基于多元回归模型的地表水质量影响因素分析

陈亚宁 杨燕霄 田霖漪 康锁倩 宋晶鑫

【摘要】在党的十九大上，首次把“美丽”写入了社会主义现代化强国目标，水污染防治就是其中一方面。对于天津市生态环境的2018年度报告可知，在20个国考断面中，I -Ⅲ类水质断面10个，占50.0%，劣V类水质断面4个，占20.0%，水污染程度较高，影响了居民的生活质量以及天津市的可持续发展。以天津市津南区为例进行影响地表水的水污染的主要因素分析，运用计量经济学中多元回归模型找到高锰酸盐指数，氨氮和总磷为主要因子，并提出了相关的对策和建议，以建设美丽天津。

【关键词】地表水水污染;总磷;综合污染指数;回归检验

【中图分类号】X824

【文献标识码】A

国家将水环境保护作为生态文明建设的重要内容。党的十八大和十八届二中、三中、四中全会对生态文明建设作出战略部署。习近平总书记关于生态文明建设和生态环境保护作出一系列重要指示，强调要大力增强水忧患意识、水危机意识，从全面建成小康社会、实现中华民族永续发展的战略高度，重视解决好水安全问题。

近几年随着城市化和工业化的发展，化学用剂和农药等的大量使用使得地表水受到了严重的污染。天津市“十三五”规划中大力加强生态文明建设，深入实施“美丽天津一号工程”，形成绿色发展的空间格局、产业格局、生产方式、生活方式和制度体系，打造水绕津城、城在林中、天蓝水清、郁郁葱葱的宜居环境。而作为天津市四个环城区之一的津南区，根据《地表水环境质量标准》，区域内市管河道4条，区、镇管河道23条，除个别指标劣于五类水标准，区、镇管河道几乎全部为劣五类水体，严重影响了人们的身体健康和生活质量以及我国的可持续发展，水治理问题的早日解决成为了人们的共同愿望，本文对于天津市津南区的水污染影响因素进行分析，找到影响程度较高的几个因子，为津南区地表水的治理指明方向，使得天津市早日实现绿水青山的目标。

1 确定影响因素

根据数据的统计与分析，自然因素和人为因素是造成天津市水污染的两个因素。人为污染是我们一般所说的水污染。它包括我们在日常生活中所产生的污水、工业在运作过程中排放的含有有害物的废水以及在农业的农作物上产生的污染。

天津市人口密集度较高，所以会排出许多的生活污水，这种生活污水中有机物含量较高。所以选取高锰酸盐指数为解释变量x1，高锰酸盐指数越高，说明水体受到有机物污染的程度越严重。

工业在运作过程中排放的含有有害物的废水是主要污染源，里面污染物质多并且构成不简单，有着较大的毒性，天津市津南区已形成机械等20多个工业门类，大量废水会在生产的过程中排出，而且这些废水中的有机质，在降解时消耗大量溶解氧，易引起水质发黑变臭等现象，所以选取解釋化学含氧量（ mg/L）为X2。

津南区的农业有着一段较为悠久的历史，由于农业生产而产生的水污染源中降水则是一大携带者，它所形成的径流和渗流把土壤中的氮、磷和农药带入水体，由农副产品加工厂的有机废物排入水体，于是造成水质恶化，使得河流、水库等造成大面积的污染。所以将氨氮和总磷（ mg/L）分别作为解释变量X3和X4。

水污染综合污染指数可作为被解释变量Yt。

2 数据收集与分析

2.1 数据收集

本文从天津市生态环境局官网搜集到津南区2018年7月到2019年9月的地表水水环境质量监测数据，数据完整准确，见表1。

2.2 数据分析

由表1中数据可知，近期的天津市津南区的地表水的综合污染指数基本大于临界值2，对应的水质状况为严重污染，相当部分检出值超标数倍或几十倍，并且各项指数幅度不大，说明水质问题没有有效的得到解决，情况不容乐观。

3 模型设定与参数估计

3.1 模型设定

运用Eviews-10.0软件，将上面搜集到的数据输入，通过相关图，可以看出每一因素与水污染综合指数具有某种程度上的线性相关关系，并且通过了格兰杰因果关系检验，以综合污染指数为被解释变量Y1，高锰酸盐指数，化学含氧量，氨氮和总磷（ mg/L）分别为解释变量X1、X2、X3、X4，建立如下多元线性回归方程：

Yt= β0+β1X1+ β2X2+ β3X3+β4X4+μt

上式中，β0为无其他影响因素下的水污染综合指数，β1、β2、β3、β4为待估参数，μt为随机扰动项。

3.2 参数估计

将数据输入并运用最小二乘法对模型参数进行估计，由此可得回归方程为：

Yt=-0.476877+0. 129197X1+0.022348X斗0543146X3+1.893663X4。根据输出结果，其中R2=0.989922，说明方程拟合优度较好，高锰酸盐指数，化学含氧量，氨氮和总磷对综合污染指数有显著影响，并且四个解释变量的F检验和t检验的统计变量P值小于0.05，也都通过，说明方程和解释变量的系数显著不为零，模型有意义，但是DW=1.515074，说明具有序列相关性，还需要进行进一步的完善。

