水環(huán)境安全評(píng)價(jià)方法及其在京津冀地區(qū)的應(yīng)用

劉秀麗, 涂卓卓

(1.中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院，北京 100190;2.中國(guó)科學(xué)院預(yù)測(cè)科學(xué)研究中心，北京 100190;3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.中國(guó)科學(xué)院管理、決策與信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190)

1 引言

水，作為人類所需的不可替代的一種資源，是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。21世紀(jì)以來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類不斷增加對(duì)水資源的開發(fā)利用。近年來(lái)，由于水資源不合理利用，大量廢水、污水排入水體，世界范圍內(nèi)水資源狀況不斷惡化，水資源供需矛盾日益突出。針對(duì)該問(wèn)題，各國(guó)政府都在采取積極的措施和對(duì)策，促進(jìn)水資源的合理開發(fā)利用，治理水環(huán)境污染、保證水資源的質(zhì)量，并解決水資源短缺，以適應(yīng)人類可持續(xù)發(fā)展的需要。我國(guó)是一個(gè)公認(rèn)的貧水國(guó)，2015年水資源總量為28306億立方米，人均水資源量?jī)H為2081立方米，遠(yuǎn)低于人均3000立方米的輕度缺水標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)大部分流域水體受到不同程度的污染，水環(huán)境質(zhì)量日益惡化。部分河段水污染情況十分嚴(yán)重，失去了飲用水功能，直接影響沿岸城市生活用水。2015年全國(guó)967個(gè)地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)之中，水質(zhì)較差以及極差的比例合計(jì)35.5%。為了緩解我國(guó)面臨的水環(huán)境問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，“十三五”規(guī)劃綱要和《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》提出關(guān)于全面改善水環(huán)境安全的要求，充分發(fā)揮重點(diǎn)流域水污染防治中央預(yù)算內(nèi)投資引導(dǎo)作用，推進(jìn)“十三五”重點(diǎn)流域水環(huán)境綜合治理重大工程建設(shè)，切實(shí)增加和改善環(huán)境基本公共服務(wù)供給，改善重點(diǎn)流域水環(huán)境質(zhì)量、恢復(fù)水生態(tài)、保障水安全?！笆濉逼陂g，“水專項(xiàng)”將聚焦京津冀區(qū)域和太湖流域，實(shí)施一批大型水環(huán)境綜合整治工程，帶動(dòng)北京—廊坊—天津這一京津冀核心區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量實(shí)現(xiàn)根本性轉(zhuǎn)變。京津冀地區(qū)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)域，戰(zhàn)略地位非常重要。城鎮(zhèn)人口的增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大、城市化水平的提升，意味著需要更可靠的水資源保障、更安全的水生態(tài)環(huán)境支撐。然而，京津冀是我國(guó)缺水最嚴(yán)重的地區(qū)，2014年三省市人均水資源量239立方米，大大低于國(guó)際公認(rèn)的500立方米極度缺水警戒線。同時(shí)，該地區(qū)地下水超采嚴(yán)重，三省市年均超采量達(dá)67.6億立方米，占全國(guó)的1/3，地面沉降漏斗區(qū)面積超過(guò)5萬(wàn)平方公里，平原主要河流1200公里河段干涸。除此之外，京津冀地區(qū)還存在著局部地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量差、近海水域污染嚴(yán)重等問(wèn)題，2014年地表水劣五類水質(zhì)比重超過(guò)30%。在此背景下，對(duì)京津冀地區(qū)的水環(huán)境安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，探尋其有效治理措施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義，是京津冀實(shí)現(xiàn)一體化的一項(xiàng)重大任務(wù)。

目前，還沒有形成對(duì)水環(huán)境安全比較公認(rèn)的定義。不少學(xué)者認(rèn)為水環(huán)境安全指水質(zhì)安全。張翔等[1]、韓宇平等[2]、陳紹金[3]提出水環(huán)境安全不是只與水有關(guān)的水體，而是與水、水生物以及污染結(jié)合的綜合體。本文采用曾暢云等[4]的定義，水環(huán)境安全是水體保持足夠的水量、安全的水質(zhì)條件以維持正常的生態(tài)功能和保障周圍的環(huán)境處于良好的狀態(tài)，同時(shí)能最大限度的滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。該定義從環(huán)境學(xué)角度出發(fā)，強(qiáng)調(diào)水環(huán)境是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，是水量和水質(zhì)的統(tǒng)一體。

