云南省水環境可持續性時空分布研究

楊燕平 何開為 陸 穎

(1.云南省環境科學研究院，云南 昆明 650034；2.云南大學國際河流與生態安全研究院，云南 昆明 650091；3.云南省國際河流與跨境生態安全重點實驗室，云南 昆明 650091)

云南省水環境可持續性時空分布研究

楊燕平1，2何開為2，3陸 穎2，3

(1.云南省環境科學研究院，云南 昆明 650034；2.云南大學國際河流與生態安全研究院，云南 昆明 650091；3.云南省國際河流與跨境生態安全重點實驗室，云南 昆明 650091)

水環境可持續性體現社會發展與水環境的協調現狀及趨勢，關系到區域水環境安全。基于可持續性概念，綜合考慮社會、經濟和環境等各方面影響因素，構建云南省水環境可持續性多指標評價體系。通過GIS的空間分析技術評價2008-2012年云南省水環境可持續性時空分布情況，結果顯示：2008-2012年期間，云南省水環境可持續性逐年下降，5年平均指數為0.616；全省水環境可持續性空間分布不均，迪慶地區可持續性指數為全省最高，昆明市為全省最低；全省水環境可持續性呈東低西高趨勢，沿主要河流干流自上而下遞減。

云南省；水環境；可持續性；空間分析；指標體系

1 引 言

水環境是生物賴以生存和發展的重要條件，但不斷受到人類干擾和破壞，水環境的可持續性已成為當今世界主要的環境問題之一。對于水環境可持續性的實質，研究學者有不同定義[1-5]，本研究認為水環境可持續性是指在一定時段內，隨著人口增長和社會經濟發展，水環境在保持自我維持、自我調節穩定狀態的同時，能夠維持并提高對人類生存與生活服務的能力。社會與經濟的飛速發展伴隨著對水環境的破壞以及對水環境可持續性的削弱，同時，水環境可持續性又影響著區域社會經濟發展的速度與規模。處理好社會、經濟與水環境發展的矛盾關系問題，是實現經濟社會與自然環境和諧發展的重要環節。透過水環境可持續性可以了解區域水環境質量狀況和承載力狀況，探求水環境與社會經濟發展之間的協調關系以及相互影響程度，為地區經濟與環境可持續發展戰略制定提供直接科學依據。

近年來，關于水環境可持續性時空分布的研究相對較少，從云南省行政區域研究來看，針對水資源相關研究[6-16]較多，主要偏向于分析與評價水資源承載力、水資源時空分布格局、水資源配置、水資源利用效率以及監測能力等方面，鮮有針對云南省行政區域尺度的水環境可持續性時空分布研究。考慮到水環境可持續性涉及社會、經濟、技術和資源環境等眾多影響因子，采取指標體系評價[17-20]方法，建立水環境可持續性評價指標體系；運用層次分析法[21]確定各指標權重；結合地理信息系統[22](Geographic Information System，簡稱GIS)中矢量分析、柵格計算、統計分類分析等功能[23-24]，對2008-2012年云南省及各行政區域水環境可持續性進行空間分析評價，探討全省水環境可持續性指數時空分布。

2 研究區概況及數據來源

2.1 研究區概況

云南省位于21°8′22″-29°15′8″N 和97°31′39″-106°11′47″E之間，土地總面積39 .4×104km2。省內地形高聳，山高谷深，地勢由西北向東南呈梯狀傾斜，海拔高差懸殊，地形地貌極為復雜。該區域基本屬于亞熱帶高原季風型氣候，處于東南季風和西南季風控制之下，又受西藏高原區的影響，形成了復雜多樣的自然地理環境。全省水能與水資源總量豐富，僅次于西藏、四川兩省區，居全國第3位，地表水資源主要分布于金沙江、瀾滄江、珠江、紅河、怒江、伊洛瓦底江等六大水系。

