京津冀地區(qū)地下水污染防控指標體系構(gòu)建及優(yōu)化*

劉偉江 井柳新# 孫宏亮 孫愿平 王 東

(1.環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；2.中兵勘察設計研究院，北京 100053)

地下水是京津冀地區(qū)的重要飲用水源和戰(zhàn)略資源[1]。但隨著京津冀經(jīng)濟圈的快速發(fā)展，地下水污染問題日益顯現(xiàn)。經(jīng)《華北平原地下水污染防治工作方案》顯示，京津冀地區(qū)地下水存在重金屬超標現(xiàn)象，主要分布在天津和河北石家莊、唐山等城市周邊及工礦企業(yè)周邊；局部地區(qū)有機物污染較重，主要分布在北京市南郊，河北石家莊、邢臺、邯鄲城市周邊等地區(qū)。《水污染防治行動計劃》(以下簡稱“水計劃”)和《京津冀協(xié)同發(fā)展生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》均對水環(huán)境質(zhì)量改善和飲用水源安全保障提出了較高要求。“水計劃”明確指出，到2020年地下水污染加劇趨勢要得到初步遏制，京津冀區(qū)域水生態(tài)環(huán)境狀況有所好轉(zhuǎn)。但地下水污染治理和修復難度大、成本高、周期長[2-3]。因此，為更加經(jīng)濟、有效地開展京津冀地區(qū)地下水污染防控工作，明確重點工作方向，構(gòu)建京津冀地區(qū)地下水污染防控指標體系尤為重要。

1 京津冀地區(qū)地下水污染防控指標體系構(gòu)建

1.1 指標體系構(gòu)建原則

1.1.1 科學性原則

選用的指標能夠科學、準確、客觀地反映京津冀地區(qū)地下水污染防控指標體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)關系，能較好地度量地下水環(huán)境保護的狀況和發(fā)展趨勢。

1.1.2 代表性原則

指標體系設置應具有代表性，能夠較好地反映京津冀地區(qū)地下水環(huán)境的狀況；各指標應相對獨立，避免產(chǎn)生過多的冗余數(shù)據(jù)。

1.1.3 實用性原則

指標的內(nèi)容應簡明直觀，概念應完整明確，有關數(shù)據(jù)可獲得且便于計算；所選指標應與國家相應規(guī)劃充分銜接，能為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1.2 指標體系構(gòu)建方法

綜合考慮京津冀地區(qū)地下水污染狀況、地下水污染源荷載、地下水飲用水源情況、地下水環(huán)境監(jiān)管等因素，構(gòu)建以目標層、準則層和指標層為框架的地下水污染防控指標體系。目標層為京津冀地區(qū)地下水污染防控；準則層包括區(qū)域地下水環(huán)境狀況、污染源及其周邊地下水環(huán)境狀況、地下水型水源情況、重點污染源狀況以及地下水監(jiān)測情況；以人類與環(huán)境之間的壓力—狀態(tài)—影響—響應關系為依據(jù)，采用PSIR模型[4-6]構(gòu)建指標層。

1.3 指標體系框架構(gòu)建

1.3.1 京津冀地區(qū)地下水污染防控現(xiàn)狀

經(jīng)《華北平原地下水污染防治工作方案》顯示，京津冀地區(qū)地下水出現(xiàn)了重金屬和有機物超標現(xiàn)象。重金屬類主要污染指標為汞、鉻、鎘、鉛等；有機類主要污染指標為苯、四氯化碳、三氯乙烯等。初步判斷，海河流域污染地表水的入滲補給和加油站、垃圾填埋場、危險廢物處置場、礦山加工及開采區(qū)、畜禽養(yǎng)殖場、高爾夫球場、工業(yè)園區(qū)等重點污染源排放是該區(qū)域地下水污染的重要原因。此外，部分中小型企業(yè)通過滲井、滲坑違法排污以及地下水環(huán)境監(jiān)管能力較弱等都直接影響京津冀地區(qū)地下水污染防控工作。