在水環(huán)境安全評(píng)價(jià)中，涉及大量的復(fù)雜現(xiàn)象和多種因素的相互作用，而且評(píng)價(jià)過(guò)程中出現(xiàn)的水質(zhì)級(jí)別和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)都是一些模糊概念。模糊評(píng)價(jià)法是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，將一些邊界不清的因素進(jìn)行量化。由于該方法充分體現(xiàn)了水環(huán)境評(píng)價(jià)過(guò)程中客觀存在的模糊性和不確定性，模糊綜合評(píng)價(jià)法在水環(huán)境安全評(píng)價(jià)中得到了廣泛的運(yùn)用。Zhu Lin和Lu Hongxing[5]、Pan Feng等[6]和Zhang Bing等[7]將模糊綜合評(píng)價(jià)方法應(yīng)用到水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究中，通過(guò)建立評(píng)價(jià)的因子集、評(píng)價(jià)集、隸屬函數(shù)和權(quán)重集，實(shí)現(xiàn)對(duì)各水體樣本的質(zhì)量等級(jí)綜合評(píng)價(jià)與排序。

在模糊綜合評(píng)價(jià)法中，權(quán)重的選擇是非常重要的，它直接影響到最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。在傳統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)方法中，權(quán)重的選取是通過(guò)污染物超標(biāo)加權(quán)法進(jìn)行計(jì)算的[8]。但這樣的計(jì)算方法存在一些缺陷，首先它是基于單個(gè)評(píng)價(jià)個(gè)體，即對(duì)每一個(gè)評(píng)價(jià)樣本，我們需要計(jì)算該個(gè)體的指標(biāo)權(quán)重，當(dāng)評(píng)價(jià)樣本比較多的時(shí)候，會(huì)極大的增加我們的計(jì)算量。其次，在計(jì)算過(guò)程中，它僅僅考慮單個(gè)指標(biāo)包含的信息，而忽略了各指標(biāo)之間的影響關(guān)系。

為了解決上述問(wèn)題，一些學(xué)者提出了其他計(jì)算權(quán)重的方法。湯麗華等[9]、Zou Zhihong等[10]以及Liu Li等[11]將熵的概念應(yīng)用到水環(huán)境安全評(píng)價(jià)中,利用熵來(lái)測(cè)量各指標(biāo)觀測(cè)值中所包含信息的大小，當(dāng)某個(gè)指標(biāo)觀測(cè)值變化范圍比較大，代表該指標(biāo)能提供的信息比較多，因此該指標(biāo)的權(quán)重也會(huì)比較大。該方法能很好的避免主觀因素的影響，但是它沒有考慮到各指標(biāo)之間的影響關(guān)系。崔杰等[12]采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，根據(jù)各指標(biāo)之間發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似或相異程度來(lái)衡量指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重大小，該方法能夠很好的反映出各指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度大小，但是受關(guān)聯(lián)度兩級(jí)極差的影響，評(píng)價(jià)值趨于均化，分辨率較低，不易區(qū)分不同級(jí)別之間的差異。韓小孩等[13]使用主成分分析法對(duì)原始指標(biāo)進(jìn)行線性組合，用幾個(gè)綜合指標(biāo)代替原始指標(biāo)，在保證信息丟失少的前提下，使高維的數(shù)據(jù)得到簡(jiǎn)化，但是當(dāng)權(quán)重為負(fù)數(shù)時(shí)，綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的意義往往不明確。陳建民和張仲義[14]使用層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，采用專家打分的形式構(gòu)造對(duì)比矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最后計(jì)算組合權(quán)重向量，但該方法一定程度上受主觀因素的影響。陳曉紅和楊志慧[15]提出基于AHP方法確定主觀權(quán)重，基于因子分析法確定客觀權(quán)重，最后將主客觀權(quán)重集結(jié)得到指標(biāo)的綜合權(quán)重的方法，但仍無(wú)法避免專家打分這一主觀因素的影響。

