基于環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線方法的三峽庫(kù)區(qū)重慶段水質(zhì)演變預(yù)測(cè)

徐浩 左新宇 蘭峰

摘要：利用2008 - 2017年三峽庫(kù)區(qū)重慶段朱沱至巫山共11個(gè)水質(zhì)斷面水質(zhì)指標(biāo)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，結(jié)合涉及區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，擬合出三峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間關(guān)系進(jìn)行了實(shí)證分析。研究表明：近10 a來，高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、五日生化需氧量、鉛、鎘等參數(shù)都與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間存在典型的倒“U”型曲線關(guān)系，呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。氟化物與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系則呈現(xiàn)為倒“N”型三次曲線。高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、重金屬等納入控制體系或重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)，其污染物濃度已經(jīng)得到較好控制，總體上呈現(xiàn)出在迎來拐點(diǎn)后逐漸下降的趨勢(shì)。而氟化物等尚未受到足夠關(guān)注的指標(biāo)，其污染物濃度還處于曲線拐點(diǎn)的左側(cè)。隨著經(jīng)濟(jì)水平的增長(zhǎng)，三峽庫(kù)區(qū)高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、重金屬等污染物已經(jīng)迎來了拐點(diǎn)，得到了較好控制;氟化物等部分受關(guān)注和限制較少的指標(biāo)，尚未迎來拐點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)演變;環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線;三峽庫(kù)區(qū);重慶段

中圖法分類號(hào)：X524

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI： 10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.08.009

1 研究背景

近年來，隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境的不斷重視，環(huán)境質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系已引起環(huán)境主管部門和廣大環(huán)境學(xué)者們的高度重視。環(huán)境與經(jīng)濟(jì)學(xué)家通過共同研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境污染之間存在一定的相關(guān)關(guān)系，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)勢(shì)必帶來資源過度的消耗與污染物的大量排放，當(dāng)環(huán)境污染物排放量超過環(huán)境容量閾值時(shí)，就會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生脅迫作用，從而阻礙經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。研究還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)初期環(huán)境污染程度較輕，但隨著人均收入的增長(zhǎng)，污染程度趨于嚴(yán)重，當(dāng)人均收入達(dá)到一定水平后，環(huán)境污染反而會(huì)隨著人均收入的增長(zhǎng)而減少，形成一條倒“U”型曲線——環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線（EKC）[2]。

國(guó)內(nèi)很多學(xué)者建立了人均GDP與環(huán)境污染水質(zhì)指標(biāo)之間的擬合模型[3-6]，大多數(shù)研究結(jié)果認(rèn)為EKC曲線確實(shí)存在。王佳等[7]究了河北省區(qū)域內(nèi)二者之間的量化關(guān)系。楊鐘賢[8]研究了九龍江流域的環(huán)境經(jīng)濟(jì)變化關(guān)系。程曦[9]對(duì)太湖水域的水質(zhì)變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系進(jìn)行了量化分析。胡明秀等[10]認(rèn)為可基于EKC方法研究漢江武漢段和東湖水質(zhì)的變化趨勢(shì)。大量研究表明，EKC理論適用廣泛，不僅可以針對(duì)單個(gè)地區(qū)或區(qū)域，而且在流域范圍內(nèi)和湖庫(kù)范圍內(nèi)同樣適用。目前，通過這一視角對(duì)三峽庫(kù)區(qū)長(zhǎng)區(qū)間庫(kù)區(qū)水體的水域污染和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系研究甚少。通過實(shí)測(cè)的長(zhǎng)時(shí)間序列的環(huán)境因子和經(jīng)濟(jì)狀況的相關(guān)分析，擬合出水體污染物與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系。通過比較擬合的曲線和EKC，來判斷現(xiàn)階段處于EKC的區(qū)間和離拐點(diǎn)的距離，并嘗試預(yù)測(cè)環(huán)境污染趨勢(shì)。

三峽工程是舉世聞名的水利工程，其庫(kù)區(qū)水質(zhì)受到國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者的普遍關(guān)注，本文基于三峽庫(kù)區(qū)11個(gè)水質(zhì)斷面的污染一經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系來探討三峽庫(kù)區(qū)各區(qū)段人均GDP與水域污染之間是否符合EKC曲線特征，并據(jù)此預(yù)測(cè)各斷面的水環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)并提出應(yīng)對(duì)措施，為構(gòu)建長(zhǎng)江上游地區(qū)生態(tài)屏障、實(shí)施長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙贏發(fā)展的道路及三峽庫(kù)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供決策參考。