4 模型的检验与修正

4.1 平稳性检验

Y的ADF检验中，从Y的参数值来看，其t统计量在0.05置信度下为-3.154679，小于测试临界值-2.376897，拒绝存在单位根的零假设，所以可断定水污染综合指数Yt时间序列是稳定的。

X1、X2、X3、X4的ADF检验中，从参数值来看，其t统计量在置信度为0.05下分别为-3.64536、-3.093481、一2.801389、-3.983617，分别小于其临界值-2.791172、一3.003364、-2.098896、-3.261577，均拒绝存在单位根的零假设，可判断高锰酸盐指数，化学含氧量，氨氮和总磷的数据平稳。

结果都通过检验，解释变量和被解释变量为平稳序列，可以进行下一步分析。

4.2 经济意义检验

根据上述的参数估计，得到的解释变量系数均为正值，其中高锰酸盐指数和化学含氧量较高，说明水中的有机物含量高，污染程度深，则综合污染指数也会提高;氨氮和总磷是导致水富营养化的主要物质，他们含量的增高会导致综合污染程度加深，水污染综合指数也会升高，因此模型符合经济意义。

4.3 统计检验

4.3.1 拟合优度检验。R2=0.989922，修正后的R2=0.985890，接近于1，說明方程的拟合优度较好，高锰酸盐指数，化学含氧量，氨氮和总磷含量对综合污染指数有很强的解释力。

4.3.2 t检验。根据回归结果，α=0.05的情况下，四个解释变量的t统计量的伴随概率P值都小于0.05，通过了t检验，四个解释变量的系数显著不为0。

4.3.3 F检验。根据回归结果，α=0.05的情况下，F统计量的伴随概率P值都小于0.05，通过了F检验，说明该方程显著不为0。

4.4 计量经济学检验与修正

4.4.1 异方差性的检验。由于样本数据为时间序列数据，所以不存在异方差性。

4.4.2 多重共线性的检验与修正。四个解释变量为高锰酸盐指数，化学含氧量，氨氮和总磷，这几个变量之间可能存在较密切的关系，具有相同方向的变化趋势，并且收集数据范围过窄，有时会造成变量间存在多重共线性问题，所以进行了相关的检验，得到相关系数矩阵。在结果中得出有些相关系数r>0.7，说明变量之间高度相关，存在多重共线性问题，表中可以看出X3与Yt最为相关，以此为基础将变量进行逐一回归，通过考虑经济意义与统计检验两个方面，剔除一些对被解释变量影响不显著的变量，最后确定如下模型：

Yt=-0.453230+0.196754X1+0.541688X3+2.216571X4

4.4.3序列相关性的检验与修正。经济变量是对经济现象的客观反应，同一经济变量在前期和后续时期总存在一定的相关性，在上述模型中的D-W值为1.164712，时间序列相关D-W检验判别落在了不能确定区域，说明该模型存在序列相关性，需进行处理修正。运用迭代法修正后，结果如下：

Yt=-0.299821+0.198570X1+0.546393X3+1.542934X4

该模型中，在n=15，k=3的条件下，查表可知dL=0.82，du=1.75，此时D-W=1.969506，落人了无序列关区，解决了序列相关性，并且R2=0.992701，方程的拟合优度变得更好了，t检验和F检验的伴随概率都小于0.05，模型达到最优状态。

经过一系列的数据处理，最终表明天津市津南区地表水综合污染指数的主要影响因素为高锰酸盐指数、氨氮以及总磷含量。根据回归的最终结果，当高锰酸盐指数变动1单位时，综合污染指数平均变动0.198570个单位;氨氮变动1单位时，综合污染指数平均变动0.546393个单位;总磷变动1单位时，综合污染指数平均变动1.542934个单位，相比而言，总磷对于综合污染指数影响程度最深。下面对于其相关原因进行了具体分析。

5 对策及建议

5.1 积极建设再生利用及城镇污水处理设施

要确保相关设施的良好运行，使得排放达到相应标准，推进新建、扩建污水处理厂项目以及各镇、开发区及工业园区污水处理厂建设工作。加快配套城镇污水管网，扩大收水范围。

5.2 加大工业污染防治力度

以“谁污染，谁治理”、建设项目“三同时”为原则。实施差别化环境准入政策，明确相关区域的准人条件，对于较为重点的行业进行整治，把严重污染企业采取取缔措施，对装备水平低、环保设施差的小型工业企业进行全方位的排查，并对于不符合规定的企业进行取缔。

5.3 对地表水系统进行治理与完善

科学确定生态流量，增加生态用水量，加强水域水量调度管理，合理安排闸坝下泄水量和泄流时段，维持基本生态用水需求，保障中心城区及环城四区生态用水。

[参考文献]

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[3]胡德秀，李立，张艳等，渭河干流陕西段综合治理前后的水质变化与趋势[J].水土保持通报，2018，38 （5）：97-102.

[4]国家环境保护总局，中国2003年环境状况公报[J].环境保护，2004，32 （7）：3-17.

[作者简介]陈亚宁（1998-），女，河北涞源人，本科生。