張 磊，王 軍

(1.成都工業(yè)學(xué)院 工商管理系，成都 610031;2.成都工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校 土木系，成都 610081)

環(huán)境保護部《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則——地下水環(huán)境》(HJ 610—2011)(以下簡稱《導(dǎo)則》)于2011年6月1日起正式實施。這為涉及地下水的評價工作規(guī)范化提供了技術(shù)依據(jù)，同時也對地下水環(huán)境保護和污染防治工作提供了法規(guī)依據(jù)。

根據(jù)I類建設(shè)項目對地下水環(huán)境影響程度與范圍的大小，將地下水環(huán)境影響評價工作分為1～3級。評價工作等級的不同使得在環(huán)評過程中對于評價的技術(shù)要求、影響預(yù)測、影響評價、保護措施與對策等諸方面均提出不同的要求。為從根本上把握I類建設(shè)項目地下水評價工作等級，探索工作等級分級5項指標的層次關(guān)系和分級的合理性，本文從數(shù)據(jù)分析的角度入手，試圖揭示其中的規(guī)律性，并為實際的地下水環(huán)評等級確定提供參考性意見。

I類建設(shè)項目地下水工作等級劃分，在《導(dǎo)則》中是以判斷表的形式表達。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，環(huán)評工作者根據(jù)5項指標的取值便可迅速查詢結(jié)果。但《導(dǎo)則》中并未明確給出5項指標之間的層次關(guān)系，僅靠指標在分級表的左右位置來斷定其作用的大小其依據(jù)是不充分的。為此需要將分級表中已被壓縮的信息還原出來，并找到合適的角度來展現(xiàn)，幫助我們認識其中的規(guī)律。

1 研究方法

1.1 思路

觀察《導(dǎo)則》中給出的I類建設(shè)項目地下水工作等級分級表，不論5項指標的取值如何變化，其組合最終得出一確定的級別值。按照物以類聚的原理，通過構(gòu)造五指標交叉點的空間結(jié)構(gòu)，調(diào)整指標的不同組合，搜尋聚類效果最顯著的圖形，以期找到5項指標的內(nèi)在規(guī)律，并可進一步用于判斷分級的合理性。

1.2 分析維度的降低

5項指標共同決定工作等級的值，相當于要用5個維度來描畫分級結(jié)果，顯然直接用這樣的高維度是無法獲得直觀可解釋的結(jié)果的。參考兩維圖論聚類法［2］，通過劃分視野和指標組合的方式來降低維度。也就是說為降低分析的難度，得出便于理解的最終結(jié)果，可采用二維交叉表的形式來描述分析過程與結(jié)果，將已經(jīng)壓縮的信息還原出來。為此，需要有2個步驟來降低分析的維度:1)在5項指標中選擇一個恰當?shù)闹笜俗鳛轫攲幼兞?2)利用剩余的4項指標進行合理組合，構(gòu)造二維復(fù)合變量，構(gòu)造如圖1所示的原理模型。①為頂層變量，②③為縱橫坐標復(fù)合變量，④為工作等級分級值區(qū)。以頂層變量為前提的，②③復(fù)合變量交叉決定的結(jié)果④。以結(jié)果④的聚類效果作為判別①②③是否選擇得當?shù)囊罁?jù)。

圖1 將《導(dǎo)則》中工作等級分級表轉(zhuǎn)化為二維交叉表的原理模型

通過降維處理，原5個維度的分級表現(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)槎S交叉表，通過該交叉表進行下一步的分析。

圖2 將《導(dǎo)則》中工作等級分級表轉(zhuǎn)化為二維交叉表的實際模型

1.3 交叉表的構(gòu)造

每個項指標均有3個取值，將工作等級分級表轉(zhuǎn)換為二維交叉表的一個完整的組合應(yīng)當如圖2所示。圖中的情形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示3種情形。一個完整的組合稱為一種方案，一種方案包括3種情形。降維后剩余的4項指標進行組合，可以進行2×2組合或1×3(3×1可以視為1×3的轉(zhuǎn)置)組合，填充②③所示位置構(gòu)建交叉表。

方案遵從如下約定:1)在X軸方向上各指標取值的排列順序依照從不利情況至有利情況的等級自左向右排列;在Y軸方向上各指標的排列順序依照從不利情況至有利情況的等級自上向下排列。2)方案的說明格式采用:頂層指標/(X軸向主指標|X軸向明細指標)/(Y軸向主指標|Y軸向明細指標)，其中(X軸向主指標|X軸向明細指標)即為X軸向組合變量，(Y軸向主指標|Y軸向明細指標)即為Y軸向組合變量。

