江蘇沿江城市泰州市水環(huán)境安全研究

(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)

近年來，江蘇省沿江地區(qū)在長三角區(qū)域一體化和長江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略實施的背景下經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，但隨之也帶來了河道阻斷、水系不連通、湖蕩水面被侵占、水土流失、水體黑臭化、城市水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)滯后等水環(huán)境問題，制約著沿江區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，因此，對江蘇沿江城市水環(huán)境安全的研究具有重要意義。

1 研究區(qū)域概況

泰州為江蘇沿江八市之一，地處長江三角洲北翼，是江蘇長江經(jīng)濟(jì)帶的重要組成部分，以老通揚運河為界，分屬里下河腹部區(qū)和通南沿江區(qū)(揚)，境內(nèi)水網(wǎng)稠密，湖蕩相連，有大小河道16000多條，湖蕩40余個，建有各類通江涵閘277座。泰州市下轄海陵區(qū)、高港區(qū)、姜堰區(qū)、興化市、靖江市和泰興市，總面積5787.26km2，其中河網(wǎng)水面積1180.81km2，長江岸線96.3km。近年來，泰州市逐步融入長三角，努力建設(shè)成為 “承南啟北、襟東帶西、跨江融合”的節(jié)點城市，經(jīng)濟(jì)運行良好，2017年實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值4744.53億元，增長8.2%。

2 指標(biāo)體系的建立和評估方法

2.1 PSR模型指標(biāo)體系的構(gòu)建

采用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(Pressure-State-Reponse，PSR)模型[1-2]進(jìn)行泰州市水環(huán)境安全評價，根據(jù)泰州市社會經(jīng)濟(jì)、自然資源、生態(tài)環(huán)境以及政策手段等實際情況，結(jié)合相關(guān)選取原則，共選取了21項評價指標(biāo)，包括壓力層指標(biāo)6項，狀態(tài)層8項，響應(yīng)層7項，對水環(huán)境壓力-狀態(tài)-響應(yīng)之間的相互作用進(jìn)行定量分析和因果關(guān)系分析。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計年鑒、水資源公報、環(huán)境狀況公報等資料，泰州市水環(huán)境安全評價PSR模型2010—2017年評價指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 泰州市水環(huán)境安全PSR模型指標(biāo)體系及年份值

2.2 基于AHP的指標(biāo)權(quán)重確定

采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)計算泰州市PSR模型各評價指標(biāo)的權(quán)重，對準(zhǔn)則層的3個要素、相應(yīng)準(zhǔn)則層對應(yīng)的指標(biāo)層的各個要素分別進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣，要求其隨機(jī)一致性比例CR<0.1[3]，計算得到的特征向量即為權(quán)重，見表2。

2.3 指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化

為便于計算分析，對不同量綱的各評價指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，極值法、線性插值法、標(biāo)準(zhǔn)化方法、數(shù)學(xué)模型法、隸屬度方法等[4-6]均為常用的方法，其中線性插值法數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化公式如下[7]：

(1)

(2)

式中：x′為標(biāo)準(zhǔn)化值；x為原始值；xmax為指標(biāo)時間序列的最大值；xmin為指標(biāo)時間序列的最小值。

2010—2017年泰州市PSR模型21項評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的年份值見表3。

表2 PSR模型中各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)

表3 泰州市水環(huán)境安全PSR模型指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的年份值

續(xù)表

2.4 綜合評價指數(shù)的確定

采用各個因子指標(biāo)加權(quán)求和計算水環(huán)境安全評價的綜合指數(shù)[8]，公式如下：

(3)

式中：Ei為水環(huán)境安全綜合評價綜合指數(shù)；eij為評價指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值；wj為指標(biāo)權(quán)重；n為準(zhǔn)則層數(shù)；j為相應(yīng)準(zhǔn)則層內(nèi)評價因子數(shù)。

水環(huán)境安全綜合指數(shù)根據(jù)綜合指數(shù)分級方法共劃分為5個等級[9]，見表4。

表4 水環(huán)境安全狀態(tài)分級標(biāo)準(zhǔn)

3 計算結(jié)果與分析

3.1 指標(biāo)權(quán)重分析

根據(jù)指標(biāo)權(quán)重分析結(jié)果，準(zhǔn)則層中壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三者權(quán)重的比為0.2194∶0.3741∶0.4065，PSR模型中的響應(yīng)層對水環(huán)境安全的作用與影響最為明顯，其次為狀態(tài)，最后為壓力。

在壓力層中，權(quán)重系數(shù)最大的依次為：人均GDP(0.0676)、人口(0.0448)、工業(yè)廢水排放量(0.0378)，說明影響泰州市水環(huán)境安全壓力層的主要因素是人口和經(jīng)濟(jì)的增長、工業(yè)企業(yè)廢水的排放，反映了沿江經(jīng)濟(jì)帶經(jīng)濟(jì)增長對水環(huán)境所造成的巨大壓力。

