京津冀地區(qū)典型城市地表水質(zhì)污染類型劃分及驅(qū)動力研究

馬民濤，梁增強，杜改芳

(北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100124)

水環(huán)境問題已成為影響和制約國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素［1］。污染物總量控制對于我國水污染物排放控制和緩解水質(zhì)急劇惡化的趨勢發(fā)揮了積極有效的作用［2］。同時，國家制定了“十二五”期間主要污染物總量減排目標(biāo):與2010年相比，化學(xué)需氧量排放總量下降8%，氨氮排放總量下降10%［3］。《北京市“十二五”時期環(huán)境保護(hù)和建設(shè)規(guī)劃》中提出2015年化學(xué)需氧量和氨氮排放總量分別減少8.7%(其中工業(yè)和生活排放量減少9.8%)和10.1%(其中工業(yè)和生活排放量減少10.2%)［4］。面對污染減排新任務(wù)、新壓力，政府需要合理的、針對性強的建議作為制定環(huán)保政策的參考。

利用水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析流域水體污染時空變異特征及潛在污染源的研究較多［5］，忽略了水污染排放數(shù)據(jù)的重要性。王臘春［6］、焦士興［7］、毛小苓［8］、王水［9］等學(xué)者利用多元統(tǒng)計分析探索污染物排放量與經(jīng)濟(jì)總量的特征。分析區(qū)域經(jīng)濟(jì)與污染物排放之間的協(xié)調(diào)程度，可反映區(qū)域?qū)Νh(huán)境保護(hù)工作的重視程度及污染控制的力度，為此，本文基于聚類分析和回歸分析及京津冀地區(qū)污染排放數(shù)據(jù)，探索典型城市的水污染排放特征及其與不同經(jīng)濟(jì)類型城市間的關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)及其來源

本研究主要分析廢水及其主要污染物排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，研究指標(biāo)包括:工業(yè)氨氮排放量、工業(yè)COD排放量、工業(yè)廢水排放量、生活氨氮排放量、生活COD排放量、生活污水排放量6項污染指標(biāo)及1項經(jīng)濟(jì)指標(biāo) (GDP)，具體數(shù)據(jù)來自《中國環(huán)境統(tǒng)計年報》(2004～2010)、《河北省經(jīng)濟(jì)年鑒》 (2004～2010)、 《中國統(tǒng)計年鑒》(2004～2010)。數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計結(jié)果如下表。

表 各指標(biāo)的描述性統(tǒng)計Tab. Descriptive statistics on each indicator

2 城市類型劃分

為合理地分析典型城市的水污染排放特征及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的總體特征，基于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、污染排放水平，運用系統(tǒng)聚類法進(jìn)行統(tǒng)計分類。選取北京、天津、石家莊、保定4個城市2004年～2010年間的水污染排放數(shù)據(jù)及GDP，利用SPSS19.0軟件進(jìn)行聚類分析?；跇?biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù) (全距從0～1)應(yīng)用系統(tǒng)聚類法，同時采用Euclidean距離，計算方法選取離差平方和法(Ward's法)。聚類過程產(chǎn)生的聚類樹如圖1。

圖1 聚類分析樹狀圖Fig.1 Dendrogram of cluster analysis

聚類分析表明:當(dāng)10＜Dlink/Dmax*100＜14時，28個樣本根據(jù)其水污染排放特征及經(jīng)濟(jì)水平特征的相似性被劃分為3類。A類包括北京2004，北京2005，北京2006，北京2007，北京2008，北京2009和北京2010共7個樣本;B類包括天津2006，天津 2007，天津 2008，天津 2004，天津2009，天津2010和天津2005共7個樣本;C類包括石家莊2005，石家莊2006，石家莊2007，石家莊2004，保定2008，保定2009，保定2007，保定2010，石家莊2009，石家莊2010，石家莊2008，保定2004，保定2005和保定2006共14個樣本。從空間角度分析，A類型包含的樣本均來自北京市;B類包含的樣本均來自天津;C類包含的樣本均來自石家莊和保定 (都屬于河北省)，說明在京津冀地區(qū)不同行政區(qū)劃內(nèi)，廢水及主要污染物排放特征存在明顯差異。

3 水污染排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展特征

3.1 分析方法

回歸分析在環(huán)境污染分析中應(yīng)用比較廣泛［10，11］，在回歸結(jié)果的分析中，R2表示方程中變量X對Y的解釋程度 (R2取值在0～1之間，越接近1，表明方程中X對Y的解釋能力越強)。通常將R2乘以100%來表示回歸方程解釋Y變化的百分比;R2可以反映自變量和因變量的擬合優(yōu)度［11］，也可反映自變量對因變量的貢獻(xiàn)［10，11］。

3.2 結(jié)果與討論

目前，我國的經(jīng)濟(jì)增長對資源的依賴度較高，往往對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，環(huán)境問題已成為制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。為定量分析京津冀地區(qū)水污染排放量對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)，在聚類分析的基礎(chǔ)上，以水污染排放指標(biāo)為自變量、以GDP為因變量進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果如圖2。

