影响水污染事件发生的宏观诱因和时滞性分析

张官兵，安 伟,*，赵 燊

(1.中国科学院生态环境研究中心，环境水质学国家重点实验室，北京 100085；2.中国科学院大学，北京 100049)

快速发展的经济不可避免地会对环境带来一定影响。1995年，经济学家Grossman等[1]首次提出，环境与经济增长之间可能存在倒U型曲线，即环境库兹涅茨曲线(EKC)。EKC揭示出环境质量开始随着收入增加而退化，收入水平上升到一定程度后随收入增加而改善。经济发展和水污染之间的关系密切，人类的经济活动不可避免要产生污水，而水污染最终会对经济发展产生负面影响[2-4]，经济发展虽为GDP总量带来了贡献，但随之就会带来生态环境的破坏，不断增加环境治理成本[5-9]。研究经济发展与水污染关系文献中，主要有EKC、投入产出模型、GIS空间聚类和灰色关联等分析环境的研究方法[10-13]，主要探究国内一些省内的经济效益与水污染的关系，数据取自范围较小，缺乏对环保投入发挥效益存在的时间差。基于以上的问题，本文通过定量的方法，分别统计分析了2000年—2018年全国各省(直辖市)经济发展与水污染关系的关联性，数据覆盖程度较大，在一定程度上弥补了国内在该研究领域的不足，特别是为环境管理的绩效考核提供了新的参考。

1 研究方法

1.1 数据选用

本文收集了全国各省(直辖市)的GDP、工业废水排放总量、企业注册单位数、环境污染治理投资总额、突发性水污染事件案例数据，将全国环境污染治理投资总额作为主要的国内经济发展研究指标，选用国内近几年各地区突发的水污染事件案例数表示水污染程度，利用水污染事件出现的频次来确定水污染严重程度的指标[14-18]。

通过运算获得2000年—2018年全国各省(直辖市)的GDP值，以及全国环境污染治理投资总额与国内GDP生产总值的比值，以下称为环保投入。本文数据均来源于国家统计局官网，通过查找中国知网安全与环境学报的《国内环境事件统计》、第十分册——城市供水应急案例库及知识库系统(课题名称：水质监测关键技术及标准化研究与示范，课题编号：2008ZX07420-001)等文献，综合整理得到了国内水污染事件案例以及国内多种指标与水污染数据，结果如表1和表2所示。

表1 2000年—2018年多种指标与全国(除港澳台、西藏)水污染事件

表2 2000年—2018年各省份多种指标与水污染事件

1.2 分析方法

本文通过Excel软件统计绘制了散点图，用线性回归的方法对国内多种数据指标与水污染频次之间的关系进行了探究，通过R2的检验，找出了最优线性回归时的数据指标作为研究对象[19-21]。通过SPSS软件对结果进行分析检验，从检验的参数值进行判定各类指标对水污染的影响程度和置信程度，检验其是否具有显著相关性。

2 我国经济发展和水污染的实证分析

2.1 水污染事件发生的时间分布

图1为2000年—2018年国内主要水污染事件发生频次。由图1可知，我国在2004年—2012年水污染事件发生频次较高，从2000年起，水污染事件呈现逐步增加的态势，2003年—2004年出现猛增状态，而在2004年至2006年则保持较为平缓，2006年—2007年走势略显下降，但在2007年—2008年，我国水污染事件出现急剧增加的现象，2008年我国水污染事件发生数目最多，水污染事件达250余起，达到这些年的最大值。总体而言，水污染事件发生频次呈现倒“U”型，2008年，根据我国发生的其他重大事件，导致水污染事件频发的可能原因与我国部分省份如浙江、江西、安徽、江苏、广东、湖南、湖北、河南、重庆、四川、贵州、云南、陕西、宁夏、青海、甘肃、新疆等地的自然灾害有一定关系，如雪灾、“5·12”汶川地震、“9·8”山西襄汾溃坝事件等。2008年之后我国水污染事件总体呈现下滑趋势，2017年之后略有回升。

图1 我国2000年—2018年水污染趋势(不包含港澳台、西藏)

由表1与表2可知，2000年—2018年，我国GDP总产值和环境污染治理投资总额每年呈现递增的趋势，广东省作为一线发达地区，其GDP总产值处于领先水平，紧随其后的省份主要有江苏、山东、浙江等，而海南、宁夏、青海等省份的GDP总产值则相对较低。

