杭州市水環(huán)境系統(tǒng)動態(tài)評價指標(biāo)體系的構(gòu)建與實證研究

王曉軍，段佳欣，郭慧敏，徐 靜，姚曉婷，朱丹菲，高震陽

(浙江水利水電學(xué)院 建筑工程學(xué)院，杭州 310018)

杭州市水環(huán)境系統(tǒng)動態(tài)評價指標(biāo)體系的構(gòu)建與實證研究

王曉軍，段佳欣，郭慧敏，徐 靜，姚曉婷，朱丹菲，高震陽

(浙江水利水電學(xué)院 建筑工程學(xué)院，杭州 310018)

為了更加科學(xué)評價政府水環(huán)境治理績效，分析所在城市或者城市群對于周邊流域水環(huán)境影響，構(gòu)建城市水環(huán)境動態(tài)綜合評價指標(biāo)體系，對于科學(xué)認識杭州市水環(huán)境變化趨勢，剖析杭州市水環(huán)境整體特殊性與復(fù)雜性具有重要意義。本研究基于構(gòu)建城市水環(huán)境評價體系的一般思路和原則，運用多種統(tǒng)計建模方法，建立了杭州市動態(tài)綜合評價體系對杭州市歷年的水環(huán)境實際樣本數(shù)據(jù)進行分析與整理，對杭州市水環(huán)境現(xiàn)狀進行科學(xué)合理綜合的系統(tǒng)性評價，闡釋了嚴(yán)重影響杭州市水環(huán)境的典型因素，并對提升杭州市水環(huán)境綜合質(zhì)量提出了針對性建議。

水環(huán)境；評價體系；實證研究；綜合評價

杭州市位于錢塘江下游、京杭大運河南端，是浙江省的政治、經(jīng)濟、文化和教育中心，隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的快速崛起，近年來杭州迅速成長為我國重要的電子商務(wù)中心。杭州市豐富的水資源條件在保障杭州區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用，但是隨著上游錢塘江、東苔溪兩大流域經(jīng)濟社會快速發(fā)展，造紙、印染等高污染企業(yè)的存在造成水環(huán)境惡化和水污染等問題，杭州城市水資源和水環(huán)境狀況不容樂觀，嚴(yán)重制約杭州城市的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，杭州城市亟須建立適用于杭州典型水域的具有高度系統(tǒng)性的水環(huán)境動態(tài)綜合評價體系。

1 杭州市相關(guān)研究區(qū)概況

杭州位于中國東南沿海北部，地理坐標(biāo)為坐標(biāo)為東經(jīng)118°21′-120°30′，北緯29°11′-30°33′，市中心地理坐標(biāo)為東經(jīng)120°12′，北緯30°16′。杭州處于亞熱帶季風(fēng)區(qū)，氣候受海洋調(diào)節(jié)以及季風(fēng)環(huán)流影響較大，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，區(qū)域雨量充沛，年降水量1 454 mm。同時，杭州地處長江三角洲南沿和錢塘江流域，城市西部有浙西丘陵區(qū)，地形復(fù)雜多樣[1]。城市東部屬杭嘉湖平原地區(qū)，河網(wǎng)密布，湖泊密布。近年來，隨著杭州城市建成區(qū)進一步擴大，區(qū)域經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)廢水、廢渣、廢氣及各類生活污水大量排放，致使杭州城市區(qū)域內(nèi)水域、河道、湖泊水環(huán)境質(zhì)量日益惡化，杭州市水環(huán)境生態(tài)安全壓力增大[2]。

2 研究方法

2.1 水環(huán)境評價方法

環(huán)境評價是人們認識和了解環(huán)境質(zhì)量，以及科學(xué)合理評估人類活動對環(huán)境影響的重要工具，隨著“兩山理論”的不斷實踐與“美麗浙江”戰(zhàn)略的深入實施，開展環(huán)境評價及其相關(guān)工作愈發(fā)顯現(xiàn)出重要的現(xiàn)實意義與深遠的歷史意義[3]。同時，環(huán)境評價與管理也是一個跨學(xué)科的研究性命題，世界各國和國際組織圍繞這一目標(biāo)，在環(huán)境管理理論框架、環(huán)境指數(shù)研究和環(huán)境核算等相關(guān)領(lǐng)域展開了深入的研究[4]。本研究選擇環(huán)境評價中極為重要的組成部分——水環(huán)境質(zhì)量動態(tài)綜合評價體系的構(gòu)建與實證研究開展研究工作。