在狀態(tài)層中，權(quán)重系數(shù)最大的依次為：萬元GDP用水量(0.0828)、劣于Ⅲ類河段比例(0.0690)、萬元工業(yè)增加值用水量(0.0518)，可以看出，在當(dāng)前泰州市經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化發(fā)展中，用水量的變化對水環(huán)境狀態(tài)具有重要的影響，如何開展企業(yè)節(jié)水技術(shù)研究、降低工業(yè)用水消耗、推廣節(jié)水型社會可作為水環(huán)境安全適應(yīng)策略中調(diào)整產(chǎn)業(yè)發(fā)展的著眼點。

在響應(yīng)層中，權(quán)重系數(shù)最大的依次為：環(huán)境污染治理投入占GDP比重(0.1035)、地表水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率(0.0796)、污水集中處理率(0.0647)，其中環(huán)境污染治理投入占GDP比重指標(biāo)也是所有PSR模型指標(biāo)中權(quán)重系數(shù)最大的，由此可見，在水環(huán)境安全中，在環(huán)保、水利、市政等領(lǐng)域加大環(huán)保資金投入是政府職能部門水環(huán)境保護(hù)的重要舉措。

3.2 壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指數(shù)分析

根據(jù)表1的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值與表2的權(quán)重值，2010—2017年泰州市水環(huán)境安全PSR模型中準(zhǔn)則層壓力、狀態(tài)和響應(yīng)指數(shù)年際變化見圖1。

圖1 壓力-狀態(tài)-響應(yīng)指數(shù)變化情況

由圖1可以看出，壓力指數(shù)波動較小，2010—2016年有微弱的升高趨勢，2017年漲幅最大且達(dá)到最高值。壓力指數(shù)的變化主要來自于人口、GDP以及工業(yè)廢水排放量等相關(guān)指標(biāo)的變化，泰州市近年來人口略有增加，人均GDP顯著上升，這意味著社會創(chuàng)造的財富越大，對水環(huán)境的壓力與需求也就越大，合理的水環(huán)境整治措施使得工業(yè)廢水排放量下降明顯，因此泰州市水環(huán)境壓力指數(shù)呈升高趨勢。

狀態(tài)指數(shù)有所起伏，呈上升趨勢，2010—2014年增幅較大，隨后增幅減緩。狀態(tài)指數(shù)的變化主要取決于萬元GDP用水量、劣于Ⅲ類河段比例、萬元工業(yè)增加值用水量等指標(biāo)。得益于泰州市最嚴(yán)格水資源管理制度的全面開展，泰州市劣于Ⅲ類河道比例從2012年的68.8%下降至2017年的35.0%，萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量等指標(biāo)均逐年下降，這些指標(biāo)的減少體現(xiàn)了泰州市相關(guān)政府職能部門對水資源環(huán)境整治與調(diào)控策略的顯著效果，并由此提升了水環(huán)境質(zhì)量，減少了水資源消耗，提高了水環(huán)境的安全指數(shù)。同時，泰州市人均水資源量較低，需建立節(jié)水長效投入機(jī)制，加強(qiáng)節(jié)水宣傳，深入推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)。

響應(yīng)指數(shù)有所波動，總體呈顯著的升高趨勢，近8年來，最高為2017年，最低為2012年。其中環(huán)境污染治理投入占GDP比重的權(quán)重最大，這反映了政府近年來注重并加強(qiáng)環(huán)保資金投入，尤其是近兩年來泰州市在實施最嚴(yán)格水資源管理制度、創(chuàng)建節(jié)水型社會、建設(shè)水生態(tài)文明城市的基礎(chǔ)上繼續(xù)投入大量資金用于水功能區(qū)達(dá)標(biāo)整治工作，“263”專項環(huán)境整治，推行河長制等，其直接反映是，泰州市工業(yè)廢水排放量、人均公共綠地面積、劣于Ⅲ類河段比例等指標(biāo)得到持續(xù)的改善，提高了泰州市水環(huán)境安全指數(shù)。此外，人均公共綠地面積與生態(tài)環(huán)境用水的穩(wěn)步增加，加強(qiáng)了區(qū)域涵養(yǎng)水源和防止水土流失的能力，為促進(jìn)水資源可持續(xù)利用提供了重要保證。

3.3 水環(huán)境安全綜合評價指數(shù)分析

2010—2017年間泰州市PSR模型的水環(huán)境安全綜合評價指數(shù)變化見圖2，相應(yīng)的安全等級見表5。

圖2 泰州市水環(huán)境安全綜合評價指數(shù)變化情況

表5 泰州市水環(huán)境安全等級變化情況

由圖2可以看出，泰州市近幾年水環(huán)境安全指數(shù)2010年最低，為0.2449，隨后逐步上升，至2017年，水環(huán)境安全指數(shù)為0.8437，水環(huán)境質(zhì)量總體呈持續(xù)改善勢頭，反映了泰州市在近幾年來加強(qiáng)水環(huán)境整治的成效，這與2012年政府實行最嚴(yán)格水資源管理制度、加大力度進(jìn)行水環(huán)境整治密不可分。從表5可以看出，近8年，泰州市水環(huán)境安全2010—2012年為中警狀態(tài)，2013—2014年為預(yù)警狀態(tài)，這亦與泰州市創(chuàng)建節(jié)水型社會的舉措密不可分，2015—2016年在水生態(tài)文明城市創(chuàng)建的背景下，水環(huán)境安全等級為較安全狀態(tài)，2017年在最嚴(yán)格水資源管理制度的繼續(xù)深化、節(jié)水型社會建設(shè)新載體的積極推進(jìn)、水生態(tài)文明城市創(chuàng)建的全面完成、水功能區(qū)達(dá)標(biāo)整治、“263”行動計劃及全面推行河長制取得初步成效的背景下泰州市水環(huán)境安全首次呈現(xiàn)了安全狀態(tài)。