2.2 水污染事件发生的空间分布

图2为我国各省(直辖市)水污染事件发生频次，水污染事件高发地区依次出现在广东、浙江、江苏、湖北、福建、陕西、四川、湖南、四川、山东、广西、河南、重庆等地。其中江西、甘肃，贵州、上海、辽宁，宁夏、天津，分别保持持平数据，对于发生污染事件最高的省份广东，据不完全统计，在过去的近20年内，广东省在该年限内的水污染事件达209起，位居其他各省首位。以广东省为例，通过统计相关数据发现，造成广东水污染事件的主要原因有交通事件、重金属、管道事件引起的重油类物质、泥沙、工业排放的废水(包括偷排和处理未达标的废水)、生活污水和垃圾等，而广东省作为珠江三角洲工业区的发展中心省份，出现这些情况与其经济发展带来的水污染事件的发生具有较好的一致性。其次，浙江、江苏、湖北、福建、陕西、湖南等地，而宁夏、天津、新疆、青海等地发生的水污染事件频次较少。

图2 我国各省(直辖市)水污染事件发生频次

水污染事件流域分布如图3所示。我国河流按照水系主要为珠江水系、长江水系、黄河水系、淮河水系、辽河水系、海河水系和松花江水系7大水系。黄河水系起源于我国青海省中部偏南地区巴彦喀拉山，途经四川、甘肃、宁夏、内蒙、山西、陕西、河南、山东等，最终注入山东渤海。黄河途经的9个省份中，结合图2，通过概略数值计算，水污染频次依次为陕西132起、山东128起、四川102起、河南96起、甘肃53起、山西31起、内蒙29起、宁夏15起、青海9起，总数为595起。长江水系起始于西藏唐古拉山脉主峰格拉山脉格拉丹东雪山的西南侧，是我国的一大水系，长江干流流经我国的地区有青海、西藏、四川、云南、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海等地，支流经过贵州、广西、甘肃、陕西、河南、广东、浙江、福建等地，污染事件依次分布为青海9起、西藏(无数据)、四川102起、云南56起、湖北118起、湖南97起、江西64起、安徽75起、江苏178起、上海44起、贵州41起、广西102起、甘肃53起、陕西132起、河南96起、广东209起、浙江156起、福建118起，总数为1 650起。珠江水系主要流经我国的湖南、云南、贵州、广东、江西、广西6个省份，发源于云贵高原乌蒙山最终流经广东至南海，污染事件分布依次为广东209起、广西102起、湖南97起、江西64起、云南56起、贵州41起，事件总数为569起。海河水系主要分布于我国的华北地区，水污染事件为北京41起、天津21起、河北62起、山西31起、山东128起、河南96起、辽宁60起以及内蒙的部分地区29起，总数为468起。淮河水系主要是在黄河及长江水系之间，干流渠道发源于河南，流经洪泽湖形成双向支流，一支经过江苏省境内最终注入长江，另外一条通过江苏境内以北地区汇入黄海，污染事件依次分布为河南96起、江苏178起，总数为274起。松花江水系主要分布于我国的东北地区，污染事件依次分布为黑龙江25起、吉林32起、辽宁60起，总数为117起。辽河水系主要分布在我国的东北地区的西南区域，开始于河北省，流经我国的内蒙、吉林、辽宁等地，最终流入渤海，其中内蒙近年的污染事件数为29起、吉林32起、辽宁60起，总数为119起。

图3 水污染事件流域分布

运用Excel和SPSS软件统计分析了多种指标与水污染频次的关系，其线性回归分析结果如表3所示，水污染事件发生率与各指标的线性回归关系如图4～图8所示。

图4 2000年—2017年水污染事件发生率与GDP增长率回归关系

图5 2004年—2017年各省(直辖市)工业废水排放总量与水污染事件数回归关系

图6 2010年—2017年各省(直辖市)注册企业法人单位数与污染事件数的回归关系

图7 各省(直辖市)GDP与水污染事件的回归关系

图8 全国环境污染治理投资总额/GDP与水污染事件的回归关系(a)时差为0年;(b)时差为2年;(c)时差为4年;(d)时差为6年

表3 多种指标与水污染频次的线性回归分析结果

2.3 水污染事件率与GDP增长率线性回归结果

由图4与表3可知，水污染事件发生率与GDP增长率具有一定相关性，P=0.002<0.05，R2为0.457。但相关程度不是很高，说明影响水污染事件的发生因素还受到其他因子的影响，GDP增长率不是唯一指标。

2.4 工业废水排放总量与水污染事件线性回归结果

我国工业发展较为迅速，水资源利用程度较高，同时近年水污染事件增加，本文对我国2004年—2017年全国各地区的工业废水排放总量进行了统计，并与该年限内的突发水污染事件建立了联系。由图5和表3可知，我国工业废水排放量较大的省份为广东、江苏等工企业较多的地区，与上述论证具有一定的吻合程度。

