杭州市水环境系统动态评价指标体系的构建与实证研究

王晓军，段佳欣，郭慧敏，徐 静，姚晓婷，朱丹菲，高震阳

(浙江水利水电学院 建筑工程学院，杭州 310018)

杭州市水环境系统动态评价指标体系的构建与实证研究

王晓军，段佳欣，郭慧敏，徐 静，姚晓婷，朱丹菲，高震阳

(浙江水利水电学院 建筑工程学院，杭州 310018)

为了更加科学评价政府水环境治理绩效，分析所在城市或者城市群对于周边流域水环境影响，构建城市水环境动态综合评价指标体系，对于科学认识杭州市水环境变化趋势，剖析杭州市水环境整体特殊性与复杂性具有重要意义。本研究基于构建城市水环境评价体系的一般思路和原则，运用多种统计建模方法，建立了杭州市动态综合评价体系对杭州市历年的水环境实际样本数据进行分析与整理，对杭州市水环境现状进行科学合理综合的系统性评价，阐释了严重影响杭州市水环境的典型因素，并对提升杭州市水环境综合质量提出了针对性建议。

水环境；评价体系；实证研究；综合评价

杭州市位于钱塘江下游、京杭大运河南端，是浙江省的政治、经济、文化和教育中心，随着互联网经济的快速崛起，近年来杭州迅速成长为我国重要的电子商务中心。杭州市丰富的水资源条件在保障杭州区域经济社会可持续发展方面发挥了重要作用，但是随着上游钱塘江、东苔溪两大流域经济社会快速发展，造纸、印染等高污染企业的存在造成水环境恶化和水污染等问题，杭州城市水资源和水环境状况不容乐观，严重制约杭州城市的可持续协调发展。因此，杭州城市亟须建立适用于杭州典型水域的具有高度系统性的水环境动态综合评价体系。

1 杭州市相关研究区概况

杭州位于中国东南沿海北部，地理坐标为坐标为东经118°21′-120°30′，北纬29°11′-30°33′，市中心地理坐标为东经120°12′，北纬30°16′。杭州处于亚热带季风区，气候受海洋调节以及季风环流影响较大，属于亚热带季风气候，区域雨量充沛，年降水量1 454 mm。同时，杭州地处长江三角洲南沿和钱塘江流域，城市西部有浙西丘陵区，地形复杂多样[1]。城市东部属杭嘉湖平原地区，河网密布，湖泊密布。近年来，随着杭州城市建成区进一步扩大，区域经济社会的快速发展，工农业废水、废渣、废气及各类生活污水大量排放，致使杭州城市区域内水域、河道、湖泊水环境质量日益恶化，杭州市水环境生态安全压力增大[2]。

2 研究方法

2.1 水环境评价方法

环境评价是人们认识和了解环境质量，以及科学合理评估人类活动对环境影响的重要工具，随着“两山理论”的不断实践与“美丽浙江”战略的深入实施，开展环境评价及其相关工作愈发显现出重要的现实意义与深远的历史意义[3]。同时，环境评价与管理也是一个跨学科的研究性命题，世界各国和国际组织围绕这一目标，在环境管理理论框架、环境指数研究和环境核算等相关领域展开了深入的研究[4]。本研究选择环境评价中极为重要的组成部分——水环境质量动态综合评价体系的构建与实证研究开展研究工作。

目前，对于水环境综合动态评价的定性与定量方法尚未有公认的标准化方法，水环境评价与管理主要采用多变量统计方法，包括回归分析法[5]、主成分分析法[6]、模糊数学评价法[7]、灰色关联分析法[8，9]、层次分析法[10，11]等。本研究采用综合指数评价法，首先确定指标体系组成，再根据确定的指标体系完成原始数据的标准化，然后利用熵权法完成指标权重确定，最后通过评价标准对综合指数进行分级分类处理，进而确定水环境动态状况所处静态等级。

