地下水導(dǎo)則I類建設(shè)項(xiàng)目工作等級(jí)分級(jí)表探析

張 磊，王 軍

(1.成都工業(yè)學(xué)院 工商管理系，成都 610031;2.成都工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校 土木系，成都 610081)

環(huán)境保護(hù)部《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則——地下水環(huán)境》(HJ 610—2011)(以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)于2011年6月1日起正式實(shí)施。這為涉及地下水的評(píng)價(jià)工作規(guī)范化提供了技術(shù)依據(jù)，同時(shí)也對(duì)地下水環(huán)境保護(hù)和污染防治工作提供了法規(guī)依據(jù)。

根據(jù)I類建設(shè)項(xiàng)目對(duì)地下水環(huán)境影響程度與范圍的大小，將地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作分為1～3級(jí)。評(píng)價(jià)工作等級(jí)的不同使得在環(huán)評(píng)過(guò)程中對(duì)于評(píng)價(jià)的技術(shù)要求、影響預(yù)測(cè)、影響評(píng)價(jià)、保護(hù)措施與對(duì)策等諸方面均提出不同的要求。為從根本上把握I類建設(shè)項(xiàng)目地下水評(píng)價(jià)工作等級(jí)，探索工作等級(jí)分級(jí)5項(xiàng)指標(biāo)的層次關(guān)系和分級(jí)的合理性，本文從數(shù)據(jù)分析的角度入手，試圖揭示其中的規(guī)律性，并為實(shí)際的地下水環(huán)評(píng)等級(jí)確定提供參考性意見。

I類建設(shè)項(xiàng)目地下水工作等級(jí)劃分，在《導(dǎo)則》中是以判斷表的形式表達(dá)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，環(huán)評(píng)工作者根據(jù)5項(xiàng)指標(biāo)的取值便可迅速查詢結(jié)果。但《導(dǎo)則》中并未明確給出5項(xiàng)指標(biāo)之間的層次關(guān)系，僅靠指標(biāo)在分級(jí)表的左右位置來(lái)斷定其作用的大小其依據(jù)是不充分的。為此需要將分級(jí)表中已被壓縮的信息還原出來(lái)，并找到合適的角度來(lái)展現(xiàn)，幫助我們認(rèn)識(shí)其中的規(guī)律。

1 研究方法

1.1 思路

觀察《導(dǎo)則》中給出的I類建設(shè)項(xiàng)目地下水工作等級(jí)分級(jí)表，不論5項(xiàng)指標(biāo)的取值如何變化，其組合最終得出一確定的級(jí)別值。按照物以類聚的原理，通過(guò)構(gòu)造五指標(biāo)交叉點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)，調(diào)整指標(biāo)的不同組合，搜尋聚類效果最顯著的圖形，以期找到5項(xiàng)指標(biāo)的內(nèi)在規(guī)律，并可進(jìn)一步用于判斷分級(jí)的合理性。

1.2 分析維度的降低

5項(xiàng)指標(biāo)共同決定工作等級(jí)的值，相當(dāng)于要用5個(gè)維度來(lái)描畫分級(jí)結(jié)果，顯然直接用這樣的高維度是無(wú)法獲得直觀可解釋的結(jié)果的。參考兩維圖論聚類法［2］，通過(guò)劃分視野和指標(biāo)組合的方式來(lái)降低維度。也就是說(shuō)為降低分析的難度，得出便于理解的最終結(jié)果，可采用二維交叉表的形式來(lái)描述分析過(guò)程與結(jié)果，將已經(jīng)壓縮的信息還原出來(lái)。為此，需要有2個(gè)步驟來(lái)降低分析的維度:1)在5項(xiàng)指標(biāo)中選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)作為頂層變量;2)利用剩余的4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行合理組合，構(gòu)造二維復(fù)合變量，構(gòu)造如圖1所示的原理模型。①為頂層變量，②③為縱橫坐標(biāo)復(fù)合變量，④為工作等級(jí)分級(jí)值區(qū)。以頂層變量為前提的，②③復(fù)合變量交叉決定的結(jié)果④。以結(jié)果④的聚類效果作為判別①②③是否選擇得當(dāng)?shù)囊罁?jù)。

