渭河關(guān)中段水環(huán)境安全評(píng)價(jià)

丁勁 李懷恩 劉鐵龍

摘要為了對(duì)河流的水環(huán)境安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)出沿河城市對(duì)河流水環(huán)境安全的影響情況，以渭河關(guān)中段即渭河所流經(jīng)寶雞、咸陽(yáng)、西安和渭南4個(gè)城市段為例，選取2000～2013年各市與水環(huán)境安全有關(guān)的14個(gè)指標(biāo)為研究對(duì)象，基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型（PSR模型），利用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法，計(jì)算4城市段水環(huán)境綜合安全指數(shù)及影響水環(huán)境安全程度的權(quán)重值，并以此評(píng)價(jià)渭河關(guān)中段的水環(huán)境安全，找到影響水環(huán)境安全的主要因素。結(jié)果表明，2000～2013年間渭河關(guān)中段的水環(huán)境安全狀態(tài)基本在“較差”和“良好”兩個(gè)安全等級(jí)間波動(dòng)；2011年之后關(guān)中段水質(zhì)呈逐步上升趨勢(shì)；適當(dāng)增加人均綠地面積、適當(dāng)減少化肥的施用將有利于渭河關(guān)中段水環(huán)境的改善。

關(guān)鍵詞渭河關(guān)中段；水環(huán)境安全；PSR模型；綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法

中圖分類(lèi)號(hào)S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）31-239-04

Water Environment Security Evaluation in Shaanxi Section of Weihe River

DING Jin1， LI Huaien1*， LIU Tielong2

（1. State Key Laboratory Base of EcoHydraulic Engineering in Arid Area， Xi'an University of Technology， Xian， Shaanxi 710048； 2. Weihe River Administration of Shaanxi Province， Xian， Shaanxi 710018）

Abstract For evaluating water environment security of river， the influence of cities along the river

on water environment safety was evaluated. Taking Shaanxi section of Weihe River as an example， which flowing through Baoji City， Xianyang City， Xian City and Weinan City， choosing 14 indexes which all related to water environment security from each city during 2000-2013， based on the PSR model and the comprehensive index evaluation method to get the comprehensive index of water environment security in every city each year and the weight value that reflects the influence degree to water environment security. The results showed that： the water environment security state of Shaanxi section of Weihe River fluctuated between “Pool” and “Good” during 2000-2013； the water quality in Shaanxi section of Weihe River was going up after 2011； increasing per capita green area and reducing pure using quantity of chemical fertilizer appropriately would improve the water environment security degree.

Key words Shaanxi section of Weihe River； Water environment security； PSR model； Comprehensive index evaluation method

研究河流水環(huán)境問(wèn)題、對(duì)河流的水環(huán)境安全及其影響因子進(jìn)行評(píng)價(jià)有重要的意義：首先，研究河流的水環(huán)境安全能指導(dǎo)水資源的配置，指導(dǎo)河流治理的方針政策；其次，保障了河流的水環(huán)境安全也能夠?qū)崿F(xiàn)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)河流水環(huán)境、河流水資源安全評(píng)價(jià)和區(qū)域水資源安全評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究。王瑞芳等評(píng)價(jià)了山西省的水資源安全，得出山西11個(gè)市人均水資源量是最優(yōu)指標(biāo)，對(duì)山西水資源安全進(jìn)行了預(yù)警[1-2]。周安康等研究了寶雞峽灌區(qū)的水資源安全，找到了供水工程效率低等5個(gè)指標(biāo)是影響灌區(qū)水資源安全的主要因素[3]。解雪峰等用PSR模型研究了東陽(yáng)江流域的水生態(tài)安全，發(fā)現(xiàn)水生態(tài)安全主要問(wèn)題是城區(qū)人為活動(dòng)干擾[4]。閆正龍等用PSR模型研究了平原區(qū)河流系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)指標(biāo)，得出其受人類(lèi)活動(dòng)影響較明顯[5]。呂龍龍等基于PSR模型評(píng)價(jià)了刁口河流路生態(tài)完整性，得到該河2009和2012年完整性分別處于較差和一般差的水平[6]。劉燕等分析了渭河陜西段的生態(tài)安全，發(fā)現(xiàn)水生態(tài)問(wèn)題與水資源的開(kāi)發(fā)利用有著密不可分的關(guān)系[7]。劉子剛等估算了渭河陜西段的水資源、水生態(tài)、水環(huán)境三方面的生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)[8]。Richard Lawford等根據(jù)衛(wèi)星同步觀(guān)察及模型模擬，綜合監(jiān)測(cè)了全球水循環(huán)的趨勢(shì)和變異的數(shù)量、質(zhì)量[9]。Wendy Jepson研究了美國(guó)-墨西哥邊境低收入城鄉(xiāng)居民家庭用水的水資源安全狀況，發(fā)現(xiàn)其中55%是“水不安全”[10]。Dunn等研究出一種簡(jiǎn)單方法來(lái)更好地了解氣候和土地利用變化對(duì)水質(zhì)的廣泛影響[11]。

