渭河關中段水環境安全評價

丁勁 李懷恩 劉鐵龍

摘要為了對河流的水環境安全進行評價，評價出沿河城市對河流水環境安全的影響情況，以渭河關中段即渭河所流經寶雞、咸陽、西安和渭南4個城市段為例，選取2000～2013年各市與水環境安全有關的14個指標為研究對象，基于壓力-狀態-響應模型（PSR模型），利用綜合指數評價法，計算4城市段水環境綜合安全指數及影響水環境安全程度的權重值，并以此評價渭河關中段的水環境安全，找到影響水環境安全的主要因素。結果表明，2000～2013年間渭河關中段的水環境安全狀態基本在“較差”和“良好”兩個安全等級間波動；2011年之后關中段水質呈逐步上升趨勢；適當增加人均綠地面積、適當減少化肥的施用將有利于渭河關中段水環境的改善。

關鍵詞渭河關中段；水環境安全；PSR模型；綜合指數評價法

中圖分類號S181.3文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）31-239-04

Water Environment Security Evaluation in Shaanxi Section of Weihe River

DING Jin1， LI Huaien1*， LIU Tielong2

（1. State Key Laboratory Base of EcoHydraulic Engineering in Arid Area， Xi'an University of Technology， Xian， Shaanxi 710048； 2. Weihe River Administration of Shaanxi Province， Xian， Shaanxi 710018）

Abstract For evaluating water environment security of river， the influence of cities along the river

on water environment safety was evaluated. Taking Shaanxi section of Weihe River as an example， which flowing through Baoji City， Xianyang City， Xian City and Weinan City， choosing 14 indexes which all related to water environment security from each city during 2000-2013， based on the PSR model and the comprehensive index evaluation method to get the comprehensive index of water environment security in every city each year and the weight value that reflects the influence degree to water environment security. The results showed that： the water environment security state of Shaanxi section of Weihe River fluctuated between “Pool” and “Good” during 2000-2013； the water quality in Shaanxi section of Weihe River was going up after 2011； increasing per capita green area and reducing pure using quantity of chemical fertilizer appropriately would improve the water environment security degree.

Key words Shaanxi section of Weihe River； Water environment security； PSR model； Comprehensive index evaluation method

研究河流水環境問題、對河流的水環境安全及其影響因子進行評價有重要的意義：首先，研究河流的水環境安全能指導水資源的配置，指導河流治理的方針政策；其次，保障了河流的水環境安全也能夠實現社會的經濟效益和環境效益。目前國內外學者已經對河流水環境、河流水資源安全評價和區域水資源安全評價進行了研究。王瑞芳等評價了山西省的水資源安全，得出山西11個市人均水資源量是最優指標，對山西水資源安全進行了預警[1-2]。周安康等研究了寶雞峽灌區的水資源安全，找到了供水工程效率低等5個指標是影響灌區水資源安全的主要因素[3]。解雪峰等用PSR模型研究了東陽江流域的水生態安全，發現水生態安全主要問題是城區人為活動干擾[4]。閆正龍等用PSR模型研究了平原區河流系統的健康評價指標，得出其受人類活動影響較明顯[5]。呂龍龍等基于PSR模型評價了刁口河流路生態完整性，得到該河2009和2012年完整性分別處于較差和一般差的水平[6]。劉燕等分析了渭河陜西段的生態安全，發現水生態問題與水資源的開發利用有著密不可分的關系[7]。劉子剛等估算了渭河陜西段的水資源、水生態、水環境三方面的生態承載力綜合評價指數[8]。Richard Lawford等根據衛星同步觀察及模型模擬，綜合監測了全球水循環的趨勢和變異的數量、質量[9]。Wendy Jepson研究了美國-墨西哥邊境低收入城鄉居民家庭用水的水資源安全狀況，發現其中55%是“水不安全”[10]。Dunn等研究出一種簡單方法來更好地了解氣候和土地利用變化對水質的廣泛影響[11]。

之前學者雖然對渭河關中段水環境進行過相關的研究，但沒有評價過渭河關中段的水環境安全程度。故筆者以研究渭河在關中段內流經的寶雞、咸陽、西安和渭南4個市對渭河水環境的影響為內容，選取以上4個城市對渭河水資源安全有影響的自然、經濟、農業、工業和社會幾個方面的若干指標，對渭河關中段的水環境安全進行評價。

1材料與方法

1.1研究區域和資料

渭河是黃河最大的一級支流，發源于甘肅省鳥鼠山北側，自西向東經陜西省潼關港口注入黃河。渭河全長818 km，流域面積13.48萬km2，其中陜西境內河長約502 km，流域面積6.71萬km2。筆者研究的區域為渭河流域關中段，渭河關中段位于渭河中下游，行政上主要包括寶雞市、咸陽市、西安市、渭南市（圖1）。該研究所采用的數據來自陜西省統計局編著的《陜西統計年鑒》[12]及《陜西區域統計年鑒》[13]中相應年份寶雞市、咸陽市、西安市、渭南市的統計資料。

1.2研究方法

水環境綜合安全的評價是指對受人類活動影響而造成的水質降低程度、水資源承載能力破壞程度的評價，并以其值評價河流水環境的安全程度。PSR模型（狀態-壓力-響應模型）在近些年的生態安全評價、土地資源質量評價及生態系統健康評價等領域得到廣泛應用[14]。該模型由壓力、狀態和響應3個子模型構成。選取《陜西統計年

