張祚，鄧亞蘭，陳昆侖，王振偉

（1.華中科技大學(xué)公共管理學(xué)院，湖北 武漢430074；2.湖北大學(xué)商學(xué)院，湖北 武漢430062；3.湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430062）

0 引言

水是生命之源，也是國民經(jīng)濟發(fā)展的決定性因素之一［1］.水環(huán)境是衡量一個城市居住、投資與旅游環(huán)境好壞的重要標(biāo)志［2］，也是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要保障.隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，城市水資源短缺和水污染問題已成為制約城市社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸.為了使人類社會的各種活動符合人與自然和諧發(fā)展的要求，實現(xiàn)水體的環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)，必須加強對城市水環(huán)境產(chǎn)生影響的人類社會活動的管理控制，提高水資源效率的同時減少水污染［3-4］.而在這一過程中，復(fù)雜的水環(huán)境問題迫切需要一種科學(xué)方法來比較水環(huán)境污染對人類健康和水環(huán)境系統(tǒng)的危害程度.現(xiàn)有的水環(huán)境風(fēng)險及可靠性分析往往跨學(xué)科領(lǐng)域，內(nèi)容上包括水環(huán)境污染可能導(dǎo)致的健康風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險和經(jīng)濟風(fēng)險［5-8］.在方法上，模糊綜合評價法［9］、層次分析法（analytic hierarchy process，以下簡稱 AHP）［10］、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（data envelopment analysis，DEA）［11］、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法（artificial neural network，ANN）［12］以及灰色綜合評價法［13］等常常被運用于水質(zhì)與水環(huán)境的評價研究中，并有著自身的特點和適用性［14］.本文中綜合運用AHP和灰色評價法對武漢市水環(huán)境總體風(fēng)險及其形成原因和結(jié)果表現(xiàn)等方面進行評價，并基于評價結(jié)果和未來不同發(fā)展情境的假設(shè)嘗試對武漢水環(huán)境管理戰(zhàn)略提出建議.

1 研究區(qū)域概況

武漢市地處長江中游，降水豐沛，長江與漢水流經(jīng)市區(qū)（圖1）.正常年份，全市地表水總量7 913億m3其中本地降雨徑流38億m3，過境客水7 875億m3.然而，長期以來武漢市一直陷于“優(yōu)于水又憂于水”的處境中［15］.一方面，湖泊數(shù)量不斷減少和水面萎縮［16］，另一方面，武漢市水環(huán)境質(zhì)量不斷惡化［17］.《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）》將水質(zhì)類別按從優(yōu)到劣分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、劣Ⅴ六個類別.據(jù)統(tǒng)計，2010年武漢市江河、湖泊水質(zhì)多處于Ⅲ類、Ⅳ類，少數(shù)處于Ⅴ類、甚至劣Ⅴ類水.聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）、聯(lián)合國環(huán)境署（UNEP）通過數(shù)年的調(diào)查研究指出，影響武漢市可持續(xù)發(fā)展的最重要的環(huán)境因素就是水環(huán)境問題［18］.然而，隨著“兩型社會”建設(shè)的深入，武漢市相關(guān)管理部門在規(guī)劃、立法以及專項治理等方面不斷探索、實踐，并取得了較顯著成果.2011年12月，武漢市十二次黨代會在確立建設(shè)國家中心城市、復(fù)興大武漢的宏偉目標(biāo)的基礎(chǔ)上，相應(yīng)提出未來武漢應(yīng)彰顯三鎮(zhèn)、三城濱水特色，構(gòu)建大都市水岸景觀，凸顯“東方水都”風(fēng)貌等目標(biāo).這為武漢市水環(huán)境保護和管理提出了更高的要求.

