趙坤榮,林 奎,許振成,楊大勇,楊 劍,劉 輝 (環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所,廣東 廣州 510655)

中國城鎮(zhèn)生活源污染的空間格局的形成和演變是自然氣候、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等多種因素共同作用的結(jié)果.在一定的時(shí)期內(nèi)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口遷移、居民生活水平等因素對(duì)生活源排污區(qū)域差異起主導(dǎo)作用[1].

污染重心是指在區(qū)域污染空間里的某一點(diǎn),在該點(diǎn)各個(gè)方向上某些屬性的“力量”能夠維持均衡.它在時(shí)間經(jīng)緯度上的變化就表示了區(qū)域差異的動(dòng)態(tài)演變過程,可作為宏觀分析的區(qū)域某種屬性指標(biāo)之一[2].美國學(xué)者弗·沃爾克在 1874 年應(yīng)用重心概念研究人口問題,國內(nèi)學(xué)者起步較晚,在1970 年代開始對(duì)空間上的多種社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然資源的重心問題進(jìn)行了研究[3-14].黃建山針對(duì)陜西1989-2003年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口、環(huán)境污染等重心進(jìn)行研究,提出各種重心在經(jīng)緯度上存在一定的相關(guān)性[14],丁煥峰等人分析中國區(qū)域污染重心和經(jīng)濟(jì)重心的演變路徑,發(fā)現(xiàn)所有重心均向偏南方向移動(dòng),相互間空間關(guān)系較為緊密[15-17].從目前在環(huán)境重心研究內(nèi)容方面,關(guān)于生活源排污污染重心的研究,文獻(xiàn)上基本沒有報(bào)道.本文采用重心模型,分析經(jīng)濟(jì)發(fā)展(國內(nèi)生產(chǎn)總值,簡稱GDP)、人民生活水平(居民可支配收入)、人口的空間變化對(duì)城鎮(zhèn)生活源排污空間格局的影響程度,探討中國城鎮(zhèn)生活源排污的重心分布及其演變路徑,以探討中國城鎮(zhèn)生活污染與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的聯(lián)系.

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文系統(tǒng)收集了中國各省生活污水排放量、COD排放量、NH3-N排放量,用以研究城鎮(zhèn)生活源污染重心[18-19];收集了GDP、人口、居民可支配收入,用以研究社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心[20],所涉及的數(shù)據(jù)從1998年～2008年間的《中國環(huán)境年鑒》、《中國環(huán)境年報(bào)》、《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》及各省統(tǒng)計(jì)年鑒資料獲取.

1.2 研究方法

本文采用的重力模型,其計(jì)算方法具體如下:

假設(shè)一個(gè)區(qū)域由n個(gè)次級(jí)區(qū)域(或稱為質(zhì)點(diǎn))P構(gòu)成,第i個(gè)次區(qū)域的中心城市的坐標(biāo)為(Xi,Yi),Mi為i次區(qū)域的某種屬性的量值(或稱為質(zhì)量),求其重心,設(shè)重心在Q處.對(duì)一個(gè)擁有若干個(gè)次一級(jí)行政區(qū)域的國家或省市來說,計(jì)算某種屬性的”重心”通常是借助各次級(jí)行政區(qū)的某種屬性和地理坐標(biāo)來表達(dá)的,即重心坐標(biāo)為[2]:

1.2.1 重心移動(dòng)方向[2]從重心移動(dòng)的方向和距離兩個(gè)因素可以比較精確地確定重心的位置,即根據(jù)重心每年的移動(dòng)方向和距離,應(yīng)用幾何學(xué)圖示法可以將重心移動(dòng)路徑描述出來,從而比較準(zhǔn)確地闡述重心移動(dòng)路徑.在分析重心移動(dòng)的方向時(shí),假設(shè)第k年重心坐標(biāo)為[longk,latk],第k+1年重心坐標(biāo)為[longk+1,latk+1],第n1年重心移動(dòng)方向?yàn)棣冉嵌?相對(duì)于第k年),則θk+1=nπ/2+arctag([(latk+1-latk)]/[(longk+1-longk)],n=0,l,2,并將弧度轉(zhuǎn)化為角度,且規(guī)定正東方向?yàn)?°,逆時(shí)針方向?yàn)檎?則第一象限(0°,90°)(東北方向)、第二象限(90°,180°)(西北方向)為正,反之,順時(shí)針為負(fù),即第三象限(180°,270°)(西南方向)、第四象限(270°,360°)(東南方向)為負(fù).

1.2.2 重心移動(dòng)的距離[2]假設(shè)d表示第n1年重心移動(dòng)的距離(相對(duì)于第k年),則重心移動(dòng)距離可表示為:

其中,常數(shù)C=111.11,表示由地球表面坐標(biāo)單位(度)轉(zhuǎn)化為平面距離(km)的系數(shù).