圖1 將《導(dǎo)則》中工作等級(jí)分級(jí)表轉(zhuǎn)化為二維交叉表的原理模型

通過(guò)降維處理，原5個(gè)維度的分級(jí)表現(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)槎S交叉表，通過(guò)該交叉表進(jìn)行下一步的分析。

圖2 將《導(dǎo)則》中工作等級(jí)分級(jí)表轉(zhuǎn)化為二維交叉表的實(shí)際模型

1.3 交叉表的構(gòu)造

每個(gè)項(xiàng)指標(biāo)均有3個(gè)取值，將工作等級(jí)分級(jí)表轉(zhuǎn)換為二維交叉表的一個(gè)完整的組合應(yīng)當(dāng)如圖2所示。圖中的情形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示3種情形。一個(gè)完整的組合稱為一種方案，一種方案包括3種情形。降維后剩余的4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行組合，可以進(jìn)行2×2組合或1×3(3×1可以視為1×3的轉(zhuǎn)置)組合，填充②③所示位置構(gòu)建交叉表。

方案遵從如下約定:1)在X軸方向上各指標(biāo)取值的排列順序依照從不利情況至有利情況的等級(jí)自左向右排列;在Y軸方向上各指標(biāo)的排列順序依照從不利情況至有利情況的等級(jí)自上向下排列。2)方案的說(shuō)明格式采用:頂層指標(biāo)/(X軸向主指標(biāo)|X軸向明細(xì)指標(biāo))/(Y軸向主指標(biāo)|Y軸向明細(xì)指標(biāo))，其中(X軸向主指標(biāo)|X軸向明細(xì)指標(biāo))即為X軸向組合變量，(Y軸向主指標(biāo)|Y軸向明細(xì)指標(biāo))即為Y軸向組合變量。

2 結(jié)果與分析

2.1 圖形直觀聚類分析

在120種方案圖形中擷取2個(gè)方案舉例說(shuō)明。

圖3 污水水質(zhì)復(fù)雜程度/(含水層易污染特征|地下水環(huán)境敏感程度)/(包氣帶防污性能|污水排放量)組合方案

圖3是聚類效果不理想的情況。結(jié)果④區(qū)域中的一、二、三代表5個(gè)指標(biāo)所確定的評(píng)價(jià)工作等級(jí)值，其中的二級(jí)被涂以較深的顏色。從頂層指標(biāo)可以看到情形Ⅰ是“復(fù)雜”;情形Ⅱ是“中等”;情形Ⅲ是“簡(jiǎn)單”。3種情形表現(xiàn)出相同的特點(diǎn)，即:3個(gè)等級(jí)的取值排列都毫無(wú)聚類的特征，3個(gè)級(jí)別值相互交錯(cuò)，相同值單元格之間不連通，級(jí)與級(jí)之間界限不明確。從這樣的結(jié)果可以斷定5項(xiàng)指標(biāo)的排列方案是不恰當(dāng)?shù)?，?yīng)當(dāng)予以舍棄。

圖4是聚類效果不理想的情況。從頂層指標(biāo)可以看到情形Ⅰ是“易”;情形Ⅱ是“中”;情形Ⅲ是“不易”。3種情形表現(xiàn)出相同的特點(diǎn)，與圖3相似，亦斷定5項(xiàng)指標(biāo)的排列方案是不恰當(dāng)?shù)?，舍棄?/p>

通過(guò)對(duì)120種方案逐一觀察，將聚類良好，即圖形中一、二、三級(jí)各級(jí)評(píng)價(jià)值集中度好，級(jí)間界限分明，同級(jí)單元格之間構(gòu)成連通或經(jīng)微調(diào)后可以構(gòu)成連通的圖形篩選出來(lái)，進(jìn)行深入分析。下面列出從120種方案中篩選出來(lái)進(jìn)行深入分析的方案，共計(jì)14種，如表1所示。

注意到上述編號(hào)分別為奇數(shù)與偶數(shù)的方案存在著互為轉(zhuǎn)置的關(guān)系，它們之間的關(guān)系是等效的。在后續(xù)深入分析中我們僅需要考慮真正獨(dú)立的7種方案。