2.2 水环境相关数据获取及来源

原始数据主要来源于《杭州市统计年鉴》(2011年—2016年)和《杭州市水资源公报》(2011年—2016年)。

3 评价指标体系的建立

基于水环境安全概念，在充分考虑杭州市经济发展、水资源条件和人类活动等因素的基础上，初步建立水环境安全指标评价体系，再根据已建立的水环境动态综合PSR指标体系，考虑各指标所能反映的水环境状况的能力，结合各指标对杭州城市的水环境动态综合评价的重要性，选取区域水资源环境、现有水资源开发利用、区域水环境污染、水环境治理绩效、区域社会经济发展等子系统与所含指标共同建立杭州市水环境动态综合评价体系[12]。在PSR框架内，将水环境系统分为3个不同但又相互联系的子系统，并分别用相应的指标类型来表达：压力指标反映人类活动给水环境造成的负荷；状态指标表征水环境环境质量状况；响应指标表征人类面临水环境问题所采取的对策与措施。具体指标体系见表1，根据所建立的综合评价指标体系对城市水环境的影响效果差异，根据影响差异分为正与负两类。第一，影响为正：表1 中指标体系的正向指标值越高，表明现实中杭州城市水环境状况越好，如杭州城市地下水资源、水资源总量[13-15]、杭州城市地表水资源、主城区劣五类以下河段比例、年降水量[16，17]等正态指标体系；表1 中杭州城市水环境指标体系中所列指标绝对值越大，表明此项指标对于提升杭州城市水环境能力越高，如杭州主城区排水管道密度、杭州主城区污水年处理量、杭州城市主要建成区水处理厂生产运营能力、杭州城市年度环保投资占GDP比重、杭州城市市政排水管道长度、杭州城市市政排水管道相对密度等。第二，影响为负：表1 中指标体系的负向指标值越高，表明杭州城市水环境状况越差，如杭州城市建成区年末统计人口、杭州市国民生产总值、杭州市工业总产值、杭州市农业总产值、杭州主城区有效农业灌溉面积等[18-20]。其中，状态指标反映城市自然水生态状况和城市建成区人类生产、生活相关活动所导致的水环境状况变化[21]；表中杭州市水环境综合评价指标体系中的压力指标反映了产生水环境问题的原因与成因；表中杭州市水环境综合评价指标体系中的响应指标则反映所在城市治理水生态环境所做的文化、社会、经济、技术等领域的各种努力[22，23]。

从杭州城市水环境生态状况、城市近年人口保有量、城市治理水生态环境所做努力和城市区域经济社会发展带来的水污染问题及涉及的各种治理关系出发，表1中提出的具有描述、诊断和判断功能的“杭州城市水环境动态综合评价指标体系”[24-26]，具体包括压力指标、状态指标和响应指标。表1中的压力指标用于衡量杭州城市水环境治理过程中的主要影响因素，响应指标用于衡量政府职能部门在杭州城市水环境治理以及水环境管理全过程中的投入和措施。此外，针对杭州市目前存在的水环境问题，利用综合指数法进行评价分析，其方法为：第一，对评价指标的实际值进行数据归一化处理，得出各指标的安全动态阈值。第二，对所选取的评价指标体系用层次分析法赋权，求取各指标的权重。将各个系统中各项指标的安全动态阈值和其相应的指标权重进行加权处理，得出各系统的安全动态阈值。第三，综合评价度值则是将各指标的安全动态阈值与相应指标总排序的权重值进行加权计算而得。

4 水环境评价分析结果

本研究选择杭州区域水环境为研究对象，在理论研究及方法改进的基础上，探索以典型统计建模方法，实现对杭州城市区域水环境综合质量状况的定量化及动态化的评价研究，探索了城市水环境质量预测的定量化方法与相关技术。同时，在杭州市内东河、九号港等典型城市水域开展了实证研究，相关实证研究结果可为杭州市职能部门、相关研究院所决策研究工作提供一定参考。

