基于多元回歸模型的地表水質量影響因素分析

陳亞寧 楊燕霄 田霖漪 康鎖倩 宋晶鑫

【摘要】在黨的十九大上，首次把“美麗”寫入了社會主義現代化強國目標，水污染防治就是其中一方面。對于天津市生態環境的2018年度報告可知，在20個國考斷面中，I -Ⅲ類水質斷面10個，占50.0%，劣V類水質斷面4個，占20.0%，水污染程度較高，影響了居民的生活質量以及天津市的可持續發展。以天津市津南區為例進行影響地表水的水污染的主要因素分析，運用計量經濟學中多元回歸模型找到高錳酸鹽指數，氨氮和總磷為主要因子，并提出了相關的對策和建議，以建設美麗天津。

【關鍵詞】地表水水污染;總磷;綜合污染指數;回歸檢驗

【中圖分類號】X824

【文獻標識碼】A

國家將水環境保護作為生態文明建設的重要內容。黨的十八大和十八屆二中、三中、四中全會對生態文明建設作出戰略部署。習近平總書記關于生態文明建設和生態環境保護作出一系列重要指示，強調要大力增強水憂患意識、水危機意識，從全面建成小康社會、實現中華民族永續發展的戰略高度，重視解決好水安全問題。

近幾年隨著城市化和工業化的發展，化學用劑和農藥等的大量使用使得地表水受到了嚴重的污染。天津市“十三五”規劃中大力加強生態文明建設，深入實施“美麗天津一號工程”，形成綠色發展的空間格局、產業格局、生產方式、生活方式和制度體系，打造水繞津城、城在林中、天藍水清、郁郁蔥蔥的宜居環境。而作為天津市四個環城區之一的津南區，根據《地表水環境質量標準》，區域內市管河道4條，區、鎮管河道23條，除個別指標劣于五類水標準，區、鎮管河道幾乎全部為劣五類水體，嚴重影響了人們的身體健康和生活質量以及我國的可持續發展，水治理問題的早日解決成為了人們的共同愿望，本文對于天津市津南區的水污染影響因素進行分析，找到影響程度較高的幾個因子，為津南區地表水的治理指明方向，使得天津市早日實現綠水青山的目標。

1 確定影響因素

根據數據的統計與分析，自然因素和人為因素是造成天津市水污染的兩個因素。人為污染是我們一般所說的水污染。它包括我們在日常生活中所產生的污水、工業在運作過程中排放的含有有害物的廢水以及在農業的農作物上產生的污染。

天津市人口密集度較高，所以會排出許多的生活污水，這種生活污水中有機物含量較高。所以選取高錳酸鹽指數為解釋變量x1，高錳酸鹽指數越高，說明水體受到有機物污染的程度越嚴重。

工業在運作過程中排放的含有有害物的廢水是主要污染源，里面污染物質多并且構成不簡單，有著較大的毒性，天津市津南區已形成機械等20多個工業門類，大量廢水會在生產的過程中排出，而且這些廢水中的有機質，在降解時消耗大量溶解氧，易引起水質發黑變臭等現象，所以選取解釋化學含氧量（ mg/L）為X2。

津南區的農業有著一段較為悠久的歷史，由于農業生產而產生的水污染源中降水則是一大攜帶者，它所形成的徑流和滲流把土壤中的氮、磷和農藥帶入水體，由農副產品加工廠的有機廢物排入水體，于是造成水質惡化，使得河流、水庫等造成大面積的污染。所以將氨氮和總磷（ mg/L）分別作為解釋變量X3和X4。

水污染綜合污染指數可作為被解釋變量Yt。

2 數據收集與分析

2.1 數據收集

本文從天津市生態環境局官網搜集到津南區2018年7月到2019年9月的地表水水環境質量監測數據，數據完整準確，見表1。

2.2 數據分析

由表1中數據可知，近期的天津市津南區的地表水的綜合污染指數基本大于臨界值2，對應的水質狀況為嚴重污染，相當部分檢出值超標數倍或幾十倍，并且各項指數幅度不大，說明水質問題沒有有效的得到解決，情況不容樂觀。

3 模型設定與參數估計

3.1 模型設定

運用Eviews-10.0軟件，將上面搜集到的數據輸入，通過相關圖，可以看出每一因素與水污染綜合指數具有某種程度上的線性相關關系，并且通過了格蘭杰因果關系檢驗，以綜合污染指數為被解釋變量Y1，高錳酸鹽指數，化學含氧量，氨氮和總磷（ mg/L）分別為解釋變量X1、X2、X3、X4，建立如下多元線性回歸方程：

Yt= β0+β1X1+ β2X2+ β3X3+β4X4+μt

上式中，β0為無其他影響因素下的水污染綜合指數，β1、β2、β3、β4為待估參數，μt為隨機擾動項。

3.2 參數估計

將數據輸入并運用最小二乘法對模型參數進行估計，由此可得回歸方程為：

Yt=-0.476877+0. 129197X1+0.022348X斗0543146X3+1.893663X4。根據輸出結果，其中R2=0.989922，說明方程擬合優度較好，高錳酸鹽指數，化學含氧量，氨氮和總磷對綜合污染指數有顯著影響，并且四個解釋變量的F檢驗和t檢驗的統計變量P值小于0.05，也都通過，說明方程和解釋變量的系數顯著不為零，模型有意義，但是DW=1.515074，說明具有序列相關性，還需要進行進一步的完善。

