從水污染防治角度出發的全國分省域水環境安全研究

路瑞，趙越，續衍雪，謝陽村（環境保護部環境規劃院 ，北京 100012）

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從水污染防治角度出發的全國分省域水環境安全研究

路瑞，趙越，續衍雪，謝陽村*
（環境保護部環境規劃院 ，北京 100012）

摘 要針對我國日益嚴峻的水環境安全問題，本文從水污染防治角度出發，依據影響我國水環境安全的關鍵污染問題，即水環境質量、水污染物排放、水環境風險，構建了水環境安全指標體系。利用相關分析法、主成分分析法，簡化、優化評價指標體系。利用層次分析法與專家打分法，估算各指標權重，采集各指標數據對全國31個省（自治區、直轄市）2011—2013年的水環境安全狀況進行評估。結果表明：該指標體系在一定條件和范圍內是合理的，我國水環境安全大體呈西高中東低的空間分布，京津冀區域水環境安全評價值較低。“十三五”時期，京津冀地區應著重于降低主要污染物濃度，削減劣V類斷面比例，提高水環境質量，海南、福建、廣東等地區著力于減少農業等水污染物排放強度，湖南等地區則需要重點關注涉重企業的污染物排放。

關鍵詞水污染防治；水環境安全；層次分析法；指標體系

*責任作者：謝陽村（1983—），女，副研究員，博士，研究方向為流域規劃管理。

引言

隨著我國社會經濟的不斷發展，特別是伴隨著水環境污染產生的一系列水環境問題直接限制了人類社會的生存和發展。水環境安全已成為關系到人類生存與發展的戰略問題，同時也是影響國家安全和國際關系的重要方面。習近平總書記在中央財經領導小組第五次會議上的講話中指出，水已經成為我國嚴重短缺的產品，成為制約環境質量的主要因素，成為社會經濟發展面臨的嚴重安全問題。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，科學地進行水環境安全評價，識別水污染防治重點顯得尤為重要。

目前在水環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，分析了流域水環境安全評價指標，運用不同的方法對水環境安全進行了綜合評價。而當前，我國40%左右的河湖被嚴重污染，湖泊富營養化面積擴大了約60倍，水污染成為影響水環境安全的重要原因。本研究從水污染防治角度出發，構建了水環境安全評價指標，并對全國31個省（自治區、直轄市）的水環境安全狀況進行系統評估，分析“十三五”各省份水環境安全防控的重點方面。

1　從水污染防治角度出發的水環境安全評價指標體系構建

1.1評價指標體系構建原則

通過文獻調研，在總結已有研究的基礎上，從與水污染防治密切相關的水污染物排放、水環境質量和水環境風險三個方面建立相應的指標體系。在建立水環境安全指標體系時遵循以下原則：①全面性原則。基于水污染防治的水環境安全評價指標必須反映與水污染防治工作相關的水環境質量、水污染物排放、水環境風險三個方面對水環境安全的影響，所含指標盡可能考慮周全。②科學性原則。指標體系的構建必須建立在科學的基礎上，客觀、真實、全面地反映全國水環境的污染物排放、水環境質量和水環境風險等狀況，選取物理意義明確、指標概念明確、測定方法標準、統計方法規范的指標。③可操作性原則。水環境安全指標體系中的指標應盡量簡化，計算方法應簡單。同時綜合考慮數據可獲得性、可比性，指標體系要與現有國家統計指標體系銜接，易于獲取，便于計算，使用性強。④系統性原則。基于水污染防治的水環境安全出發點是水污染防治，這就要求指標體系能全面反映水污染防治的總體特征。同時，指標體系應能夠在一個較長時間內保持其連續性，并能體現與時俱進，根據不同時期經濟社會發展對水環境安全的要求修改指標體系。

1.2評價指標初選

評價指標體系的初選旨在建立一個評價指標全集，而對指標的個數、指標間的內在聯系等均不做過多要求。初選對指標體系全集的構造力求全面，從與水污染防治密切相關的水環境質量、水污染物排放和水環境風險出發， 以維持水環境安全為最終目的。指標體系全集應包括與之相關的水污染物排放、水環境質量和水環境風險指標三部分。本研究共選取24個指標，如表1所示。