2.2 數據來源

全省及各州市的生活污水排放量、工業廢水排放總量、COD排放量、化肥施用量、工業用水重復利用率、工業固體廢物綜合利用率、城市污水處理率和人口密度等數據來源于2009-2013年《云南統計年鑒》。功能區全因子評價水質達標率、水資源開發利用率、人均水資源量、萬元GDP用水量和農田灌溉畝均用水量等數據來源于2008-2012年《云南省水資源公報》。各指標全國平均值來源于2009-2013年《中國環境統計年鑒》、2009-2013年《中國統計年鑒》和2008-2012年《中國水資源公報》。

3 研究方法

3.1 評價指標體系的建立

3.1.1 指標的選取與體系構建

構建合理、有效的指標體系是評價區域水環境可持續性的關鍵，直接影響到評價的準確性。參照杜金輝[25]指標選取方法和原則，結合云南省社會經濟發展狀況、水資源與水環境要素、技術管理等因素，篩選了13個基本評價指標，構建了云南省水環境可持續性(A)目標層、水質指數(B1)、水資源指數(B2)和社會經濟環境指數(B3)要素層、C1-C13指標層三級層次結構指標體系，如圖1所示。

圖1 云南省水環境可持續性評價指標體系

水質指數反映水質狀況和各行業生產消耗、居民生活污水排放對區域水體水質和水體納污能力的影響。主要影響因素有生活污水排放量(C1)、工業廢水排放總量(C2)、COD排放量(C3)、化肥施用量(C4)和水功能區全因子評價水質達標率(C5)。前四者對于水環境可持續性均為負效指標。水功能區全因子評價水質達標率可以反映區域水質達標狀況以及水環境保護措施的完成水平，為正效指標。

水資源指數主要表征區域水資源開發利用狀況和水資源量的大小，其關系到人口和經濟水平不斷增長下水量的可供給水平，同時也影響著水環境可持續性。水資源開發利用率(C6)體現區域用水量占水資源可利用量的比率，對于水環境可持續性為負效指標；人均水資源量(C7)越大說明用水壓力相對較小，為正效指標。

社會經濟環境指數主要表征社會經濟的發展以及經濟技術對水環境可持續性的影響。工業用水重復利用率(C8)、工業固體廢物綜合利用率(C9)和城市污水處理率(C10)反映了水資源重復利用效率和污水污染物的處理水平，均為正效指標。人口密度(C11)是評價社會人口密集狀況的主要指標，一定區域內人口越多，產生生活廢污水排放越多，對地區有限的水環境容量造成較大壓力；萬元GDP用水量(C12)以及農田灌溉畝均用水量(C13)都反映了單位生產要素的用水量，增強經濟技術，降低每單位的用水量，可以提高水環境的可持續性；三者對于水環境可持續性均為負效指標。

3.1.2 指標權重的確定

在綜合水環境可持續性評價指標體系各指標的影響力的基礎上，結合云南省實際情況、相關研究文獻[25-26]和專家意見，建立云南省水環境可持續性評價指標體系判斷矩陣，見表1。根據此判斷矩陣，利用層次分析法計算權重，得到水環境可持續性評價指標體系各指標權重，見表2。

表1 判斷矩陣

注：CR為一致性比率，當CR<0.1時該矩陣一致性檢驗通過，說明權系數分配合理，該判斷矩陣有效。

表2 水環境可持續性評價指標體系各指標權重

續表2

3.2 空間分析

3.2.1 數據標準化

由于各指標數據量綱和數量級不一，需要采取標準化處理。為提高標準化的合理性，在此引入各指標標準值即全國平均值，作為標準化的參照依據，見表3。同時，考慮到水環境可持續性評價指標對目標層的正負效應關系，正效指標按公式(1)進行標準化處理，負效指標按公式(2)進行標準化處理。處理后所得值均在0-1的范圍內，其值越大，表示對水環境可持續性正面影響力越高。