另外，模糊綜合評(píng)價(jià)方法中常用的取大取小算法以及最大隸屬度原則都會(huì)造成一定的信息丟失，常常出現(xiàn)分辨率較低、最終評(píng)價(jià)結(jié)果無(wú)法真實(shí)反映樣本之間差異的問(wèn)題[16]。蘇為華[17]指出了最大最小算法的不合理性，并提出了冪平均合成算子方法，該方法可以保證隸屬度更加符合評(píng)價(jià)實(shí)際，并且實(shí)踐中可以直接采用梯形函數(shù)確定初始隸屬度，但是它對(duì)于冪次的選擇卻沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。盧厚濤等[18]為了克服模糊綜合評(píng)價(jià)取大取小算法的一些弊端，提高其通用性。以比較運(yùn)算的接近原則為標(biāo)準(zhǔn)，給出了確定指標(biāo)權(quán)重總和的非線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，但是該模型計(jì)算量較大而且實(shí)際意義不明確。李玉琳等[19]在考慮評(píng)價(jià)系統(tǒng)狀態(tài)因素特征順序的基礎(chǔ)上，借助于模糊理論的模糊測(cè)度概念，提出了模糊測(cè)度合成方法。該方法考慮了評(píng)價(jià)系統(tǒng)各因素之間的相互關(guān)聯(lián)性，但是它更適合于獨(dú)立性較強(qiáng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

目前已經(jīng)有一些針對(duì)水環(huán)境安全評(píng)價(jià)的研究，何貝貝等[20]只對(duì)天津市2009-2011年城市水環(huán)境安全狀況進(jìn)行了等級(jí)評(píng)價(jià)計(jì)算；路瑞等[21]從水污染防治角度出發(fā)構(gòu)建了水環(huán)境安全指標(biāo)體系，對(duì)全國(guó)31個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)2011-2013年的水環(huán)境安全狀況進(jìn)行評(píng)估。但該研究缺少對(duì)水環(huán)境安全影響因素的彈性分析，沒有給出各因素對(duì)水環(huán)境安全的影響程度。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文首先以熵權(quán)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法以及主成分分析法為基礎(chǔ)，建立了組合權(quán)重模型，以綜合多種方法的優(yōu)勢(shì)和規(guī)避單一方法的缺陷。其次，在加權(quán)平均原則[22]下，對(duì)常用的最大最小算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出一種改進(jìn)的模糊綜合評(píng)價(jià)方法。最后運(yùn)用該改進(jìn)方法對(duì)京津冀地區(qū)水環(huán)境安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，再對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，辨識(shí)出京津冀地區(qū)水環(huán)境安全的主要影響因素，在此基礎(chǔ)上，提出提高京津冀地區(qū)水環(huán)境安全的建議。

2 水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的初篩

指標(biāo)的選擇是水環(huán)境安全評(píng)價(jià)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)但非常重要的工作。它的好壞直接影響我們最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。為了對(duì)京津冀地區(qū)水環(huán)境安全作出科學(xué)的評(píng)價(jià)，應(yīng)盡可能全面的選取能反映水環(huán)境安全信息的指標(biāo)。但指標(biāo)過(guò)多又會(huì)使評(píng)價(jià)過(guò)程變得復(fù)雜，還可能因?yàn)闊o(wú)法獲得有效的數(shù)據(jù)而影響評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。本文在前人[23-28]工作的基礎(chǔ)上，基于指標(biāo)體系的科學(xué)性、系統(tǒng)性、可操作性、定性與定量相結(jié)合以及數(shù)據(jù)可獲取性等原則，結(jié)合曾暢云等[4]對(duì)水環(huán)境安全的定義，通過(guò)指標(biāo)的初步篩選建立了京津冀地區(qū)水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，涉及經(jīng)濟(jì)社會(huì)、水質(zhì)狀況和生態(tài)環(huán)境三個(gè)方面，共計(jì)17個(gè)指標(biāo)，見表1。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