之前學(xué)者雖然對(duì)渭河關(guān)中段水環(huán)境進(jìn)行過(guò)相關(guān)的研究，但沒(méi)有評(píng)價(jià)過(guò)渭河關(guān)中段的水環(huán)境安全程度。故筆者以研究渭河在關(guān)中段內(nèi)流經(jīng)的寶雞、咸陽(yáng)、西安和渭南4個(gè)市對(duì)渭河水環(huán)境的影響為內(nèi)容，選取以上4個(gè)城市對(duì)渭河水資源安全有影響的自然、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和社會(huì)幾個(gè)方面的若干指標(biāo)，對(duì)渭河關(guān)中段的水環(huán)境安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域和資料

渭河是黃河最大的一級(jí)支流，發(fā)源于甘肅省鳥(niǎo)鼠山北側(cè)，自西向東經(jīng)陜西省潼關(guān)港口注入黃河。渭河全長(zhǎng)818 km，流域面積13.48萬(wàn)km2，其中陜西境內(nèi)河長(zhǎng)約502 km，流域面積6.71萬(wàn)km2。筆者研究的區(qū)域?yàn)槲己恿饔蜿P(guān)中段，渭河關(guān)中段位于渭河中下游，行政上主要包括寶雞市、咸陽(yáng)市、西安市、渭南市（圖1）。該研究所采用的數(shù)據(jù)來(lái)自陜西省統(tǒng)計(jì)局編著的《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》[12]及《陜西區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒》[13]中相應(yīng)年份寶雞市、咸陽(yáng)市、西安市、渭南市的統(tǒng)計(jì)資料。

1.2研究方法

水環(huán)境綜合安全的評(píng)價(jià)是指對(duì)受人類(lèi)活動(dòng)影響而造成的水質(zhì)降低程度、水資源承載能力破壞程度的評(píng)價(jià)，并以其值評(píng)價(jià)河流水環(huán)境的安全程度。PSR模型（狀態(tài)-壓力-響應(yīng)模型）在近些年的生態(tài)安全評(píng)價(jià)、土地資源質(zhì)量評(píng)價(jià)及生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[14]。該模型由壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)子模型構(gòu)成。選取《陜西統(tǒng)計(jì)年

鑒》和《陜西區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒》中對(duì)渭河關(guān)中段水質(zhì)、水生態(tài)

環(huán)境有脅迫和有影響的自然、經(jīng)濟(jì)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和社會(huì)方面若干指標(biāo)，結(jié)合PSR模型，構(gòu)建一個(gè)針對(duì)渭河關(guān)中段水環(huán)境安全的評(píng)價(jià)體系，用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法計(jì)算各指標(biāo)對(duì)水環(huán)境影響的權(quán)重值和渭河關(guān)中段水環(huán)境綜合安全評(píng)價(jià)值，以此對(duì)所得各年、各市的水環(huán)境綜合安全評(píng)價(jià)值進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。