通过线性回归模拟发现，我国的工业废水排放总量与水污染事件具有较好的回归效果，R2为0.778 4，P<0.05，相关性显著。说明我国各省(直辖市)水污染事件的发生很大程度受到当地废水排放的影响。

2.5 企业注册数与水污染事件线性回归结果

由表2可知，我国在2010年—2017年注册企业单位数量最多的省份是江苏省，占据全国之首，其次为广东省、浙江省、山东省等，青海、海南、宁夏等地注册企业数量较少，其余省份注册数量总体较为均衡。从水污染事发频数来看，事件发生最多的省份在广东省、江苏省、陕西省等地，水污染事件较低的省份有青海、宁夏、新疆等地，我国各地区水污染事件发生频次与当地注册企业单位数量具有一定的吻合性。

由图6与表3可知，二者线性关系较好，相关性显著，P<0.05，R2为0.667，具有较好的回归效果。说明我国各省(直辖市)的水污染事件的发生频次一定程度上受到当地的国内企业注册程度的影响。

2.6 各省GDP增长和水污染事件的线性回归结果

运用Excel和SPSS软件统计绘制了自2000年—2018年全国30个省(直辖市)国内生产总值GDP和水污染事件的回归分析结果(图7)。

由表2与图7可知，水污染事件随着各省(直辖市)GDP的增加而增加，在一定程度上说明我国近年经济不断提升的同时，水污染事件发生频率也显著升高。因此，建议加大相关法律体系及执法力度，加强水污染事件的管控[22-23]。

2.7 我国环保投入和水污染事件的线性回归结果

通常环保投入会降低环境污染的风险，进一步降低事件发生率，考虑到环保投入发挥作用，可能存在时间的延迟。根据环境与经济增长之间可能存在倒U型曲线，将每年环保投入和事件发生率按每2年进行时差回归分析。2000年—2017年环保投入GDP占比与2000年—2017年水污染事件频数发生率回归关系如图8(a)所示(时差为0年)，该曲线关系拟合度并不高，R2为0.087 8，但呈现出正相关。在经济发展的快速发展初期，由于经济增长很快，环保投入占比很少，导致水污染事件率很高，虽然环保投入比例持续加大，但仍未达到遏制水污染事件发生快速增长趋势的效果，水污染事件发生并未明显下降。

2000年—2015年环保投入GDP占比与2002年—2017年污染事件频数发生率回归关系如图8(b)所示(时差为2年)，该曲线关系回归效果并不是很好，R2为0.099 6，但呈现出负相关，意味着环保投入开始抑制事件增长的趋势[24-25]。

2000年—2013年环保投入GDP占比与2004年—2017年水污染事件频数发生率回归关系如图8(c)所示(时差为4年)，该年限内环保投入和水污染事件发生频次呈线性关系，R2为0.619 1，呈现较好的负相关，表明环保投入持续增加可阻止水污染事件持续增长。

2000年—2011年环保投入GDP占比与2006年—2017年水污染事件频数发生率回归关系如图8(d)所示(时差为6年)，该年限内环保投入和水污染事件发生频次呈线性关系，R2为0.594 1，呈现负相关，但是相关性较时差为4年时变差。因此，在一定时间范围内，国内环境污染治理投资比例持续增加对水污染事件的发生有显著的影响，但存在着时间上的延迟[26-27]。

3 结论

鉴于国内该方面的研究短板，为增加水污染源诱因分析，进而更好地预防水污染事件，本文通过收集大量的水污染事件案例，结合多种研究指标数据，通过回归分析的方法，选用近年全国及各省(直辖市)的多种数据，分析了其与水污染事件发生的关联性，数据覆盖程度较大，在一定程度上弥补了国内在该研究领域的不足，为环境领域的绩效考核提供一定技术参考。

(1)我国各省(直辖市)经济发展与其当地水污染事件发生率具有显著性的关系，随着各省(直辖市)经济的增长，其水污染事件也出现频次增加的趋势。

(2)我国的水污染事件发生率与工业废水排放量以及注册企业单位数有较好的回归关系，污染类型主要以工业废水为主，污染性质主要表现为重金属污染，表明在很大程度上受到上述两种因素的影响，应注重从这些方面加以预防。

(3)经济发展初期环保投入比例不足导致水污染事件发生频数偏高。

(4)全国环境污染治理投资GDP占比对水污染事件的发生具有显著的影响，但存在时间上的后延，具有时滞性。