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中国水质“拐点”分析及水环境保护战略制定1张晶12李云生2梁涛1吴悦颖2

时间:2017-8-17 14:10:00   来源:本网   添加人:admin

  张晶12李云生2梁涛1吴悦颖2王东2赵越2(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京1001012.环境保护部环境规划院,北京100012)析法和国内外对比法,分析中国水环境状况与经济发展的关系,讨论中国水环境保护与国外的差距,提出中国水环境状况已处于转折期,应基于经济发展与环境保护的关系,制定包括水资源量维护、水污染防治和水生态保护3个方面的水环境保护战略。

  经过“十五”期间的努力,我国部分水环境质量已出现好转的趋势,但部分水体有机污染依然未解决,甚至出现重金属污染等问题。正确判断我国的水环境形势,分析我国水环境状况是否到达“拐点”,对于制定我国水环境保护战略和“十二五”期间的水环境保护行动方案至关重要。

  本研究提出的“拐点”和数学意义上的“拐点”有所区别,指水环境状况出现好转的转折点,包括水污染物排放量趋势由上升变为下降、水质状况由恶化变为改善等情况。判断水环境状况“拐点”的方法有2种,一是环境库兹涅茨曲线(EKC)分析法,通过分析拟合污染物排放量与经济发展水平的关系,借助EKC的走向来判断水环境质量改善“拐点”的发生时点;二是国内外对比法,通过对比我国与发达国家的水环境保护历程,分析水环境的基本演变过程,来判断我国水环境质量改善“拐点”的发生条件和时点。笔者结合这2种方法,对我国的水环境状况进行了分析,以期判断我国水环境形势,为我国水环境保护战略的制定提供技术支撑。

  1EKC分析法1.1EKC表现形式EKC表征了环境压力和经济发展的关系,这种关系与库兹涅茨提出的收入差别与经济发展关系相似(见)。

  在EKC中,反映经济发展的指标常选用人均GDP、人均收入等。一些国内外的研究在分析人均GDP的同时也考虑了诸多可能影响EKC走势的因素,如人口密度、技术进步、政府政策、贸易开放以及产业结构调整等。

  经济发展EKC1般形式EKC中反映环境压力的指标通常使用流量指标和存量指标,即污染物排放指标和环境质量指标(见表1)。国内的研究通常倾向于选取污染物排放指标表征环境压力,建立其与人均GDP或人均收入的计量曲线关系,研究区域经济发展与环境压力的关系。而国外实证研究中选用环境质量指标的较多,近年来多选用BOD5和COD研究EKC的空间计量分析。

  表1EKC的水环境指标类型指标废水(废水排放总量、工业废水排放量、城镇生活污水排流量放量、工业用水量、废水排放密度、工业废水排放密指标度和有害废水排放量、城市水卫生情况、Pb、Cd、池、1、八3、氨、氮、11等)1.2EKC采用模型由于不同研究的时间尺度、地域范围、环境和经济指标等的不同,EKC并非只有“倒U”型一种必然结果,而考虑到不同的主导因子和控制参数,模拟经济发展一环境压力的计量模型也有诸多方程形式。

  大量的实证研究表明,环境压力同经济发展之间关第一作者:张晶,女,1981年生,博士,助理研究员,研究方向为环境规划、水生态保护。

  国家水体污染控制与治理科技重大专项(No.系曲线主要有4种:同步、“倒U”型、“U”型和“N”

  型,对应的拟合方程主要为线性方程(同步)、二次多项和三次函数模型(“N”型)。

  一些研究还将人口、地理、贸易、技术、收入分配和政策激励等因素纳入计量模型,发现这些控制参数在一定程度上改变了EKC的细节,具体表现在顶点的高低、顶点出现的早晚等。计量模型主要的简化方程为:定)c为常数;X为人均GDP,元/人;Z为其他的控制参数a、/、y、5为系数;e为误差。

  也有学者在研究贸易、环境规制等对EKC的影响中使用对数方程。

  由于经济发展涉及众多的因素,如人口、经济结构、技术水平、政策变化等因素,同时环境质量除了受经济活动直接影响外,还受到公民环境意识、环境教育、消费观念、文化传统等因素的间接影响。因此,环境压力和经济发展的关系,在很大程度上取决于所用的计量模型,而且不能对所有污染物找到一个通用的模型。