圖1 武漢市數(shù)字地面模型和研究區(qū)域

2 武漢市水環(huán)境風(fēng)險指標(biāo)及權(quán)重

2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建 水環(huán)境風(fēng)險評價，不僅需要考慮人類活動產(chǎn)生污染負(fù)荷的影響，還需要考慮水系統(tǒng)抵抗污染的能力，是典型定性與定量相結(jié)合的問題［19］.為了綜合反映特定時空區(qū)域內(nèi)水環(huán)境風(fēng)險程度，根據(jù)武漢的實際情況最終確定23個指標(biāo)作為考察對象.在指標(biāo)體系的構(gòu)建中，武漢市城市水環(huán)境風(fēng)險（R）被分解成形成原因（A1）和結(jié)果表現(xiàn)（A2）兩個子層次，將A1進一步分解成自然成因（B1）和社會成因（B2）兩個子層次，將A2分解成經(jīng)濟社會發(fā)展水平（B3）和水污染負(fù)荷（B4）兩個子層次.B1主要通過人均水資源量（C1）、產(chǎn)水模數(shù)（C2）、年均降水量（C3）和森林覆蓋率（C4）4個指標(biāo)來反映.其中：C1主要反映水資源的豐富程度；C2主要反映水資源稟賦；C3主要反映水資源補充、更新能力；C4主要反映森林豐富程度及生態(tài)過濾能力.B2主要通過人口密度（C5）、土地利用率（C6）、工業(yè)增加值（C7）和新開工房屋面積（C8）4個指標(biāo)來反映.其中：C5和C6分別主要反映區(qū)域人口集中程度和土地利用程度；C7主要反映工業(yè)生產(chǎn)活動的市場價值；C8主要反映新建住房對城市建設(shè)用地的需求.B3主要通過人均GDP（C9）、平均工業(yè)能源消費量（C10）、人均壽命（C11）和人均可支配收入（C12）4個指標(biāo)來反映.其中：C9主要反映宏觀經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r、C10主要反映平均工業(yè)總產(chǎn)值能源消費量；C11和C12是反映居民幸福程度和社會發(fā)展水平的重要指標(biāo).B4則主要通過綜合水質(zhì)類別（C13）、廢水排放總量（C14）、綜合污染指數(shù)（C15）和污水處理設(shè)施數(shù)（C16）4個指標(biāo)來反映.其中：C13主要反映水域環(huán)境功能高低，相應(yīng)劃分為6類；C14主要反映工業(yè)污水和城市生活污水的排放總量；C15主要通過有關(guān)的污染物濃度等標(biāo)化，計算得到簡單的無量綱指數(shù)以定量地描述和比較環(huán)境污染的程度；C16主要反映城市對污水處理的能力.而C1～C14中C5、C7、C8、C13、C14、C15與R為負(fù)向相關(guān)，其他為正相關(guān).武漢市城市水環(huán)境風(fēng)險指標(biāo)體系如圖2所示.

圖2 武漢市水環(huán)境風(fēng)險指標(biāo)體系

2.2 確定指標(biāo)權(quán)重 AHP自20世紀(jì)70年代初被提出以來，作為一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策方法，被廣泛地應(yīng)用于多目標(biāo)綜合評價和多層次權(quán)重決策分析中［20］.AHP在生態(tài)評價的運用中能有效把復(fù)雜問題分解為不同層次和組成要素，本研究采用AHP對武漢市水環(huán)境風(fēng)險程度指標(biāo)體系中各層次指標(biāo)的權(quán)重進行計算和分配.

建立遞階層次結(jié)構(gòu)是AHP法中最重要的一步，即把復(fù)雜的問題分解為我們稱之為要素的各級組成部分，并把這些要素按屬性不同分成若干級，形成不同層次.本研究構(gòu)建的武漢市水環(huán)境風(fēng)險程度指標(biāo)體系為無交叉的“目標(biāo)層—準(zhǔn)則層—方案層”遞階層次體系，各層次分別對應(yīng)武漢市城市水環(huán)境風(fēng)險指標(biāo)體系中的R-Ai-Bi，Ci.依據(jù)的AHP原理，聘請有關(guān)專家對所構(gòu)建的遞階層次體系，對指標(biāo)體系中各層次指標(biāo)的重要程度分別進行兩兩對比并按照1～9的判斷標(biāo)度給出判斷結(jié)構(gòu)，構(gòu)造出各層次指標(biāo)對比判斷結(jié)果矩陣.依次計算判斷矩陣每一行各元素之乘積和的n次方根，即對向量進行歸一化處理并利用一致性指標(biāo)、隨機一致性指標(biāo)和一致性比率做一致性檢驗.本次計算通過Excel編輯函數(shù)實現(xiàn)，得到各層次指標(biāo)檢驗系數(shù)CR分別為0、0、0、0.022、0.017、0.003和0.044，均小于0.1，可以認(rèn)為該判斷矩陣通過一致性檢驗.最終計算得到的評價指標(biāo)各自的權(quán)重如表1所示.從表1中權(quán)重計算結(jié)果來看，所選指標(biāo)中影響程度相對更重要的主要包括：自然成因指標(biāo)中的C1；社會成因指標(biāo)中的C6、C7；經(jīng)濟社會發(fā)展水平指標(biāo)中的C10、C11及水污染負(fù)荷指標(biāo)中的C13、C15.

