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

楊鐘賢

漳州市環(huán)境應(yīng)急與事故調(diào)查中心

利用九龍江流域2005—2015年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)和水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用多元線性回歸分析和環(huán)境庫茲涅茨曲線模擬定量研究九龍江流域水環(huán)境質(zhì)量變化與流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系。結(jié)果表明，不同污染物的主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響因素并不一致，第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、人均GDP、人口是影響九龍江水質(zhì)氨氮濃度變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)重要因素，影響化學(xué)需氧量、總磷濃度變化的因素不僅限于所研究的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；三個(gè)水質(zhì)指標(biāo)分別與人均GDP的EKC擬合曲線均未表現(xiàn)出典型EKC曲線倒U型的特征，呈現(xiàn)出不同的發(fā)展趨勢(shì)。研究期間，隨著九龍江流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，CODMn和TP惡化趨勢(shì)得到控制或趨向改善，NH3-N還處在惡化階段，并已經(jīng)成為近年來流域水質(zhì)超標(biāo)的主要污染物之一。為有效改善九龍江水環(huán)境質(zhì)量，在加強(qiáng)現(xiàn)有工業(yè)污染治理確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，必須限制流域內(nèi)新增高排放氨氮污染物企業(yè)的布局，并加強(qiáng)畜禽養(yǎng)殖污染整治和農(nóng)村生活廢水治理。

九龍江流域 水環(huán)境質(zhì)量 經(jīng)濟(jì)發(fā)展 多元回歸分析 環(huán)境庫茲涅茨曲線

流域是匯集和補(bǔ)給一條河流及其支流的地表水和地下水全部來源區(qū)，即地表水與地下水分水脊線所包圍的集水區(qū)域[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，流域內(nèi)資源和生態(tài)系統(tǒng)受到越來越大的外界脅迫，環(huán)境污染嚴(yán)重、災(zāi)害頻發(fā)、資源結(jié)構(gòu)性短缺矛盾逐漸加??；流域上中下游之間、部門之間的利益沖突和矛盾不斷尖銳，流域成為區(qū)域人—地關(guān)系最為緊張和復(fù)雜的地理單元[2]，是生態(tài)壓力和風(fēng)險(xiǎn)最大的區(qū)域之一。以流域?yàn)閱卧_展社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境演變相互作用及調(diào)控研究，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[3]。

九龍江是福建省僅次于閩江的第二大河流，河長(zhǎng)285km，流域總面積1.47×104km2，約占福建省土地總面積的13%，是海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的重要組成區(qū)域。主要由北溪、西溪和南溪三大干流組成，范圍包括龍巖市的新羅、漳平，漳州市的華安、長(zhǎng)泰、南靖、薌城、龍文等7個(gè)縣（市、區(qū)）的全部以及平和、龍海市（縣）的大部分地區(qū)，連城、上杭、永定、漳浦、海滄、同安、大田、永春、安溪等10個(gè)縣（市、區(qū)）小部分地區(qū)。九龍江不僅是龍巖、漳州、廈門三市的主要飲用水源，也是重要的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水源。改革開放以來，流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但水環(huán)境與生態(tài)環(huán)境問題日益突出，直接威脅龍巖、漳州和廈門的供水安全。九龍江流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)河流水環(huán)境影響已經(jīng)引起很多研究者關(guān)注[4-11]，但對(duì)流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)空演變過程的系統(tǒng)分析相對(duì)較少，在流域尺度上開展社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與河流水環(huán)境質(zhì)量定量關(guān)聯(lián)研究尤其缺乏。鑒于此，本文以九龍江流域?yàn)槔瑖L試運(yùn)用多元線性回歸分析和環(huán)境庫茲涅茨曲線模擬，定量分析九龍江流域2005～2015年水環(huán)境質(zhì)量演變與流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，以期為流域水環(huán)境污染控制與治理提供參考。

1 數(shù)據(jù)收集與研究區(qū)概況

1.1 數(shù)據(jù)收集

九龍江流域范圍與其行政單元不一致，為便于分析，本文所指九龍江流域包括上游地區(qū)龍巖市、中下游地區(qū)漳州市以及其入?？趶B門市。2005—2015年龍巖、漳州和廈門社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自歷年福建省統(tǒng)計(jì)年鑒。