圖4 含水層易污染特征/(污水水質(zhì)復(fù)雜程度|地下水環(huán)境敏感程度)/(包氣帶防污性能|污水排放量)組合方案

2.2 等級(jí)相關(guān)性分析

從聚類良好的7種方案中可知所有的情形在“二級(jí)”聚類表現(xiàn)出線性相關(guān)的特征。統(tǒng)計(jì)學(xué)中為了清楚地看清2個(gè)變量之間的規(guī)律，通常采用“散點(diǎn)圖”的方式將2個(gè)變量在平面直角坐標(biāo)系中用點(diǎn)表示出來(lái)［3，5］。此外統(tǒng)計(jì)學(xué)在研究?jī)蓚€(gè)變量之間的相關(guān)關(guān)系主要是進(jìn)行相關(guān)分析，即通過(guò)引入一定的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來(lái)量化變量之間相關(guān)的程度，此時(shí)兩個(gè)變量的地位是對(duì)等的，沒(méi)有方向上的差異。相關(guān)系數(shù)就是這樣一個(gè)指標(biāo)［3］。

為證實(shí)工作等級(jí)為“二級(jí)”的聚類是否屬于線性相關(guān)，將每方案的3種情形各自構(gòu)筑坐標(biāo)系，即以每種情形的左下角為原點(diǎn)，單元格為步長(zhǎng)，左下角單元格坐標(biāo)為(1，1)，右上角單元格為(9，9)其余以此類推。

表1 從120種方案中篩選出來(lái)進(jìn)行深入分析的14種方案

表2 選取編號(hào)為奇數(shù)的方案并計(jì)算相關(guān)系數(shù)同時(shí)給出顯著性的P值檢驗(yàn)

注意到X、Y軸變量類型均屬于定序變量，其相關(guān)性分析須采用等級(jí)相關(guān)分析。在此，利用SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)分析，求出其相關(guān)系數(shù)并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)［4］。下面所述相關(guān)系數(shù)是指X軸向組合變量與Y軸向組合變量之間的相關(guān)系數(shù)。

選取以上編號(hào)為奇數(shù)的方案并計(jì)算相關(guān)系數(shù)同時(shí)給出顯著性的P值檢驗(yàn)如表2所示。根據(jù)以上計(jì)算來(lái)排序各情形的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如下(以序號(hào)表示):

情形Ⅰ:(7)=(9)＞(5)=(3)＞(1)＞(11)＞(13)

情形Ⅱ:(7)=(9)＞(5)＞(3)＞(11)＞(13)＞(1)

情形Ⅲ:(9)＞(11)＞(5)=(3)＞(7)＞(13)＞(1)

因本研究的基本思想是聚類，方案7、9在情形Ⅰ中全部取值均為“一級(jí)”，聚類效果最好，故將其排在首位。

相關(guān)系數(shù)只能描述2個(gè)變量之間的變化方向及密切程度，并不能揭示兩者之間的內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系［5］。當(dāng)2個(gè)變量遵從相同變化方向時(shí)就會(huì)表現(xiàn)出共線的特征，亦即出現(xiàn)較高的相關(guān)系數(shù)。分級(jí)表5項(xiàng)指標(biāo)之間并無(wú)內(nèi)在聯(lián)系，但它們都有相同的變化方向，即當(dāng)指標(biāo)為不利情形時(shí)均傾向“一級(jí)”取值，當(dāng)指標(biāo)為有利情形時(shí)均傾向“三級(jí)”取值。正是由于存在這樣的規(guī)律，選擇線性相關(guān)特征明顯，相關(guān)系數(shù)最高的方案也是順理成章的。按照統(tǒng)計(jì)學(xué)界的慣例［6］，線性相關(guān)系數(shù)大于0.7為高度相關(guān)，上述各方案的相關(guān)系數(shù)都呈現(xiàn)出高度相關(guān)。

另外，以上所有的P值均遠(yuǎn)小于給定的顯著水平0.05，故認(rèn)為X、Y兩軸向的組合變量所求得的斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)是可接受的。

2.3 最終方案及判據(jù)調(diào)整

方案9在3種情形下均排列首位，最終選取該方案為Ⅰ類建設(shè)項(xiàng)目工作等級(jí)分級(jí)表的解釋方案，如圖5所示。

圖5 地下水環(huán)境敏感程度/(包氣帶防污性能|污水水質(zhì)復(fù)雜程度)/(含水層易污染特征|污水排放量)組合方案

3 討論

3.1 交叉表的構(gòu)筑方面

本研究?jī)H考察在頂層變量 +2×2組合變量的情況，通過(guò)觀察各情形可知，前述分析的各情形是9×9個(gè)單元格，在縱橫方向上各有9個(gè)單元格，這充分拉開了分析的空間得以觀察各情形的細(xì)部構(gòu)造。