3 武漢市水環(huán)境風(fēng)險評價

3.1 確定指標(biāo)值及灰類 在確定各指標(biāo)的權(quán)重后，本研究采用基于三角白化權(quán)函數(shù)的灰色評價法對各個指標(biāo)的值進行計算并對計算的結(jié)果進行評價和分析.該方法是基于灰色評價法的原理，依據(jù)評價過程中實際所需的評價等級數(shù)確定灰類數(shù)，并按照各指標(biāo)的實際取值范圍確定各灰類區(qū)間，然后通過建立隸屬于各個灰類的三角白化權(quán)函數(shù)，計算相應(yīng)的隸屬度，再計算對象關(guān)于各個灰類的綜合權(quán)系數(shù)，最后以取大原則判斷某一評估對象隸屬于某個灰類的程度［26］.根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境年鑒》、《武漢市統(tǒng)計年鑒》等相關(guān)資料，按照本研究所構(gòu)建的武漢市城市水環(huán)境風(fēng)險指標(biāo)體系確定各指標(biāo)的現(xiàn)實值，綜合考慮武漢市和湖北省的實際情況和平均水平將指標(biāo)體系中的各個指標(biāo)劃分為3個灰類（見表2）.

表1 武漢市水環(huán)境風(fēng)險程度評價各指標(biāo)組合權(quán)重

表2 武漢市水環(huán)境風(fēng)險程度評價各指標(biāo)取值及其灰類劃分

3.2 計算各指標(biāo)對應(yīng)灰類的隸屬度 根據(jù)灰色評價模型原理，我們將各個指標(biāo)的取值范圍進行延拓，相應(yīng)地劃分為5個區(qū)間：［a1，a2］，…，［a4，a5］，令λ1＝（a1＋a2）／2，λ2＝（a3＋a4）／2，λ3＝（a4＋a5）／2計算單個指標(biāo)對應(yīng)各個灰類的白化權(quán)函數(shù)值.然后，依據(jù)公式（1）計算f1（x）、f2（x）、f3（x），并取其中的最大值 maxfkj（x）.分別計算C1～C16各指標(biāo)與“灰類Ⅰ”、“灰類Ⅱ”、“灰類Ⅲ”對應(yīng)fkCi（x），并且再對應(yīng)地計算出 maxfkCi（x）值 分別為：0.69、0.92、0.92、0.58、0.92、0.94、0.75、0.96、0.63、0.93、0.40、0.86、0.67、0.92、0.84、0.90.由于C5、C7、C8、C13、C14、C15呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，通過 max［1-fkCi（x）］進行修正.經(jīng)過計算得到：C5、C7、C8、C14、C15、C16屬第一灰類；C12、C13屬第二灰類；C1、C2、C3、C4、C6、C11、C9、C10屬第三灰類.

得到Ci層各指標(biāo)對應(yīng)的灰類隸屬度以后，根據(jù)Ci層各指標(biāo)f1（x）、f2（x）、f3（x）的值以及權(quán)重ηj.通過公式（1）分別計算出二級目標(biāo)Bi層各指標(biāo)聚類權(quán)系數(shù)δ1i、δ2i、δ3i，再經(jīng)過比較取δ1i、δ2i、δ3i中的最大值max（δkBi）即Bi層各指標(biāo)的綜合聚類權(quán)系數(shù)，并得到Bi層各指標(biāo)對應(yīng)的灰類隸屬度.

同理通過計算得到Ai和R綜合聚類權(quán)系數(shù).最終計算出 maxfkBi（x）值分別為：0.77、1.01、0.63、0.99.B4屬于第一灰類；B2屬于第二灰類；B1和B3屬于第三灰類.maxfkAi（x）值分別為：0.55、0.65.A1和A2分別屬于第三灰類和第一灰類.maxfkR（x）值為：0.50，屬于第一灰類.

3.3 計算結(jié)果分析 從上節(jié)的計算結(jié)果可以看出武漢市水資源量較豐富、森林覆蓋處于較好水平；人口密度較高、工業(yè)增加值和新開工房屋量也高于全國平均水平；人均GDP、平均工業(yè)能源消費、人均壽命和城市居民人均收入也在全國副省級城市中處于中上水平；農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平、高中入學(xué)率等指標(biāo)都處于中等水平；但同時，土地利用率也較低、綜合水質(zhì)類別較低、廢水排放總量和綜合污染指數(shù)較高、污水處理設(shè)施數(shù)和其他主要全國副省級城市相比也相對較少.