表3 2008-2012年各指標全國平均值

3.2.2 分析方法

基于GIS中矢量化、柵格計算等技術對云南省水環境可持續性進行空間分析。利用ArcGIS10.0軟件，按照數據的類型和層次建立其空間數據庫和屬性數據，將13個指標標準化值導入到云南省市級行政單元區劃圖的屬性數據庫中，柵格化各指標行政區域空間分布圖。根據所得各指標權重，進行加權疊加分析，評價全省2008-2012年各州市水環境可持續性。可持續性指數介于0-1之間，數值越大，可持續性越高。參照張依然等人[27-28]研究，將可持續性劃分為5種等級并分別賦予5級指數域，見表4。

表4 水環境可持續性分級評價標準

4 結果分析

利用ArcGIS得出全省各州市水環境可持續性空間分布圖，如圖2。根據計算結果，從時間和空間兩個方面展開分析，如下：

基于空間尺度的橫向分析認為：2008-2012年間，由于自然環境保護力度、社會經濟技術水平、水環境污染程度的差異，水環境可持續性存在由滇東向滇西由弱到強的遞增趨勢。滇西北地區包括迪慶、怒江和麗江，主要以農業及旅游業作為支柱產業，工礦業開發程度低，廢污水及COD等排放量較低，該地區三個州(市)的5年平均水環境可持續性指數均超過0.7，為全省最高，處于可持續性較高級別；滇東與滇中地區包括昆明、楚雄、大理、玉溪、曲靖和昭通，由于人口密度大，城市發展較快，工業化水平較全省其余地區高，導致生活污水排放量、工業廢水排放量和COD排放量過高，水環境污染嚴重，該地區5年平均水環境可持續性指數為0.54，為全省水環境可持續性最低的區域，特別指出，昆明市水環境可持續性指數一直處于全省最低，從0.426降至0.383，生活污水排放量增幅為115.7%，水功能區全因子評價水質達標率從21.7%降至0%，水質的不斷惡化和持續干旱是昆明市水環境可持續性降低的主要原因。；滇西南與滇東南地區5年平均水環境可持續性指數為0.6，水環境可持續性總體處于中等級別，其中，德宏、保山、普洱、西雙版納和文山等地均在0.6～0.66之間，紅河和臨滄相對較低為0.55左右，兩地5年COD排放量分別位于全省第二和第三，是水環境可持續偏低的一個重要因素。

全省水環境可持續性最低的地區集中于昆明與曲靖兩地，兩地亦為全省社會經濟發展最優州市，人口密集，工業化程度高，土地面積約占全省的13.52%；水資源總量僅占全省的6.95%，但廢污水排放總量約占全省43.97%，COD排放量約占全省18.45%，水功能區全因子評價水質達標率為全省最低，說明兩地水質惡化嚴重，對水環境可持續性產生重大負效影響。根據2010年杜鵑等人[8]對云南省水資源承載力的研究顯示，隸屬于昆明市的五華區、盤龍區、官渡區、西山區和呈貢區，以及曲靖市的麒麟區等地是全省水資源超載最嚴重的地區，說明水資源的超載亦為兩地水環境可持續性低的重要影響因素之一。

結合云南省主要水系干流分布，云南省水環境可持續性沿各主要河流自上游至下游呈現遞減趨勢，上游地區水環境可持續性明顯比下游地區高。例如：金沙江和瀾滄江的上游——迪慶，水環境可持續性5年平均值為0.784。下游分別至昭通和普洱，5年可持續性指數均值分別為0.572和0.658。上下游的產業結構差異是造成此類現象的主要原因之一，上游地區是以農耕和畜牧為主的生產結構，人口密度低，對水環境的人為干擾程度低；下游地區工業發展水平高，人口密集，水環境承載壓力大。

基于時間尺度的縱向分析得出：全省5年可持續性指數平均值為0.616，整體處于可持續性較高等級，極值比為1.11，由2008年的0.646逐年下降至0.587，如圖2。除迪慶和德宏保持穩定外，其余各州市均有不同程度的下降。總體來看，5年間生活污水排放量、工業廢水排放總量、COD排放量、化肥施用量等大幅增加，尤其是生活污水排放量和COD排放量更是翻了一倍，同時，水功能區全因子評價水質達標率和人均水資源量有所下降，加上2009-2012年全省連續干旱，導致了全省水環境可持續性不斷降低。圖2 云南省各州市水環境可持續性評價