上述初篩得到的17個(gè)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)分別來(lái)自于北京市水資源公報(bào)，北京市環(huán)境狀況公報(bào)，河北省水資源公報(bào)，河北省環(huán)境狀況公報(bào)，河北省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，天津市環(huán)境狀況公報(bào)、天津市水資源公報(bào)，萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)等，樣本期為2006-2014年。

2.3 指標(biāo)的篩選

主成分分析方法是一種常見的指標(biāo)篩選方法，它通過(guò)指標(biāo)負(fù)載系數(shù)大小反映指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果影響顯著性上的差異，刪掉負(fù)載系數(shù)小的指標(biāo)，保證篩選出的指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果有顯著性影響[29]。通過(guò)對(duì)上述17個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，計(jì)算出前五個(gè)特征根依次為λ1=5.8，λ2=4.65，λ3=2.34，λ4=1.51，λ5=0.77，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到89%，因此，取此5個(gè)特征根對(duì)應(yīng)的特性向量u1，u2，u3，u4，u5，然后計(jì)算負(fù)載系數(shù)矩陣，結(jié)果如表1所示。我們選取各主成分中負(fù)載系數(shù)絕對(duì)值在0.6[27]以上的指標(biāo)，從而保證篩選出的指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)影響顯著，篩選結(jié)果見表1。

表1 主成分負(fù)載系數(shù)計(jì)算結(jié)果

3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

綜合考慮我國(guó)水資源狀況和目前所處的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，并結(jié)合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)文獻(xiàn)和檢測(cè)數(shù)據(jù)，將水環(huán)境安全評(píng)價(jià)各指標(biāo)劃分5個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)于非常安全、安全、正常、稍差以及比較差，見表2。其中GDP增長(zhǎng)率、污水處理率、降水量、城市城建區(qū)綠化覆蓋率、森林覆蓋率、人均水資源以及水資源利用率評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照文獻(xiàn)[23-28]，而CODMn指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照中國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[30]，人均受教育年限評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照我國(guó)學(xué)制年數(shù)，其他幾個(gè)指標(biāo)由于沒有明確的劃分標(biāo)準(zhǔn)，在文中我們根據(jù)各指標(biāo)歷史數(shù)據(jù)的五分位數(shù)進(jìn)行等級(jí)劃分。

表2 水環(huán)境安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4 評(píng)價(jià)方法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是利用模糊變化，考慮與被評(píng)價(jià)事物相關(guān)的各個(gè)因素，并對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法。一般需要以下幾個(gè)步驟：

第一步：求隸屬度函數(shù)

根據(jù)單一污染因素的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測(cè)濃度來(lái)計(jì)算隸屬度。采用如下線性函數(shù)計(jì)算[31]：

屬于第一等級(jí)的隸屬度表示如下：

(1)

屬于第二、三、四等級(jí)的隸屬度表示如下：

(2)

屬于第五等級(jí)的隸屬度表示如下：

(3)

其中rij表示第j個(gè)污染因素屬于第i個(gè)等級(jí)的隸屬度，而ck表示第j個(gè)污染因素第k級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度值。對(duì)于那些濃度越小越安全的因素，采取公式(1)-(3)計(jì)算隸屬度。而對(duì)于濃度越大越安全的因素，我們只需要將公式(1)-(3)的≤換成≥即可。對(duì)于PH 值，我們采取計(jì)算公式(4)隸屬度。

(4)

第二步：權(quán)重確定

在本文中，我們采用熵權(quán)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法以及主成分分析法，分別求出權(quán)重并計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果。然后利用Kendall協(xié)同系數(shù)法對(duì)三種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，若檢驗(yàn)通過(guò)的話，則將三種評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行加權(quán)組合并給出最終評(píng)價(jià)結(jié)果[32]。

第三步：綜合評(píng)價(jià)