如考察在頂層變量 +1×3組合變量的情況(頂層變量 +3×1亦是如此)，前述分析的各情形將是3×27個(gè)單元格，在縱(或橫)方向上僅有3個(gè)單元格。這實(shí)際上壓縮了一個(gè)方向上的表達(dá)能力，使得圖形變得扁平。從《導(dǎo)則》中原始的分級(jí)表實(shí)際上就是典型的扁平結(jié)構(gòu)，每個(gè)情形可視為1×81個(gè)單元格，并不適合從研究的角度找出規(guī)律。

3.2 方案環(huán)評(píng)意義上的解釋

從環(huán)評(píng)中確定工作等級(jí)的方法來(lái)看，一般從3方面入手:建設(shè)項(xiàng)目本身對(duì)環(huán)境施加的影響因子;項(xiàng)目所在地環(huán)境制約因素;法律法規(guī)規(guī)劃等約束。根據(jù)方案9中5項(xiàng)指標(biāo)的組合層次，地下水環(huán)境敏感程度是法律法規(guī)，作為頂層指標(biāo)是首要考慮因素;包氣帶防污性能和含水層易污染特征是環(huán)境制約因素，作為主指標(biāo)層次是優(yōu)先考慮的因素;污水排放量和水質(zhì)復(fù)雜程度是建設(shè)項(xiàng)目對(duì)環(huán)境施加的影響，作為明細(xì)層次是最后考慮的因素。5項(xiàng)指標(biāo)的3個(gè)層次劃分與工作等級(jí)確定的3個(gè)層面相吻合。

從預(yù)防和減輕不良環(huán)境影響提出環(huán)保對(duì)策和措施的方面來(lái)看:地下水環(huán)境敏感程度在項(xiàng)目選址確定后基本無(wú)法改變;包氣帶防污性能和含水層易污染特征可以做出一定的改善，但屬于治標(biāo)不治本的辦法，因此不適宜作為治理的重點(diǎn);污水排放量和水質(zhì)復(fù)雜程度是預(yù)防的重點(diǎn)，《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則——總綱》明確提出用“清污分流、一水多用、節(jié)約用水”的原則來(lái)控制、削減污水量［7］。在對(duì)一、二類污染物取樣口的規(guī)定上，污染物的排放濃度與排放總量的限制等系列標(biāo)準(zhǔn)方面等都屬于標(biāo)本兼治的方法。這些治理的層次也是與5項(xiàng)指標(biāo)的3個(gè)層次劃分相吻合的。

4 結(jié)語(yǔ)

5項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于工作等級(jí)確定的貢獻(xiàn)可劃分為3個(gè)層次:第一層次為地下水環(huán)境敏感程度，是首要考慮因素;第二層次為包氣帶防污性能與含水層易污染特征，屬于優(yōu)先考慮因素，這兩者有同等地位;第三層次為污水排放量與污水水質(zhì)復(fù)雜程度，這兩者有同等地位。在實(shí)際工作中，指標(biāo)的層次越高，其誤判所導(dǎo)致工作等級(jí)偏離的概率越大。

建議將三級(jí)判據(jù)中的“強(qiáng)—易—較敏感—小—簡(jiǎn)單”刪去，歸為二級(jí)判據(jù)。

［1］國(guó)家環(huán)境保護(hù)部.環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則:地下水環(huán)境(HJ 610—2011)［S］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2011:5－8.

［2］唐啟義，馮明光.實(shí)用統(tǒng)計(jì)分析及其DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)［M］.北京:科學(xué)出版社，2002:265－267.

［3］龍永紅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)［M］.北京:高等教育出版社，2000:230－232.

［4］高惠璇.SAS系統(tǒng)·Base SAS軟件使用手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，1997:369－370.

［5］王孝玲.教育統(tǒng)計(jì)學(xué)［M］.修訂2版.上海:華東師范大學(xué)出版社，2001:229－230.

［6］方積乾.衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)［M］.5版.北京:人民衛(wèi)生出版社，2003:92－93.

［7］國(guó)家環(huán)境保護(hù)部.環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則:總綱(HJ 2.1—2011)［S］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2011:5－6.