本研究为研究杭州区域水环境的动态综合定量化变化趋势，依据人类对水环境的要求，将城市区域水环境动态综合评价标准分为5个等级，即安全(理想状态)、较安全(良好状态)、临界安全(较不安全状态)、不安全(较差状态)、极不安全(恶化状态)，并将极不安全的状态值设为0，理想状态值设为1.0，划分为5个等级[27，28]。本研究以杭州市2011—2016年的水环境动态综合变化趋势作为评价目标，将选取评价指标的实际值代入对应的评价函数，利用系统安全度及综合安全度值的计算方法得到结果，所建立的动态综合评价方法体系可作为对现有杭州市水环境质量综合评价方法、模型的有益补充和理论、实证完善，相关结果见表2所示。水环境综合评价结果表明(表2)，2011—2016年杭州城市水环境动态综合指标体系评价值0.353～0.615，具体数值由2011年的0.353上升至2016年的0.615，除个别年份综合指标值增幅有所不同外，杭州城市水环境动态综合指标体系评价值处于动态上升状态。根据综合评价结果(表2)可知，自浙江省提出五水共治、开展剿劣劣五类水专项整治运动以来的几年里，杭州城市水环境、水生态综合状态不断提高，城市水环境安全水平得到显著改善。此外，通过建模分析与相关实证研究，在对年度截面静态数据集合依照空间分布与时间过程实现有效耦合，对杭州城市内东河等典型城市水域的重点断面2011年以来的水环境质量实现量化动态评价研究，分析结果集中展示和分析了杭州城市水域重点断面2011年以来水环境质量的现状、特征和演化规律。上述实证研究结果，可为杭州城市“十三五”期间乃至更长时期内实现资源与环境可持续发展提供策略和决策建议。

表2 2011—2016年杭州市水环境动态综合评价结果Tab.2 Dynamic comprehensive assessment of water environment in Hangzhou during 2011-2016

5 结语

本研究力求为杭州市合理开发水资源、利用水环境提供有效的决策信息，进一步完善水环境利用保护管理机制，实现杭州市水环境动态综合发展趋势与城市社会经济的协调可持续发展。基于上述原则与展望，构建杭州城市水环境系统综合评价体系，打造基于地理信息系统和科学管理思维的城市水环境综合评价体系，对于进一步推进指导我国大中城市或者区域城市群水环境综合治理工作，具有重要的理论指导意义。杭州城市水环境系统综合评价体系最终形成一个能够服务于各级城市水环境管理职能部门的动态综合评价体系，为区域水环境综合治理工作提供科学依据，有利于城市查找薄弱环节和存在问题，促进雨污分流、海绵城市等现代市政工程建设，形成社会对城市水环境可持续发展的社会共识，从而加强城市水环境协同意识。

[1] 曹睿，张慧君.杭州生态文明建设对策初探[J]. 环境科学导刊，2012，31(1)：26-27.

[2] 曹睿，张慧君.关于杭州生态文明建设的若干思考[J]. 环境科学与技术，2012 ，(S1)：428-430.

[3] 黄承梁.以人类纪元史观范畴拓展生态文明认识新视野——深入学习习近平总书记 “金山银山”与 “绿水青山”论[J].自然辩证法研究，2015，31(2)：123-126.

[4] 鞠美庭，朱坦. 国际战略环评实践追踪及中国对规划实施环境影响评价的管理程序和技术路线探讨[J]. 重庆环境科学，2003，25(11)：124-127.

[5] 颜剑波，阮晓红，孙瀚.多元回归分析在黄河水质预测中的应用[J].人民黄河，2010，32(3)：35-36.

[6] 任俊霖，李浩，伍新木，等.基于主成分分析法的长江经济带省会城市水生态文明评价[J].长江流域资源与环境，2016，25(10)：1537-1544.

[7] 徐健，吴玮，黄天寅，等.改进的模糊综合评价法在同里古镇水质评价中的应用[J].河海大学学报(自然科学版)，2014，(02)：143-149.

