云南省水环境可持续性时空分布研究

杨燕平 何开为 陆 颖

(1.云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034；2.云南大学国际河流与生态安全研究院，云南 昆明 650091；3.云南省国际河流与跨境生态安全重点实验室，云南 昆明 650091)

云南省水环境可持续性时空分布研究

杨燕平1，2何开为2，3陆 颖2，3

(1.云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034；2.云南大学国际河流与生态安全研究院，云南 昆明 650091；3.云南省国际河流与跨境生态安全重点实验室，云南 昆明 650091)

水环境可持续性体现社会发展与水环境的协调现状及趋势，关系到区域水环境安全。基于可持续性概念，综合考虑社会、经济和环境等各方面影响因素，构建云南省水环境可持续性多指标评价体系。通过GIS的空间分析技术评价2008-2012年云南省水环境可持续性时空分布情况，结果显示：2008-2012年期间，云南省水环境可持续性逐年下降，5年平均指数为0.616；全省水环境可持续性空间分布不均，迪庆地区可持续性指数为全省最高，昆明市为全省最低；全省水环境可持续性呈东低西高趋势，沿主要河流干流自上而下递减。

云南省；水环境；可持续性；空间分析；指标体系

1 引 言

水环境是生物赖以生存和发展的重要条件，但不断受到人类干扰和破坏，水环境的可持续性已成为当今世界主要的环境问题之一。对于水环境可持续性的实质，研究学者有不同定义[1-5]，本研究认为水环境可持续性是指在一定时段内，随着人口增长和社会经济发展，水环境在保持自我维持、自我调节稳定状态的同时，能够维持并提高对人类生存与生活服务的能力。社会与经济的飞速发展伴随着对水环境的破坏以及对水环境可持续性的削弱，同时，水环境可持续性又影响着区域社会经济发展的速度与规模。处理好社会、经济与水环境发展的矛盾关系问题，是实现经济社会与自然环境和谐发展的重要环节。透过水环境可持续性可以了解区域水环境质量状况和承载力状况，探求水环境与社会经济发展之间的协调关系以及相互影响程度，为地区经济与环境可持续发展战略制定提供直接科学依据。

近年来，关于水环境可持续性时空分布的研究相对较少，从云南省行政区域研究来看，针对水资源相关研究[6-16]较多，主要偏向于分析与评价水资源承载力、水资源时空分布格局、水资源配置、水资源利用效率以及监测能力等方面，鲜有针对云南省行政区域尺度的水环境可持续性时空分布研究。考虑到水环境可持续性涉及社会、经济、技术和资源环境等众多影响因子，采取指标体系评价[17-20]方法，建立水环境可持续性评价指标体系；运用层次分析法[21]确定各指标权重；结合地理信息系统[22](Geographic Information System，简称GIS)中矢量分析、栅格计算、统计分类分析等功能[23-24]，对2008-2012年云南省及各行政区域水环境可持续性进行空间分析评价，探讨全省水环境可持续性指数时空分布。

2 研究区概况及数据来源

2.1 研究区概况

云南省位于21°8′22″-29°15′8″N 和97°31′39″-106°11′47″E之间，土地总面积39 .4×104km2。省内地形高耸，山高谷深，地势由西北向东南呈梯状倾斜，海拔高差悬殊，地形地貌极为复杂。该区域基本属于亚热带高原季风型气候，处于东南季风和西南季风控制之下，又受西藏高原区的影响，形成了复杂多样的自然地理环境。全省水能与水资源总量丰富，仅次于西藏、四川两省区，居全国第3位，地表水资源主要分布于金沙江、澜沧江、珠江、红河、怒江、伊洛瓦底江等六大水系。

2.2 数据来源

全省及各州市的生活污水排放量、工业废水排放总量、COD排放量、化肥施用量、工业用水重复利用率、工业固体废物综合利用率、城市污水处理率和人口密度等数据来源于2009-2013年《云南统计年鉴》。功能区全因子评价水质达标率、水资源开发利用率、人均水资源量、万元GDP用水量和农田灌溉亩均用水量等数据来源于2008-2012年《云南省水资源公报》。各指标全国平均值来源于2009-2013年《中国环境统计年鉴》、2009-2013年《中国统计年鉴》和2008-2012年《中国水资源公报》。

3 研究方法

3.1 评价指标体系的建立

3.1.1 指标的选取与体系构建

构建合理、有效的指标体系是评价区域水环境可持续性的关键，直接影响到评价的准确性。参照杜金辉[25]指标选取方法和原则，结合云南省社会经济发展状况、水资源与水环境要素、技术管理等因素，筛选了13个基本评价指标，构建了云南省水环境可持续性(A)目标层、水质指数(B1)、水资源指数(B2)和社会经济环境指数(B3)要素层、C1-C13指标层三级层次结构指标体系，如图1所示。

