从水污染防治角度出发的全国分省域水环境安全研究

路瑞，赵越，续衍雪，谢阳村（环境保护部环境规划院 ，北京 100012）



从水污染防治角度出发的全国分省域水环境安全研究

路瑞，赵越，续衍雪，谢阳村*
（环境保护部环境规划院 ，北京 100012）

摘 要针对我国日益严峻的水环境安全问题，本文从水污染防治角度出发，依据影响我国水环境安全的关键污染问题，即水环境质量、水污染物排放、水环境风险，构建了水环境安全指标体系。利用相关分析法、主成分分析法，简化、优化评价指标体系。利用层次分析法与专家打分法，估算各指标权重，采集各指标数据对全国31个省（自治区、直辖市）2011—2013年的水环境安全状况进行评估。结果表明：该指标体系在一定条件和范围内是合理的，我国水环境安全大体呈西高中东低的空间分布，京津冀区域水环境安全评价值较低。“十三五”时期，京津冀地区应着重于降低主要污染物浓度，削减劣V类断面比例，提高水环境质量，海南、福建、广东等地区着力于减少农业等水污染物排放强度，湖南等地区则需要重点关注涉重企业的污染物排放。

关键词水污染防治；水环境安全；层次分析法；指标体系

*责任作者：谢阳村（1983—），女，副研究员，博士，研究方向为流域规划管理。

引言

随着我国社会经济的不断发展，特别是伴随着水环境污染产生的一系列水环境问题直接限制了人类社会的生存和发展。水环境安全已成为关系到人类生存与发展的战略问题，同时也是影响国家安全和国际关系的重要方面。习近平总书记在中央财经领导小组第五次会议上的讲话中指出，水已经成为我国严重短缺的产品，成为制约环境质量的主要因素，成为社会经济发展面临的严重安全问题。我国水污染防治工作开展以来取得了积极成果，从水污染防治出发，科学地进行水环境安全评价，识别水污染防治重点显得尤为重要。

目前在水环境安全问题的研究上，Al-Otaibi和Abdel-Jawad［1］、Morel和Linkov［2］、Rijiberma［3］、王西琴［4］、熊正为［5］、韩宇平［6］、曾畅云［7］、刘宏［8］、沈静［9］、钟振宇［10］等从不同角度出发，分析了流域水环境安全评价指标，运用不同的方法对水环境安全进行了综合评价。而当前，我国40%左右的河湖被严重污染，湖泊富营养化面积扩大了约60倍，水污染成为影响水环境安全的重要原因。本研究从水污染防治角度出发，构建了水环境安全评价指标，并对全国31个省（自治区、直辖市）的水环境安全状况进行系统评估，分析“十三五”各省份水环境安全防控的重点方面。

1　从水污染防治角度出发的水环境安全评价指标体系构建

1.1评价指标体系构建原则

通过文献调研，在总结已有研究的基础上，从与水污染防治密切相关的水污染物排放、水环境质量和水环境风险三个方面建立相应的指标体系。在建立水环境安全指标体系时遵循以下原则：①全面性原则。基于水污染防治的水环境安全评价指标必须反映与水污染防治工作相关的水环境质量、水污染物排放、水环境风险三个方面对水环境安全的影响，所含指标尽可能考虑周全。②科学性原则。指标体系的构建必须建立在科学的基础上，客观、真实、全面地反映全国水环境的污染物排放、水环境质量和水环境风险等状况，选取物理意义明确、指标概念明确、测定方法标准、统计方法规范的指标。③可操作性原则。水环境安全指标体系中的指标应尽量简化，计算方法应简单。同时综合考虑数据可获得性、可比性，指标体系要与现有国家统计指标体系衔接，易于获取，便于计算，使用性强。④系统性原则。基于水污染防治的水环境安全出发点是水污染防治，这就要求指标体系能全面反映水污染防治的总体特征。同时，指标体系应能够在一个较长时间内保持其连续性，并能体现与时俱进，根据不同时期经济社会发展对水环境安全的要求修改指标体系。

1.2评价指标初选

评价指标体系的初选旨在建立一个评价指标全集，而对指标的个数、指标间的内在联系等均不做过多要求。初选对指标体系全集的构造力求全面，从与水污染防治密切相关的水环境质量、水污染物排放和水环境风险出发， 以维持水环境安全为最终目的。指标体系全集应包括与之相关的水污染物排放、水环境质量和水环境风险指标三部分。本研究共选取24个指标，如表1所示。

表1　水污染防治的水环境安全指标

1.3评价指标优化

根据2013年国控断面水质监测数据、《中国环境统计年报2013》、《中国城市建设统计年鉴2013》、国家统计局各省份2013年度国民经济和社会发展有关数据，采集全国各省（自治区、直辖市）的上述指标数据。

