巢湖水質(zhì)污染的社會經(jīng)濟因子分析及趨勢研究

白現(xiàn)廣，王 金 , 李進(jìn)華

（(1.平頂山學(xué)院，河南 平頂山 467000；2.平頂山市第一高級中學(xué)，河南 平頂山 467000；3.安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230039）

巢湖水質(zhì)污染的社會經(jīng)濟因子分析及趨勢研究

白現(xiàn)廣1，王 金2, 李進(jìn)華3

（(1.平頂山學(xué)院，河南 平頂山 467000；2.平頂山市第一高級中學(xué)，河南 平頂山 467000；3.安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230039）

文章運用灰色關(guān)聯(lián)分析法探討了2000-2006年間影響巢湖水質(zhì)的社會經(jīng)濟因子，并采用灰色預(yù)測模型對未來五年巢湖水質(zhì)的污染狀況進(jìn)行了預(yù)測.以期為巢湖水污染治理提供新思路.結(jié)果表明巢湖COD的排放，主要受流域工業(yè)廢水排放的影響，其次受農(nóng)村人口的生活中產(chǎn)生的污水排放的影響；TN主要受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥化肥的大量使用的影響；TP主要受城鎮(zhèn)、農(nóng)村人口的生活廢水垃圾排泄物的影響.模型預(yù)測結(jié)果顯示未來五年巢湖水質(zhì)有望好轉(zhuǎn)，但是湖區(qū)水質(zhì)TN、TP指標(biāo)仍介于Ⅳ～Ⅴ類之間.因此，今后巢湖水質(zhì)的主要污染物是TN、TP，而農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)、農(nóng)村人口的生活廢水排放將成為污染物的主要來源.有必要采取發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、控制含磷商品的使用、加強對農(nóng)村生活污水盡可能的集中處理等措施有效控制巢湖的水質(zhì)污染.

灰色關(guān)聯(lián)法；巢湖水質(zhì)；社會經(jīng)濟因子；灰色預(yù)測

隨著流域人口、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速增長和流域大規(guī)模經(jīng)濟開發(fā)的同時，需水量和廢污水排放量增大，相應(yīng)增加了巢湖入湖污染量導(dǎo)致流域環(huán)境的生態(tài)調(diào)節(jié)和自我恢復(fù)能力大幅下降，引起水體污染，頻繁出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象等許多生態(tài)問題，水污染已經(jīng)嚴(yán)重制約流域城市區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，影響到區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展以及當(dāng)?shù)厝嗣竦纳a(chǎn)和生活質(zhì)量.黨中央、國務(wù)院將“三河三湖”流域的水污染防治列為全國環(huán)境重點防治 “33211”工程的首要位置，安徽省也制定了《巢湖水環(huán)境綜合治理方案》，并通過了國家發(fā)改委咨詢論證.然而，環(huán)境問題不僅受到自然因素的影響，更主要受到人類生產(chǎn)和生活的干擾.

以流域為單元開展社會經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境演變相互作用及調(diào)控研究，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，自20世紀(jì)90年代以來，此方面的研究方興未艾，但大多以定性描述為主.黃智華等運用多元線性回歸分析，定量研究了太湖水環(huán)境演變與流域內(nèi)社會經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系[1].焦峰等使用了偏相關(guān)分析方法探討了影響水環(huán)境的社會經(jīng)濟因子[2].然而回歸分析要求大量數(shù)據(jù)，其分布必須是典型的；偏相關(guān)分析要求兩個變量是雙變量正態(tài)分布.但是目前對于多數(shù)地區(qū)由于統(tǒng)計數(shù)據(jù)有限，沒有什么典型分布規(guī)律的情況下，采用以上兩種方法難以達(dá)到目的.本文運用灰色關(guān)聯(lián)分析法定量研究巢湖流域社會經(jīng)濟發(fā)展與巢湖水質(zhì)之間的關(guān)系，期望闡明對巢湖水質(zhì)影響較大的社會經(jīng)濟因子，同時采用灰色預(yù)測模型對未來五年巢湖水質(zhì)的污染狀況進(jìn)行了預(yù)測，從而為確定污染物來源、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù).

