時段內(nèi)浙江省水安全狀態(tài)變化趨勢劃分為3個階段。

表3 2006—2020 年浙江省水安全評價結(jié)果Table 3 Grading results of water security in Zhejiang Province from 2006 to 2020

第一階段(2006—2007年)水安全指數(shù)緩慢上升,水安全等級為Ⅰ級和Ⅱ級,處于不安全狀態(tài)和臨界安全狀態(tài)?！笆晃濉背跗?浙江省經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟增長方式等方面問題突出,規(guī)模以上工業(yè)增加值中,重污染、高耗能的重工業(yè)占比較高,水環(huán)境污染嚴(yán)重。2006年,地表水環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率、地表水Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面比例、集中式飲用水源地水質(zhì)達標(biāo)率均處于研究時段內(nèi)最低值,而劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例則最高。粗放型的生產(chǎn)、生活方式導(dǎo)致用水量不斷增加,水環(huán)境污染面臨巨大壓力。與此同時,工業(yè)用水重復(fù)利用率、城市污水處理率、市政公用設(shè)施建設(shè)投資等措施性指標(biāo)值較小,導(dǎo)致2006年的水安全指數(shù)僅為0.245,處于研究時段的最低值。為控制環(huán)境污染和生態(tài)破壞趨勢,2005—2007年,浙江省開展了為期3年的“811”環(huán)境污染整治行動,但經(jīng)濟結(jié)構(gòu)性問題導(dǎo)致的水環(huán)境污染在短期內(nèi)無法得到根本改變,故而這一時期水安全指數(shù)雖有提升但幅度較小。

第二階段(2008—2013年)水安全指數(shù)平穩(wěn)上升,水安全等級為Ⅱ級,處于臨界安全狀態(tài)。2008年起,通過流域治理和總量減排措施,水環(huán)境嚴(yán)重污染現(xiàn)象得到緩解,劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例比2007年降低了12.9百分點。隨著“水資源保障百億工程”和“千萬農(nóng)民飲用水工程”的推進,水庫庫容在2013年擴增到443.71億m3,總供水量達到2006年的1.1倍,解決了1 300余萬農(nóng)村人口的飲水安全問題。但此階段洪澇臺旱災(zāi)害突出,造成的直接經(jīng)濟損失達到691.37億元,是研究時段內(nèi)經(jīng)濟損失最多的階段。這一階段,雖有自然災(zāi)害的不利影響,但在政府的多措并舉下,水安全指數(shù)保持逐步提升。

第三階段(2014—2020年)水安全指數(shù)年均增長率超過8%,是水安全狀態(tài)快速提升的階段。與研究時段之初的2006年和“五水共治”開始前的2013年相比,2020年工業(yè)廢水排放量分別下降50%和39%,城市污水處理率分別上升59%和9%,水污染嚴(yán)重趨勢進一步緩解;省控斷面Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面比例分別增加125%和48%,從2017年起連續(xù)4年無劣Ⅴ類水質(zhì)斷面,水環(huán)境質(zhì)量進一步改善;排水投資分別增長336%和143%,污水處理總能力分別上升147%和48%,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進一步完善;堤塘長度分別增加57%和12%,除澇面積分別增長15%和12%,防災(zāi)減災(zāi)能力進一步提升;供水投資分別增長61%和77%,供水管道長度增加210%和84%,供水保障進一步加強;單位GDP用水量分別減少81%和60%,工業(yè)用水重復(fù)利用率增加76%和8%,水資源利用效率進一步提高。在“五水共治”的大力推動下,2014—2020年,浙江省的治水投資累計超過5 870億元,水安全狀態(tài)得到了持續(xù)改善。

3.2 子系統(tǒng)水安全演變分析

各子系統(tǒng)的水安全指數(shù)變化情況見圖1。2020年,各子系統(tǒng)的水安全指數(shù)排序為:壓力子系統(tǒng)>響應(yīng)子系統(tǒng)>影響子系統(tǒng)>狀態(tài)子系統(tǒng)>管理子系統(tǒng)>驅(qū)動力子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)水安全指數(shù)變化趨勢各有不同,除驅(qū)動力子系統(tǒng)外,基本呈波動上升趨勢。與2006年相比,2020年浙江省常住人口增加了1 313萬人,建成區(qū)面積增加了81%,人口增加和城市化進程推進增加了水環(huán)境保護和水資源供給壓力,對水安全造成了不利影響,這是驅(qū)動力子系統(tǒng)水安全指數(shù)有所降低的原因。其他子系統(tǒng)中,響應(yīng)子系統(tǒng)呈逐年增加趨勢,這也是浙江省多輪“811”治理以及生態(tài)省創(chuàng)建的成果體現(xiàn);壓力、狀態(tài)、影響和管理4個子系統(tǒng)的水安全指數(shù)總體呈波動上升趨勢,其中,狀態(tài)、影響和管理子系統(tǒng)的水安全指數(shù)仍處于相對較低水平,特別是管理子系統(tǒng)的水安全指數(shù)只有0.092(2020年),還有較大的提升空間。

圖1 2006—2020 年子系統(tǒng)水安全指數(shù)變化情況Fig.1 Variation of water security index of subsystem from 2006 to 2020

3.3 水安全障礙度診斷

3.3.1 準(zhǔn)則層障礙因子診斷情況分析

為明確浙江省水安全水平提升的主要制約因素,采用障礙度診斷模型計算2006—2020年阻礙浙江省水安全的主要障礙因子及其障礙度,結(jié)果如圖2所示。總體來看,驅(qū)動力、狀態(tài)和管理子系統(tǒng)障礙度呈波動上升趨勢,壓力、影響和響應(yīng)子系統(tǒng)則呈波動下降態(tài)勢。2006—2013年,障礙度排名前2位的壓力和響應(yīng)子系統(tǒng)是制約水安全的主要障礙因子;2014年開始,狀態(tài)子系統(tǒng)障礙度在各子系統(tǒng)中的排名開始提升,2016—2020年,狀態(tài)和驅(qū)動力子系統(tǒng)的障礙度均值分別達到28.72%和25.56%,取代壓力和響應(yīng)子系統(tǒng)成為最大障礙因子;影響子系統(tǒng)在多數(shù)年份為障礙度數(shù)值最小的子系統(tǒng)。