评价指标筛选的原则是在不失全面的基础上尽量减少指标个数。对1.2节中的指标进行筛选，采用定性与定量相结合的方法，通过专家系统、理论分析和相关性分析滤掉具有明显相关性的部分指标，定性确定指标体系的基本形态，再采用主成分分析法滤掉在主成分上载荷较小的指标，定量分析确定最终指标，这样既可消除众多信息中相互重叠的部分， 又尽可能地保持了信息的完整性。以上操作均可在SPSS 20中完成，在此不做赘述。

经上述分析后对初建指标体系进行筛选优化后得到的水污染防治的水环境安全评价指标体系共计三类17个指标，针对17项指标构建了基于水污染防治的水环境安全评价的AHP 分析模型（图1）。模型主要分三个层次：①目标层A，这是模型的最终核算和决策最终目标，即基于水污染防治的水环境安全；②准则层B，这是该模型指标要素层的分类要素，即从水污染防治角度核算水环境安全综合值的三类要素，包括水环境质量、水污染物排放和水环境安全；③指标层C，这是模型中核算水环境安全的具体指标。

图1　基于水污染防治的水环境安全指标体系构建图

1.3.1水环境质量

水环境质量主要是各省（自治区、直辖市）河流水质和饮用水水质情况，通过主要污染物浓度、劣V类断面比例及饮用水水源达标率来体现各省（自治区、直辖市）的水环境质量状况。主要污染物浓度越高、劣V类断面比例越高，则水环境质量状况越差，水环境安全越低；饮用水水源达标率越高，饮水越安全，水环境越安全，因此河流国控劣V类断面比例以及河流COD、氨氮和总磷浓度设为负向指标，地表水和地下水集中式饮用水源达标率设为正向指标。

1.3.2水污染物排放

以各省（自治区、直辖市）工业和生活污染物排放强度以及化肥使用强度来体现各省（自治区、直辖市）污染强度，污染强度越大，则对水质影响越大，不利于水环境安全，设为负向指标；污水处理率体现了各省（自治区、直辖市）污染物的处理水平，污水处理率越高，越有利于水环境安全，设为正向指标。

1.3.3水环境风险

以工业废水中重金属（如汞、砷、六价铬）排放量、化工企业个数、农药使用强度、突发环境事件次数体现各省（自治区、直辖市）潜在的环境风险，上述指标值越大，环境风险越大，越不利于水环境安全，故设为负向指标。

1.4评价指标体系权重的确定

考虑到基于水污染防治的水环境安全是由多因素组成的，各因素在系统的整体变化中所起作用不同，对水环境安全的影响程度也不同，本研究中采用AHP［11］方法来确定各指标的权重，为水环境安全评价提供依据。

层次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是美国运筹学家萨蒂（Saaty T.L.）［12］于20世纪70年代提出的一种定性方法与定量分析方法相结合的多目标决策分析方法。它通过建立系统结构层次模型，按照9级标度法对各指标进行重要性对比，构建判断矩阵，通过层次单排序和总排序及一致性检验，计算随机一致性比率C.R.，当C.R.＜0.1时，认为矩阵具有满意的一致性，否则重新构造判断矩阵，直到具有满意的一致性为止。本研究采用yaahp软件完成上述计算，本研究中C.R.（ A） = 0.008 8＜0.1. C.R.（ B1）=0.003 8＜0.1时，C.R.（B2） =0.004 4＜0.1. C.R.（ B3） =0.029 8＜0.1，即权重分配合理。

1.5数据标准化处理

为了避免计算结果受到指标量纲和数量级的影响，保证其具有客观性和科学性，在进行运算之前，必须要对各项指标进行归一化处理。本文中采用极差标准化方法，首先将指标分为正向指标和负向指标，指标数值越大，表明环境安全度越好，称为正向指标；指标数值越大，表明环境安全度越差，称为负向指标。对于正向指标，采用公式（1）进行归一化；对于负向指标，采用公式（2）进行归一化。

式中，fi为归一化后的指标值；xi为第i项指标的原始值；max （xi）为第i项指标原始值的最大值；min （xi）为第i项指标原始值的最小值。

1.6水环境安全评价分值计算

水环境安全分值采用加权求和法，通过每一层指标确定权重，然后与对应的单项指标分值相乘并求和，得到最后的综合评价分值。根据得到的权重wi与归一化数值fi，计算水环境安全分值P，如公式（3）。

2　评价结果及分析

按照以上所建立的水环境安全指标体系与评估方法，对全国各省（自治区、直辖市）**由于数据限制，本研究未涉及中国香港、澳门和台湾地区，特此说明。2011—2013年进行了水环境安全评估，如表2所示。

表2　水污染防治的水环境安全指标权重

结合水环境质量、水污染物排放和水环境风险的评价状况，图2和图3更直观地反映了从水污染防治角度出发的全国各省（自治区、直辖市）水环境安全状况。由图2可知，各省（自治区、直辖市）的综合评价值中，大部分省（自治区、直辖市）的水环境质量评价值所占比重比较大，而西藏、安徽等10省份水环境风险评价值所占的比重大，说明上述10省份的水环境安全受到水环境风险的影响较大。由图2、图3可知，从水污染防治角度看，全国各省（自治区、直辖市）水环境安全评价分值总体提高，侧面说明我国水污染防治工作取得了积极进展。