1 研究方法

1.1 巢湖流域概況

巢湖流域位于安徽省中部，處于長江與淮河流域之間，屬長江下游左岸水系，是我國五大淡水湖泊之一，也是安徽省境內(nèi)最大湖泊.巢湖流域總面積13486km2，地跨合肥、巢湖、六安三個市，巢湖是巢湖流域城區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的重要水源地，且在調(diào)節(jié)長江水量、防澇抗旱、灌溉農(nóng)田、擴大水運、改善生態(tài)環(huán)境方面具有顯著功能[3].巢湖流域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟水平較高，是我國主要的商品糧生產(chǎn)基地.工業(yè)經(jīng)濟也比較發(fā)達(dá)，全流域共有工礦企業(yè)2500多家，2006年全流域工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)819.4億元，是2000年的2倍多.2000年以來巢湖流域非農(nóng)業(yè)人口一直呈增長趨勢，2006年比2000年增長52.3萬人.環(huán)巢湖形成的安徽省會經(jīng)濟圈北連沿淮城市群，南臨沿江經(jīng)濟帶，具有引領(lǐng)全省發(fā)展、加快安徽省崛起的重要作用.近年來，巢湖流域區(qū)域經(jīng)濟也快速發(fā)展，區(qū)域經(jīng)濟在安徽省的經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展中具有舉足輕重的作用，2006年流域GDP占全省29%.

然而，監(jiān)測結(jié)果顯示，巢湖是中國典型的富營養(yǎng)化湖泊.根據(jù)國家環(huán)境保護總局發(fā)布地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002），從1991年以來巢湖水質(zhì)整體是在波動中呈現(xiàn)下降趨勢，其中高錳酸鉀指數(shù)指標(biāo)已達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，總磷、總氮指標(biāo)始終介于Ⅳ類和Ⅴ類之間，總磷指標(biāo)在2003年至2005年一直處于較高水平，2006年才又趨于改善（圖1）.與上年相比，2006年巢湖湖區(qū)水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)，總磷、總氮年均濃度較上年分別下降了34.2%和18.9%，但是全湖仍呈中度富營養(yǎng)狀態(tài)，巢湖湖體水質(zhì)總體為Ⅴ類，湖區(qū)主要污染指標(biāo)為總磷、總氮，環(huán)湖河流主要污染指標(biāo)為氨氮和生化需氧量.巢湖環(huán)湖河流12個地表水國控監(jiān)測斷面中（包括兩個納污控制斷面），Ⅲ類水質(zhì)斷面占8%，Ⅳ、Ⅴ類占67%，劣Ⅴ類占25%[4].

圖1 1991-2006年巢湖主要污染物指標(biāo)變化趨勢比較

1.2 研究范圍及指標(biāo)的選取

本文的研究區(qū)域為合肥市(合肥市區(qū)、肥東縣、肥西縣)，巢湖市(居巢區(qū)、廬江縣、和縣、含山縣、無為縣)，六安市的舒城縣（圖2）.

圖2 巢湖流域地理位置示意圖

根據(jù)對巢湖水質(zhì)影響較大的污染指標(biāo)選取CODMn、TN、TP三個因子作為參考序列，水質(zhì)資料為巢湖2000-2006年各年水質(zhì)平均值，由安徽省環(huán)境監(jiān)測站對巢湖湖面十二個斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)加工整理而成.作為比較序列的社會經(jīng)濟指標(biāo)的選取依據(jù)污染物的主要來源，工業(yè)點源污染以工業(yè)總產(chǎn)值代表，農(nóng)業(yè)面源污染以農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值代表，農(nóng)村生活污水的排放以農(nóng)業(yè)人口代表，城鎮(zhèn)生活污水的排放以非農(nóng)業(yè)人口代表[1,2].社會經(jīng)濟資料系巢湖流域所轄市縣的合計值，數(shù)據(jù)來源2001年至2007年安徽省統(tǒng)計年鑒.

1.3 研究方法介紹

灰色關(guān)聯(lián)分析法和灰色理論預(yù)測是80年代鄧聚龍教授首創(chuàng)的一種新的系統(tǒng)方法“灰色系統(tǒng)”理論的一部分[5].該系統(tǒng)方法已在工程控制、經(jīng)濟管理、社會系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和環(huán)境工程等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用[6].

1.3.1 灰色關(guān)聯(lián)分析法

灰色關(guān)聯(lián)分析的基本思想是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密.曲線越接近，相應(yīng)序列之間關(guān)聯(lián)度就越大，反之就越小.通過灰色關(guān)聯(lián)分析法可以分析出一個抽象系統(tǒng)中所包含的多種因素中，哪些是主要因素，哪些是次要因素，哪些因素對系統(tǒng)發(fā)展影響大，哪些因素對系統(tǒng)發(fā)展影響小，哪些因素對系統(tǒng)發(fā)展起推動作用，哪些因素對系統(tǒng)發(fā)展起阻礙作用.與傳統(tǒng)的多因素分析方法回歸分析相比，灰色關(guān)聯(lián)分析方法對樣本量的多少和樣本有無規(guī)律都同樣適用，而且計算量小，十分方便，更不會出現(xiàn)量化結(jié)果與定性分析結(jié)果不符的情況，便于廣泛應(yīng)用[7].關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度計算如下：

