徐浩 左新宇 蘭峰

摘要：利用2008 - 2017年三峽庫區(qū)重慶段朱沱至巫山共11個水質(zhì)斷面水質(zhì)指標(biāo)時間序列數(shù)據(jù)，結(jié)合涉及區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，擬合出三峽庫區(qū)水質(zhì)環(huán)境庫茲涅茨曲線，對三峽庫區(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。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。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，三峽庫區(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)境庫茲涅茨曲線;三峽庫區(qū);重慶段

中圖法分類號：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，隨著國家對生態(tài)環(huán)境的不斷重視，環(huán)境質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(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)增長勢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，就會對環(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)增長初期環(huán)境污染程度較輕，但隨著人均收入的增長，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)境污染反而會隨著人均收入的增長而減少，形成一條倒“U”型曲線——環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）[2]。

國內(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。大量研究表明，EKC理論適用廣泛，不僅可以針對單個地區(qū)或區(qū)域，而且在流域范圍內(nèi)和湖庫范圍內(nèi)同樣適用。目前，通過這一視角對三峽庫區(qū)長區(qū)間庫區(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)測的長時間序列的環(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)測環(huán)境污染趨勢。

三峽工程是舉世聞名的水利工程，其庫區(qū)水質(zhì)受到國內(nèi)外廣大學(xué)者的普遍關(guān)注，本文基于三峽庫區(qū)11個水質(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)測各斷面的水環(huán)境發(fā)展趨勢并提出應(yīng)對措施，為構(gòu)建長江上游地區(qū)生態(tài)屏障、實(shí)施長江經(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

三峽庫區(qū)是中國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于三峽工程的長期安全運(yùn)行、長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)域位于長江三峽庫區(qū)重慶市河段，上起長江人重慶市的永川區(qū)朱沱鎮(zhèn)，下至長江出重慶處的巫山縣，河段總長度約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、長壽、涪陵、武隆、萬州、云陽、奉節(jié)、巫山等18個區(qū)縣。該河段城鎮(zhèn)密集，社會經(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)三峽庫區(qū)承載了超過全市半數(shù)以上的社會經(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，人類活動頻繁，對環(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]，建立三次多項式回歸模型對三峽庫區(qū)水質(zhì)EKC曲線進(jìn)行評估，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《國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[17]中的環(huán)境質(zhì)量評價基本項目，除去常年未檢出的化學(xué)需氧量（COD）、銅、鋅、硒、汞、砷、六價鉻、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項參數(shù)作為衡量三峽庫區(qū)水質(zhì)的指標(biāo)。

（2）經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)。采用三峽庫區(qū)沿江區(qū)域即永川、江津、主城八區(qū)、北碚、長壽、涪陵、武隆、萬州、云陽、奉節(jié)、巫山等18個區(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）來反映三峽庫區(qū)內(nèi)18個區(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)來源于長江水利委員會水文局水環(huán)境監(jiān)測數(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、長壽、武隆、清溪場、萬縣、云陽、奉節(jié)、巫山共11個斷面。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)計年鑒。

4 結(jié)果與分析

4.1 社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況

表1和圖2為2008-2017年三峽庫區(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，三峽庫區(qū)區(qū)域經(jīng)濟(jì)高速增長。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)增長速度較快，第二產(chǎn)業(yè)次之。同時，2008～ 2017年三峽庫區(qū)人口與GDP發(fā)展趨勢類似，也呈現(xiàn)增長趨勢，由2 827.55萬人增長到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，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，變化趨勢平穩(wěn)，而部分?jǐn)嗝媾加谐瑯?biāo);空間變化趨勢上，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基本一致，但部分?jǐn)嗝娴捻椖咳绶锖桶钡姆茄雌诰蹈哂谘雌诰礫18]。

4.3 河段污染指標(biāo)EKC

建立2008～ 2017年重慶市人均GDP與11個斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)的三次回歸模型，其變化趨勢見圖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的增長呈下降趨勢，推測其處于EKC的右半段。在經(jīng)濟(jì)增長的同時，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來看，到2011年之后，Pb、Cd、FC的含量下降趨勢變緩，且有上升的趨勢，其對該河段水環(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。這種逆轉(zhuǎn)符合新技術(shù)產(chǎn)生的變動軌跡。新技術(shù)在提高生產(chǎn)率的同時存在部分潛在隱患，可能產(chǎn)生新的危險物質(zhì)污染環(huán)境。然而在新技術(shù)出現(xiàn)初期，人們往往意識不到危險的存在，只有在危險物質(zhì)開始顯露端倪之后，才對其加以禁止。氟化物隨人均GDP的變化規(guī)律符合該變動軌跡，推測可能需要新的技術(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

由圖4可知，選取的8個參數(shù)中，有7個參數(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，對各參數(shù)在未來一段時間的濃度值進(jìn)行預(yù)測。

（ l）IMn的EKC形態(tài)位于倒“U”曲線的右半段，時間拐點(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，時間拐點(diǎn)出現(xiàn)較早，目前該項目將保持平穩(wěn)趨勢。

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

（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)，其濃度將在一定時期內(nèi)將繼續(xù)上升。

5 結(jié)語

本文根據(jù)GB 3838-2002《國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的環(huán)境質(zhì)量評價項目，選取了IMn、NH3-N、TP、BOD5、Pb、Cd、F、FC等8項參數(shù)，與三峽庫區(qū)沿江區(qū)域的人均生產(chǎn)總值進(jìn)行擬合，建立了三峽庫區(qū)環(huán)境EKC，發(fā)現(xiàn)IMl、NH3-N、BOD5、Pb、Cd、F、FC等7項參數(shù)具有較為明顯的EKC特征。IMn、 NH3-N、BOD5、Pb、Cd、FC等6項參數(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)的增長和人均GDP的增加，這6項參數(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。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)，其濃度將在一定時期內(nèi)繼續(xù)上升。

近年來，國家對三峽庫區(qū)環(huán)境保護(hù)的投入逐步加大，對于COD、NH，-N、重金屬的持續(xù)有效治理措施對水質(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。

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