綜合而言，武漢市水環(huán)境風(fēng)險水平的計算結(jié)果處于第一灰度.假設(shè)相對于R，“灰度Ⅰ”、“灰度Ⅱ”、“灰度Ⅲ”分別對應(yīng)“風(fēng)險較高”、“風(fēng)險一般”、“風(fēng)險較低”，則目前武漢市水環(huán)境風(fēng)險總體處于“風(fēng)險較高”水平.從這一結(jié)果的具體成因看，武漢市水環(huán)境自然條件相對較好，但社會發(fā)展對水環(huán)境有一定負(fù)面影響；而從具體表現(xiàn)結(jié)果方面看，武漢市經(jīng)濟、社會水平發(fā)展基本面較好，但水污染負(fù)荷程度較高，并成為最終反映水環(huán)境風(fēng)險的主要因素.

4 武漢市水環(huán)境管理戰(zhàn)略思考

4.1 武漢市未來社會經(jīng)濟發(fā)展的情景假設(shè) 結(jié)合武漢市的實際情況，對未來10～15年武漢經(jīng)濟社會不同發(fā)展路徑做了3種情景假設(shè)，即：“基準(zhǔn)情景”、“優(yōu)化情景”和“綠色低碳情景”.

4.1.1 基準(zhǔn)情景 武漢市固定資產(chǎn)投資、財政收入、城區(qū)居民人均可支配收入和農(nóng)民人均現(xiàn)金收入都有較大幅度增長，但城鎮(zhèn)化進展受到戶籍、資源和城市配套設(shè)施的限制；所采取的節(jié)能減排措施和水環(huán)境保護措施力度不夠或效果不明顯；新興產(chǎn)業(yè)進一步獲得發(fā)展，但是高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)仍占經(jīng)濟結(jié)構(gòu)中較大比重；節(jié)能、環(huán)境保護和治理技術(shù)有所進步，但仍不能起到有力的支撐作用.

4.1.2 優(yōu)化情景 武漢市“兩型社會”建設(shè)順利推進，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到有效改善，高能耗、重污染的產(chǎn)業(yè)比例持續(xù)下降；制定了一系列的降低能耗和保護、治理環(huán)境的措施；城市公共交通發(fā)展取得明顯效果；交通、建筑的污染控制標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格；社會基本形成了綠色低碳的生產(chǎn)、生活和消費模式；以武漢市為核心的城市群成為中西部城市群中的代表.

4.1.3 綠色低碳情景 武漢市“兩型社會”建設(shè)取得重要成果，武漢市“中心城市”的地位基本確立；經(jīng)濟結(jié)構(gòu)取得極大優(yōu)化，綠色、低能耗、高附加值的現(xiàn)代服務(wù)產(chǎn)業(yè)成為經(jīng)濟發(fā)展的主要驅(qū)動力；城市發(fā)展以公共交通和綠色交通為導(dǎo)向，注重中心城區(qū)和遠城區(qū)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展；能源消耗結(jié)構(gòu)中，非清潔能源消耗比例持續(xù)下降，可再生能源比例持續(xù)上升；嚴(yán)格制定降低能耗和保護、治理環(huán)境的措施并取得顯著效果；社會全面形成了綠色低碳的生產(chǎn)、生活和消費模式；以武漢市為核心的城市群成為中國經(jīng)濟增長“第四極”中的重要代表.

4.2 武漢市水環(huán)境管理戰(zhàn)略建議 根據(jù)上文對于武漢水環(huán)境風(fēng)險指標(biāo)體系中各層次指標(biāo)的評價結(jié)果和對于未來武漢經(jīng)濟社會不同發(fā)展路徑做了不同情景假設(shè).結(jié)合武漢市當(dāng)前發(fā)展和目標(biāo)現(xiàn)實情況，通過對未來城市水環(huán)境風(fēng)險管理的戰(zhàn)略思考嘗試提出以下3點建議：