图1 云南省水环境可持续性评价指标体系

水质指数反映水质状况和各行业生产消耗、居民生活污水排放对区域水体水质和水体纳污能力的影响。主要影响因素有生活污水排放量(C1)、工业废水排放总量(C2)、COD排放量(C3)、化肥施用量(C4)和水功能区全因子评价水质达标率(C5)。前四者对于水环境可持续性均为负效指标。水功能区全因子评价水质达标率可以反映区域水质达标状况以及水环境保护措施的完成水平，为正效指标。

水资源指数主要表征区域水资源开发利用状况和水资源量的大小，其关系到人口和经济水平不断增长下水量的可供给水平，同时也影响着水环境可持续性。水资源开发利用率(C6)体现区域用水量占水资源可利用量的比率，对于水环境可持续性为负效指标；人均水资源量(C7)越大说明用水压力相对较小，为正效指标。

社会经济环境指数主要表征社会经济的发展以及经济技术对水环境可持续性的影响。工业用水重复利用率(C8)、工业固体废物综合利用率(C9)和城市污水处理率(C10)反映了水资源重复利用效率和污水污染物的处理水平，均为正效指标。人口密度(C11)是评价社会人口密集状况的主要指标，一定区域内人口越多，产生生活废污水排放越多，对地区有限的水环境容量造成较大压力；万元GDP用水量(C12)以及农田灌溉亩均用水量(C13)都反映了单位生产要素的用水量，增强经济技术，降低每单位的用水量，可以提高水环境的可持续性；三者对于水环境可持续性均为负效指标。

3.1.2 指标权重的确定

在综合水环境可持续性评价指标体系各指标的影响力的基础上，结合云南省实际情况、相关研究文献[25-26]和专家意见，建立云南省水环境可持续性评价指标体系判断矩阵，见表1。根据此判断矩阵，利用层次分析法计算权重，得到水环境可持续性评价指标体系各指标权重，见表2。

表1 判断矩阵

注：CR为一致性比率，当CR<0.1时该矩阵一致性检验通过，说明权系数分配合理，该判断矩阵有效。

表2 水环境可持续性评价指标体系各指标权重

续表2

3.2 空间分析

3.2.1 数据标准化

由于各指标数据量纲和数量级不一，需要采取标准化处理。为提高标准化的合理性，在此引入各指标标准值即全国平均值，作为标准化的参照依据，见表3。同时，考虑到水环境可持续性评价指标对目标层的正负效应关系，正效指标按公式(1)进行标准化处理，负效指标按公式(2)进行标准化处理。处理后所得值均在0-1的范围内，其值越大，表示对水环境可持续性正面影响力越高。

表3 2008-2012年各指标全国平均值

3.2.2 分析方法

基于GIS中矢量化、栅格计算等技术对云南省水环境可持续性进行空间分析。利用ArcGIS10.0软件，按照数据的类型和层次建立其空间数据库和属性数据，将13个指标标准化值导入到云南省市级行政单元区划图的属性数据库中，栅格化各指标行政区域空间分布图。根据所得各指标权重，进行加权叠加分析，评价全省2008-2012年各州市水环境可持续性。可持续性指数介于0-1之间，数值越大，可持续性越高。参照张依然等人[27-28]研究，将可持续性划分为5种等级并分别赋予5级指数域，见表4。

表4 水环境可持续性分级评价标准

4 结果分析

利用ArcGIS得出全省各州市水环境可持续性空间分布图，如图2。根据计算结果，从时间和空间两个方面展开分析，如下：

基于空间尺度的横向分析认为：2008-2012年间，由于自然环境保护力度、社会经济技术水平、水环境污染程度的差异，水环境可持续性存在由滇东向滇西由弱到强的递增趋势。滇西北地区包括迪庆、怒江和丽江，主要以农业及旅游业作为支柱产业，工矿业开发程度低，废污水及COD等排放量较低，该地区三个州(市)的5年平均水环境可持续性指数均超过0.7，为全省最高，处于可持续性较高级别；滇东与滇中地区包括昆明、楚雄、大理、玉溪、曲靖和昭通，由于人口密度大，城市发展较快，工业化水平较全省其余地区高，导致生活污水排放量、工业废水排放量和COD排放量过高，水环境污染严重，该地区5年平均水环境可持续性指数为0.54，为全省水环境可持续性最低的区域，特别指出，昆明市水环境可持续性指数一直处于全省最低，从0.426降至0.383，生活污水排放量增幅为115.7%，水功能区全因子评价水质达标率从21.7%降至0%，水质的不断恶化和持续干旱是昆明市水环境可持续性降低的主要原因。；滇西南与滇东南地区5年平均水环境可持续性指数为0.6，水环境可持续性总体处于中等级别，其中，德宏、保山、普洱、西双版纳和文山等地均在0.6～0.66之间，红河和临沧相对较低为0.55左右，两地5年COD排放量分别位于全省第二和第三，是水环境可持续偏低的一个重要因素。