鑒于數(shù)據(jù)的可獲得性、連貫性和代表性，本文水質(zhì)年均數(shù)據(jù)來源于福建省環(huán)境保護(hù)廳網(wǎng)站對(duì)外公布的水質(zhì)周報(bào)中九龍江北溪兩個(gè)水質(zhì)斷面（廈門江東：北溪，廈門－漳州交界斷面）；華安西陂：北溪，龍巖－漳州交界斷面）2005—2015年度水質(zhì)周平均數(shù)據(jù)加權(quán)平均獲得。兩個(gè)水質(zhì)斷面水域功能和保護(hù)目標(biāo)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838－2002）Ⅲ類（其中CODMn、TP、NH3-N的濃度限值分別為≤6mg/L、≤0.2mg/L、≤1.0mg/L）。

1.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r

研究期間，流域經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)。2015年流域（龍巖、漳州、廈門）地區(qū)生產(chǎn)總值7971.91億元，約占福建省GDP的30.7％，是2005年的3.86倍；2015年人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值7.8萬元，是2005年的3.4倍。2015年第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值分別是2005年的2.38倍、3.79倍、4.39倍（圖1），可以看出，流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，三產(chǎn)增長(zhǎng)速度最快，二產(chǎn)次之。同時(shí)，2005—2015年九龍江流域人口與GDP發(fā)展趨勢(shì)類似，也呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，由897.42萬人增長(zhǎng)到1022.61萬人（圖2）。

圖1 九龍江流域內(nèi)2005—2015年各產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值（單位：億元）

圖2 九龍江流域2005—2015 年人口變化

1.3 流域水環(huán)境質(zhì)量狀況

在獲取2005—2015年華安西陂、廈門江東兩個(gè)斷面的1068個(gè)周報(bào)數(shù)據(jù)中（部分周數(shù)據(jù)缺失），超標(biāo)周數(shù)為130個(gè)（其中華安西陂斷面118個(gè)，廈門江東斷面12個(gè)），主要污染物為氨氮、溶解氧和總磷。研究期間九龍江北溪水環(huán)境質(zhì)量變化情詳見圖3，可以看出，CODMn年均濃度變化表現(xiàn)為上升、下降再上升，但總體略有上升，由2005年的2.063mg/L上升到2015年的2.376mg/L，上升13.2%；TP年均濃度變化趨勢(shì)與CODMn相似，但整體略有下降，由2005年的0.101mg/L下降到2015年的0.089mg/L，下降12%；NH3-N年均濃度由2005年的0.263mg/L上升到2015年的0.618mg/L，提高了135%，變化較大，年均濃度已經(jīng)達(dá)到水域功能限值（1mg/L）的61.8%，且呈逐步上升趨勢(shì)，應(yīng)引起重視。

根據(jù)福建省環(huán)境狀況公報(bào)，2005年，九龍江Ⅰ類～Ⅲ類水質(zhì)占88.9％，北溪龍巖段、北溪漳州段的水域功能達(dá)標(biāo)率分別為83.3％、83.3％；2015年九龍江流域Ⅰ類～Ⅲ類水質(zhì)比例為84.2％，北溪龍巖段和北溪漳州段分別為66.7％和83.3％，流域整體水質(zhì)略有下降。

圖3 九龍江北溪2005—2015年年均水質(zhì)情況

2 研究方法

2.1 多元線性回歸分析

運(yùn)用多元線性回歸分析方法，建立九龍江流域2005—2015年經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系模型。其中，社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為自變量，水質(zhì)指標(biāo)為因變量。選用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（FDP）、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值（SDP）、年末總?cè)丝冢≒OP）、人均GDP（CGDP），數(shù)據(jù)來源于歷年福建統(tǒng)計(jì)年鑒；流域水質(zhì)指標(biāo)：包括化學(xué)需氧量（CODMn）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP），以九龍江北溪廈門江東和華安西陂兩個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站周平均數(shù)據(jù)求得年均濃度值。

多元線性回歸是研究多個(gè)變量之間關(guān)系的回歸分析方法，根據(jù)多個(gè)自變量的最優(yōu)組合建立方程來預(yù)測(cè)因變量。多元回歸分析的模型可以表達(dá)為：

=0+11+22+ … +kk(1)

式中，為根據(jù)所有自變量計(jì)算出的估算值，0為常數(shù)項(xiàng)，1，2，…，k為對(duì)應(yīng)于1，2，…，k的偏回歸系數(shù)[12]。

2.2 環(huán)境庫茲涅茨曲線模擬

本文對(duì)九龍江流域的水環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間進(jìn)行EKC曲線擬合，選取人均GDP作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)()，選取CODMn、NH3-N和TP年均濃度作為環(huán)境污染水平指標(biāo)()。