  2我国水污染状况的EKC分析以1996―2008年环境统计公报中的COD、氨氮排放量和2009―2030年的COD、氨氮、总氮、总磷预测排放量来表征污染状况。

  选用线性方程、二次多项式和三次函数模型拟合COD排放量(1996―2008年,未包括农业源)与人均GDP的关系,其中拟合最好的是三次函数模型,具体方程为:1996―2008年工业废水和生活污水中COD排放量与人均GDP的拟合曲线见。由可以看出,我国工业废水和生活污水中COD排放量的EKC在前期呈“U”型,后期转为“倒U”型,后期曲线拐点的人均GDP约为18 300元/人,表明我国目前工业废水和生活污水中COD排放量处在EKC的下降阶段。

  根据我国经济发展状况和污染物的产生压力,预测2009―2030年人均GDP和COD排放量(包括农业源),选用线性方程、二次多项式和三次函数模型拟合COD排放量与人均GDP的关系,其中拟合最好的是三次函数模型,具体方程为:2009―2030年预测COD排放量与人均GDP的拟合曲线见。由可知,长期来看,我国COD排放量将呈现持续下降趋势。

  选用线性方程、二次多项式和三次函数模型拟合氨氮排放量(1996―2008年,未包括农业源)与人均GDP的关系,其中拟合最好的是二次多项式,具体方程为:1996―2008年工业废水和生活污水中氨氮排放量与人均GDP的拟合曲线见。由可以看出,我国工业废水和生活污水中氨氮排放量的EKC呈“倒U”型,曲线拐点的人均GDP约为16 000元/人,表明我国目前工业废水和生活污水中氨氮排图人均GDP/(元人,1996―2008年工业废水和生活污水中COD排放量与人均GDP的拟合曲线向/酬运a8 1996―2008年工业废水和生活污水中氨氮排放量与人均GDP的拟合曲线la荏晋曰放量处在EKC的下降阶段。

  根据我国经济发展状况和污染物的产生压力,预测2009―2030年人均GDP和氮排放量(包括农业源),选用线性方程、二次多项式和三次函数模型拟合氨氮排放量与人均GDP的关系,其中拟合最好的是三次函数模型,具体方程为:拟合曲线见。由可以看出,未来氨氮排放量的EKC呈“倒U”型,曲线拐点的人均GDP约为38000元/人,表明“十二五”期间氨氮排放量将继续增加,在人均GDP约为40000元/人(2015年左右)达到拐点。

  2009―2030年预测氨氮排放量与人均GDP的拟合曲线2.3总氮根据我国经济发展状况和污染物的产生压力预测2009―2030年人均GDP和总氮排放量(包括农业源),选用线性方程拟合总氮排放量与人均GDP的关系,具体方程为:很强的线性关系,如所示。由可以看出,我国总氮排放量随着人均GDP的增长将长期保持下降趋势。

  2009―2030年预测总氮排放量与人均GDP的拟合曲线2.4总磷根据我国经济发展状况和污染物的产生压力预测2009―2030年人均GDP和总磷排放量(包括农业源),选用线性方程拟合总磷排放量与人均GDP的关系,具体方程为:很强的线性关系,如所示。由可以看出,与总氮类似,我国总磷排放量随着人均GDP的增长将长期保持下降趋势。

  2009―2030年预测总磷排放量与人均GDP的拟合曲线2.5我国水质变化EKC分析一2008年的环境统计数据,以劣于I类断面所占比例表征水质状况,利用线性方程、二次多项式和三次函数模型拟合环境压力与人均GDP的关系。其中,二次多项式能较好地拟合两者的关系,具体方程为:一2008年水质状况与人均GDP的拟合曲线见。由可以看出,我国水质状况的EKC总体上呈“倒U”型,曲线拐点的人均GDP约为15000元/人,表明我国目前劣于I类断面所占比例已经开始下降。