表1　水污染防治的水環境安全指標

1.3評價指標優化

根據2013年國控斷面水質監測數據、《中國環境統計年報2013》、《中國城市建設統計年鑒2013》、國家統計局各省份2013年度國民經濟和社會發展有關數據，采集全國各省（自治區、直轄市）的上述指標數據。

評價指標篩選的原則是在不失全面的基礎上盡量減少指標個數。對1.2節中的指標進行篩選，采用定性與定量相結合的方法，通過專家系統、理論分析和相關性分析濾掉具有明顯相關性的部分指標，定性確定指標體系的基本形態，再采用主成分分析法濾掉在主成分上載荷較小的指標，定量分析確定最終指標，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。

經上述分析后對初建指標體系進行篩選優化后得到的水污染防治的水環境安全評價指標體系共計三類17個指標，針對17項指標構建了基于水污染防治的水環境安全評價的AHP 分析模型（圖1）。模型主要分三個層次：①目標層A，這是模型的最終核算和決策最終目標，即基于水污染防治的水環境安全；②準則層B，這是該模型指標要素層的分類要素，即從水污染防治角度核算水環境安全綜合值的三類要素，包括水環境質量、水污染物排放和水環境安全；③指標層C，這是模型中核算水環境安全的具體指標。

圖1　基于水污染防治的水環境安全指標體系構建圖

1.3.1水環境質量

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

1.3.2水污染物排放

以各省（自治區、直轄市）工業和生活污染物排放強度以及化肥使用強度來體現各省（自治區、直轄市）污染強度，污染強度越大，則對水質影響越大，不利于水環境安全，設為負向指標；污水處理率體現了各省（自治區、直轄市）污染物的處理水平，污水處理率越高，越有利于水環境安全，設為正向指標。

1.3.3水環境風險

以工業廢水中重金屬（如汞、砷、六價鉻）排放量、化工企業個數、農藥使用強度、突發環境事件次數體現各省（自治區、直轄市）潛在的環境風險，上述指標值越大，環境風險越大，越不利于水環境安全，故設為負向指標。

1.4評價指標體系權重的確定

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

層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是美國運籌學家薩蒂（Saaty T.L.）［12］于20世紀70年代提出的一種定性方法與定量分析方法相結合的多目標決策分析方法。它通過建立系統結構層次模型，按照9級標度法對各指標進行重要性對比，構建判斷矩陣，通過層次單排序和總排序及一致性檢驗，計算隨機一致性比率C.R.，當C.R.＜0.1時，認為矩陣具有滿意的一致性，否則重新構造判斷矩陣，直到具有滿意的一致性為止。本研究采用yaahp軟件完成上述計算，本研究中C.R.（ A） = 0.008 8＜0.1. C.R.（ B1）=0.003 8＜0.1時，C.R.（B2） =0.004 4＜0.1. C.R.（ B3） =0.029 8＜0.1，即權重分配合理。

1.5數據標準化處理

為了避免計算結果受到指標量綱和數量級的影響，保證其具有客觀性和科學性，在進行運算之前，必須要對各項指標進行歸一化處理。本文中采用極差標準化方法，首先將指標分為正向指標和負向指標，指標數值越大，表明環境安全度越好，稱為正向指標；指標數值越大，表明環境安全度越差，稱為負向指標。對于正向指標，采用公式（1）進行歸一化；對于負向指標，采用公式（2）進行歸一化。

式中，fi為歸一化后的指標值；xi為第i項指標的原始值；max （xi）為第i項指標原始值的最大值；min （xi）為第i項指標原始值的最小值。

1.6水環境安全評價分值計算

水環境安全分值采用加權求和法，通過每一層指標確定權重，然后與對應的單項指標分值相乘并求和，得到最后的綜合評價分值。根據得到的權重wi與歸一化數值fi，計算水環境安全分值P，如公式（3）。

2　評價結果及分析

按照以上所建立的水環境安全指標體系與評估方法，對全國各省（自治區、直轄市）**由于數據限制，本研究未涉及中國香港、澳門和臺灣地區，特此說明。2011—2013年進行了水環境安全評估，如表2所示。

