杭州市水環境系統動態評價指標體系的構建與實證研究

王曉軍，段佳欣，郭慧敏，徐 靜，姚曉婷，朱丹菲，高震陽

(浙江水利水電學院 建筑工程學院，杭州 310018)

杭州市水環境系統動態評價指標體系的構建與實證研究

王曉軍，段佳欣，郭慧敏，徐 靜，姚曉婷，朱丹菲，高震陽

(浙江水利水電學院 建筑工程學院，杭州 310018)

為了更加科學評價政府水環境治理績效，分析所在城市或者城市群對于周邊流域水環境影響，構建城市水環境動態綜合評價指標體系，對于科學認識杭州市水環境變化趨勢，剖析杭州市水環境整體特殊性與復雜性具有重要意義。本研究基于構建城市水環境評價體系的一般思路和原則，運用多種統計建模方法，建立了杭州市動態綜合評價體系對杭州市歷年的水環境實際樣本數據進行分析與整理，對杭州市水環境現狀進行科學合理綜合的系統性評價，闡釋了嚴重影響杭州市水環境的典型因素，并對提升杭州市水環境綜合質量提出了針對性建議。

水環境；評價體系；實證研究；綜合評價

杭州市位于錢塘江下游、京杭大運河南端，是浙江省的政治、經濟、文化和教育中心，隨著互聯網經濟的快速崛起，近年來杭州迅速成長為我國重要的電子商務中心。杭州市豐富的水資源條件在保障杭州區域經濟社會可持續發展方面發揮了重要作用，但是隨著上游錢塘江、東苔溪兩大流域經濟社會快速發展，造紙、印染等高污染企業的存在造成水環境惡化和水污染等問題，杭州城市水資源和水環境狀況不容樂觀，嚴重制約杭州城市的可持續協調發展。因此，杭州城市亟須建立適用于杭州典型水域的具有高度系統性的水環境動態綜合評價體系。

1 杭州市相關研究區概況

杭州位于中國東南沿海北部，地理坐標為坐標為東經118°21′-120°30′，北緯29°11′-30°33′，市中心地理坐標為東經120°12′，北緯30°16′。杭州處于亞熱帶季風區，氣候受海洋調節以及季風環流影響較大，屬于亞熱帶季風氣候，區域雨量充沛，年降水量1 454 mm。同時，杭州地處長江三角洲南沿和錢塘江流域，城市西部有浙西丘陵區，地形復雜多樣[1]。城市東部屬杭嘉湖平原地區，河網密布，湖泊密布。近年來，隨著杭州城市建成區進一步擴大，區域經濟社會的快速發展，工農業廢水、廢渣、廢氣及各類生活污水大量排放，致使杭州城市區域內水域、河道、湖泊水環境質量日益惡化，杭州市水環境生態安全壓力增大[2]。

2 研究方法

2.1 水環境評價方法

環境評價是人們認識和了解環境質量，以及科學合理評估人類活動對環境影響的重要工具，隨著“兩山理論”的不斷實踐與“美麗浙江”戰略的深入實施，開展環境評價及其相關工作愈發顯現出重要的現實意義與深遠的歷史意義[3]。同時，環境評價與管理也是一個跨學科的研究性命題，世界各國和國際組織圍繞這一目標，在環境管理理論框架、環境指數研究和環境核算等相關領域展開了深入的研究[4]。本研究選擇環境評價中極為重要的組成部分——水環境質量動態綜合評價體系的構建與實證研究開展研究工作。

目前，對于水環境綜合動態評價的定性與定量方法尚未有公認的標準化方法，水環境評價與管理主要采用多變量統計方法，包括回歸分析法[5]、主成分分析法[6]、模糊數學評價法[7]、灰色關聯分析法[8，9]、層次分析法[10，11]等。本研究采用綜合指數評價法，首先確定指標體系組成，再根據確定的指標體系完成原始數據的標準化，然后利用熵權法完成指標權重確定，最后通過評價標準對綜合指數進行分級分類處理，進而確定水環境動態狀況所處靜態等級。

2.2 水環境相關數據獲取及來源

原始數據主要來源于《杭州市統計年鑒》(2011年—2016年)和《杭州市水資源公報》(2011年—2016年)。

3 評價指標體系的建立

基于水環境安全概念，在充分考慮杭州市經濟發展、水資源條件和人類活動等因素的基礎上，初步建立水環境安全指標評價體系，再根據已建立的水環境動態綜合PSR指標體系，考慮各指標所能反映的水環境狀況的能力，結合各指標對杭州城市的水環境動態綜合評價的重要性，選取區域水資源環境、現有水資源開發利用、區域水環境污染、水環境治理績效、區域社會經濟發展等子系統與所含指標共同建立杭州市水環境動態綜合評價體系[12]。在PSR框架內，將水環境系統分為3個不同但又相互聯系的子系統，并分別用相應的指標類型來表達：壓力指標反映人類活動給水環境造成的負荷；狀態指標表征水環境環境質量狀況；響應指標表征人類面臨水環境問題所采取的對策與措施。具體指標體系見表1，根據所建立的綜合評價指標體系對城市水環境的影響效果差異，根據影響差異分為正與負兩類。第一，影響為正：表1 中指標體系的正向指標值越高，表明現實中杭州城市水環境狀況越好，如杭州城市地下水資源、水資源總量[13-15]、杭州城市地表水資源、主城區劣五類以下河段比例、年降水量[16，17]等正態指標體系；表1 中杭州城市水環境指標體系中所列指標絕對值越大，表明此項指標對于提升杭州城市水環境能力越高，如杭州主城區排水管道密度、杭州主城區污水年處理量、杭州城市主要建成區水處理廠生產運營能力、杭州城市年度環保投資占GDP比重、杭州城市市政排水管道長度、杭州城市市政排水管道相對密度等。第二，影響為負：表1 中指標體系的負向指標值越高，表明杭州城市水環境狀況越差，如杭州城市建成區年末統計人口、杭州市國民生產總值、杭州市工業總產值、杭州市農業總產值、杭州主城區有效農業灌溉面積等[18-20]。其中，狀態指標反映城市自然水生態狀況和城市建成區人類生產、生活相關活動所導致的水環境狀況變化[21]；表中杭州市水環境綜合評價指標體系中的壓力指標反映了產生水環境問題的原因與成因；表中杭州市水環境綜合評價指標體系中的響應指標則反映所在城市治理水生態環境所做的文化、社會、經濟、技術等領域的各種努力[22，23]。