  人均GDP/(元人‘1991―2008年水质状况与人均GDP的拟合曲线3国内外水环境经验借鉴3.1日本经验借鉴曰本从20世纪50年代开始进入经济高速增长期,1956年至1973年17年间平均经济增长率达到9.1%,经济规模扩大约4. 5倍。1964年履行国际货币基金组织(IMF)第8条义务,1970年人均GDP达到2000美元。1950―1980年期间,日本经济扩大了1014倍,国民生产总值从世界第7位上升到第2位。

  随着经济的快速增长,日本的环境污染也越来越严重,水环境急剧恶化,公害病频发。到20世纪60年代末,日本成为世界上污染最严重的国家。环境的急剧恶化引起了日本政府的高度重视,制定了一系列的水环境保护法规,如1967年制定的公害对策基本法、1970年制定的水质污浊防止法。

  到1973年,濑户内海环境保护临时措施法(1978年经修订后,作为永久性法律,改名为濑户内海环境保护特别措施法)的制定,使得日本开始了针对特定水域制定环境保护计划的历程。水污染减排制度通过法律的形式得以确认,从而开始了历次减排计划的实施。随着曰本政府一系列环保政策的出台和人们对环保意识的加强,在20世纪80年代中期水环境得到了明显改善。

  我国自1978年实施了改革开放以来,经济一直保持着快速增长,GDP年增长率平均高达9.9%.这种快速增长的经济依然保持着高能耗、高污染的特征,经济发展对于能源和环境的严重依赖,加上GDP的快速增长,导致我国在未来的发展中面临比曰本更严峻的环境压力。

  直到20世纪90年代,我国政府才意识到水环境污染的严重性,开始对重点流域进行大规模治理,建设了大量的城镇污水处理设施,治理了大批不能达标排放的工业企业;996年9月,第一次在全国范围内提出了污染物总量控制目标。目前,虽然我国的环境压力远大于日本,但污染治理方面却落后于日本。

  3.2莱茵河环境保护作为流域水环境保护行动,“莱茵河行动计划”对于我国的水环境保护战略研究是一个很好的例子。

  莱茵河流经瑞士、法国、德国、荷兰等国家,是世界著名的城市和产业密集带。20世纪50年代末,莱茵河水质开始变差;6 0年代是莱茵河流域各国经济发展最为迅速的时期,同时也出现了严重的环境污染;0年代,水质的恶化达到顶峰,是莱茵河污染最为严重的时期。为了改善莱茵河的水质,恢复莱茵河的生态系统,莱茵河保护国际委员会于1950年成立,但直到1987年“莱茵河行动计划”正式通过,莱茵河的水质才有了显著的改善。该计划主要目标包括污染控制和改善生态环境等,其中以珍贵鱼类重返莱茵河作为实现生态目标的重要标志。此后,在莱茵河保护国际委员会的协调下,莱茵河流域各国实施了“莱茵河行动计划”。在各国的共同努力下,工业点源污染和船舶污染得到了有效控制,莱茵河水质逐步开始恢复,到2000年,鱼类、鸟类重返莱茵河。

  2001年,在法国斯特拉斯堡,莱茵河流域各国部长级会议通过了“莱茵河2020行动计划”。该计划旨在改善莱茵河流域生态系统,改善洪水防护系统,改善地表水水质,保护地下水。根据这项计划,到2020年,莱茵河流域可从根本上解决点源污染问题,去除河道沉积物,真正实现人水共存的目标。

  3.3我国山东省案例分析通过整理分析山东省自1983年有历史记录以来历年的水质监测资料,得出了山东省近30年水环境质量变化趋势,并结合历年GDP数据分析了环境压力与经济发展关系的阶段性特征。

  与GDP总量变化趋势如所示。由可知,山东省水环境质量以1997年为分水岭,总体呈先恶化后改善的趋势,经历了由轻度污染(1983、1984年),到中度污染(1985―1987年),再到重度污染(1988―2005年),然后恢复到中度污染(2006― 2009年)的过程。其中,1997年是污染最为严重的年份,COD平均值高达259. 9mg/L.2009年COD平均值降至39.7mg/L,已恢复到1985年前后的水平,与水质最差的1997年相比改善了需要再改善50%才能恢复到水质较好的1983、1984年的水平。