目前，對于水環(huán)境綜合動態(tài)評價的定性與定量方法尚未有公認的標(biāo)準(zhǔn)化方法，水環(huán)境評價與管理主要采用多變量統(tǒng)計方法，包括回歸分析法[5]、主成分分析法[6]、模糊數(shù)學(xué)評價法[7]、灰色關(guān)聯(lián)分析法[8，9]、層次分析法[10，11]等。本研究采用綜合指數(shù)評價法，首先確定指標(biāo)體系組成，再根據(jù)確定的指標(biāo)體系完成原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，然后利用熵權(quán)法完成指標(biāo)權(quán)重確定，最后通過評價標(biāo)準(zhǔn)對綜合指數(shù)進行分級分類處理，進而確定水環(huán)境動態(tài)狀況所處靜態(tài)等級。

2.2 水環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)獲取及來源

原始數(shù)據(jù)主要來源于《杭州市統(tǒng)計年鑒》(2011年—2016年)和《杭州市水資源公報》(2011年—2016年)。

3 評價指標(biāo)體系的建立

基于水環(huán)境安全概念，在充分考慮杭州市經(jīng)濟發(fā)展、水資源條件和人類活動等因素的基礎(chǔ)上，初步建立水環(huán)境安全指標(biāo)評價體系，再根據(jù)已建立的水環(huán)境動態(tài)綜合PSR指標(biāo)體系，考慮各指標(biāo)所能反映的水環(huán)境狀況的能力，結(jié)合各指標(biāo)對杭州城市的水環(huán)境動態(tài)綜合評價的重要性，選取區(qū)域水資源環(huán)境、現(xiàn)有水資源開發(fā)利用、區(qū)域水環(huán)境污染、水環(huán)境治理績效、區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展等子系統(tǒng)與所含指標(biāo)共同建立杭州市水環(huán)境動態(tài)綜合評價體系[12]。在PSR框架內(nèi)，將水環(huán)境系統(tǒng)分為3個不同但又相互聯(lián)系的子系統(tǒng)，并分別用相應(yīng)的指標(biāo)類型來表達：壓力指標(biāo)反映人類活動給水環(huán)境造成的負荷；狀態(tài)指標(biāo)表征水環(huán)境環(huán)境質(zhì)量狀況；響應(yīng)指標(biāo)表征人類面臨水環(huán)境問題所采取的對策與措施。具體指標(biāo)體系見表1，根據(jù)所建立的綜合評價指標(biāo)體系對城市水環(huán)境的影響效果差異，根據(jù)影響差異分為正與負兩類。第一，影響為正：表1 中指標(biāo)體系的正向指標(biāo)值越高，表明現(xiàn)實中杭州城市水環(huán)境狀況越好，如杭州城市地下水資源、水資源總量[13-15]、杭州城市地表水資源、主城區(qū)劣五類以下河段比例、年降水量[16，17]等正態(tài)指標(biāo)體系；表1 中杭州城市水環(huán)境指標(biāo)體系中所列指標(biāo)絕對值越大，表明此項指標(biāo)對于提升杭州城市水環(huán)境能力越高，如杭州主城區(qū)排水管道密度、杭州主城區(qū)污水年處理量、杭州城市主要建成區(qū)水處理廠生產(chǎn)運營能力、杭州城市年度環(huán)保投資占GDP比重、杭州城市市政排水管道長度、杭州城市市政排水管道相對密度等。第二，影響為負：表1 中指標(biāo)體系的負向指標(biāo)值越高，表明杭州城市水環(huán)境狀況越差，如杭州城市建成區(qū)年末統(tǒng)計人口、杭州市國民生產(chǎn)總值、杭州市工業(yè)總產(chǎn)值、杭州市農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、杭州主城區(qū)有效農(nóng)業(yè)灌溉面積等[18-20]。其中，狀態(tài)指標(biāo)反映城市自然水生態(tài)狀況和城市建成區(qū)人類生產(chǎn)、生活相關(guān)活動所導(dǎo)致的水環(huán)境狀況變化[21]；表中杭州市水環(huán)境綜合評價指標(biāo)體系中的壓力指標(biāo)反映了產(chǎn)生水環(huán)境問題的原因與成因；表中杭州市水環(huán)境綜合評價指標(biāo)體系中的響應(yīng)指標(biāo)則反映所在城市治理水生態(tài)環(huán)境所做的文化、社會、經(jīng)濟、技術(shù)等領(lǐng)域的各種努力[22，23]。