為了避免信息損失，我們采用加權(quán)平均原則，將等級(jí)看作一種相對(duì)位置，使其連續(xù)化，用1，2，3，4，5依次表示各等級(jí)，稱它為各等級(jí)的秩。由第一步我們可以得到一個(gè)5×13的隸屬度矩陣R，R的第j列代表第j個(gè)影響因素Cj屬于各等級(jí)的隸屬度。水環(huán)境安全等級(jí)可以表示成

(5)

其中rij表示第j個(gè)影響因素屬于等級(jí)i的隸屬度，wj是第j個(gè)影響因素的權(quán)重系數(shù)，C表示水環(huán)境安全所處的相對(duì)位置。

根據(jù)公式，水環(huán)境安全等級(jí)C處于1-5之間，最小值為1，最大值為5。只有當(dāng)各指標(biāo)都達(dá)到1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，C=1；當(dāng)所有指標(biāo)都達(dá)到或超過(guò)5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，C=5，其余情況，1

5 京津冀地區(qū)水環(huán)境安全評(píng)價(jià)

本文以京津冀地區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)2006-2014年間北京、天津、河北以及京津冀整體水環(huán)境安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。

5.1 水環(huán)境安全評(píng)價(jià)

采用熵權(quán)法、灰色關(guān)聯(lián)法以及主成分分析法分別計(jì)算權(quán)重，結(jié)果如表3所示。然后采用Kendall協(xié)同系數(shù)檢驗(yàn)法對(duì)三種方法評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，協(xié)同檢驗(yàn)的系數(shù)為0.989，卡方值為104，p值為0.000，表明三種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果通過(guò)了Kendall協(xié)同系數(shù)檢驗(yàn)，即三種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果具有統(tǒng)計(jì)上的一致性。

表3 各指標(biāo)權(quán)重表

由圖1我們可以看出京津冀地區(qū)水環(huán)境安全基本呈現(xiàn)北京優(yōu)于河北優(yōu)于天津的趨勢(shì)。2006-2014年，北京市水環(huán)境安全位于第三等級(jí)，其中2006年和2014年略微偏向于第四等級(jí)，其它年份都偏向于第二等級(jí)。整體上來(lái)看，從2006-2011年，北京水環(huán)境安全逐漸變好，但從2012年開始呈現(xiàn)變差的趨勢(shì)。2006-2010年，天津市水環(huán)境安全處于第四等級(jí)，從2011年開始，水環(huán)境安全都是處于第三等級(jí)。總體上，天津市水環(huán)境安全呈現(xiàn)逐漸變好的規(guī)律，但在2013年之后基本上在第三等級(jí)附近波動(dòng)。河北省在2006-2008年期間位于第四等級(jí)，2009年之后基本上處于第三等級(jí)。在2009-2013年期間，河北水環(huán)境安全是明顯偏向于第四等級(jí)的，但偏向的程度在逐漸降低，整體上呈現(xiàn)變好的趨勢(shì)，但是在2013年之后又開始呈現(xiàn)變差的趨勢(shì)。2006-2014年京津冀地區(qū)總體的水環(huán)境安全基本呈現(xiàn)先變好再變差的趨勢(shì)。從2008年開始，京津冀地區(qū)總體水環(huán)境安全處于第三等級(jí)，雖然有一定程度偏向于第四等級(jí)，但偏向的程度越來(lái)越小，但在2012年之后，水環(huán)境安全又慢慢的偏向第四等級(jí)。將上述結(jié)果與何貝貝等[20]、路瑞等[21]的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)何貝貝等[20]計(jì)算得到的天津市2010年和2011年水環(huán)境安全等級(jí)和路瑞等[21]關(guān)于北京、天津和河北省2011-2013年水環(huán)境安全變化趨勢(shì)與我們的評(píng)價(jià)結(jié)果一致，但是路瑞等[21]的評(píng)價(jià)結(jié)果沒有給出水環(huán)境安全等級(jí)劃分。