2結(jié)果與分析

2.1指標(biāo)的選取

渭河關(guān)中段主要流經(jīng)寶雞、咸陽(yáng)、西安和渭南4市，該研究統(tǒng)計(jì)整理了2000～2013年以上4個(gè)城市自然、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和社會(huì)5方面共14個(gè)指標(biāo)作為渭河關(guān)中段水環(huán)境評(píng)價(jià)的因子，其中5項(xiàng)壓力子模型因子（造林面積、人均綠地面積、耕地面積、主要農(nóng)作物種植面積和施用化肥折純量）、5項(xiàng)狀態(tài)子模型因子（第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)分別占GDP的比重、生產(chǎn)總值指數(shù)和人均生產(chǎn)總值指數(shù)）和4項(xiàng)響應(yīng)子模型因子（工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放率、工業(yè)用水重復(fù)利用率、人均生活日用水量和廢水治理設(shè)施處理能力），統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.2指標(biāo)的規(guī)范化處理及權(quán)重值和綜合安全評(píng)價(jià)值的計(jì)算

從以上選取的各個(gè)指標(biāo)可知，指標(biāo)之間的單位不同、量綱不同，不能直接進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較。參考之前學(xué)者進(jìn)行的研究，采用綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法，并利用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)選取的指標(biāo)進(jìn)行量化統(tǒng)一。對(duì)量綱進(jìn)行量化統(tǒng)一之后，針對(duì)綜合評(píng)價(jià)體系中權(quán)重問(wèn)題，采取均方差權(quán)值法進(jìn)行權(quán)重的計(jì)算[15]。

首先，利用極差標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：對(duì)于正向指標(biāo)（值越大，水環(huán)境越安全的指標(biāo)），如造林面積、人均綠地面積、第三產(chǎn)業(yè)所占GDP比重、工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放率、工業(yè)用水重復(fù)利用率和廢水設(shè)施處理能力：

Yij=10×（Xij-Xjmin）（Xjmax-Xjmin） （1）

對(duì)于負(fù)向指標(biāo)（值越小，水環(huán)境越安全的指標(biāo)），除上述6項(xiàng)所余指標(biāo)：

Yij=10×（Xjmax-Xij）（Xjmax-Xjmin） （2）

式中，Xij和Yij分別代表第i年第j個(gè)指標(biāo)的原值和標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值；Xjmax和Xjmin分別代表第j個(gè)指標(biāo)在研究年份內(nèi)的最大值和最小值。

其次，利用均方差權(quán)值法計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重：

Kj=Dj×j （3）

Aj=Kjnj=1Kj （4）

式中，Yj和Dj分別代表第j個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)值的均值和均方差；Kj和Aj分別代表第j個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)和權(quán)重值。

最后，根據(jù)以上計(jì)算權(quán)重值得到水環(huán)境綜合安全評(píng)價(jià)值：

Wi=nj=1AjYij （5）

式中，Wj為第j項(xiàng)指標(biāo)的水環(huán)境綜合安全評(píng)價(jià)值。同理，可計(jì)算得到各年的水環(huán)境綜合安全評(píng)價(jià)值。

其中，各指標(biāo)的權(quán)重值可表示該指標(biāo)對(duì)于水環(huán)境的影響程度，權(quán)重值越大，對(duì)水環(huán)境影響越嚴(yán)重；水環(huán)境綜合安全評(píng)價(jià)值則表示水環(huán)境的安全程度，具體評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

計(jì)算所得渭河各城市段水環(huán)境綜合安全評(píng)價(jià)值如表3

所示。

從水環(huán)境綜合安全評(píng)價(jià)值的年際變化可知：①渭河關(guān)