2 研究區(qū)域概況

三峽庫(kù)區(qū)是中國(guó)乃至世界上最為特殊的生態(tài)功能區(qū)，其水質(zhì)保護(hù)、水土保持和生物多樣性維持等功能對(duì)于三峽工程的長(zhǎng)期安全運(yùn)行、長(zhǎng)江中下游防洪與生態(tài)安全具有特殊且重要的戰(zhàn)略意義。研究區(qū)域位于長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)重慶市河段，上起長(zhǎng)江人重慶市的永川區(qū)朱沱鎮(zhèn)，下至長(zhǎng)江出重慶處的巫山縣，河段總長(zhǎng)度約636 km，地理位置在北緯28°28′～31°44′，東經(jīng)105°49′ -110°12′之間，流經(jīng)永川、江津、主城八區(qū)、北碚、長(zhǎng)壽、涪陵、武隆、萬州、云陽、奉節(jié)、巫山等18個(gè)區(qū)縣。該河段城鎮(zhèn)密集，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，是西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的工業(yè)集聚區(qū)和都市密集區(qū)。重慶境內(nèi)三峽庫(kù)區(qū)承載了超過全市半數(shù)以上的社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值。重慶市“十三五”發(fā)展規(guī)劃指出，經(jīng)濟(jì)年均增長(zhǎng)率保持在9%左右，發(fā)展的平衡性、包容性、可持續(xù)性不斷增強(qiáng)，流域內(nèi)人口密度較大，人類活動(dòng)頻繁，對(duì)環(huán)境的影響程度較大[11]。

3 研究方法

3.1 研究模型

參照大多數(shù)地區(qū)區(qū)域和河流湖泊研究[12-16]，建立三次多項(xiàng)式回歸模型對(duì)三峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)EKC曲線進(jìn)行評(píng)估，其基本模型為

3.2 指標(biāo)選取

（1）水質(zhì)指標(biāo)。根據(jù)GB 3838-2002《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[17]中的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)基本項(xiàng)目，除去常年未檢出的化學(xué)需氧量（COD）、銅、鋅、硒、汞、砷、六價(jià)鉻、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑、硫化物等參數(shù)，選取高錳酸鹽指數(shù)（IMn）、氨氮（NH，-N）、總磷（TP）、五日生化需氧量（BODs）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、氟化物（F）、糞大腸菌群（FC）等8項(xiàng)參數(shù)作為衡量三峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)的指標(biāo)。

（2）經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)。采用三峽庫(kù)區(qū)沿江區(qū)域即永川、江津、主城八區(qū)、北碚、長(zhǎng)壽、涪陵、武隆、萬州、云陽、奉節(jié)、巫山等18個(gè)區(qū)縣的人均生產(chǎn)總值以及第一、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占中產(chǎn)值的比重（分別用EGDP、agri和ind表示）來反映三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)18個(gè)區(qū)縣的經(jīng)濟(jì)總量發(fā)展和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)狀況。區(qū)域人均生產(chǎn)總值（E GDP）計(jì)算公式為

E GDP =GDP Total/N

（2）式中，GDP Totel為區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)總值;Ⅳ為區(qū)域內(nèi)人口總數(shù)。

3.3 數(shù)據(jù)來源

水質(zhì)數(shù)據(jù)來源于長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將各斷面數(shù)據(jù)經(jīng)過加權(quán)處理后參與運(yùn)算。本次所選取的水質(zhì)斷面為朱沱、渝前進(jìn)、北碚、寸灘、長(zhǎng)壽、武隆、清溪場(chǎng)、萬縣、云陽、奉節(jié)、巫山共11個(gè)斷面。斷面位置示意圖見圖1。

經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)則來源于重慶市及各區(qū)縣2008～2017年統(tǒng)計(jì)年鑒。

4 結(jié)果與分析

4.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況

表1和圖2為2008-2017年三峽庫(kù)區(qū)各產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值的基本情況。由圖2可知，2008年至今，三峽庫(kù)區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)。2017年區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)19 500.27億元，是2008年的3.83倍，人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）是2008年的3.53倍。3類產(chǎn)業(yè)2017年生產(chǎn)總值分別是2008年的2.33，3.53，4.58倍。由此可見，區(qū)域發(fā)展過程中，第三產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)速度較快，第二產(chǎn)業(yè)次之。同時(shí)，2008～ 2017年三峽庫(kù)區(qū)人口與GDP發(fā)展趨勢(shì)類似，也呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，由2 827.55萬人增長(zhǎng)到3 061.80萬人，見圖3。

4.2 水環(huán)境質(zhì)量綜合狀況

各污染指標(biāo)的綜合值與重慶市人均GDP數(shù)據(jù)見表2。

由表可知，參照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值，近10 a來，F(xiàn)、BOD5參數(shù)維持在I類，IMn、NH3-N、Cd等參數(shù)能維持在Ⅱ類，TP、Pb等參數(shù)能維持在Ⅲ類，F(xiàn)C參數(shù)在Ⅳ-V類。