1.3.2 GM（1,1）模型和馬爾科夫殘差修正灰色模型[10－13]

GM（1,1）模型就是根據(jù)多年離散的或連續(xù)的歷史數(shù)據(jù)的變化中所隱含的規(guī)律而建立模型以預(yù)測水質(zhì)(污染物濃度) 今后幾年甚至幾十年變化的一種典型的趨勢分析模型[14].模型建立后，通常采用殘差、后驗差檢驗對模型的精度進(jìn)行檢驗, 其中后驗差檢驗有后驗差比值C和小誤差頻率P兩個指標(biāo)，檢驗合格后模型方可用于預(yù)測[15].

馬爾科夫殘差修正灰色模型是用GM（1,1）模型擬合系統(tǒng)的發(fā)展變化趨勢，并以此為基礎(chǔ)再對隨機波動大的殘差序列進(jìn)行馬爾柯夫預(yù)測.其主要是利用轉(zhuǎn)移概率矩陣來揭示預(yù)測序列系統(tǒng)內(nèi)部變化規(guī)律，從而實現(xiàn)對受隨機波動影響較大的時間序列發(fā)展趨勢合理預(yù)測的數(shù)學(xué)處理方法.對該殘差灰色預(yù)測模型改進(jìn)的關(guān)鍵是將殘差數(shù)列的絕對值作為原始數(shù)列，重建立殘差灰色GM（1,1）預(yù)測模型.可得改進(jìn)后的修正模型為：

其中，

2 結(jié)果

2.1 巢湖水質(zhì)和社會經(jīng)濟指標(biāo)的關(guān)聯(lián)分析

通過灰色關(guān)聯(lián)分析法計算得出2000-2006年間巢湖水質(zhì)和社會經(jīng)濟指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度（表1），結(jié)果顯示社會經(jīng)濟指標(biāo)中和COD關(guān)聯(lián)順序為工業(yè)總產(chǎn)值（0.64）、農(nóng)業(yè)人口（0.63）、年末總?cè)丝冢?.60）；和TN關(guān)聯(lián)順序為國內(nèi)生產(chǎn)總值（0.79）、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（0.77）、工業(yè)總產(chǎn)值（0.71）；和TP關(guān)聯(lián)順序為農(nóng)業(yè)人口（0.63）、非農(nóng)業(yè)人口（0.60）.

表1 2000-2006年巢湖水質(zhì)和社會經(jīng)濟指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度

2.2 巢湖主要水質(zhì)污染指標(biāo)灰色預(yù)測

根據(jù)GM（1,1）模型建立方法[3]對巢湖水質(zhì)影響較大的污染指標(biāo)CODMn、TN、TP建立2001-2006年的預(yù)測模型，并進(jìn)行殘差修正及檢驗.通過模型檢驗得知精度P0大于95%，達(dá)到二級檢驗標(biāo)準(zhǔn)，用后檢驗誤差結(jié)果分析，模型的后驗差比值C均小于0.35，小誤差頻率P均為1，符合一級檢驗標(biāo)準(zhǔn)（表2）.依據(jù)只要模型的P0＞95%，C＜0.35，P＞0.95，表明GM（1,1）預(yù)測模型合格，可以進(jìn)行預(yù)測[9].那么對2007-2011年巢湖水質(zhì)進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果見圖3.

表2 2000-2006年巢湖水質(zhì)主要污染指標(biāo)的灰色預(yù)測模型及檢驗

圖3 2000-2006年巢湖水質(zhì)主要污染指標(biāo)變化趨勢及未來5年水質(zhì)預(yù)測

3 討論

根據(jù)本研究中將關(guān)聯(lián)度分級為0.30～0.60屬于中等關(guān)聯(lián)度，表明該指標(biāo)所描述的專題要素與目標(biāo)值有一定偏離，處于中等發(fā)展水平；0.60～0.80屬于較強關(guān)聯(lián)度，表明該指標(biāo)所描述的專題要素接近目標(biāo)值, 處于相對較高的發(fā)展水平[16].

因此，COD主要的排放源是工業(yè)廢水的排放，其次是農(nóng)村人口的生活中產(chǎn)生的污水排放.農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值與TN的關(guān)聯(lián)度比工業(yè)總產(chǎn)值較高說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥化肥的大量使用影響水體.人口與TP的排放關(guān)聯(lián)較明顯，表明城鎮(zhèn)、農(nóng)村人口的生活廢水垃圾排泄物對TP影響最大，是主要的污染源.