鑒》和《陜西區域統計年鑒》中對渭河關中段水質、水生態

環境有脅迫和有影響的自然、經濟、工業、農業和社會方面若干指標，結合PSR模型，構建一個針對渭河關中段水環境安全的評價體系，用綜合指數評價法計算各指標對水環境影響的權重值和渭河關中段水環境綜合安全評價值，以此對所得各年、各市的水環境綜合安全評價值進行分析和評價。

2結果與分析

2.1指標的選取

渭河關中段主要流經寶雞、咸陽、西安和渭南4市，該研究統計整理了2000～2013年以上4個城市自然、經濟、農業、工業和社會5方面共14個指標作為渭河關中段水環境評價的因子，其中5項壓力子模型因子（造林面積、人均綠地面積、耕地面積、主要農作物種植面積和施用化肥折純量）、5項狀態子模型因子（第一、第二、第三產業分別占GDP的比重、生產總值指數和人均生產總值指數）和4項響應子模型因子（工業廢水達標排放率、工業用水重復利用率、人均生活日用水量和廢水治理設施處理能力），統計數據見表1。

2.2指標的規范化處理及權重值和綜合安全評價值的計算

從以上選取的各個指標可知，指標之間的單位不同、量綱不同，不能直接進行統計比較。參考之前學者進行的研究，采用綜合指數評價法，并利用極差標準化方法對選取的指標進行量化統一。對量綱進行量化統一之后，針對綜合評價體系中權重問題，采取均方差權值法進行權重的計算[15]。

首先，利用極差標準化法對指標進行標準化：對于正向指標（值越大，水環境越安全的指標），如造林面積、人均綠地面積、第三產業所占GDP比重、工業廢水達標排放率、工業用水重復利用率和廢水設施處理能力：

Yij=10×（Xij-Xjmin）（Xjmax-Xjmin） （1）

對于負向指標（值越小，水環境越安全的指標），除上述6項所余指標：

Yij=10×（Xjmax-Xij）（Xjmax-Xjmin） （2）

式中，Xij和Yij分別代表第i年第j個指標的原值和標準化后的數值；Xjmax和Xjmin分別代表第j個指標在研究年份內的最大值和最小值。

其次，利用均方差權值法計算每個指標的權重：

Kj=Dj×j （3）

Aj=Kjnj=1Kj （4）

式中，Yj和Dj分別代表第j個指標標準化后數值的均值和均方差；Kj和Aj分別代表第j個指標的變異系數和權重值。

最后，根據以上計算權重值得到水環境綜合安全評價值：

Wi=nj=1AjYij （5）

式中，Wj為第j項指標的水環境綜合安全評價值。同理，可計算得到各年的水環境綜合安全評價值。

其中，各指標的權重值可表示該指標對于水環境的影響程度，權重值越大，對水環境影響越嚴重；水環境綜合安全評價值則表示水環境的安全程度，具體評估標準見表2。

計算所得渭河各城市段水環境綜合安全評價值如表3

所示。

從水環境綜合安全評價值的年際變化可知：①渭河關

中段的水環境安全狀態基本在“較差”和“良好”兩個安全等級間波動，未達到過“惡劣”狀態；②在2011年以后，4市的安全評價值均呈上升趨勢，說明水環境在相應年份有所改善；③渭河渭南段的水環境整體惡化嚴重，西安段的水環境安全程度呈上升趨勢；④渭河寶雞和咸陽段水環境安全狀態基本保持在“一般”狀態，沒有太大波動。

計算所得各指標在每個市對水環境安全影響的權重值見表4。表4反映出在不同的城市段，選取指標對水環境安全影響的程度有所不同。指標中人均綠地面積和施用化肥折純量兩項對渭河4個城市段的水環境均有重要影響，此外渭河寶雞段的工業廢水達標排放率、咸陽段的耕地面積、西安段的廢水治理設施處理能力和渭南段的人均生活日用水量也對該段的水環境安全影響程度比較大。

2.3水環境安全評價結果的檢驗

為了檢驗該研究所得渭河關中段水環境安全的變化趨勢與實際是否相符，將所得綜合安全值變化趨勢與環保部公布的相應年份渭南潼關吊橋斷面水質情況進行比對。因潼關吊橋斷面水質從2005年開始監測，且每周公布一次，故取該斷面每年的污染物濃度均值與該研究結果比對。公布的潼關吊橋斷面主要污染物濃度的年平均值的變化趨勢如圖2所示。

潼關吊橋所監測的COD濃度呈整體下降趨勢，氨氮濃度2009和2010年略有波動，自2010年后呈下降趨勢，溶解氧濃度基本呈增加趨勢，說明渭河潼關吊橋上游的水質近些年有所改善。這樣結果與該研究所得渭河關中段水質的變化趨勢大體相當，故認為該研究分析結果基本符合實際情況。

3結論

（1）2000～2013年間渭河關中段的水環境安全狀態基本在“較差”和“良好”兩個安全等級間波動。

（2）2011年之后，渭河關中段水環境安全程度增加，即河流水質有所改善。

（3）渭河西安段水質在2004年之后有明顯改善，渭南段水質先下降后有上升，寶雞段和咸陽段水質基本保持在“一般”狀態，波動不大。

（4）人均綠地面積和施用化肥折純量兩項對渭河關中段的水環境安全有較為明顯的影響，適當增加人均綠地面積、適當減少化肥的施用將有利于水環境的改善。

筆者選取自然、社會、經濟、工業和農業方面共14項指標作為因子，評價渭河關中段水環境綜合安全，并比較了不同指標對寶雞段、咸陽段、西安段和渭南段水環境安全不同的影響程度。通過與環保部公布數據進行比對，可知該研究結果與實際基本相符。之后的研究中可增加其他指標并結合渭河關中段的非點源污染特征，進行進一步的研究和分析。

參考文獻

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