結(jié)合三峽庫(kù)區(qū)的空間角度來看，河段內(nèi)的城市化以及其發(fā)達(dá)程度與臨近河流污染物有一定關(guān)系，城市人口愈密集，臨近河段所含來自生活污水的污染物愈多;城市工業(yè)愈發(fā)達(dá)，臨近河段所含來自工業(yè)污水的污染物愈多。根據(jù)2008-2017年重慶市水資源公報(bào)，在近10 a間，總體來說，在不考慮糞大腸菌群因素影響的前提下，各斷面的各項(xiàng)污染指標(biāo)大部分處在Ⅲ類水質(zhì)以內(nèi)，水質(zhì)較好，變化趨勢(shì)平穩(wěn)，而部分?jǐn)嗝媾加谐瑯?biāo);空間變化趨勢(shì)上，各指標(biāo)年均值、汛期均值與非汛期均值在空間上的變化趨勢(shì)基本一致，但部分?jǐn)嗝娴捻?xiàng)目如氟化物和氨氮的非汛期均值高于汛期均值[18]。

4.3 河段污染指標(biāo)EKC

建立2008～ 2017年重慶市人均GDP與11個(gè)斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)的三次回歸模型，其變化趨勢(shì)見圖4，曲線參數(shù)見表3。

4.4 曲線分析

（1）IMn、NH3-N、BOD5、Pb、Cd、FC等參數(shù)含量隨人均GDP的增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，推測(cè)其處于EKC的右半段。在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)，由于技術(shù)優(yōu)化和有關(guān)部門監(jiān)管等原因，污染物的產(chǎn)生量和排放量減小，已經(jīng)越過了EKC的拐點(diǎn)，呈現(xiàn)倒“U”型的右半段特征。但是從鉛、鎘、糞大腸菌群的曲線趨勢(shì)來看，到2011年之后，Pb、Cd、FC的含量下降趨勢(shì)變緩，且有上升的趨勢(shì)，其對(duì)該河段水環(huán)境的污染仍然存在反彈的可能性。

（2）F與人均GDP值的擬合曲線符合正“N”型EKC，即隨著人均收入水平不斷上升，環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)先惡化再改善又惡化的趨勢(shì)。這種逆轉(zhuǎn)符合新技術(shù)產(chǎn)生的變動(dòng)軌跡。新技術(shù)在提高生產(chǎn)率的同時(shí)存在部分潛在隱患，可能產(chǎn)生新的危險(xiǎn)物質(zhì)污染環(huán)境。然而在新技術(shù)出現(xiàn)初期，人們往往意識(shí)不到危險(xiǎn)的存在，只有在危險(xiǎn)物質(zhì)開始顯露端倪之后，才對(duì)其加以禁止。氟化物隨人均GDP的變化規(guī)律符合該變動(dòng)軌跡，推測(cè)可能需要新的技術(shù)革新。

（3）TP沒有呈現(xiàn)出較為明顯的EKC特征。

4.5 水質(zhì)演變預(yù)測(cè)

由圖4可知，選取的8個(gè)參數(shù)中，有7個(gè)參數(shù)與區(qū)域內(nèi)人均GDP的相關(guān)性較為顯著，曲線擬合效果較好，顯示出環(huán)境因子與經(jīng)濟(jì)因子相互作用的特性。但同時(shí)可以看到，各參數(shù)的EKC并不完全呈現(xiàn)傳統(tǒng)的倒“U”型，而是出現(xiàn)多變的特征。根據(jù)各參數(shù)的EKC走勢(shì)，對(duì)各參數(shù)在未來一段時(shí)間的濃度值進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（ l）IMn的EKC形態(tài)位于倒“U”曲線的右半段，時(shí)間拐點(diǎn)出現(xiàn)在約8a前，目前該參數(shù)將繼續(xù)下降，但下降的速度將變緩。

（2）NH。-N的EKC形態(tài)也位于倒“U”曲線的右半段，時(shí)間拐點(diǎn)出現(xiàn)較早，目前該參數(shù)的污染程度將繼續(xù)下降。

（3）BOD5與FC的EKC形態(tài)較為相似，位于倒“U”曲線的右半段，時(shí)間拐點(diǎn)出現(xiàn)較早，目前該項(xiàng)目將保持平穩(wěn)趨勢(shì)。

（4） Pb和Cd的EKC形態(tài)較為相似，位于倒“U”曲線的右半段，時(shí)間拐點(diǎn)出現(xiàn)在8-9 a前，目前將保持平穩(wěn)趨勢(shì)。

（5）F的EKC形態(tài)較為特殊，為倒“N”型，位于曲線拐點(diǎn)的左半段，尚未迎來拐點(diǎn)，其濃度將在一定時(shí)期內(nèi)將繼續(xù)上升。

