基于MEKC曲线对大凌河水环境因素进行定量探析

2020-08-21彭博

水利科学与寒区工程 2020年4期

彭博

(法库县农业技术推广与行政执法中心，辽宁法库 110400)

受人类社会、经济快速发展影响，流域水环境已经逐步成为社会关注和研究热点[1]。社会经济、人类生产生活与水环境之间的关系密不可分，是水环境影响的重要因素[2]。国外学者为对水环境各因素进行贡献度的定量分析，研究出一条基于水环境与社会经济发展关系的曲线，该曲线即为著名的环境库兹涅兹曲线[3]。90年代国内许多学者应用该曲线对流域水环境影响贡献度进行分离研究，从而为流域水环境保护规划提供重要参考值[4-10]，然后有多项研究成果表明，环境库兹涅兹曲线在许多区域评估效果有所欠缺，重点在于其未能考虑社会经济发展因素，并有学者对其进行修正[11-15]，研究结果表明修正后的环境库兹涅兹曲线更适合国内河流水环境的变化特点，分析结果更为合理，但该修正曲线在辽宁地区还未得到应用，近些年来，辽宁省加大对区域河流的水环境保护，尤其是在大凌河，通过多年的大凌河保护规划，大凌河生态环境得到一定程度修复，但还是存在少许的水环境问题，为加大大凌河保护，流域开展了水环境治理重点规划，而规划的重要依据是对其水环境影响度进行定量分析，为此本文结合修正的环境库兹涅兹曲线，对大凌河水环境的影响因素进行贡献度的综合分析。

1 MEKC曲线计算方法

环境库兹涅兹曲线以区域财政收入(Y)、生产生活排污量(C)、以及水资源消耗的水量(E)作为评估指标进行相关分析，方程如式(1)：

C=a0+a1Y+a2Y2+a3E+ε

(1)

式中:a0、a1、a2、a3为方程的相关系数；ε为误差值。

修正曲线综合考虑社会发展水平对水环境的影响程度，在上述三个因素基础上增加社会发展系数HDI作为废水排放的重要指标，修正方程如式(2)所示：

C=a0+a1Y+a2Y2+a3E+

a4MAN+a5HDI+ε

(2)

式中:MAN为区域生产附加比例。

2 实例研究

2.1 区域指标概况

大凌河为辽西地区最大的河流，辽宁省境内的集水面积占河流总面积的86%，辽宁地区流经的城市为锦州市、朝阳区以及阜新地区。大凌河属于水资源相对短缺的流域，流域内人均占有量仅为365 m3，不足全省比重的一半，在全国人均占用量的比重的1/6，从2000年开始，大凌河流域经济得到快速发展，2011年区域生产总值达到170.69亿元，是1978年生产总值的210.62倍之多。由于区域社会经济的快速发展，大凌河水环境受到不同程度的影响，流域综合污染指数呈现递增趋势，通过近些年的生态环境保护治理，大凌河流域水环境得到一定程度的改善，为深度对大凌河流域生态环境影响因素进行分析，结合改进的环境库兹涅兹曲线对其水环境因素进行定量分离。

2.2 曲线的单根检验统计结果

在曲线进行修正后，首先需要对水环境各影响因素的单根检验，修正前后曲线检验结果如表1和表2所示。

表1 修正前EKC曲线单根检验效果

表2 修正后MEKC曲线单根检验效果

从三种检验数据对比检验结果均可看出，采用修正曲线后，其单根检验均值变化相比于修正前总体较为平稳，采用修正曲线进行检验后，水环境各影响因素IPS检验数据的均值变化最大，为-0.479，因此其差分值也要高于其他两个类型数据。相比于曲线修正前，修正曲线在IPS类型数据下变化较为不稳定，而从LLG类型数据变化检验统计值可看出，其水环境影响各因素变化的差分格式值均要大于均值，表明LLG类型数据下各水环境因素假设检验平稳度较低。BRETIUNG为模型检验无效数据，从该类型数据的检验效果可看出，采用修正曲线后，各检验统计值均要低于修正曲线后的统计值，表明无效检验数据有效降低，曲线在水环境影响度定量分析的标准得到提高。

2.3 曲线协整度分析结果

环境库兹涅兹曲线对水环境影响度分离准确度的关键在于其协整度的检验，对比曲线修正前后的协整度，如表3所示。

表3 各统计尺度下协同度分析结果

从不同尺度下的修正前后环境库兹涅兹曲线的协同度分析结果可看出，相比于修正前，各维度下曲线修正后的统计值和概率值都有所减少，表明相比于修正前，曲线修正后的协同度得到明显改善，从而增加环境库兹涅兹曲线在大凌河水环境影响因素定量分离的准确度，从统计结果可看出，修正前后的曲线在区域生产总值(GDP)以及社会经济发挥系数(HDI)上存在明显的倒U型关系，曲线修正后，由于综合考虑社会发展系数的影响，使得其更符合区域河流水环境变化的特点。

2.4 修正曲线下大凌河水环境影响因素定量分离结构

在曲线两种检验方式分析基础上，对比修正前后的环境库兹涅兹曲线在大凌河流域水环境影响因素的定量分离效果，如表4、表5以及表6和表7所示。

表4 采用修正曲线下的各影响因素分离结构(C作为变量)

表5 采用传统曲线下的各影响因素分离结构(C作为变量)

表6 采用修正曲线下的各影响因素分离结构(GS作为变量)

表7 采用传统曲线下的各影响因素分离结构(GS作为变量)

表4和表5为假定区域排污量为动态变化进行分析，修正后各影响因素分离度分别为2.253、-0.276、0.839、0.365、0.089、1.525以及-5.263，且均较为明显，各因素分离度表明区域排污量均值和区域生产总值GDP之间的弹性尺度在2.245～0.236之间，从修正曲线各水环境因素分离度的对比结果可看出，修正后各因素分离度降低，这主要是因为修正曲线增加了社会经济发展水平作为考量指标，从而使得其他因素分离度有所减小。在排污量动态变化及水资源人均消耗率递增1%条件下，区域排污量将递增0.946%,贸易开放度提升1%的前提下，排污量递增率将达到0.541%，生成附加比例提高1%的条件下，排污量递增率将提高到0.075%，区域社会经济发展度MHDI提高1%的前提下，大凌河流域排污量将递增到1.952%。而当假定大凌河流域宏观经济可持续度GS动态变化的情况下，修正后各影响因素分离度分别为1.636、-0.845、1.042、0.195、0.063、-0.0326以及-7.247(表6)，相比于假定排污量的动态变化下，水环境影响因素更低。修正前各因素影响度和假定排污量动态变化较为一致(表7)。在假定大凌河流域宏观经济可持续度GS动态变化条件下，当大凌河流域水资源人均消耗率递增1%条件下，区域排污量将递增0.843%,贸易开放度提升1%的前提下，排污量递增率将达到0.447%，生成附加比例提高1%的条件下，排污量递增率将提高到0.062%，区域社会经济发展度MHDI提高1%的前提下，大凌河流域排污量将递增到1.765%。