圖1 水環(huán)境安全評(píng)價(jià)結(jié)果

由公式知，水環(huán)境安全等級(jí)是由13項(xiàng)求和得到，每項(xiàng)對(duì)應(yīng)于一個(gè)影響因素。根據(jù)水環(huán)境安全等級(jí)定義，當(dāng)C越小的時(shí)候，水環(huán)境越安全。我們可以求出每個(gè)影響因素在最終水環(huán)境安全評(píng)價(jià)等級(jí)中所占的比例，計(jì)算公式如下所示：

(6)

lmj越大，代表該因素對(duì)水環(huán)境安全的負(fù)向影響程度越大，越不利水環(huán)境安全。應(yīng)用公式，我們可在13個(gè)影響因子中找出lmj最大的三個(gè)指標(biāo)，2006、2010以及2014年的結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出，2006-2011年對(duì)北京市水環(huán)境安全影響最大的因素是森林覆蓋率，其次是人均水資源和人口自然增長(zhǎng)率，2012年之后GDP增長(zhǎng)率取代了森林覆蓋率成為了對(duì)北京市水環(huán)境安全影響最大的因素，其中森林覆蓋率所占比重由2006的15.4%下降到2014年的13.4%，而GDP增長(zhǎng)率所占比重卻由2012年的2.5%上升至2014年的15.6%。2006-2014對(duì)天津市水環(huán)境安全影響最大的因素仍是森林覆蓋率，其次是人口自然增長(zhǎng)率和Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)占比，其中森林覆蓋率占比從2006的12.6%上升到2014年的14.0%，增加了1.4%。而河北省的森林覆蓋率是最大影響因素，其次是第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重、城市化率和Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)占比。2006-2014對(duì)整個(gè)京津冀地區(qū)水環(huán)境安全影響最大的因素是森林覆蓋率，其次是第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重、Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)占比以及人均水資源量。

圖2 主要影響因素及其lm值

5.2 影響因素的彈性分析

由水環(huán)境安全評(píng)價(jià)公式可知，當(dāng)?shù)趈影響因素改變1單位，最終的水環(huán)境安全等級(jí)變化程度可以用下式表示：

Δrij=f(Δxj)

(7)

(8)

其中rij表示Cj對(duì)應(yīng)于等級(jí)i的隸屬度，Δrij按照公式(1)-(3)計(jì)算。由于在不同的等級(jí)水平下，rij是按照不同的公式進(jìn)行計(jì)算的。因此我們對(duì)ΔC的計(jì)算要分情況討論，結(jié)果如表 4所示。

表4 ΔC計(jì)算結(jié)果

由表4可以看出，對(duì)于GDP增長(zhǎng)率、水資源利用率、CODMn這三個(gè)指標(biāo)，當(dāng)影響因素增加1個(gè)單位時(shí)，ΔC是大于0的，而由前面的定義,C越小代表水環(huán)境越安全，所以這些指標(biāo)與水環(huán)境安全呈負(fù)相關(guān)作用，而其他的指標(biāo)則與水環(huán)境安全呈正相關(guān)作用。

各指標(biāo)對(duì)水環(huán)境安全的作用效果隨著各指標(biāo)所處的范圍不同而不同，大部分指標(biāo)是在位于中間等級(jí)時(shí)對(duì)水環(huán)境安全的作用效果最大。例如當(dāng)各指標(biāo)都處于正常區(qū)間時(shí)，改善人口自然增長(zhǎng)率、居民平均受教育年限以及CODMn指標(biāo)對(duì)提高水環(huán)境安全是最有效的。

由5.1知，對(duì)整個(gè)京津冀地區(qū)水環(huán)境安全影響最大的因素是森林覆蓋率。而由表4知，當(dāng)森林覆蓋率和建成區(qū)綠化率處于同一區(qū)間時(shí)，森林覆蓋率對(duì)水環(huán)境安全的作用效果要大于建成區(qū)綠化率。例如當(dāng)它們都位于安全或比較差區(qū)間時(shí)，森林覆蓋率的ΔC是-0.0048，而城建區(qū)綠化率的ΔC僅為-0.0037。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)指標(biāo)處于最好或最差等級(jí)時(shí)，ΔC=0，這是因?yàn)樵诰C合評(píng)價(jià)方法中，當(dāng)某一指標(biāo)檢測(cè)值大于對(duì)應(yīng)于其非常安全等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)濃度時(shí)，它屬于非常安全等級(jí)的隸屬度為常數(shù)1，不再隨著指標(biāo)檢測(cè)濃度變化而變化。因此，在非常安全以及比較差兩個(gè)極端情況下，無(wú)法計(jì)算出合理的彈性系數(shù)，這是該方法的一個(gè)局限性。