[8] 吴万刚.基于灰色关联分析法在区域水环境评价中的应用——以锦江河流域为例[J].农业科学与技术(英文版)，2015，16(4)：850-852.

[9] 申剑，史淑娟，周扬，等.基于改进灰色关联分析法的丹江口流域地表水环境质量评价[J].中国环境监测，2014，(05)：41-46.

[10] 孙亚飞，何俊仕，王捷，等.基于层次分析法的辽河干流水环境承载力评价研究[J].节水灌溉，2015，(05)：37-41.

[11] 白辉，刘雅玲，陈岩，等.层次分析法与向量模法在水环境承载力评价中的应用——以胶州市为例[J].环境保护科学，2016，(04)：60-65.

[12] 何焰，由文辉，吴健.上海市水环境生态安全评价[J].水资源保护，2006，22(6)：18-20.

[13] 马海良，徐佳，王普查.中国城镇化进程中的水资源利用研究[J].资源科学，2014，36(2)：334-341.

[14] 吴丹.中国经济发展与水资源利用脱钩态势评价与展望[J].自然资源学报，2014，29(1)：46-54.

[15] 高媛媛，许新宜，王红瑞，等.中国水资源利用效率评估模型构建及应用[J].系统工程理论与实践，2013，33(3)：776-784.

[16] 顾骏强，施能，王永波.近 50 年浙江省旱，涝气候变化及特征[J].热带气象学报，2001，17(4)：428-435.

[17] 吴昊旻，杨羡敏，姜燕敏.浙江省夏秋季降水量时空分布特征及趋势演变规律[J].中国农业气象，2011，32(3)：326-330.

[18] 汪嘉杨，郭倩，王卓.岷沱江流域社会经济的水环境效应评估研究[J].环境科学学报，2017，37(4)：1564-1572.

[19] 何月峰，沈海萍，冯晓飞，等.基于压力-状态-响应模型和 “五水共治” 决策的浙江省水环境安全评价[J]. 水资源保护，2016，32(6)：104-109.

[20] 朱静亚，朱延峰，闫荣义，等.后调水时代南水北调中线水源区水质生态安全保障对策研究[J].南阳师范学院学报，2016，15(6)：35-40.

[21] Tang T，Stevenson R J，Infante D M. Accounting for regional variation in both natural environment and human disturbance to improve performance of multimetric indices of lotic benthic diatoms[J]. Science of The Total Environment，2016，(568)：1124-1134.

[22] Wellington E M H，Boxall A B A，Cross P，et al. The role of the natural environment in the emergence of antibiotic resistance in Gram-negative bacteria[J]. The Lancet infectious diseases，2013，13(2)：155-165.

[24] Zhang Z，Lu W X，Zhao Y，et al. Development tendency analysis and evaluation of the water ecological carrying capacity in the Siping area of Jilin Province in China based on system dynamics and analytic hierarchy process[J]. Ecological Modelling，2014，(275)：9-21.

[25] Chen Y，Zhou H，Zhang H，et al.Urban flood risk warning under rapid urbanization[J]. Environmental research，2015，(139)：3-10.

[26] Feng L, Zhu X, Sun X. Assessing coastal reclamation suitability based on a fuzzy-AHP comprehensive evaluation framework: a case study of Lianyungang, China[J]. Marine pollution bulletin，2014，89(1)：102-111.

[27] Wang T, Xu S. Dynamic successive assessment method of water environment carrying capacity and its application[J]. Ecological Indicators，2015，(52)：134-146.

[28] Ma F，Li C，Wang X，et al. A Bayesian method for comprehensive water quality evaluation of the Danjiangkou Reservoir water source area, for the middle route of the South-to-North Water Diversion Project in China[J]. Frontiers of earth science，2014，8(2)：242.

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

杭州市哲学社会科学规划课题成果(Z17JC078)；浙江省社会科学界联合会研究课题成果(2018N20)；浙江省公益技术应用研究计划项目(2017C33060)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201611481002)

王晓军(1989-)，男，硕士。