水環境敏感度分析模型在太子河流域中的應用

李曉娜

(營口市水利勘測建筑設計院有限公司，遼寧 營口 115000)

太子河屬于渾河的重要支流，近些年來隨著流域社會經濟的快速發展，太子河流的水環境狀況不容樂觀[1]。多個研究成果表明[2-6]，太子河流水環境得到一定程度的改善，但是總體水質質量還是存在遞減變化。為加大太子河流域的水環境保護，需要對流域水環境影響因素進行分析，確定主要敏感因素，重點對敏感因素進行分析和探討，從而提高流域的水環境質量[7]。近些年來，對于水環境影響因素敏感性分析逐步得到國內學者的廣泛關注和研究，取得一定的研究成果[8-15]，其中環境庫茲涅茲曲線通過多要素分析水環境影響因素的敏感程度，在許多區域水環境影響因素敏感度分析中應用效果較好，但是在太子河流域還未得到相關應用，為此文章結合環境庫茲涅茲曲線，對太子河流域水環境影響因素的敏感度進行分析，研究成果對于制定太子河流域水環境保護規劃具有參考意義。

1 水環境敏感度分析模型

廢水排污量(C)，區域經濟收入(Y)與水資源耗水量(E)按照環境庫茲涅茲曲線假定存在一定的相關性，其回歸方程為

C=a0+a1Y+a2Y+a3E+ε

(1)

式中，a0，a1，a2，a3—回歸系數；ε—回歸方程誤差。

區域水環境受社會發展水平綜合影響，環境庫茲涅茲曲線假定廢水排污量作為社會發展水平HDI，即

C=a0+a1Y+a2Y2+a3E+a4·MAN+a5·HDI+ε

(2)

式中，MAN—生產附加值；HDI—社會發展水平系數。

面板單位根檢驗采用簡單計量經濟方法進行檢驗，即

(3)

式中，Wi，t—變換向量；ΔX—統計變量；i—統計單元數；j—變換單元數目；β—變換系數；ξ—方程誤差。在進行單根檢驗時，需要建立統計檢驗量：

(4)

式中，σ—方差檢驗值；w′—變量轉化值；N—統計單元總數；A′—變量轉換矩陣。回歸系數的檢驗方程為

(5)

式中，r—方程自相關系數；v—回歸變量；δ—回歸系數。對單根進行協整檢驗：

(6)

式中，Wit、Xj，it—不同變量的一階自積。

2 太子河水環境影響因素敏感性分析

2.1 太子河流域概況

太子河流域面積為13493km2，河流長363km，河流平均比降為0.740‰，多年平均年降水量為767.5mm，多年平均年徑流深為253.4mm，流域平均寬度為37.2km，河道彎曲系數為1.7，河流形狀系數為0.10，河網密度為0.4。流域面積在10km2以下的一級支流有60條，二級支流177條，三級支流106條，四級支流14條；流域面積為10～50km2的河流有285條；流域面積為50～100km2的河流有31條；流域面積為100～1000km2的河流有37條；流域面積為1000～5000km2的河流有4條。

2.2 單根檢驗結果

對各水環境影響因素進行單根檢驗，檢驗結果見表1。

表1 環境庫茲涅茲曲線水環境指標影響單根檢驗結果

從表1可看出，一階差分格式下IPS平穩假設檢驗和BRETIUNG無效假設均低于平均檢驗值，一階差分格式下的LLG平穩假設檢驗高于平均檢驗值，因此環境庫茲涅茲曲線的LLG平穩檢驗值通過單根檢驗。

2.3 協整檢驗結果

對太子河流域環境庫茲涅茲曲線的變量指標進行協整檢驗，檢驗結果見表2。

從表2可看出，各評價指標的協整檢驗統計結果均高于-3.0，表明各指標均可通過90%的協整檢驗水平，太子河流各水環境指標的影響度均可通過協整檢驗，太子河流域水環境指標對流域影響度均較高，協整檢驗水平相比于傳統檢驗，更能突出流域水環境指標之間的相關性，而水環境影響指標之間的關聯度不可被忽略，因此協整檢驗水平要好于傳統檢驗水平。從兩種檢驗方式的概率分析結果可看出，傳統檢驗水平下維度內和維度間的概率值總體為0.0021～0.0082，概率值均低于0.01；而協整檢驗水平下，太子河流域各水環境指標之間的概率值要高于傳統檢驗水平下各水環境指標檢驗值，表明協整檢驗下各水環境指標具有較好的顯著相關度。

表2 太子河流域環境庫茲涅茲曲線水環境指標影響協整檢驗結果

2.4 太子河流域水環境影響敏感度

在各水環境指標檢驗的基礎上，結合環境庫茲涅茲曲線對太子河流域各水環境影響指標進行定量分析，分析結果見表3—4。

表3 以廢水排污量指標為變量的分析結果

分別以太子河流域廢水排污量和宏觀經濟可持續度作為變量分析各指標對流域水環境質量的綜合影響，從兩個變量分析的結果可看出，人均GDP與排污量之間的彈性尺度在0.4以下，區域排污率遞增0.36%、水資源人均消耗比例以及貿易開放度將遞增2%，而排污人均比例將達到2.63%。而將太子河流域宏觀經濟可持續度作為變量指標進行環境庫茲涅茲曲線分析時，指標回歸系數為1.352～-2.451，表明在區域排污率增加2%的前提下，社會發展水平以及經濟貿易開發度分別增加2%，排污量以及生產附加值比例將分別提高1.053%和0.47%，污水排放量以及排污量的遞增比例將超過2%。

表4 以宏觀經濟可持續度為變量的分析結果

3 研究結論

(1)傳統檢驗水平下維度內和維度間的概率值總體為0.0021～0.0082，概率值均低于0.01，而協整檢驗水平下，太子河流域各水環境指標之間的概率值要高于傳統檢驗水平下各水環境指標檢驗值，表明協整檢驗下各水環境指標具有較好的顯著相關度。

(2)在太子河流域排污率增加2%的前提下，社會發展水平以及經濟貿易開發度分別增加2%，排污量以及生產附加值比例將分別提高1.053%和0.47%，污水排放量以及排污量的遞增比例將超過2%。

文章未對太子河水環境影響原因進行探討，在以后的研究中還應對其水環境影響因素進行重點分析。