6 政策建議

基于上述的分析，為提高京津冀地區(qū)水環(huán)境安全，提出如下建議：

①提高京津冀地區(qū)森林覆蓋率，在京津、京冀交界地帶，構(gòu)建起大規(guī)模的生態(tài)過(guò)渡帶。開展景觀生態(tài)林合作、生態(tài)廊道綠化等項(xiàng)目，建立環(huán)首都國(guó)家公園體系，實(shí)施森林生態(tài)系統(tǒng)重點(diǎn)保護(hù)。同時(shí)，開展公益植樹活動(dòng)，加大植樹造林力度。

②為了改善京津冀地區(qū)人均水資源嚴(yán)重偏低現(xiàn)狀，國(guó)家已開展南水北調(diào)工程，每年有將近50億方的江水滋潤(rùn)京津冀地區(qū)。但是，僅依靠調(diào)水工程并不能從根本上扭轉(zhuǎn)京津冀嚴(yán)重的缺水困局。建議全方位考慮水的各種功能，統(tǒng)籌外調(diào)水與本地水，實(shí)現(xiàn)一水多用、循環(huán)利用，加大污水回用率，提高水資源利用效率。同時(shí)，大力發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)，提高淡化海水的利用規(guī)模[33]。

③公眾的參與及社會(huì)監(jiān)督是水污染治理和嚴(yán)格水環(huán)境執(zhí)法的有效措施。建議整合涉水信息[34]，建立京津冀地區(qū)市、區(qū)(縣)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)三級(jí)供水和水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息管理平臺(tái)，向社會(huì)公開供水廠站、責(zé)任人、供水熱線、供水價(jià)格、實(shí)時(shí)水質(zhì)等基礎(chǔ)信息，實(shí)施供用水量、供水水質(zhì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)管?？蔀楣姀?qiáng)有力的參與水環(huán)境保護(hù)及監(jiān)督水環(huán)境治理提供信息平臺(tái)，為水環(huán)境治理的執(zhí)法提供強(qiáng)有力依據(jù)。同時(shí)充分利用有線電視、標(biāo)語(yǔ)、宣傳欄、發(fā)放宣傳資料等方式廣泛深入宣傳水污染治理的重大意義，及時(shí)曝光各類涉水違法行為，提高公眾的水環(huán)境保護(hù)意識(shí)。

7 結(jié)語(yǔ)

本文從經(jīng)濟(jì)社會(huì)、水質(zhì)狀況和資源條件三個(gè)方面出發(fā)，初步建立了包含17個(gè)指標(biāo)的水環(huán)境安全評(píng)價(jià)體系。利用主成分分析法對(duì)初步建立的指標(biāo)體系進(jìn)行了篩選，最終確定了13個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。在篩選之后的水環(huán)境安全評(píng)價(jià)體系下，運(yùn)用改進(jìn)的模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)北京、天津、河北以及京津冀地區(qū)總體的水環(huán)境安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)。具體結(jié)論如下：①2006-2014年間，京津冀地區(qū)總體的水環(huán)境安全呈現(xiàn)先變好再變差的趨勢(shì)。②對(duì)于整個(gè)京津冀地區(qū)，2006-2014年間影響水環(huán)境安全最主要的因素是森林覆蓋率，其次是第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重、人均水資源量以及Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)占比。③當(dāng)森林覆蓋率和建成區(qū)綠化率處于同一區(qū)間時(shí)，森林覆蓋率對(duì)水環(huán)境安全的作用效果要大于建成區(qū)綠化率。

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