綜合泰州市水環(huán)境壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指數(shù)以及安全指數(shù)可以看出，泰州市工業(yè)的發(fā)展使得水環(huán)境有較大幅度的波動，工業(yè)發(fā)展是造成水環(huán)境壓力的主要因素，已受到政府職能部門的重視與調(diào)控，體現(xiàn)在對工業(yè)技術(shù)的改造、工業(yè)用水的監(jiān)督管理、環(huán)保投資力度加大等方面，工業(yè)廢水排放量大幅度減少，萬元工業(yè)增加值用水量下降明顯，這些積極應(yīng)對措施有效降低了水資源消耗，并對水環(huán)境改善起到了調(diào)節(jié)作用。同時，泰州市人民生活和農(nóng)業(yè)活動對水環(huán)境產(chǎn)生的壓力有了較大的改觀，表現(xiàn)在人均用水量、農(nóng)田灌溉畝均用水量均有不同程度的減少，萬元GDP用水量持續(xù)下降，單位耕地面積化肥施用負(fù)荷呈平緩趨勢。近年來，隨著最嚴(yán)格水資源管理制度的實行、節(jié)水型社會的創(chuàng)建、水生態(tài)文明城市的建設(shè)、河長制的全面推行、“263”行動全面鋪開，在全社會共同加強(qiáng)水資源保護(hù)這一背景下，環(huán)保意識增強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式調(diào)整、地表水水質(zhì)改善、城鎮(zhèn)綠地覆蓋率增加，使得泰州市水環(huán)境安全指數(shù)呈現(xiàn)較大的上升趨勢，驗證了水環(huán)境整治取得的積極成效。

為提高泰州市水環(huán)境安全指數(shù)，降低水環(huán)境風(fēng)險，水環(huán)境風(fēng)險控制可著眼于以下方面：首先，增加科技研發(fā)及環(huán)保投入，積極推動水污染治理技術(shù)的發(fā)展，開展企業(yè)、生活和農(nóng)業(yè)等節(jié)水技術(shù)研究，進(jìn)一步減少水資源消耗，改善水環(huán)境；其次，應(yīng)立足于現(xiàn)有水資源與水環(huán)境條件，實施開源節(jié)流措施，嚴(yán)格控制超越水資源和水環(huán)境承載能力的高耗水、高污染產(chǎn)業(yè)，嚴(yán)格控制污染排放，減少GDP增長所帶來的水資源需求壓力和水環(huán)境污染；最后，應(yīng)進(jìn)一步保證居民生活用水和水功能區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級，優(yōu)化水資源配額制，并持續(xù)增加城市綠地覆蓋率，保證水資源環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展。

4 結(jié) 論

本文采用PSR模型和AHP分析方法，對江蘇沿江城市泰州市2010—2017年間的水環(huán)境安全進(jìn)行了研究，主要結(jié)論與建議如下：

a.泰州市水環(huán)境安全的PSR評價指標(biāo)體系準(zhǔn)則層中，響應(yīng)層權(quán)重最大，人均GDP、萬元GDP用水量和環(huán)境污染治理投入占GDP比重分別在三個準(zhǔn)則層中占有最大權(quán)重，反映了人類社會經(jīng)濟(jì)活動對水環(huán)境安全影響較大。

b.泰州市水環(huán)境質(zhì)量總體呈持續(xù)改善勢頭，PSR模型中壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指數(shù)總體均呈升高趨勢，以響應(yīng)層最為明顯，反映了近年來政府相關(guān)職能部門注重并加強(qiáng)環(huán)保資金投入對于水環(huán)境安全有著積極的作用，取得了良好的效果。

c.為提高水環(huán)境安全指數(shù)，泰州市應(yīng)立足現(xiàn)有水資源與水環(huán)境條件，通過增加科技研發(fā)及環(huán)保投入，開展節(jié)水技術(shù)研究，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級，嚴(yán)格控制污染排放，優(yōu)化水資源配制，增加城市綠地覆蓋率，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)發(fā)展。

d.本次對指標(biāo)體系的研究未能涵蓋全部影響指標(biāo)，例如主要污染物排放量、水系連通率、污水處理廠再生水利用等。如何根據(jù)實踐的變化對評估指標(biāo)體系進(jìn)一步補充和完善，將是今后需要進(jìn)一步研究的工作。