環(huán)境庫茲涅茨曲線是通過經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染指標(biāo)之間的演變模擬，說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)環(huán)境污染程度的影響。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期，環(huán)境質(zhì)量隨著人均收入提高而惡化，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段后，到達(dá)某個(gè)臨界點(diǎn)或稱“拐點(diǎn)”以后，隨著人均收入提高而得到改善，即經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染程度呈倒U型曲線關(guān)系。當(dāng)前大部分學(xué)者過于強(qiáng)調(diào)EKC曲線形狀及拐點(diǎn)研究，忽略探尋EKC曲線背后的作用機(jī)制才是更重要、更有實(shí)際意義的工作[13]。

本文在分析流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染變化的相互關(guān)系時(shí)，不依賴于某個(gè)分析模型，通過對(duì)不同模型分析結(jié)果加以綜合分析和信息提煉，從而提出更有針對(duì)性的對(duì)策[4]。

3 結(jié)果分析

3.1 多元回歸結(jié)果分析

將2005—2015年數(shù)據(jù)輸入模型中，在95%的置信水平下，因變量水質(zhì)指標(biāo)（CODMn、TP、NH3-N）分別與自變量經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)（第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、人均GDP、年末總?cè)丝冢┻M(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明，CODMn、TP與自變量各指標(biāo)間的Sig.F值均大于0.05，無法拒絕總體回歸系數(shù)均為零的原假設(shè)，因此放棄。因變量NH3-N在自變量包含第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值、人均GDP、年末總?cè)丝跁r(shí)，其顯著性概率值Sig.F小于0.05，拒絕總體回歸系數(shù)均為零的原假設(shè)，回歸方程應(yīng)該包含這三個(gè)自變量，得到NH3-N多元回歸模型結(jié)果，如表1～表3所示。

表1 模型匯總

表2 ANOVA 方差分析

表3 回歸系數(shù)分析

根據(jù)以上多元回歸分析結(jié)果，建立模型如下：

NH3-N = -5.5491+0.0022FDP-0.2161CGDP+0.0064POP

結(jié)果表明，2005—2015年間第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值、人均GDP、年末總?cè)丝趯?duì)水污染物NH3-N濃度的影響效果是顯著的?？梢酝茢嚯S著流域第一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和總?cè)丝谝?guī)模的不斷增加，對(duì)流域所帶來的污染壓力（氨氮濃度提高）可能還會(huì)逐年增加，應(yīng)特別加強(qiáng)與之有關(guān)污染源的管理與治理。不同污染物的主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響因素并不一致，影響COD、TP濃度變化的主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子不只限于本文所選取的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

3.2 環(huán)境庫茲涅茨曲線模擬結(jié)果分析

通過對(duì)2005—2015年的九龍江流域人均GDP與CODMn、TP、NH3-N年均濃度數(shù)據(jù)分別進(jìn)行方程擬合，各方程所描述的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與水環(huán)境環(huán)境質(zhì)量之間關(guān)系曲線分別如圖4～圖6所示。

圖4 九龍江流域CODMn濃度與人均GDP關(guān)系

圖5 九龍江流域TP濃度與人均GDP關(guān)系

圖6 九龍江流域NH3N濃度與人均GDP關(guān)系

三個(gè)水質(zhì)指標(biāo)與人均GDP的EKC擬合曲線，均未表現(xiàn)出典型EKC曲線倒U型的特征，呈現(xiàn)出不同的發(fā)展趨勢(shì)：CODMn濃度與流域人均GDP曲線存在一定的U型關(guān)系；TP濃度與流域人均GDP的擬合曲線類似U型的左半部分，即TP濃度隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)；NH3-N濃度與流域人均GDP的擬合曲線類似U型的右半部分，即NH3-N濃度隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。

CODMn、TP的EKC曲線表明，伴隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，以及環(huán)境治理投入加大、環(huán)保政策趨于嚴(yán)厲，水環(huán)境質(zhì)量部分指標(biāo)惡化趨勢(shì)得到控制或者趨于改善；NH3-N的EKC曲線呈現(xiàn)出逐步上升的趨勢(shì)，表明伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污染指標(biāo)還處在惡化階段。綜合分析其原因，可能是由于造成農(nóng)業(yè)面源污染的因素眾多，較難控制，特別是作為流域上游的龍巖和中游漳州都是農(nóng)業(yè)大市，近年來畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展較快，且流域內(nèi)分布眾多村莊，農(nóng)業(yè)面源污染和農(nóng)村生活廢水收集處理難度大。