對巢湖水質(zhì)影響較大的污染指標(biāo)CODMn、TN、TP建立的灰色GM（1,1）預(yù)測模型結(jié)果表明主要污染物指標(biāo)成逐年下降趨勢，其中CODMn下降幅度較大，加強工業(yè)廢水排放的控制及治理對巢湖水質(zhì)的改善效果明顯；TN、TP基本平穩(wěn)下降.隨著經(jīng)濟的發(fā)展、污染防治力度的加大以及人們環(huán)保意識的增強，巢湖水質(zhì)未來五年呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢.但是，根據(jù)國家環(huán)境保護總局發(fā)布地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002），巢湖湖區(qū)CODMn指標(biāo)到2010年基本能達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，TN指標(biāo)到2009年以后基本能處于Ⅳ類以下，但仍不能達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求，TP指標(biāo)未來五年仍然處于Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn).總體看來，未來五年巢湖湖區(qū)水質(zhì)TN、TP指標(biāo)介于Ⅳ～Ⅴ類之間，始終不能滿足Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求.因此，今后巢湖水質(zhì)的主要污染物是TN、TP，而農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)、農(nóng)村人口的生活廢水垃圾排泄物的排放將成為污染物的主要來源.

4 污染防治建議

一方面全面推行企業(yè)的清潔生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)和節(jié)約降耗，淘汰工藝設(shè)備落后，高耗能、高污染的小型企業(yè).提高廢水處理技術(shù)，加強處理力度以及提高廢水中污染物的去除量.同時，更重要的是要改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，提高土壤質(zhì)量；提高農(nóng)民的生產(chǎn)技術(shù)相關(guān)知識，科學(xué)施肥，嚴(yán)格控制氮肥的使用量，平衡氮、磷、鉀的比例.多采用深施等措施，減少肥料的流失，大力推廣農(nóng)家肥、沼肥，減輕農(nóng)業(yè)面源對巢湖的氮、磷排放.另外，對農(nóng)藥和化肥征收污染稅，從而間接地限制農(nóng)藥和化肥的使用量.專業(yè)養(yǎng)殖戶飼養(yǎng)動物數(shù)量超過規(guī)定限額必須向有關(guān)部門申請經(jīng)營許可，并建造畜糞處理系統(tǒng).控制含磷商品的使用以及加強對農(nóng)村生活污水盡可能的集中處理.

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Research on the Social Economy Factorial Analysis and Water Pollution in Chaohu Basin

BAI Xian-guang1,WANG Jin2,LI Jin-hua3
(1.Pingdingshan University, Pingdingshan 467000, China; 2.No.1 Senior Middle School of Pingdingshan,Pingdingshan 467000, China; 3.School of Life Science in Anhui University, Hefei 230039, China)

This paper mainly employ the grey correlation analysis to conduct profound research on the socio-economic factors that affect the quality of Chaohu Basin from 2000-2006.At the same time, this paper employs the grey prediction model to conduct forecast on the pollution circumstance of the Chaohu Basin quality in the future five years in order to provide new insights for the water pollution management of the Chaohu Basin.The research findings show that the emissions of COD in Chaohu Basin are overwhelmingly influenced by the industrial wastewater discharge, and they are impacted followed by the sewage disposal result from the life of the rural population.Concerning the TN, it is mainly affected by the large-scale use of pesticides and chemical fertilizers in the process of agricultural production.With regard to the TP, it primarily impacted by the living wastewater & refuse by the urban and rural population.Based on the grey model, it predicts that it is expected to improve the water quality of Chaohu Basin the nest five years.Concerning the CODMn Index of the water quality of Chaohu Basin, it is estimated that by 2010, it will basically achieve the ⅡClass standard, while the TN and TP Indexes will be still between the Ⅳ～ⅤClass Standard.Therefore, the future major pollutants for the Chaohu Basin are TN and TP, while the pivotal pollutants sources are living wastewater discharged by the urban and rural population.It is proposed that it is high time to strengthen the efforts on the residential pollution sources at the same time under the countermeasures of industrial restructuring and controlling industrial & agricultural pollution sources in order to protect the water resources environment within the Basin as well as promote Basin regional social sustainable development in the future.

grey correlation analysis; water quality of Chaohu Basin; socio-economic factors; grey prediction

X171

A

1008-9128（2011）04-0077-05

2011-05-05

安徽省教育廳科技創(chuàng)新團隊(TD200703);安徽省人才開發(fā)基金；安徽大學(xué)學(xué)術(shù)創(chuàng)新團隊項目.

白現(xiàn)廣（1983-），男，河南濮陽人，碩士, 助教.研究方向：生態(tài)學(xué).

李進(jìn)華（1962-），男，安徽安慶人，博士，教授，博士生導(dǎo)師.E-mail：jhl@ahu.edu.cn

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