表2　水污染防治的水環境安全指標權重

結合水環境質量、水污染物排放和水環境風險的評價狀況，圖2和圖3更直觀地反映了從水污染防治角度出發的全國各省（自治區、直轄市）水環境安全狀況。由圖2可知，各省（自治區、直轄市）的綜合評價值中，大部分省（自治區、直轄市）的水環境質量評價值所占比重比較大，而西藏、安徽等10省份水環境風險評價值所占的比重大，說明上述10省份的水環境安全受到水環境風險的影響較大。由圖2、圖3可知，從水污染防治角度看，全國各省（自治區、直轄市）水環境安全評價分值總體提高，側面說明我國水污染防治工作取得了積極進展。

圖2　2013年全國各省份水環境安全評價狀況

從空間分布看，水環境安全大體呈西高中東低的空間分布。根據評估結果，西部地區的貴州、寧夏、青海等省份的水環境安全分值處于全國31個省（自治區、直轄市）的上游水平，而北京、天津、河北等中東部省份的水環境安全分值則相對較低，處于全國的下游水平。從2011年以來的水環境安全評價看，基本保持了上述的空間分布特征，京津冀區域基本處于下游水平，該區域也將是“十三五”時期水污染防治工作的重點區域。

從水環境質量角度看，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，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省（自治區、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”時期應重點關注消除劣V類水體，降低主要污染物濃度，改善水環境質量。

從水污染物排放角度看，農業化肥施用強度、生活污染物排放強度成為影響水環境安全的首要因素。2013年全國平均每公頃使用農業化肥359.1kg，海南、陜西、福建、廣東等17個省份的施用強度均高于平均水平，尤其是海南、陜西、福建、廣東，化肥施用強度分別為560.8kg/hm2、566.2 kg/hm2、526.0 kg/hm2、519.2kg/hm2，遠超全國平均水平。2013年生活COD和氨氮排放強度分別為6.57kg/人和1.042kg/人，海南、廣東、江西等17個省份的生活COD排放強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個省份的生活氨氮排放強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%，遠遠低于全國平均水平。“十三五”時期上述省份應致力于降低農業源和生活污染的排放強度，以提升水環境安全水平。

從水環境風險角度看，工業重金屬污染物排放量、農藥使用強度成為影響水環境安全的潛在因素。其中湖南省工業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%，江西省工業廢水中六價鉻排放量全國最高，約占全國總排放量的30%；從農藥使用情況看，全國近一半以上省份農藥使用強度高于全國10.95kg/hm2的平均水平，海南更是達到51.28kg/hm2，其次為浙江、福建和廣東，分別達到26.90kg/hm2、25.22kg/hm2和23.44kg/hm2。“十三五”時期，控制上述省份涉重企業的污染物排放以及農藥使用量將是上述省份水環境安全需要重點關注的領域。

圖3　2011—2013年全國各省份水環境安全評價狀況

3　結論與建議

（1）2013年，從水污染防治角度出發，全國水環境安全的優劣順序為貴州省、寧夏回族自治區、青海省、新疆維吾爾自治區、黑龍江省、重慶市、甘肅省、四川省、廣西壯族自治區、遼寧省、西藏自治區、海南省、福建省、吉林省、河南省、內蒙古自治區、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。京津冀區域水環境安全評價值相對較低，水環境安全存在較大威脅。

（2）本研究中選取評估的數據是從全省（自治區、直轄市）范圍內進行的評估，在一定條件和范圍內合理，不排除部分省（自治區、直轄市）內部的個別區域的重大水環境安全隱患。針對各省（自治區、直轄市）表現出來的特質性的水環境安全問題，需要各省（自治區、直轄市）采取有針對性的措施，因地制宜，改善水環境質量，降低污染物排放，防范環境風險，保障水環境安全。

（3）從水污染防治角度出發的水環境安全評價體系涉及指標眾多，包括有毒有害污染、有機污染、人類健康危害等多方面，因此需要進一步收集相關數據，完善評價體系，進一步提高評價結果的科學性與指導性。

參考文獻

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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

文獻標識碼：A

DOI：10.16868/j.cnki.1674-6252.2016.03.048

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

作者簡介：路瑞（1982—），女，助理研究員，研究方向為流域規劃管理，E-mail: lurui@caep.org.cn。