圖2 2006—2020年各子系統(tǒng)障礙度Fig.2 Obstacle degree of each subsystem in water security from 2006 to 2020

3.3.2 指標(biāo)層障礙因子診斷情況分析

按照障礙度大小進行指標(biāo)排序,結(jié)果見表4。為便于觀察、突出主要因素,表4僅列出障礙度排在前5位的障礙因子。從絕對次數(shù)來說,研究時段內(nèi)出現(xiàn)次數(shù)最多的障礙因子是C41、C42、C11、C33和C12,分別出現(xiàn)了13、11、9、9、8次。

表4 2006—2020 年浙江省水安全主要障礙因子及障礙度Table 4 Mainly obstacle index and obstacle degree of water security in Zhejiang Province

分時段看,2006—2014年,排名前5的障礙因子主要集中在壓力、響應(yīng)和管理子系統(tǒng),除個別年份第5位排序略有變化外,C11、C12、C33、C41和C42是此階段影響浙江省水安全的主要因素。2006—2014年是浙江省經(jīng)濟迅速發(fā)展的時段,水資源的需求量迅速增長,給水資源和水供給造成較大壓力。為解決用水問題,政府在這一時段不斷增加供水和市政基礎(chǔ)設(shè)施投資,但投資增長速度跟不上用水需求,導(dǎo)致相關(guān)指標(biāo)成為水安全指數(shù)提升的主要障礙因子。

2015—2020年,排序前5位出現(xiàn)次數(shù)最多的障礙因子是C5、C6、C22和C41,出現(xiàn)次數(shù)均為4次。2015年,主要障礙因子中開始出現(xiàn)狀態(tài)子系統(tǒng)指標(biāo)。2016年,C5首次出現(xiàn)在排名前5的障礙因子中,這也是驅(qū)動力子系統(tǒng)首次有指標(biāo)成為主要障礙因子。此后,排名前5的障礙因子中每年都有驅(qū)動力類指標(biāo),到2019年,排名前5位的障礙因子中有4個指標(biāo)屬于驅(qū)動力和狀態(tài)子系統(tǒng)。這說明經(jīng)濟社會發(fā)展和城市化進程對水安全的影響逐漸顯現(xiàn),C22在此階段多次出現(xiàn),表明在水資源利用效率方面還有較大提升空間?？傮w上看,隨著各種水環(huán)境治理行動的推進,壓力、影響和響應(yīng)子系統(tǒng)對水安全的阻礙程度不斷降低,狀態(tài)和驅(qū)動力子系統(tǒng)的障礙度不斷上升,這與準(zhǔn)則層的障礙因子診斷結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論與建議

(1) 浙江省的水安全指數(shù)由2006年的0.245增至2020年的0.768,平均增長率為8.5%,水安全狀態(tài)整體呈逐年上升趨勢。

(2) 準(zhǔn)則層計算結(jié)果表明,各子系統(tǒng)水安全指數(shù)演變趨勢各不相同,除驅(qū)動力子系統(tǒng)外,基本呈波動上升趨勢。2020年,各子系統(tǒng)的水安全指數(shù)排序為:壓力子系統(tǒng)>響應(yīng)子系統(tǒng)>影響子系統(tǒng)>狀態(tài)子系統(tǒng)>管理子系統(tǒng)>驅(qū)動力子系統(tǒng)。在今后的治水工作中,建議在持續(xù)關(guān)注水污染防治基礎(chǔ)上,增加對水資源合理利用的關(guān)注度,通過提高水資源利用效率,不斷降低工農(nóng)業(yè)和生活用水量,促進平均水資源利用率等指標(biāo)的提升。隨著“五水共治”工程治水的不斷投入,管理子系統(tǒng)水安全指數(shù)有了一定提升,但工業(yè)廢水治理投資和供水投資呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。多年來,政府為各類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入了大量資金,但政府的資金畢竟有限,各類涉水投資難以持續(xù)增加,建議通過績效評價不斷提升資金使用效率,通過管理手段提升水安全水平。

(3) 障礙度診斷結(jié)果表明,準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的障礙度均呈現(xiàn)階段性變化特征。2006—2013年,障礙度排在前2的是壓力和響應(yīng)子系統(tǒng),是水安全的主要制約因素;2014年后,狀態(tài)子系統(tǒng)障礙度排名開始提升;2016—2020年,狀態(tài)子系統(tǒng)和驅(qū)動力子系統(tǒng)的障礙度均值分別達到28.72%和25.56%,明顯高于其他子系統(tǒng),成為制約水安全的最大障礙因子。指標(biāo)層方面,2006—2014年,指標(biāo)層障礙度出現(xiàn)次數(shù)最多的前5位指標(biāo)主要集中在壓力、響應(yīng)和管理子系統(tǒng),分別是C11、C12、C33、C41和C42;2015—2020年,排序前5位出現(xiàn)次數(shù)最多的障礙因子是C5、C6、C22和C41,這一結(jié)果基本與準(zhǔn)則層診斷結(jié)果對應(yīng),隨著治水工作的推進,壓力、影響和響應(yīng)子系統(tǒng)對水安全的阻礙程度不斷降低,驅(qū)動力、狀態(tài)子系統(tǒng)的障礙度不斷上升。