图2　2013年全国各省份水环境安全评价状况

从空间分布看，水环境安全大体呈西高中东低的空间分布。根据评估结果，西部地区的贵州、宁夏、青海等省份的水环境安全分值处于全国31个省（自治区、直辖市）的上游水平，而北京、天津、河北等中东部省份的水环境安全分值则相对较低，处于全国的下游水平。从2011年以来的水环境安全评价看，基本保持了上述的空间分布特征，京津冀区域基本处于下游水平，该区域也将是“十三五”时期水污染防治工作的重点区域。

从水环境质量角度看，河流国控劣V类断面、河流主要污染物浓度成为影响水环境安全的主要因素。2013年全国共有河流型国控劣V类断面80个，其中，河北、云南两省的劣V类断面约占全国劣V类断面总数的28%。此外，安徽、山西等省的劣V类断面也较多。从主要污染物浓度看，近1/3省（自治区、直辖市）的主要污染物浓度高于全国平均水平。其中河北省的河流化学需氧量和总磷浓度为全国最高，分别是全国平均水平的2倍和3.3倍，山西省的氨氮浓度为全国最高，是全国平均水平的4倍，总磷和化学需氧量浓度在全国各省份中也较高，分别为全国平均水平的2.6倍和1.8倍。上述省份“十三五”时期应重点关注消除劣V类水体，降低主要污染物浓度，改善水环境质量。

从水污染物排放角度看，农业化肥施用强度、生活污染物排放强度成为影响水环境安全的首要因素。2013年全国平均每公顷使用农业化肥359.1kg，海南、陕西、福建、广东等17个省份的施用强度均高于平均水平，尤其是海南、陕西、福建、广东，化肥施用强度分别为560.8kg/hm2、566.2 kg/hm2、526.0 kg/hm2、519.2kg/hm2，远超全国平均水平。2013年生活COD和氨氮排放强度分别为6.57kg/人和1.042kg/人，海南、广东、江西等17个省份的生活COD排放强度超过全国平均水平，其中海南最高，为8.86kg/人；上海、海南等16个省份的生活氨氮排放强度高于全国平均水平，其中上海最高，为1.67kg/人。西藏、青海城市污水处理率分别为0.06% 和61.64%，远远低于全国平均水平。“十三五”时期上述省份应致力于降低农业源和生活污染的排放强度，以提升水环境安全水平。

从水环境风险角度看，工业重金属污染物排放量、农药使用强度成为影响水环境安全的潜在因素。其中湖南省工业废水中砷和汞排放量全国最高，分别约占总排放量的38%和29%，江西省工业废水中六价铬排放量全国最高，约占全国总排放量的30%；从农药使用情况看，全国近一半以上省份农药使用强度高于全国10.95kg/hm2的平均水平，海南更是达到51.28kg/hm2，其次为浙江、福建和广东，分别达到26.90kg/hm2、25.22kg/hm2和23.44kg/hm2。“十三五”时期，控制上述省份涉重企业的污染物排放以及农药使用量将是上述省份水环境安全需要重点关注的领域。

图3　2011—2013年全国各省份水环境安全评价状况

3　结论与建议

（1）2013年，从水污染防治角度出发，全国水环境安全的优劣顺序为贵州省、宁夏回族自治区、青海省、新疆维吾尔自治区、黑龙江省、重庆市、甘肃省、四川省、广西壮族自治区、辽宁省、西藏自治区、海南省、福建省、吉林省、河南省、内蒙古自治区、湖北省、安徽省、山东省、陕西省、云南省、江西省、浙江省、江苏省、广东省、上海市、北京市、天津市、湖南省、河北省和山西省。京津冀区域水环境安全评价值相对较低，水环境安全存在较大威胁。

（2）本研究中选取评估的数据是从全省（自治区、直辖市）范围内进行的评估，在一定条件和范围内合理，不排除部分省（自治区、直辖市）内部的个别区域的重大水环境安全隐患。针对各省（自治区、直辖市）表现出来的特质性的水环境安全问题，需要各省（自治区、直辖市）采取有针对性的措施，因地制宜，改善水环境质量，降低污染物排放，防范环境风险，保障水环境安全。

（3）从水污染防治角度出发的水环境安全评价体系涉及指标众多，包括有毒有害污染、有机污染、人类健康危害等多方面，因此需要进一步收集相关数据，完善评价体系，进一步提高评价结果的科学性与指导性。

参考文献

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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

中图分类号：X52

文章编号：1674-6252（2016）03-0048-05

文献标识码：A

DOI：10.16868/j.cnki.1674-6252.2016.03.048

基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX-07601001-005）。

作者简介：路瑞（1982—），女，助理研究员，研究方向为流域规划管理，E-mail: lurui@caep.org.cn。