4 模型的檢驗與修正

4.1 平穩性檢驗

Y的ADF檢驗中，從Y的參數值來看，其t統計量在0.05置信度下為-3.154679，小于測試臨界值-2.376897，拒絕存在單位根的零假設，所以可斷定水污染綜合指數Yt時間序列是穩定的。

X1、X2、X3、X4的ADF檢驗中，從參數值來看，其t統計量在置信度為0.05下分別為-3.64536、-3.093481、一2.801389、-3.983617，分別小于其臨界值-2.791172、一3.003364、-2.098896、-3.261577，均拒絕存在單位根的零假設，可判斷高錳酸鹽指數，化學含氧量，氨氮和總磷的數據平穩。

結果都通過檢驗，解釋變量和被解釋變量為平穩序列，可以進行下一步分析。

4.2 經濟意義檢驗

根據上述的參數估計，得到的解釋變量系數均為正值，其中高錳酸鹽指數和化學含氧量較高，說明水中的有機物含量高，污染程度深，則綜合污染指數也會提高;氨氮和總磷是導致水富營養化的主要物質，他們含量的增高會導致綜合污染程度加深，水污染綜合指數也會升高，因此模型符合經濟意義。

4.3 統計檢驗

4.3.1 擬合優度檢驗。R2=0.989922，修正后的R2=0.985890，接近于1，說明方程的擬合優度較好，高錳酸鹽指數，化學含氧量，氨氮和總磷含量對綜合污染指數有很強的解釋力。

4.3.2 t檢驗。根據回歸結果，α=0.05的情況下，四個解釋變量的t統計量的伴隨概率P值都小于0.05，通過了t檢驗，四個解釋變量的系數顯著不為0。

4.3.3 F檢驗。根據回歸結果，α=0.05的情況下，F統計量的伴隨概率P值都小于0.05，通過了F檢驗，說明該方程顯著不為0。

4.4 計量經濟學檢驗與修正

4.4.1 異方差性的檢驗。由于樣本數據為時間序列數據，所以不存在異方差性。

4.4.2 多重共線性的檢驗與修正。四個解釋變量為高錳酸鹽指數，化學含氧量，氨氮和總磷，這幾個變量之間可能存在較密切的關系，具有相同方向的變化趨勢，并且收集數據范圍過窄，有時會造成變量間存在多重共線性問題，所以進行了相關的檢驗，得到相關系數矩陣。在結果中得出有些相關系數r>0.7，說明變量之間高度相關，存在多重共線性問題，表中可以看出X3與Yt最為相關，以此為基礎將變量進行逐一回歸，通過考慮經濟意義與統計檢驗兩個方面，剔除一些對被解釋變量影響不顯著的變量，最后確定如下模型：

Yt=-0.453230+0.196754X1+0.541688X3+2.216571X4

4.4.3序列相關性的檢驗與修正。經濟變量是對經濟現象的客觀反應，同一經濟變量在前期和后續時期總存在一定的相關性，在上述模型中的D-W值為1.164712，時間序列相關D-W檢驗判別落在了不能確定區域，說明該模型存在序列相關性，需進行處理修正。運用迭代法修正后，結果如下：

Yt=-0.299821+0.198570X1+0.546393X3+1.542934X4

該模型中，在n=15，k=3的條件下，查表可知dL=0.82，du=1.75，此時D-W=1.969506，落人了無序列關區，解決了序列相關性，并且R2=0.992701，方程的擬合優度變得更好了，t檢驗和F檢驗的伴隨概率都小于0.05，模型達到最優狀態。

經過一系列的數據處理，最終表明天津市津南區地表水綜合污染指數的主要影響因素為高錳酸鹽指數、氨氮以及總磷含量。根據回歸的最終結果，當高錳酸鹽指數變動1單位時，綜合污染指數平均變動0.198570個單位;氨氮變動1單位時，綜合污染指數平均變動0.546393個單位;總磷變動1單位時，綜合污染指數平均變動1.542934個單位，相比而言，總磷對于綜合污染指數影響程度最深。下面對于其相關原因進行了具體分析。

5 對策及建議

5.1 積極建設再生利用及城鎮污水處理設施

要確保相關設施的良好運行，使得排放達到相應標準，推進新建、擴建污水處理廠項目以及各鎮、開發區及工業園區污水處理廠建設工作。加快配套城鎮污水管網，擴大收水范圍。

5.2 加大工業污染防治力度

以“誰污染，誰治理”、建設項目“三同時”為原則。實施差別化環境準入政策，明確相關區域的準人條件，對于較為重點的行業進行整治，把嚴重污染企業采取取締措施，對裝備水平低、環保設施差的小型工業企業進行全方位的排查，并對于不符合規定的企業進行取締。

5.3 對地表水系統進行治理與完善

科學確定生態流量，增加生態用水量，加強水域水量調度管理，合理安排閘壩下泄水量和泄流時段，維持基本生態用水需求，保障中心城區及環城四區生態用水。

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[作者簡介]陳亞寧（1998-），女，河北淶源人，本科生。