泰州市水環(huán)境安全評(píng)價(jià)及其指標(biāo)體系研究

王勝艷，唐 雋，王為攀，吳澤雄

（1.江蘇省水文水資源勘測局泰州分局，江蘇 泰州 225300；2.江蘇省泰州引江河管理處，江蘇 泰州 225321）

水環(huán)境安全是指在一定的歷史階段和社會(huì)背景下，水系統(tǒng)中擁有足夠的水量和安全的水質(zhì)，且水體能夠維持人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，滿足生態(tài)系統(tǒng)能夠正常持續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)，直接關(guān)系到區(qū)域乃至國家安全[1]。在對(duì)泰州市水環(huán)境現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，找出其存在的水環(huán)境安全問題和限制因子，對(duì)于泰州市實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度及實(shí)現(xiàn)水生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

1 研究區(qū)域概況

泰州市地處長江、淮河下游，南臨長江，北通鹽城，東鄰南通，西接揚(yáng)州。全市下轄海陵區(qū)、高港區(qū)、高新區(qū)、姜堰區(qū)、興化市、靖江市和泰興市，總面積5787.26 km2，其中河網(wǎng)水面積1180.81 km2，占20.4%。泰州市水環(huán)境主要問題有：（1）當(dāng)?shù)厮Y源不足，外來水分布不均，隨著泰州市工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，用水量迅速增加，水資源供需矛盾突出，補(bǔ)給水源主要為長江，然而，自流引江的涵閘受長江潮汐的影響，部分時(shí)段引水量并不能完全滿足用水要求。（2）污水收集率低，城市水體污染嚴(yán)重。隨著泰州市經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，工業(yè)、城鎮(zhèn)生活污水排放量持續(xù)增長。近年來污水處理設(shè)施有所增加，但由于污水配套管網(wǎng)建設(shè)不完善，縣市主城區(qū)排水管網(wǎng)多為合流制，加之入河排污口布設(shè)不合理，使得污水收集處理率偏低，泰州市污水集中處理率為64.4%，在全省位于中下游水平。（3）水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率較低。2016年《泰州市水資源公報(bào)》顯示，2016年全市評(píng)價(jià)河長為896.4 km，其中年均值劣于Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)的河長為498.4 km，占總河的55.6%。全市43個(gè)重點(diǎn)水功能區(qū)按雙指標(biāo)評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)27個(gè)，達(dá)標(biāo)率為62.8%，河流污染較嚴(yán)重。（4）飲用水源地存在安全隱患。目前，除興化以外，泰州市已基本實(shí)現(xiàn)長江區(qū)域供水。長江水質(zhì)常年處于Ⅱ～Ⅲ類，水質(zhì)能夠滿足飲用水源地供水水質(zhì)要求。而以內(nèi)河為水源地的興化市，地處里下河腹部區(qū)、淮河下游，地勢低洼，污染物易進(jìn)難出，水源地水質(zhì)不穩(wěn)定。2016年興化市橫涇河、興姜河、鹵汀河、下官河和通榆河水源地達(dá)標(biāo)率范圍為58.3%～75.0%。全市由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市人口的增加，污染物排放總量增加，截污工程和污水處理建設(shè)的滯后，造成了城市水體污染，影響了城市景觀，水環(huán)境安全成為了制約泰州市社會(huì)及經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2 研究方法

水環(huán)境安全評(píng)價(jià)最常用的方法有模糊聚類分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、綜合指數(shù)法等[2]。本文采用綜合指數(shù)法，具體步驟為：①構(gòu)建水環(huán)境安全指標(biāo)評(píng)價(jià)體系；②收集各類資料，進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的整理；③確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化；④采用AHP法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分層次逐級(jí)賦權(quán)；⑤將評(píng)價(jià)指標(biāo)的無量綱化指數(shù)和相應(yīng)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，得到各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，逐層進(jìn)行，最后得到綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；⑥將綜合評(píng)價(jià)指數(shù)按一定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)分級(jí)。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

根據(jù)研究區(qū)域的實(shí)際情況以及資料獲取的難易程度，將水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為3個(gè)層次：綜合層，系統(tǒng)層和指標(biāo)層。按科學(xué)性、代表性、系統(tǒng)性、定性定量結(jié)合和可操作性原則，建立了包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、水質(zhì)指標(biāo)、水量指標(biāo)和水生態(tài)指標(biāo)4個(gè)系統(tǒng)層的水環(huán)境安全指標(biāo)體系，查找相關(guān)數(shù)據(jù)資料，選取了與泰州市水環(huán)境安全相關(guān)的22項(xiàng)指標(biāo)因素，構(gòu)建了泰州市水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表1。

2.2 原始數(shù)據(jù)的收集與整理

根據(jù)2015年泰州市水資源公報(bào)、泰州市統(tǒng)計(jì)年鑒等資料，查找獲得表1中的相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)值。表1的指標(biāo)體系能夠較全面地反映泰州市水環(huán)境安全影響因素，且指標(biāo)數(shù)據(jù)容易獲取，易于明確，便于推廣和應(yīng)用。泰州市水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)見表1。