2 結(jié)果與分析

2.1 圖形直觀聚類分析

在120種方案圖形中擷取2個方案舉例說明。

圖3 污水水質(zhì)復(fù)雜程度/(含水層易污染特征|地下水環(huán)境敏感程度)/(包氣帶防污性能|污水排放量)組合方案

圖3是聚類效果不理想的情況。結(jié)果④區(qū)域中的一、二、三代表5個指標所確定的評價工作等級值，其中的二級被涂以較深的顏色。從頂層指標可以看到情形Ⅰ是“復(fù)雜”;情形Ⅱ是“中等”;情形Ⅲ是“簡單”。3種情形表現(xiàn)出相同的特點，即:3個等級的取值排列都毫無聚類的特征，3個級別值相互交錯，相同值單元格之間不連通，級與級之間界限不明確。從這樣的結(jié)果可以斷定5項指標的排列方案是不恰當?shù)模瑧?yīng)當予以舍棄。

圖4是聚類效果不理想的情況。從頂層指標可以看到情形Ⅰ是“易”;情形Ⅱ是“中”;情形Ⅲ是“不易”。3種情形表現(xiàn)出相同的特點，與圖3相似，亦斷定5項指標的排列方案是不恰當?shù)?，舍棄?/p>

通過對120種方案逐一觀察，將聚類良好，即圖形中一、二、三級各級評價值集中度好，級間界限分明，同級單元格之間構(gòu)成連通或經(jīng)微調(diào)后可以構(gòu)成連通的圖形篩選出來，進行深入分析。下面列出從120種方案中篩選出來進行深入分析的方案，共計14種，如表1所示。

注意到上述編號分別為奇數(shù)與偶數(shù)的方案存在著互為轉(zhuǎn)置的關(guān)系，它們之間的關(guān)系是等效的。在后續(xù)深入分析中我們僅需要考慮真正獨立的7種方案。

圖4 含水層易污染特征/(污水水質(zhì)復(fù)雜程度|地下水環(huán)境敏感程度)/(包氣帶防污性能|污水排放量)組合方案

2.2 等級相關(guān)性分析

從聚類良好的7種方案中可知所有的情形在“二級”聚類表現(xiàn)出線性相關(guān)的特征。統(tǒng)計學(xué)中為了清楚地看清2個變量之間的規(guī)律，通常采用“散點圖”的方式將2個變量在平面直角坐標系中用點表示出來［3，5］。此外統(tǒng)計學(xué)在研究兩個變量之間的相關(guān)關(guān)系主要是進行相關(guān)分析，即通過引入一定的統(tǒng)計指標來量化變量之間相關(guān)的程度，此時兩個變量的地位是對等的，沒有方向上的差異。相關(guān)系數(shù)就是這樣一個指標［3］。

為證實工作等級為“二級”的聚類是否屬于線性相關(guān)，將每方案的3種情形各自構(gòu)筑坐標系，即以每種情形的左下角為原點，單元格為步長，左下角單元格坐標為(1，1)，右上角單元格為(9，9)其余以此類推。

表1 從120種方案中篩選出來進行深入分析的14種方案

表2 選取編號為奇數(shù)的方案并計算相關(guān)系數(shù)同時給出顯著性的P值檢驗

注意到X、Y軸變量類型均屬于定序變量，其相關(guān)性分析須采用等級相關(guān)分析。在此，利用SAS統(tǒng)計軟件進行斯皮爾曼等級相關(guān)分析，求出其相關(guān)系數(shù)并進行顯著性檢驗［4］。下面所述相關(guān)系數(shù)是指X軸向組合變量與Y軸向組合變量之間的相關(guān)系數(shù)。

選取以上編號為奇數(shù)的方案并計算相關(guān)系數(shù)同時給出顯著性的P值檢驗如表2所示。根據(jù)以上計算來排序各情形的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如下(以序號表示):

情形Ⅰ:(7)=(9)＞(5)=(3)＞(1)＞(11)＞(13)

情形Ⅱ:(7)=(9)＞(5)＞(3)＞(11)＞(13)＞(1)

情形Ⅲ:(9)＞(11)＞(5)=(3)＞(7)＞(13)＞(1)

因本研究的基本思想是聚類，方案7、9在情形Ⅰ中全部取值均為“一級”，聚類效果最好，故將其排在首位。

相關(guān)系數(shù)只能描述2個變量之間的變化方向及密切程度，并不能揭示兩者之間的內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系［5］。當2個變量遵從相同變化方向時就會表現(xiàn)出共線的特征，亦即出現(xiàn)較高的相關(guān)系數(shù)。分級表5項指標之間并無內(nèi)在聯(lián)系，但它們都有相同的變化方向，即當指標為不利情形時均傾向“一級”取值，當指標為有利情形時均傾向“三級”取值。正是由于存在這樣的規(guī)律，選擇線性相關(guān)特征明顯，相關(guān)系數(shù)最高的方案也是順理成章的。按照統(tǒng)計學(xué)界的慣例［6］，線性相關(guān)系數(shù)大于0.7為高度相關(guān)，上述各方案的相關(guān)系數(shù)都呈現(xiàn)出高度相關(guān)。