從杭州城市水環境生態狀況、城市近年人口保有量、城市治理水生態環境所做努力和城市區域經濟社會發展帶來的水污染問題及涉及的各種治理關系出發，表1中提出的具有描述、診斷和判斷功能的“杭州城市水環境動態綜合評價指標體系”[24-26]，具體包括壓力指標、狀態指標和響應指標。表1中的壓力指標用于衡量杭州城市水環境治理過程中的主要影響因素，響應指標用于衡量政府職能部門在杭州城市水環境治理以及水環境管理全過程中的投入和措施。此外，針對杭州市目前存在的水環境問題，利用綜合指數法進行評價分析，其方法為：第一，對評價指標的實際值進行數據歸一化處理，得出各指標的安全動態閾值。第二，對所選取的評價指標體系用層次分析法賦權，求取各指標的權重。將各個系統中各項指標的安全動態閾值和其相應的指標權重進行加權處理，得出各系統的安全動態閾值。第三，綜合評價度值則是將各指標的安全動態閾值與相應指標總排序的權重值進行加權計算而得。

4 水環境評價分析結果

本研究選擇杭州區域水環境為研究對象，在理論研究及方法改進的基礎上，探索以典型統計建模方法，實現對杭州城市區域水環境綜合質量狀況的定量化及動態化的評價研究，探索了城市水環境質量預測的定量化方法與相關技術。同時，在杭州市內東河、九號港等典型城市水域開展了實證研究，相關實證研究結果可為杭州市職能部門、相關研究院所決策研究工作提供一定參考。

本研究為研究杭州區域水環境的動態綜合定量化變化趨勢，依據人類對水環境的要求，將城市區域水環境動態綜合評價標準分為5個等級，即安全(理想狀態)、較安全(良好狀態)、臨界安全(較不安全狀態)、不安全(較差狀態)、極不安全(惡化狀態)，并將極不安全的狀態值設為0，理想狀態值設為1.0，劃分為5個等級[27，28]。本研究以杭州市2011—2016年的水環境動態綜合變化趨勢作為評價目標，將選取評價指標的實際值代入對應的評價函數，利用系統安全度及綜合安全度值的計算方法得到結果，所建立的動態綜合評價方法體系可作為對現有杭州市水環境質量綜合評價方法、模型的有益補充和理論、實證完善，相關結果見表2所示。水環境綜合評價結果表明(表2)，2011—2016年杭州城市水環境動態綜合指標體系評價值0.353～0.615，具體數值由2011年的0.353上升至2016年的0.615，除個別年份綜合指標值增幅有所不同外，杭州城市水環境動態綜合指標體系評價值處于動態上升狀態。根據綜合評價結果(表2)可知，自浙江省提出五水共治、開展剿劣劣五類水專項整治運動以來的幾年里，杭州城市水環境、水生態綜合狀態不斷提高，城市水環境安全水平得到顯著改善。此外，通過建模分析與相關實證研究，在對年度截面靜態數據集合依照空間分布與時間過程實現有效耦合，對杭州城市內東河等典型城市水域的重點斷面2011年以來的水環境質量實現量化動態評價研究，分析結果集中展示和分析了杭州城市水域重點斷面2011年以來水環境質量的現狀、特征和演化規律。上述實證研究結果，可為杭州城市“十三五”期間乃至更長時期內實現資源與環境可持續發展提供策略和決策建議。

表2 2011—2016年杭州市水環境動態綜合評價結果Tab.2 Dynamic comprehensive assessment of water environment in Hangzhou during 2011-2016

5 結語

本研究力求為杭州市合理開發水資源、利用水環境提供有效的決策信息，進一步完善水環境利用保護管理機制，實現杭州市水環境動態綜合發展趨勢與城市社會經濟的協調可持續發展。基于上述原則與展望，構建杭州城市水環境系統綜合評價體系，打造基于地理信息系統和科學管理思維的城市水環境綜合評價體系，對于進一步推進指導我國大中城市或者區域城市群水環境綜合治理工作，具有重要的理論指導意義。杭州城市水環境系統綜合評價體系最終形成一個能夠服務于各級城市水環境管理職能部門的動態綜合評價體系，為區域水環境綜合治理工作提供科學依據，有利于城市查找薄弱環節和存在問題，促進雨污分流、海綿城市等現代市政工程建設，形成社會對城市水環境可持續發展的社會共識，從而加強城市水環境協同意識。

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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

杭州市哲學社會科學規劃課題成果(Z17JC078)；浙江省社會科學界聯合會研究課題成果(2018N20)；浙江省公益技術應用研究計劃項目(2017C33060)；國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201611481002)

王曉軍(1989-)，男，碩士。