  年份1983―2009年山东省水环境质量与GDP总量变化趋势以1983―2009年山东省主要河流断面的COD平均值表征环境污染状况,利用二次多项式拟合环境压力与人均GDP的关系,结果见0,具体方程为:y=一69.32:c2+169.0:c+81.27(9)由0可知,山东省COD平均值的EKC总体上呈“倒U”型,曲线拐点的人均GDP约为13000 3之2丨丨-丨一旨VQ8元/人。

  分析1983―2009年山东省主要河流断面COD浓度与GDP的关系,可以看出环境保护与经济发展关系的阶段性特征:经济加快发展、环境质量恶化的阶段(1983―1989年),即随着经济增长,水环境质量呈快速恶化趋势;环境限制经济增长的阶段(1990―2002年),即随着污染加剧,环境容量成为制约经济增长的瓶颈,环境保护日益受关注,经济发展模式逐步由粗放型向集约型转变,水环境质量恶化趋势得到逼制;经济社会又好又快发展的阶段(2003―2009年),即随着科学发展观深入人心,通过提高环境保护水平,加速产业结构调整和升级,实现经济快速增长(年GDP增幅平均为13.7%)和环境质量快速改善(年COD改善幅度平均为19. 7%)的同步共赢。

  人均GDP/(万元人。

  GDP的拟合曲线4结论和讨论(1)我国水环境状况现阶段已处于转折期综上所述,我国目前COD排放量处在EKC的下降阶段;工业废水和生活污水中氨氮排放量处在EKC的下降阶段,但是考虑农业源的氨氮排放量还将继续增加,并在2015年左右达到拐点;总氮、总磷排放量随着人均GDP的增长将长期保持下降趋势。其中,山东省的水环境质量(COD浓度)在1997年就已达到拐点。

  我国水质状况的EKC总体上呈“倒U”型,曲线拐点的人均GDP约为15000元/人,劣于瓜类断面所占比例已经开始下降。但是,由于2008年前水质指标的判断仅包括COD等9项指标,“十二五”期间将评价21项指标,评价指标的范围有所扩大,表现在水质状况上可能不会有明显的改善,甚至可能有所降低。

  因此,可以看出我国水环境状况现阶段已处于转折期,但是由于表征方法的改变,水环境能否保持改善的趋势,还需要进一步加大污染控制和环境保护力度,避免水环境保护工作出现“瓶颈”。

  (2)基于社会经济发展与环境保护的关系来制定适当的水环境保护战略环境质量与社会经济发展的关系非常复杂。要用个合适的模型模拟出环境压力与经济发展的关系是非常困难的,也是不可能的。EKC只是通过经济方面因素来分析环境问题,没有引入其他影响环境的因素。政治体制、环境政策等方面都会改变环境情况的发展方向,忽视这些因素就很难对环境问题有一个准确的把握。因此,应加大环境-经济-社会耦合模型的研究力度,在考虑社会经济发展与环境保护相互影响的前提下,制定适于我国中长期国情和需求的水环境保护战略体系。)水环境保护战略应关注水资源量维护、水污染防治和水生态保护内容与曰本相比,在经济水平和发展速度、人口增长和城镇化进程上,我国目前大致处于日本1960―1970年代发展速度较快的水平,但在重大环境措施上,比曰本延迟了1025年,在水环境变化趋势方面,我国处于日本20世纪80年代的水平。与欧洲相比,在水环境变化趋势和水污染治理力度方面,我国相当于其20世纪80―90年代的水平。通过与国外的比较,一方面可以看出,由于我国水环境问题复杂,社会经济发展带来的环境压力较大,同样的环境治理力度下难以达到与国外相同的环境改善效果,因此虽然我国水环境状况已处于转折期,但仍不能掉以轻心,需进一步加强污染防治措施,以顺利越过“拐点”另一方面,目标不应局限于物理化学指标,水文流量指标和水生态指标应纳入水环境保护战略,如鱼类、大型底栖无脊椎生物、生态基流等指标。当前,水污染防治工作已取得一定进展,在继续加大水污染治理力度的同时,需要拓宽、深化流域管理工作的内容,切实达到