1.3.2 京津冀地區(qū)地下水污染防控指標體系

根據(jù)京津冀地區(qū)地下水污染特點，構(gòu)建以目標層—準則層—指標層為框架的指標體系(見表1)。通過PSIR模型構(gòu)建指標層指標(見圖1)，其中壓力層指標是指給地下水環(huán)境帶來影響的主要人類活動，共12個，包括區(qū)域地下水開發(fā)利用情況、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展狀況、污水管網(wǎng)漏損情況、加油站地下油罐防滲池或雙層罐設置情況、垃圾填埋場防滲措施設置情況、危險廢物處置場防滲措施設置情況、尾礦庫防滲措施設置情況、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場防滲措施設置情況、高爾夫球場防滲措施設置情況、工業(yè)園區(qū)廢水處理情況、工業(yè)園區(qū)固體廢物處置情況、滲井滲坑情況；狀態(tài)層指標是指客觀存在的水環(huán)境狀況，共9個，包括區(qū)域地表水環(huán)境質(zhì)量狀況、區(qū)域地下水環(huán)境質(zhì)量狀況、重點污染源(加油站、垃圾填埋場、危險廢物處置場、礦山加工和開采區(qū)、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場、高爾夫球場、工業(yè)園區(qū))及其周邊地下水環(huán)境狀況；影響層指標是指環(huán)境狀況改變后對人類產(chǎn)生的重要影響，共2個，包括地下水水源地水質(zhì)達標情況和地下水水源地水量達標情況；響應層指標是指人類為保護地下水環(huán)境而采取的相應措施，共9個，包括地下水水源地保護區(qū)劃分情況、保護區(qū)內(nèi)違法建設項目和排污口取締情況、應急能力建設情況、區(qū)域地下水監(jiān)測網(wǎng)建設情況、區(qū)域地下水質(zhì)監(jiān)測情況、地下水水源地及其周邊地下水環(huán)境監(jiān)測井建設情況(不含取水口)、地下水水源地水質(zhì)監(jiān)測情況、污染源地下水環(huán)境監(jiān)測井建設情況、污染源地下水質(zhì)監(jiān)測情況。

2 京津冀地區(qū)地下水污染防控指標優(yōu)化

地下水污染問題是我國當前、也是未來較長一段時期內(nèi)需要面臨的重要問題。這就意味著地下水污染防控工作具有長期性和階段性特征。為明確京津冀地區(qū)地下水污染防控重點方向和階段任務，對已構(gòu)建的指標體系開展優(yōu)化研究。

2.1 指標優(yōu)化方法

采用層次分析法對已構(gòu)建的指標體系進行優(yōu)化。層次分析法[7-9]是一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標決策方法。該方法將決策問題的有關元素構(gòu)建成一個包括目標、準則、指標等層次的結(jié)構(gòu)模型，用一定標度對人的主觀判斷進行客觀量化，采用兩兩比較以確定決策方案的相對重要性。

該方法的主要步驟包括：(1)將所考慮的元素按照一定邏輯關系，構(gòu)造目標—準則—指標層次分析結(jié)構(gòu)；(2)在某一準則下，通過兩兩比較，按它們相對重要性賦予各元素權重，構(gòu)造判斷矩陣；(3)對判斷矩陣進行一致性檢驗，當一致性比例小于0.10時，即認為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要調(diào)整判斷矩陣；(4)計算判斷矩陣的最大特征值及其特征向量，按照特征向量對元素進行排序，以確定元素的優(yōu)先順序。

表1 京津冀地區(qū)地下水污染防控指標體系框架

圖1 京津冀地區(qū)地下水污染防控指標層邏輯關系

2.2 指標優(yōu)化

構(gòu)造以下6個判斷矩陣：T=(P1，P2，…，P5)；P1=(C1，C2，…，C5)；P2=(C6，C7，…，C12)；P3=(C13，C14，…，C17)；P4=(C18，C19，…，C26)；P5=(C27，C28，…，C32)。計算矩陣一致性比例分別為0.089 3、0.089 1、0.089 9、0.079 5、0.055 3、0.055 1，可見判斷矩陣均具有滿意的一致性；矩陣最大特征值分別為5.400 1、5.399 0、7.733 8、5.356 1、9.646 3、6.346 8。

P1=(C1，C2，…，C5)的特征向量排序為：C2>C3>C1>C4>C5，即針對京津冀地區(qū)區(qū)域地下水環(huán)境狀況，區(qū)域地下水環(huán)境質(zhì)量狀況、開發(fā)利用情況以及地表水環(huán)境質(zhì)量狀況是其主要影響因素。

P2=(C6，C7，…，C12)的特征向量排序為：C12>C6>C7>C8>C9>C10>C11，即針對京津冀地區(qū)污染源及其周邊地下水環(huán)境狀況，工業(yè)園區(qū)、加油站、垃圾填埋場、危險廢物處置場等是其主要潛在污染源。