4 結(jié)論與討論

本文運(yùn)用多元回歸分析和環(huán)境庫茲涅茨曲線擬合分析了九龍江水質(zhì)變化與流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相關(guān)關(guān)系，為九龍江流域水環(huán)境污染控制與治理提供一定的科學(xué)依據(jù)。

多元線性回歸分析結(jié)果表明，流域內(nèi)第一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和總?cè)丝谝?guī)模對(duì)水污染物NH3-N濃度的影響是正向顯著的，未來應(yīng)加強(qiáng)與之有關(guān)的污染管理與治理；影響CODMn、TP的主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素較廣泛。EKC擬合結(jié)果表明，九龍江流域有部分污染指標(biāo)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展惡化趨勢(shì)得到控制或趨向改善，如CODMn和TP；仍有污染指標(biāo)還處在惡化階段，并已經(jīng)成為近年來流域水質(zhì)超標(biāo)的主要污染物質(zhì)之一，如NH3-N。

綜上所述，九龍江流域不同水環(huán)境污染物主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響因素并不一致，其與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的變化趨勢(shì)也并不一致。為有效控制流域水環(huán)境質(zhì)量惡化趨勢(shì)，需根據(jù)水環(huán)境主要污染物的主要影響因素，采取有針對(duì)性的流域水環(huán)境污染治理措施。

通過2005—2015年九龍江流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水環(huán)境質(zhì)量變化的關(guān)系，并結(jié)合前人的研究成果可以推斷[4,6,8]，未來九龍江流域的污染物來源中，農(nóng)業(yè)面源污染及農(nóng)村生活廢水所占的比重可能將持續(xù)增加，并成為主要的污染來源。就九龍江流域而言，在加強(qiáng)現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)治理確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，還必須限制流域內(nèi)新增高排放氨氮污染物企業(yè)的布局，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染和農(nóng)村環(huán)境綜合整治，特別是要加強(qiáng)流域中上游畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染整治和農(nóng)村生活污水的收集處理力度，以利于九龍江水環(huán)境質(zhì)量的改善。

[1] 中國(guó)農(nóng)業(yè)百科全書總編輯委員會(huì)水利卷編輯委員會(huì)，中國(guó)農(nóng)業(yè)百科全書編輯部. 中國(guó)農(nóng)業(yè)百科全書·水利卷(上)[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1986.

[2] 湖泊及流域?qū)W科發(fā)展戰(zhàn)略研究秘書組. 湖泊及流域科學(xué)研究進(jìn)展與展望[J].湖泊科學(xué), 2002, 14(4): 289-300.

[3] 黃智華,薛濱,逄勇. 太湖水環(huán)境演變與流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系及趨勢(shì)[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境, 2006, 15(5): 627-631.

[4] 陳能汪，王龍劍，林暉，等．九龍江流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與河流水質(zhì)時(shí)空關(guān)聯(lián)分析[J]．生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，28(1)：19-25．

[5] 周小成，汪小欽，江洪，等.九龍江流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量遙感評(píng)價(jià)與分析[J]．地球信息科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，11(2)：231-236.

[6] 高洪生，張玉珍.九龍江主要控制斷面水質(zhì)評(píng)價(jià)與變化特征分析[J]．亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報(bào),2011,6(2): 42-48.

[7] 陳晨，王文杰，王維，等. 九龍江流域生態(tài)健康評(píng)價(jià)及管理對(duì)策[J]．湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,28(3): 121-128.

[8] 陳能汪，張珞平，洪華生，等. 九龍江流域農(nóng)村生活污水污染定量研究[J]．廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004, 43(增刊): 249-253.

[9] 孫芹芹，黃金良，洪華生，等．九龍江流域城鎮(zhèn)建設(shè)用地與河流水質(zhì)關(guān)系研究[J]．環(huán)境科學(xué)，2011，32(10)：2849-2854.

[10] 曾悅，洪華生，曹文志，等.九龍江流域規(guī)模化養(yǎng)殖環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J], 農(nóng)村生態(tài)環(huán)境, 2005，21(4)：49-53.

[11] 劉建昌,陳偉琪,張珞平,等.構(gòu)建流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染控制的環(huán)境經(jīng)濟(jì)手段研究——以福建省九龍江流域?yàn)槔齕J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2005, 13(3): 186-190.

[12] 盧紋岱. SPSS for Windows 統(tǒng)計(jì)分析[M]. 2版. 北京:電子工業(yè)出版社, 2002.

[13] 鐘茂初，張學(xué)剛．環(huán)境庫茲涅茨曲線理論及研究的批評(píng)綜論[J]．中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2010，20(2)：62-67．