由不同城市、不同時期水污染物排放量指標(biāo)與GDP的回歸分析結(jié)果可知:

A類城市 (北京市):生活氨氮排放量與GDP的擬合方程不存在統(tǒng)計學(xué)意義 (p=0.066＞0.05)，故舍去，即北京市廢水氨氮排放量與GDP不存在明顯的線性關(guān)系。而工業(yè)氨氮排放量、工業(yè)COD排放量、工業(yè)污水排放量、生活COD排放量、及生活污水排放量 (均滿足p＜0.05)與GDP存在明顯的線性相關(guān)關(guān)系;進(jìn)一步分析可知:北京市生活COD排放量對GDP的解釋能力最強 (92.3%)。生活污水排放量、工業(yè)COD排放量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)氨氮排放量對GDP的解釋能力分別為82.5%、81.7%、73.9%、64.9%;這表明北京市生活污染的排放量對GDP的貢獻(xiàn)已超過工業(yè)污染排放量。經(jīng)過北京市的污染減排控制，工業(yè)COD排放量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)氨氮排放量隨經(jīng)濟(jì)的增長而降低;值得注意的是:北京市生活污水排放量隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展快速增加 (擬合方程的斜率為0.164＞0)。郭婧［12］的研究表明北京GDP與廢水排放量的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.95(p＜0.01)，同時工業(yè)廢水排放量所占的比重逐漸縮小，生活廢水排放量所占比重逐漸升高。目前全國生活污水處理率僅為63.3%(2009年)［13］，因此，在今后水污染控制工作中，政府應(yīng)將生活污染源作為控制重點。

B類城市 (天津市):工業(yè)氨氮排放量 (p=0.058＞0.05)，工業(yè)廢水排放量 (p=0.106＞0.05)，生活氨氮排放量 (p=0.371＞0.05)，生活COD排放量 (p=0.073＞0.05)與GDP的回歸結(jié)果無統(tǒng)計學(xué)意義，故舍去，即天津市的工業(yè)氨氮排放量、生活氨氮排放量、生活COD排放量、工業(yè)廢水排放量與GDP不存在明顯的線性相關(guān)關(guān)系;而工業(yè)COD排放量 (p=0.040＜0.05)、生活廢水排放量(p=0.0006＜0.05)與GDP存在明顯的線性相關(guān)關(guān)系。電子信息、汽車、醫(yī)藥、冶金、化工以及新能源已成為天津的六大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)［14］，同時，在京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略定位中，天津應(yīng)發(fā)揮制造業(yè)基礎(chǔ)雄厚、內(nèi)外貿(mào)發(fā)達(dá)和臨海依港的優(yōu)勢，大力發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)、海洋高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、商貿(mào)流通和現(xiàn)代物流業(yè)，在這樣的功能定位下，升級產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化資源配置及加大工業(yè)污染源減排在較長時間內(nèi)應(yīng)作為天津改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的重點。回歸系數(shù)分析表明生活廢水排放量對GDP的解釋能力最強(90.9%)，其次為工業(yè) COD排放量 (52.2%)。分析回歸方程的斜率，生活污水排放量與經(jīng)濟(jì)的增長呈正相關(guān)關(guān)系 (0.292＞0)。這反映出天津市在經(jīng)濟(jì)的增長過程中，對生活污水的減排也不容忽視。

C類城市:根據(jù)污染排放水平及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平將石家莊市與保定市劃歸為C類，說明二者之間污染排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展特征相似。C類城市回歸分析表明石家莊和保定市生活氨氮排放量 (p=0.938＞0.05;p=0.402＞0.05)與GDP的回歸結(jié)果無統(tǒng)計學(xué)意義，故舍去，即在石家莊市、保定市的工業(yè)氨氮排放量與GDP不存在明顯的線性相關(guān)關(guān)系;而石家莊和保定的工業(yè)氨氮排放量、工業(yè)COD排放量、工業(yè)污水排放量、生活COD排放量及生活污水排放量與GDP存在明顯的線性相關(guān)關(guān)系 (顯著性水平均p＜0.05)。進(jìn)一步分析可知，第二產(chǎn)業(yè)成為石家莊市國民經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)出量增長1%會導(dǎo)致總產(chǎn)值增長1.69%［15］。根據(jù)回歸系數(shù)分析，對石家莊和保定市經(jīng)濟(jì)發(fā)展解釋能力最強的3個因素分別是工業(yè)COD排放量 (98.1%;78.3%)、工業(yè)氨氮排放量 (93.1%;73.7%)及生活污水排放量 (91.1%;97.7%)。因此，工業(yè)污染對污染減排的壓力依然較大?？紤]到生活COD排放量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈正相關(guān)且生活COD排放量與GDP的擬合優(yōu)度較高，因此表明:C類城市應(yīng)把生活COD排放量作為污染減排的重點控制對象。相比較而言，保定市的工業(yè)廢水排放量及生活COD排放量比石家莊市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的解釋能力更強，所以石家莊市的污染減排形勢更嚴(yán)峻。