2.3 AHP法確定權(quán)重

層次分析法（AHP，Analytic Hierarchy Process）是美國運(yùn)籌學(xué)家薩得A.L.Saaty20世紀(jì)70年代初提出，20世紀(jì)80年代初開始引入我國[3]。AHP法的基本出發(fā)點(diǎn)是：在一般決策問題中，針對(duì)某一目標(biāo)，很難同時(shí)對(duì)若干元素做出精確的判斷，將它們相對(duì)于目標(biāo)的重要性以數(shù)量來表示，從而排出大小次序，為決策者提供依據(jù)。步驟為：（1）按9標(biāo)度法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣比較 A=（aij）n×n，確定相鄰層次元素間的相關(guān)程度。（2）計(jì)算判斷矩陣A的最大特征值λmax并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。（3）計(jì)算最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量 w=（w1，w2，…，wn），該特征向量即為各評(píng)價(jià)因素重要性排序，即權(quán)值。（4）層次總排序。按照步驟2和3，利用層次單排序結(jié)果計(jì)算層次的組合權(quán)值，并進(jìn)行總的一致性檢驗(yàn)。計(jì)算最終結(jié)果見表2。

2.4 指標(biāo)數(shù)據(jù)無量綱化

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理常用的方法有標(biāo)準(zhǔn)化方法[4-5]、極值法、線性插值法[6]、建立數(shù)學(xué)模型法，建立隸屬度方法等[7]。本研究建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行無量綱處理，選擇指數(shù)為1/2的冪函數(shù)，見公式1。

表1 泰州市水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表2 泰州市水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重

對(duì)于正向指標(biāo)：當(dāng)x取最優(yōu)值或大于最優(yōu)值的值，y=1；x取及格值時(shí)，y=0.6；當(dāng) x取最差值或小于最差值時(shí)，y=0。對(duì)于負(fù)向指標(biāo)：當(dāng)x取最優(yōu)值或小于最優(yōu)值的值，y=1；x取及格值時(shí)，y=0.6；當(dāng)x取最差值或大于最差值時(shí)，y=0。

在獲取相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)后，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定原則和指標(biāo)定義，借鑒各類研究成果，結(jié)合泰州市水環(huán)境實(shí)際情況，給出各評(píng)價(jià)指標(biāo)的最差值、及格值和最優(yōu)值，代入公式（1）將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)見表1，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值見表3。

表3 泰州市水環(huán)境安全評(píng)價(jià)結(jié)果

2.5 水環(huán)境安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

水環(huán)境安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)是采用各個(gè)系統(tǒng)元素安全度值及其相應(yīng)權(quán)重的乘積加權(quán)計(jì)算而得，而系統(tǒng)層元素?cái)?shù)值是根據(jù)其所包含的指標(biāo)層指標(biāo)因子標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值及其相應(yīng)權(quán)重的乘積加權(quán)計(jì)算而得，見公式（2）和（3）。計(jì)算得到泰州市水環(huán)境安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.6158，根據(jù)表4的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[8]，泰州市水環(huán)境安全處于較安全狀態(tài)。

式中：

EA—水環(huán)境安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；

EBi—系統(tǒng)層第i個(gè)系統(tǒng)元素的安全度值；

WBi—系統(tǒng)層第i個(gè)系統(tǒng)元素的權(quán)重；

n—子系統(tǒng)個(gè)數(shù)。

式中：

EB—系統(tǒng)層的安全度值；

ECi—指標(biāo)層第i個(gè)指標(biāo)因子的子安全度值；

WCi—指標(biāo)層第i個(gè)指標(biāo)因子的權(quán)重；

m—各系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

表4 水環(huán)境安全狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)語

泰州市水環(huán)境安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.6158，處于基本安全狀態(tài)。其中第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、污水再生利用率、供水管網(wǎng)漏損率等安全度較低，是影響泰州市水環(huán)境安全的主要因素。為保障水環(huán)境安全，泰州市應(yīng)立足現(xiàn)狀，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)，嚴(yán)格控制工業(yè)污染和城鎮(zhèn)生活污染，防治農(nóng)業(yè)面源污染，節(jié)能減排降低用水消耗，鼓勵(lì)中水回用，發(fā)展經(jīng)濟(jì)加大環(huán)保投入，提高公眾節(jié)水意識(shí)，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境系統(tǒng)的良性發(fā)展。

泰州市水環(huán)境安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系仍不完善，如缺少水環(huán)境安全預(yù)警系統(tǒng)、水生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)有所欠缺、水質(zhì)系統(tǒng)中缺少重金屬檢測指標(biāo)等，需逐步完善。同時(shí)數(shù)據(jù)獲取主要來自于統(tǒng)計(jì)年鑒和水資源公報(bào)等，存在一定的滯后性，下一步工作應(yīng)引進(jìn)新的技術(shù)方法，結(jié)合各種檢測技術(shù)和預(yù)警系統(tǒng)，進(jìn)一步提高評(píng)價(jià)結(jié)果的時(shí)效性、科學(xué)性與指導(dǎo)性，為泰州市實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度及實(shí)現(xiàn)水生態(tài)文明建設(shè)提供技術(shù)依據(jù)。

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