中段的水環(huán)境安全狀態(tài)基本在“較差”和“良好”兩個(gè)安全等級(jí)間波動(dòng)，未達(dá)到過(guò)“惡劣”狀態(tài)；②在2011年以后，4市的安全評(píng)價(jià)值均呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明水環(huán)境在相應(yīng)年份有所改善；③渭河渭南段的水環(huán)境整體惡化嚴(yán)重，西安段的水環(huán)境安全程度呈上升趨勢(shì)；④渭河寶雞和咸陽(yáng)段水環(huán)境安全狀態(tài)基本保持在“一般”狀態(tài)，沒(méi)有太大波動(dòng)。

計(jì)算所得各指標(biāo)在每個(gè)市對(duì)水環(huán)境安全影響的權(quán)重值見(jiàn)表4。表4反映出在不同的城市段，選取指標(biāo)對(duì)水環(huán)境安全影響的程度有所不同。指標(biāo)中人均綠地面積和施用化肥折純量?jī)身?xiàng)對(duì)渭河4個(gè)城市段的水環(huán)境均有重要影響，此外渭河寶雞段的工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放率、咸陽(yáng)段的耕地面積、西安段的廢水治理設(shè)施處理能力和渭南段的人均生活日用水量也對(duì)該段的水環(huán)境安全影響程度比較大。

2.3水環(huán)境安全評(píng)價(jià)結(jié)果的檢驗(yàn)

為了檢驗(yàn)該研究所得渭河關(guān)中段水環(huán)境安全的變化趨勢(shì)與實(shí)際是否相符，將所得綜合安全值變化趨勢(shì)與環(huán)保部公布的相應(yīng)年份渭南潼關(guān)吊橋斷面水質(zhì)情況進(jìn)行比對(duì)。因潼關(guān)吊橋斷面水質(zhì)從2005年開(kāi)始監(jiān)測(cè)，且每周公布一次，故取該斷面每年的污染物濃度均值與該研究結(jié)果比對(duì)。公布的潼關(guān)吊橋斷面主要污染物濃度的年平均值的變化趨勢(shì)如圖2所示。

潼關(guān)吊橋所監(jiān)測(cè)的COD濃度呈整體下降趨勢(shì)，氨氮濃度2009和2010年略有波動(dòng)，自2010年后呈下降趨勢(shì)，溶解氧濃度基本呈增加趨勢(shì)，說(shuō)明渭河潼關(guān)吊橋上游的水質(zhì)近些年有所改善。這樣結(jié)果與該研究所得渭河關(guān)中段水質(zhì)的變化趨勢(shì)大體相當(dāng)，故認(rèn)為該研究分析結(jié)果基本符合實(shí)際情況。

3結(jié)論

（1）2000～2013年間渭河關(guān)中段的水環(huán)境安全狀態(tài)基本在“較差”和“良好”兩個(gè)安全等級(jí)間波動(dòng)。

（2）2011年之后，渭河關(guān)中段水環(huán)境安全程度增加，即河流水質(zhì)有所改善。

（3）渭河西安段水質(zhì)在2004年之后有明顯改善，渭南段水質(zhì)先下降后有上升，寶雞段和咸陽(yáng)段水質(zhì)基本保持在“一般”狀態(tài)，波動(dòng)不大。

（4）人均綠地面積和施用化肥折純量?jī)身?xiàng)對(duì)渭河關(guān)中段的水環(huán)境安全有較為明顯的影響，適當(dāng)增加人均綠地面積、適當(dāng)減少化肥的施用將有利于水環(huán)境的改善。

筆者選取自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、工業(yè)和農(nóng)業(yè)方面共14項(xiàng)指標(biāo)作為因子，評(píng)價(jià)渭河關(guān)中段水環(huán)境綜合安全，并比較了不同指標(biāo)對(duì)寶雞段、咸陽(yáng)段、西安段和渭南段水環(huán)境安全不同的影響程度。通過(guò)與環(huán)保部公布數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，可知該研究結(jié)果與實(shí)際基本相符。之后的研究中可增加其他指標(biāo)并結(jié)合渭河關(guān)中段的非點(diǎn)源污染特征，進(jìn)行進(jìn)一步的研究和分析。

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