4 結(jié)論

本文經(jīng)對京津冀區(qū)域典型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水污染排放特征的分類及相關(guān)特征研究取得如下結(jié)論:

(1)不同類型城市間廢水及主要污染物排放特征存在明顯的行政區(qū)劃差異性。

(2)不同類型城市的主要污染排放特征不同，

治理重點各異。A類城市 (北京)對GDP貢獻(xiàn)最大的兩個指標(biāo)為生活COD排放量和生活廢水排放量，因此，生活污染源已超越工業(yè)污染源成為該地區(qū)水污染減排的重中之重;B類城市 (天津)對GDP貢獻(xiàn)最大的兩個指標(biāo)為工業(yè)COD排放量和生活廢水排放量，考慮到電子信息、汽車、醫(yī)藥、冶金、化工以及新能源等6大產(chǎn)業(yè)為天津市國民經(jīng)濟(jì)的支柱，說明針對工業(yè)污染源的減排絲毫不能懈怠;C類城市 (石家莊和保定)對GDP貢獻(xiàn)最大的3個指標(biāo)分別為工業(yè)COD排放量、工業(yè)氨氮排放量及生活廢水排放量，因此，相比生活污染源，工業(yè)污染源依然是該地區(qū)減排的重點。

圖2 各指標(biāo)與GDP的回歸分析結(jié)果Fig.2 Results of Linear Regression analysis between each indicator and GDP

(3)生活污水排放量是京津冀地區(qū)水環(huán)境的共同難題。為此，政府應(yīng)大力引進(jìn)人工濕地、新型化糞池及膜生物反應(yīng)器等技術(shù)提高對生活污水的處理率。

(4)不同城市間水污染的防治措施應(yīng)區(qū)別對待:京津冀地區(qū)在過去7年的環(huán)保工作中，工業(yè)廢水及主要污染物排放量已得到有效地控制，現(xiàn)行的相關(guān)污染減排措施和政策是有效的;今后應(yīng)在此基礎(chǔ)上針對不同行政區(qū)劃內(nèi)的污染排放特征，進(jìn)一步提高政策的針對性。

［1］任 靜，李 新.水環(huán)境管理中現(xiàn)有水功能區(qū)劃的研究進(jìn)展［J］.環(huán)境科技，2012，25(1):75-78.

［2］孟 偉，張 楠，張 遠(yuǎn)，等.流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)研究(Ⅲ)控制單元的總量控制技術(shù)［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2007，20(4):1-8.

［3］中國環(huán)境統(tǒng)計公報(2012)［EB/OL］.http://www.mep.gov.cn/zwgk/hjtj/.2013-10-10.

［4］北京市“十二五”時期環(huán)境保護(hù)和建設(shè)規(guī)劃［EB/OL］.http://www.bjpc.gov.cn/fzgh_1/guihua/12_5/12_5_zx/.2013-10-10.

［5］張汪壽，李曉秀，王曉燕，等.北運河武清段水污染時空變異特征［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2012，32(4):836-846.

［6］王臘春，霍 雨，朱繼業(yè)，等.區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與污水排放協(xié)調(diào)分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2008，29(3):593-598.

［7］焦士興，王臘春，霍 雨，等.基于水環(huán)境分析的南方典型中小城市類型劃分及水污染驅(qū)動力研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2009，30(7):1888-1892.

［8］毛小苓，倪晉仁，郭雨蓉.經(jīng)濟(jì)快速增長地區(qū)污水排放特征案例分析［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2000，20(2):219-224.

［9］王 水，屈 健，李 冰，等.太湖流域典型區(qū)域紡織行業(yè)污染特征分析［J］.環(huán)境科技，2012，25(5):5-7.

［10］Zhao J J，Chen S B，Wang H，et al.Quantifying the impacts of socio-economic factors on air quality in Chinese cities from 2000 to 2009［J］.Environmental Pollution，2002，167:148-154.

［11］Zhou Feng，Gordon H.Huang，Guo Huaicheng，et al.Spatiotemporal patterns and source apportionment of coastal water pollution in eastern Hong Kong［J］.Water Research，2007，41:3429-3439.

［12］郭 婧，荊紅衛(wèi)，李金香，等.北運河系地表水近10年來水質(zhì)變化及影響因素分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2012，33(5):1511-1518.

［13］李名升，張建輝，羅海江，等.“十一五”期間中國化學(xué)需氧量減排與水環(huán)境質(zhì)量變化關(guān)聯(lián)分析［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2011，20(3):463-467.

［14］李亞力.天津在京津冀區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的基本戰(zhàn)略［J］.南開學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版)，2005，(5):116-124.

［15］杜希婷.石家莊市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的耦合研究［J］.經(jīng)濟(jì)論壇，2010，479(7):94-96.