另外，以上所有的P值均遠小于給定的顯著水平0.05，故認為X、Y兩軸向的組合變量所求得的斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)是可接受的。

2.3 最終方案及判據(jù)調(diào)整

方案9在3種情形下均排列首位，最終選取該方案為Ⅰ類建設(shè)項目工作等級分級表的解釋方案，如圖5所示。

圖5 地下水環(huán)境敏感程度/(包氣帶防污性能|污水水質(zhì)復(fù)雜程度)/(含水層易污染特征|污水排放量)組合方案

3 討論

3.1 交叉表的構(gòu)筑方面

本研究僅考察在頂層變量 +2×2組合變量的情況，通過觀察各情形可知，前述分析的各情形是9×9個單元格，在縱橫方向上各有9個單元格，這充分拉開了分析的空間得以觀察各情形的細部構(gòu)造。

如考察在頂層變量 +1×3組合變量的情況(頂層變量 +3×1亦是如此)，前述分析的各情形將是3×27個單元格，在縱(或橫)方向上僅有3個單元格。這實際上壓縮了一個方向上的表達能力，使得圖形變得扁平。從《導(dǎo)則》中原始的分級表實際上就是典型的扁平結(jié)構(gòu)，每個情形可視為1×81個單元格，并不適合從研究的角度找出規(guī)律。

3.2 方案環(huán)評意義上的解釋

從環(huán)評中確定工作等級的方法來看，一般從3方面入手:建設(shè)項目本身對環(huán)境施加的影響因子;項目所在地環(huán)境制約因素;法律法規(guī)規(guī)劃等約束。根據(jù)方案9中5項指標的組合層次，地下水環(huán)境敏感程度是法律法規(guī)，作為頂層指標是首要考慮因素;包氣帶防污性能和含水層易污染特征是環(huán)境制約因素，作為主指標層次是優(yōu)先考慮的因素;污水排放量和水質(zhì)復(fù)雜程度是建設(shè)項目對環(huán)境施加的影響，作為明細層次是最后考慮的因素。5項指標的3個層次劃分與工作等級確定的3個層面相吻合。

從預(yù)防和減輕不良環(huán)境影響提出環(huán)保對策和措施的方面來看:地下水環(huán)境敏感程度在項目選址確定后基本無法改變;包氣帶防污性能和含水層易污染特征可以做出一定的改善，但屬于治標不治本的辦法，因此不適宜作為治理的重點;污水排放量和水質(zhì)復(fù)雜程度是預(yù)防的重點，《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則——總綱》明確提出用“清污分流、一水多用、節(jié)約用水”的原則來控制、削減污水量［7］。在對一、二類污染物取樣口的規(guī)定上，污染物的排放濃度與排放總量的限制等系列標準方面等都屬于標本兼治的方法。這些治理的層次也是與5項指標的3個層次劃分相吻合的。

4 結(jié)語

5項指標對于工作等級確定的貢獻可劃分為3個層次:第一層次為地下水環(huán)境敏感程度，是首要考慮因素;第二層次為包氣帶防污性能與含水層易污染特征，屬于優(yōu)先考慮因素，這兩者有同等地位;第三層次為污水排放量與污水水質(zhì)復(fù)雜程度，這兩者有同等地位。在實際工作中，指標的層次越高，其誤判所導(dǎo)致工作等級偏離的概率越大。

建議將三級判據(jù)中的“強—易—較敏感—小—簡單”刪去，歸為二級判據(jù)。

［1］國家環(huán)境保護部.環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則:地下水環(huán)境(HJ 610—2011)［S］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011:5－8.

［2］唐啟義，馮明光.實用統(tǒng)計分析及其DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)［M］.北京:科學(xué)出版社，2002:265－267.

［3］龍永紅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計［M］.北京:高等教育出版社，2000:230－232.

［4］高惠璇.SAS系統(tǒng)·Base SAS軟件使用手冊［M］.北京:中國統(tǒng)計出版社，1997:369－370.

［5］王孝玲.教育統(tǒng)計學(xué)［M］.修訂2版.上海:華東師范大學(xué)出版社，2001:229－230.

［6］方積乾.衛(wèi)生統(tǒng)計學(xué)［M］.5版.北京:人民衛(wèi)生出版社，2003:92－93.

［7］國家環(huán)境保護部.環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則:總綱(HJ 2.1—2011)［S］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011:5－6.