全省水环境可持续性最低的地区集中于昆明与曲靖两地，两地亦为全省社会经济发展最优州市，人口密集，工业化程度高，土地面积约占全省的13.52%；水资源总量仅占全省的6.95%，但废污水排放总量约占全省43.97%，COD排放量约占全省18.45%，水功能区全因子评价水质达标率为全省最低，说明两地水质恶化严重，对水环境可持续性产生重大负效影响。根据2010年杜鹃等人[8]对云南省水资源承载力的研究显示，隶属于昆明市的五华区、盘龙区、官渡区、西山区和呈贡区，以及曲靖市的麒麟区等地是全省水资源超载最严重的地区，说明水资源的超载亦为两地水环境可持续性低的重要影响因素之一。

结合云南省主要水系干流分布，云南省水环境可持续性沿各主要河流自上游至下游呈现递减趋势，上游地区水环境可持续性明显比下游地区高。例如：金沙江和澜沧江的上游——迪庆，水环境可持续性5年平均值为0.784。下游分别至昭通和普洱，5年可持续性指数均值分别为0.572和0.658。上下游的产业结构差异是造成此类现象的主要原因之一，上游地区是以农耕和畜牧为主的生产结构，人口密度低，对水环境的人为干扰程度低；下游地区工业发展水平高，人口密集，水环境承载压力大。

基于时间尺度的纵向分析得出：全省5年可持续性指数平均值为0.616，整体处于可持续性较高等级，极值比为1.11，由2008年的0.646逐年下降至0.587，如图2。除迪庆和德宏保持稳定外，其余各州市均有不同程度的下降。总体来看，5年间生活污水排放量、工业废水排放总量、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，同时，水功能区全因子评价水质达标率和人均水资源量有所下降，加上2009-2012年全省连续干旱，导致了全省水环境可持续性不断降低。图2 云南省各州市水环境可持续性评价

图3 2008-2012年云南省水环境可持续性指数

5 结论与对策

通过建立水环境可持续性评价指标体系，应用GIS技术对云南省各行政区域各指标进行分析计算，评价2008-2012年全省水环境可持续性空间分布情况。研究结论认为：

(1)云南省水环境可持续性存在由西向东，由上游至下游的递减走势，并且与区域社会经济发展程度存在一定负相关关系。研究区5年平均水环境可持续性由高到低排序为：迪庆、怒江、丽江、西双版纳、德宏、普洱、文山、大理、楚雄、保山、临沧、昭通、玉溪、红河、曲靖、昆明。

(2)滇西北地区处于水环境可持续性较高级别，滇东与滇中地区处较低级别，滇西南与滇东南地区处于中等级别。迪庆平均水环境可持续性指数全省最高，为0.784，是滇西北地区社会经济发展程度低但水环境可持续性高的典型区域。昆明和曲靖为水环境可持续性最低地区，是滇东和滇中地区社会经济发展程度高但水环境可持续性低的典型区域。

(3)云南省2008—2012年水环境可持续性指数平均值为0.616，整体处于可持续性较高等级，但受污染物排放大幅增加和四年连旱的影响，水功能区水质达标率降低，水环境承载压力增大，水环境可持续性指数逐年下降，从2008年的0.646降至2012年的0.587。

云南省拥有丰富的地表水资源，但2008-2012年期间水环境可持续性不断降低，且两级分化严重。应在调整产业结构和优化产业布局的同时，加大水环境基础设施和水利基础设施的投入，加强各水功能区建设和管理，严格控制污染物排放，提高相关水环境治理和污水再生利用技术，提高水资源使用效率，缓解水环境承载压力，增强社会经济发展与水环境可持续性协调水平，建立社会经济与水环境的良好可持续发展关系。

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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

项目资助：国家自然科学基金项目(41361094)；中国华能集团公司总部科技项目(HNKJ13-H17-03)

杨燕平，工程师，博士研究生，从事跨境生态安全、环境政策、环境规划与管理、生态环境损害赔偿研究

陆颖，博士，副研究员，从事生态水文及流域模拟研究

文献格式：杨燕平 等.云南省水环境可持续性时空分布研究[J].环境与可持续发展，2017，42(4)：152-156.

X21

A

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