5 結(jié)語

本文根據(jù)GB 3838-2002《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)項(xiàng)目，選取了IMn、NH3-N、TP、BOD5、Pb、Cd、F、FC等8項(xiàng)參數(shù)，與三峽庫(kù)區(qū)沿江區(qū)域的人均生產(chǎn)總值進(jìn)行擬合，建立了三峽庫(kù)區(qū)環(huán)境EKC，發(fā)現(xiàn)IMl、NH3-N、BOD5、Pb、Cd、F、FC等7項(xiàng)參數(shù)具有較為明顯的EKC特征。IMn、 NH3-N、BOD5、Pb、Cd、FC等6項(xiàng)參數(shù)存在典型的倒“U”型曲線關(guān)系，并位于曲線的右側(cè);隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和人均GDP的增加，這6項(xiàng)參數(shù)得到了較好的控制，迎來了變化拐點(diǎn)，其濃度呈逐漸下降趨勢(shì)。而F與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系則呈現(xiàn)為倒“N”型三次曲線，其污染物濃度還處于曲線拐點(diǎn)的左側(cè)，尚未迎來拐點(diǎn)，其濃度將在一定時(shí)期內(nèi)繼續(xù)上升。

近年來，國(guó)家對(duì)三峽庫(kù)區(qū)環(huán)境保護(hù)的投入逐步加大，對(duì)于COD、NH，-N、重金屬的持續(xù)有效治理措施對(duì)水質(zhì)EKC拐點(diǎn)的出現(xiàn)甚至提前起到重大作用。未來在修復(fù)治理持續(xù)推進(jìn)的前提下，這些指標(biāo)可以有效地控制在較低的范圍。然而，EKC中出現(xiàn)的拐點(diǎn)僅代表所選河段及斷面的污染狀況出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)，并不意味著其污染水平已經(jīng)降至最低水平，因此也不可盲目樂觀。如果不能持續(xù)、有效地推進(jìn)控制修復(fù)治理措施，這些指標(biāo)依然有可能再次惡化。對(duì)于氟化物這一類尚未得到足夠關(guān)注和采取管控措施的指標(biāo)，其指標(biāo)可能依然將上升，且還未迎來拐點(diǎn)，后期需要進(jìn)行更加合理管控。

參考文獻(xiàn)：

[1] Andreoni J，Levinson A.The simple analytics of the envi-ronmental Kuznets curve[J]. Journal of Public Econom-ics，2001， 80（2）：269-286.

[2]陳向陽，環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線的理論與實(shí)證研究[J].中國(guó)經(jīng)濟(jì)問題，2015（3）：51-62.

[3]張麗華，葉煒，林善浪.我國(guó)環(huán)境污染治理中的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性研究[J].經(jīng)濟(jì)問題探索，2018（9）：140-149.

[4] 鄭惠齡.經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境污染關(guān)系實(shí)證研究——以吉林省為例[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2018，39（24）：139-141.

[5] 張文杰.江蘇省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境質(zhì)量關(guān)系研究[D].南京：南京大學(xué)，2018.

[6] 王迎春，李梅芳，王玉寶，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)證研究——以山東省為例[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2018，38（4）：55-57.

[7] 王佳，薛景潔.河北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染關(guān)系量化研究——基于EKC曲線[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2015，36（16）：26-28.

[8] 楊鐘賢.九龍江流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水環(huán)境質(zhì)量變化關(guān)系研究[J].海峽科學(xué)，2017（10）：16-19.

[9] 程曦.太湖水質(zhì)變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系研究——基于環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線（EKC）方法[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2012，37（5）：73-77.

[10]胡明秀，周環(huán)珍.漢江武漢段與東湖水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢(shì)研究——基于環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線（EKC）方法[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（1）：68-72.

[11] 中共重慶市委關(guān)于制定重慶市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃的建議[N].重慶日?qǐng)?bào)，2015-11-23（001）.

[12] 丁昊，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境污染關(guān)系的實(shí)證研究——以福建省為例[J].生產(chǎn)力研究，2012（6）：12-14.

[13] 陸根堯，盛龍.基于環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線假說的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境污染關(guān)系研究——以浙江省為例[J].工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2012，4（4）：28-35.

[14] 祝苗苗.河北省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境質(zhì)量關(guān)系的實(shí)證研究[D].石家莊：河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)，2015.

[15]刁曉林，重慶市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系研究[D].重慶：重慶工商大學(xué)，2014.

[16] 劉艷.經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境質(zhì)量關(guān)系的實(shí)證研究[Dl.南昌：江西財(cái)經(jīng)大學(xué)，2012.

[17] CB3838-2002國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].[18] 重慶市水利局.重慶市水資源公報(bào)（2017年）[R].重慶：重慶市水利局，2018.