從杭州城市水環(huán)境生態(tài)狀況、城市近年人口保有量、城市治理水生態(tài)環(huán)境所做努力和城市區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展帶來的水污染問題及涉及的各種治理關(guān)系出發(fā)，表1中提出的具有描述、診斷和判斷功能的“杭州城市水環(huán)境動態(tài)綜合評價指標(biāo)體系”[24-26]，具體包括壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)。表1中的壓力指標(biāo)用于衡量杭州城市水環(huán)境治理過程中的主要影響因素，響應(yīng)指標(biāo)用于衡量政府職能部門在杭州城市水環(huán)境治理以及水環(huán)境管理全過程中的投入和措施。此外，針對杭州市目前存在的水環(huán)境問題，利用綜合指數(shù)法進行評價分析，其方法為：第一，對評價指標(biāo)的實際值進行數(shù)據(jù)歸一化處理，得出各指標(biāo)的安全動態(tài)閾值。第二，對所選取的評價指標(biāo)體系用層次分析法賦權(quán)，求取各指標(biāo)的權(quán)重。將各個系統(tǒng)中各項指標(biāo)的安全動態(tài)閾值和其相應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重進行加權(quán)處理，得出各系統(tǒng)的安全動態(tài)閾值。第三，綜合評價度值則是將各指標(biāo)的安全動態(tài)閾值與相應(yīng)指標(biāo)總排序的權(quán)重值進行加權(quán)計算而得。

4 水環(huán)境評價分析結(jié)果

本研究選擇杭州區(qū)域水環(huán)境為研究對象，在理論研究及方法改進的基礎(chǔ)上，探索以典型統(tǒng)計建模方法，實現(xiàn)對杭州城市區(qū)域水環(huán)境綜合質(zhì)量狀況的定量化及動態(tài)化的評價研究，探索了城市水環(huán)境質(zhì)量預(yù)測的定量化方法與相關(guān)技術(shù)。同時，在杭州市內(nèi)東河、九號港等典型城市水域開展了實證研究，相關(guān)實證研究結(jié)果可為杭州市職能部門、相關(guān)研究院所決策研究工作提供一定參考。