P3=(C13，C14，…，C17)的特征向量排序為：C13>C15>C16>C14>C17，即針對京津冀地區(qū)地下水型水源情況，應重點關注地下水水源地水質(zhì)達標情況、地下水水源地保護區(qū)劃分情況、保護區(qū)內(nèi)違法建設項目和排污口取締情況。

P4=(C18，C19，…，C26)的特征向量排序為：C26>C18>C24>C25>C22>C19>C20>C21>C23，即針對京津冀地區(qū)重點污染源狀況，應優(yōu)先關注滲井滲坑、加油站和工業(yè)園區(qū)對地下水環(huán)境的影響。

P5=(C27，C28，…，C32)的特征向量排序為：C30>C29>C31=C32>C28>C27，即針對京津冀地區(qū)地下水監(jiān)測情況，應優(yōu)先建立地下水飲用水源和污染源環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，并定期開展水質(zhì)監(jiān)測。

T=(P1，P2，…，P5)的特征向量排序為：P3>P2>P4>P5>P1，即針對京津冀地區(qū)地下水污染防控工作，應優(yōu)先保障飲水安全，同時要注重污染源及其周邊地下水環(huán)境變化趨勢，及時針對重點污染源采取相應污染防控措施。

3 結(jié) 語

(1) 結(jié)合京津冀地區(qū)地下水污染現(xiàn)狀及其污染源特征，構(gòu)建了以目標層、準則層和指標層為框架的京津冀地區(qū)地下水污染防控指標體系。該指標體系以京津冀地區(qū)地下水污染防控為目標層；以區(qū)域地下水環(huán)境狀況、污染源及其周邊地下水環(huán)境狀況、地下水型水源情況、重點污染源狀況以及地下水監(jiān)測情況為準則層；以人類與環(huán)境之間的壓力—狀態(tài)—影響—響應關系為依據(jù)，采用PSIR模型構(gòu)建指標層，共設計了32個指標，其中壓力、狀態(tài)、影響、響應層指標分別有12、9、2、9個。

(2) 為進一步明確京津冀地區(qū)地下水污染防控優(yōu)先任務，采用層次分析法，對已構(gòu)建的指標體系進行了優(yōu)化研究。結(jié)果表明，京津冀地區(qū)地下水污染防控應以保障飲水安全為重點，科學劃分地下水飲用水水源保護區(qū)，并依法查處保護區(qū)內(nèi)違法建設項目、取締排污口；針對重點污染源，優(yōu)先查處采用滲井滲坑向地下排污等違法行為，并對工業(yè)園區(qū)、加油站、垃圾填埋場、危險廢物處置場等污染源開展地下水基礎環(huán)境調(diào)查評估；建立地下水飲用水源和污染源環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，定期開展水質(zhì)監(jiān)測；關注地表水(海河流域)水質(zhì)變化對該區(qū)域地下水環(huán)境的影響。

[1] 張兆吉，費宇紅，郭春艷，等.華北平原區(qū)域地下水污染評價[J].吉林大學學報(地球科學版)，2012，42(5)：1456-1461.

[2] PRASAD R K，MATHUR S.Health-risk-based remedial alternatives for contaminated aquifer management[J].Practice Periodical of Hazardous，Toxic，and Radioactive Waste Management，2010，14(1)：61-69.

[3] 趙勇勝.地下水污染場地污染的控制與修復[J].吉林大學學報(地球科學版)，2007，37(2)：303-310.

[4] 王國璞，翟嫚嫚，魯豐先，等.基于PSIR模型的河南省低碳經(jīng)濟發(fā)展水平研究[J].河南科學，2015，33(7)：1221-1225.

[5] BERNHARD W，HARALD V.Evaluating sustainable forest management strategies with the Analytic Network Process in a Pressure-State-Response framework[J].Journal of Environmental Management，2008，88(1)：1-10.

[6] GARI S R，NEWTON A，ICELY J D.A review of the application and evolution of the DPSIR framework with an emphasis on coastal social-ecological systems[J].Ocean & Coastal Management，2015，103(1)：63-77.

[7] 郭金玉，張忠彬，孫慶云.層次分析法的研究與應用[J].中國安全科學學報，2008，18(5)：148-153.

[9] PETRINI M A，ROCHA J V，CHRISTOPHER B J，et al.Using an analytic hierarchy process approach to prioritize public policies addressing family farming in Brazil[J].Land Use Policy，2016，51(2)：85-94.