圖3 2008-2012年云南省水環境可持續性指數

5 結論與對策

通過建立水環境可持續性評價指標體系，應用GIS技術對云南省各行政區域各指標進行分析計算，評價2008-2012年全省水環境可持續性空間分布情況。研究結論認為：

(1)云南省水環境可持續性存在由西向東，由上游至下游的遞減走勢，并且與區域社會經濟發展程度存在一定負相關關系。研究區5年平均水環境可持續性由高到低排序為：迪慶、怒江、麗江、西雙版納、德宏、普洱、文山、大理、楚雄、保山、臨滄、昭通、玉溪、紅河、曲靖、昆明。

(2)滇西北地區處于水環境可持續性較高級別，滇東與滇中地區處較低級別，滇西南與滇東南地區處于中等級別。迪慶平均水環境可持續性指數全省最高，為0.784，是滇西北地區社會經濟發展程度低但水環境可持續性高的典型區域。昆明和曲靖為水環境可持續性最低地區，是滇東和滇中地區社會經濟發展程度高但水環境可持續性低的典型區域。

(3)云南省2008—2012年水環境可持續性指數平均值為0.616，整體處于可持續性較高等級，但受污染物排放大幅增加和四年連旱的影響，水功能區水質達標率降低，水環境承載壓力增大，水環境可持續性指數逐年下降，從2008年的0.646降至2012年的0.587。

云南省擁有豐富的地表水資源，但2008-2012年期間水環境可持續性不斷降低，且兩級分化嚴重。應在調整產業結構和優化產業布局的同時，加大水環境基礎設施和水利基礎設施的投入，加強各水功能區建設和管理，嚴格控制污染物排放，提高相關水環境治理和污水再生利用技術，提高水資源使用效率，緩解水環境承載壓力，增強社會經濟發展與水環境可持續性協調水平，建立社會經濟與水環境的良好可持續發展關系。

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Research on the Temporal and Spatial Distribution of Water Environmental Sustainability in Yunnan Province

YANG Yan-ping1，2HE Kai-wei2，3LU Ying2，3

(1.Yunnan Institute of Environmental Science，Kunming，650034，China； 2.Institute of International Rivers and Eco-security，Yunnan University，Kunming 650091，China； 3.Yunnan Key Laboratory of International Rivers and Transboundary Eco-security，Kunming 650091，China)

The Sustainability of Water Environment (TSOWE) reflects the present situation and trend of the coordination between the social development and water environment，which is related to the safety of regional water environment. Based on the concept of sustainability and comprehensive consideration of social，economic and environmental etc. factors，the sustainable multi-index evaluation system for water environment in Yunnan province is constructed. The status on spatial and temporal distribution of the sustainability of water environment is evaluated based on GIS spatial analysis tool during 2008-2012. The result shows that，TSOWE of Yunnan province has decreased year by year，with an average index of 0.616；the spatial distribution of TSOWE is uneven，Diqing Tibetan autonomous region with the highest index of sustainability while Kunming city with the lowest；TSOWE of the whole province represents the trend which lowest in the east and highest in the west，and decreasing down along the main streams.

Yunnan Province；water environment；sustainability；spatial analysis；index system

項目資助：國家自然科學基金項目(41361094)；中國華能集團公司總部科技項目(HNKJ13-H17-03)

楊燕平，工程師，博士研究生，從事跨境生態安全、環境政策、環境規劃與管理、生態環境損害賠償研究

陸穎，博士，副研究員，從事生態水文及流域模擬研究

文獻格式：楊燕平 等.云南省水環境可持續性時空分布研究[J].環境與可持續發展，2017，42(4)：152-156.

X21

A

1673-288X(2017)04-0152-05