本研究為研究杭州區(qū)域水環(huán)境的動態(tài)綜合定量化變化趨勢，依據(jù)人類對水環(huán)境的要求，將城市區(qū)域水環(huán)境動態(tài)綜合評價標(biāo)準(zhǔn)分為5個等級，即安全(理想狀態(tài))、較安全(良好狀態(tài))、臨界安全(較不安全狀態(tài))、不安全(較差狀態(tài))、極不安全(惡化狀態(tài))，并將極不安全的狀態(tài)值設(shè)為0，理想狀態(tài)值設(shè)為1.0，劃分為5個等級[27，28]。本研究以杭州市2011—2016年的水環(huán)境動態(tài)綜合變化趨勢作為評價目標(biāo)，將選取評價指標(biāo)的實際值代入對應(yīng)的評價函數(shù)，利用系統(tǒng)安全度及綜合安全度值的計算方法得到結(jié)果，所建立的動態(tài)綜合評價方法體系可作為對現(xiàn)有杭州市水環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法、模型的有益補充和理論、實證完善，相關(guān)結(jié)果見表2所示。水環(huán)境綜合評價結(jié)果表明(表2)，2011—2016年杭州城市水環(huán)境動態(tài)綜合指標(biāo)體系評價值0.353～0.615，具體數(shù)值由2011年的0.353上升至2016年的0.615，除個別年份綜合指標(biāo)值增幅有所不同外，杭州城市水環(huán)境動態(tài)綜合指標(biāo)體系評價值處于動態(tài)上升狀態(tài)。根據(jù)綜合評價結(jié)果(表2)可知，自浙江省提出五水共治、開展剿劣劣五類水專項整治運動以來的幾年里，杭州城市水環(huán)境、水生態(tài)綜合狀態(tài)不斷提高，城市水環(huán)境安全水平得到顯著改善。此外，通過建模分析與相關(guān)實證研究，在對年度截面靜態(tài)數(shù)據(jù)集合依照空間分布與時間過程實現(xiàn)有效耦合，對杭州城市內(nèi)東河等典型城市水域的重點斷面2011年以來的水環(huán)境質(zhì)量實現(xiàn)量化動態(tài)評價研究，分析結(jié)果集中展示和分析了杭州城市水域重點斷面2011年以來水環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀、特征和演化規(guī)律。上述實證研究結(jié)果，可為杭州城市“十三五”期間乃至更長時期內(nèi)實現(xiàn)資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供策略和決策建議。

表2 2011—2016年杭州市水環(huán)境動態(tài)綜合評價結(jié)果Tab.2 Dynamic comprehensive assessment of water environment in Hangzhou during 2011-2016

5 結(jié)語

本研究力求為杭州市合理開發(fā)水資源、利用水環(huán)境提供有效的決策信息，進一步完善水環(huán)境利用保護管理機制，實現(xiàn)杭州市水環(huán)境動態(tài)綜合發(fā)展趨勢與城市社會經(jīng)濟的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。基于上述原則與展望，構(gòu)建杭州城市水環(huán)境系統(tǒng)綜合評價體系，打造基于地理信息系統(tǒng)和科學(xué)管理思維的城市水環(huán)境綜合評價體系，對于進一步推進指導(dǎo)我國大中城市或者區(qū)域城市群水環(huán)境綜合治理工作，具有重要的理論指導(dǎo)意義。杭州城市水環(huán)境系統(tǒng)綜合評價體系最終形成一個能夠服務(wù)于各級城市水環(huán)境管理職能部門的動態(tài)綜合評價體系，為區(qū)域水環(huán)境綜合治理工作提供科學(xué)依據(jù)，有利于城市查找薄弱環(huán)節(jié)和存在問題，促進雨污分流、海綿城市等現(xiàn)代市政工程建設(shè)，形成社會對城市水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的社會共識，從而加強城市水環(huán)境協(xié)同意識。

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Construction and empirical study of dynamic evaluation index system of water environment system in Hangzhou

WANG Xiao-jun, DUAN Jia-xin, GUO Hui-min, XU Jing, YAO Xiao-ting, ZHU Dan-fei, GAO Zhen-yang

(College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University of Water Resources and Electric Power, Hangzhou 310018, China)

In order to make more scientific evaluation of water environment government governance performance, analyze the effect of the city group on the surrounding water environment, and build a comprehensive evaluation index system of city water environment, which has an important significance in analysis of particularity and complexity of overall water environment in Hangzhou. This research is based on the general ideas and principles of constructing the evaluation system of city water environment, using a variety of statistical modeling methods to establish dynamic comprehensive evaluation system of Hangzhou over the years, a systematic comprehensive scientific and reasonable evaluation on the present situation of water environment in Hangzhou was proposed, the serious influence of typical factors on water environment of Hangzhou were expounded, and some corresponding suggestions to improve the water environment of Hangzhou comprehensive quality were put forward.

Water environment; Evaluation system; Empirical research; Comprehensive evaluation

X820

： A

： 1674-8646(2017)16-0002-04

2017-06-20

杭州市哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃課題成果(Z17JC078)；浙江省社會科學(xué)界聯(lián)合會研究課題成果(2018N20)；浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計劃項目(2017C33060)；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201611481002)

王曉軍(1989-)，男，碩士。