4.2.1 實現(xiàn)戰(zhàn)略思路上的根本轉(zhuǎn)變 首先，發(fā)展模式上，實現(xiàn)從污染防治到產(chǎn)業(yè)優(yōu)化，再到全面綠色低碳的發(fā)展轉(zhuǎn)變.轉(zhuǎn)變的實質(zhì)是從水環(huán)境保護的根源出發(fā)，改變水環(huán)境“先污染、后治理”的邏輯，除了對重點行業(yè)水環(huán)境污染物處理的技術(shù)創(chuàng)新水平外，核心是優(yōu)化武漢市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，積極發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)、促進產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展、高端發(fā)展、綠色低碳發(fā)展，降低產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)性不合理、經(jīng)濟發(fā)展方式落后對水環(huán)境風(fēng)險管理帶來的不利影響因素.其次，污染控制上，實現(xiàn)從離散點源控制到路徑控制，再到空間面域控制的轉(zhuǎn)變.最后，管理目標(biāo)上，實現(xiàn)從水環(huán)境質(zhì)量管理到水生態(tài)安全、再到實現(xiàn)繁榮水文化的轉(zhuǎn)變.針對水環(huán)境受經(jīng)濟、社會發(fā)展影響逐步呈現(xiàn)出的多樣性、復(fù)合型的特點.傳統(tǒng)的常規(guī)評價因子和評價方法已經(jīng)不能滿足判斷整體水環(huán)境安全性的要求.在水環(huán)境風(fēng)險管理的目標(biāo)制定上應(yīng)該逐步由單一的水環(huán)境質(zhì)量管理上升到對整個水生態(tài)安全的維護.而根據(jù)武漢市先天的水資源優(yōu)勢和未來的發(fā)展定位，如何繁榮“東方水都”的水文化是未來城市水環(huán)境風(fēng)險管理戰(zhàn)略思路轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵.

4.2.2 面向綠色低碳發(fā)展模式制定戰(zhàn)略目標(biāo) 在基本實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的情景模式下，依據(jù)武漢市獨特的水資源條件，圍繞武漢市“中心城市”建設(shè)和“兩型社會”建設(shè)的需要，以建設(shè)“東方水都”和繁榮城市水文化為核心，建立立體的水生態(tài)安全保護系統(tǒng)和風(fēng)險管理機制.具體而言，首先推動城市水環(huán)境風(fēng)險管理與水生態(tài)保護成為城市可持續(xù)發(fā)展、實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展模式的重要基礎(chǔ).一方面為營造良好水環(huán)境提供推動力，同時通過良好的水生態(tài)環(huán)境吸引人才，促進科技創(chuàng)新，為實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展模式提供支撐.其次，推動城市水環(huán)境風(fēng)險管理、水生態(tài)保護與修復(fù)逐步成為引導(dǎo)城市空間有序拓展的重要手段.將城市水環(huán)境風(fēng)險管理與保護和合理利用城市土地資源、綠化等其他重要生態(tài)資源相結(jié)合構(gòu)建科學(xué)安全的生態(tài)格局，同時提高土地使用效率，實現(xiàn)市域空間資源進行統(tǒng)一、高效管理，引導(dǎo)城市外圍良好的生態(tài)環(huán)境深入城市中心.最后，推動良好的水生態(tài)環(huán)境成為體現(xiàn)武漢市城市特色人居環(huán)境的重要載體.一方面，可以營造獨特的濱江、濱湖人居環(huán)境，對內(nèi)改善城市居住適宜性，另一方面，傳承和升華以水為載體的城市文化名片，對外提升城市吸引力.

4.2.3 構(gòu)建有力的水環(huán)境管理戰(zhàn)略支撐體系 除了要在實踐層面具體突出城市發(fā)展定位，著眼經(jīng)濟轉(zhuǎn)型目標(biāo)，并進一步完善相關(guān)立法體系.此外，還應(yīng)注意以下3個方面：首先，提高空間管理科學(xué)性和強制性，加快城市空間布局由“攤大餅式”無序蔓延向空間集約有序發(fā)展的轉(zhuǎn)型，構(gòu)建城市生態(tài)邊界和安全底線，為塑造“東方水都”城市形象而服務(wù).其次，科學(xué)調(diào)動并協(xié)調(diào)各種管理資源，積極吸引投資主體和公眾參與為水環(huán)境治理和優(yōu)化服務(wù).最后，積極嘗試武漢市水環(huán)境風(fēng)險管理創(chuàng)新，將新的管理要素或要素組合引入水環(huán)境風(fēng)險管理系統(tǒng)中，以更有效地實現(xiàn)組織目標(biāo)的創(chuàng)新活動，并提升科技對于管理創(chuàng)新的支撐作用.

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