2 城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心的演變分析

2.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心演變軌跡分析

2.1.1 經(jīng)濟(jì)重心演變軌跡 根據(jù)計(jì)算所得中國經(jīng)濟(jì)重心的空間演變軌跡(表1,圖4),可以發(fā)現(xiàn),在研究時(shí)序內(nèi)經(jīng)濟(jì)重心在經(jīng)度和緯度上均有波動(dòng),從較高緯度向低緯度的移動(dòng)的總體趨勢(shì)仍十分顯著,分別在西南、東南、東北、等三個(gè)方向上移動(dòng),其中向偏南和向偏東移動(dòng)的頻率最高,分別達(dá)到6次和7次,移動(dòng)頻率分別為60%和70%,表明研究時(shí)序內(nèi)中國東部和南部是中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展高密度區(qū).在研究時(shí)序內(nèi)移動(dòng)速度存在一定程度的差異,研究時(shí)序內(nèi)移動(dòng)過程中,年平均移動(dòng)距離為 3.49km.移動(dòng)速度較快時(shí),說明中國宏觀經(jīng)濟(jì)處于擴(kuò)展時(shí)期;移動(dòng)速度較慢時(shí)說明宏觀經(jīng)濟(jì)處于緊縮或者相對(duì)供給過剩時(shí)期.從整體看來,研究時(shí)序的大部分年份經(jīng)濟(jì)重心向西南方向移動(dòng),但在2008年朝東北方向移動(dòng)較大,直線移動(dòng)的距離達(dá)8.67km,說明在中國2000年實(shí)施西部大開的區(qū)域經(jīng)濟(jì)調(diào)整政策后,西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為快速,經(jīng)濟(jì)重心向西方向移動(dòng)趨勢(shì)明顯.

2.1.2 人口重心演變軌跡 根據(jù)計(jì)算所得中國人口重心的空間演變軌跡(表1,圖4),從整體看來.研究時(shí)序內(nèi)中國人口重心呈現(xiàn)緩慢、穩(wěn)定地向偏南方向移動(dòng)的特點(diǎn).在經(jīng)度和緯度上均有一定的波動(dòng)性,分別朝東南向西南方向上移動(dòng),移動(dòng)頻率分別為 40%和 60%.在研究時(shí)序內(nèi)移動(dòng)過程中,整體移動(dòng)角度為 291.9°(東南),直線移動(dòng)距離為10.82km.這表明,受自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異影響,中國的人口分布呈現(xiàn)東部密集度高于西部、南部高于北部的基本格局,人口重心嚴(yán)重偏離自然地理重心(103.5°,36°)的基本情況仍沒有發(fā)生根本的變化.影響中國人口重心向西與向南移動(dòng)的原因存在著深層次區(qū)別,人口重心的南移動(dòng)主要是人口出現(xiàn)了向南大規(guī)模流動(dòng),而人口重心向西移動(dòng)的原因并不是反映人口流動(dòng)的動(dòng)向,而是由人口自然增長所引起的,由于東西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活水平存在一定的差距,東部地區(qū)趨向晚婚、晚育、少生,加上西部地區(qū)少數(shù)民族的人口計(jì)劃政策相對(duì)寬松,從而導(dǎo)致新生人口數(shù)量明顯低于西部地區(qū)人口出生率明顯低于西部地區(qū).

2.1.3 居民可支配收入重心演變軌跡 根據(jù)計(jì)算所得中國居民可支配收入重心的空間演變軌跡(表 1,圖 4),可以發(fā)現(xiàn),在研究時(shí)序內(nèi)中國居民可支配收入與人口及經(jīng)濟(jì)重心的移動(dòng)方向上存在一定差別,呈現(xiàn)從較低緯度向高緯度的移動(dòng)的總體趨勢(shì)十分明顯,主要朝東北方向移動(dòng),移動(dòng)頻率達(dá)90%.整體移動(dòng)角度為26.8°(東北),直線移動(dòng)距離為 88.42km.這表明,中國東部的“京津冀”及“長三角”的城市群居民可支配收入增長大于其他區(qū)域.根據(jù)1998～2008中國統(tǒng)計(jì)年鑒顯示,近十年長“京津冀”及“長三角”的城市群的城鎮(zhèn)居民可支配收入總量占全國 25%～30%之間,同時(shí)這兩個(gè)區(qū)域仍呈現(xiàn)不斷加速的態(tài)勢(shì).

2.2 城鎮(zhèn)生活源污染重心演變軌跡分析

2.2.1 城鎮(zhèn)生活污水排放量重心演變軌跡根據(jù)計(jì)算所得中國城鎮(zhèn)生活污水排放量重心的空間演變軌跡(表 2,圖 4),可以發(fā)現(xiàn).研究時(shí)序內(nèi)中國城鎮(zhèn)生活污水排放量重心的移動(dòng)方向主要集中在東北及西南方向,移動(dòng)頻率分別為 50%及40%.整體移動(dòng)角度為 199.2°(西南),直線移動(dòng)距離為 34.83km.在研究時(shí)序內(nèi)移動(dòng)中,1999～2002年城鎮(zhèn)生活污水排放量重心移動(dòng)距離逐漸加大,基本沿著西南方向移動(dòng),這個(gè)時(shí)期與人口移動(dòng)的方向相當(dāng)一致.2002～2008年間城鎮(zhèn)生活污水排放量重心移動(dòng)距離朝著東北方向逐漸減少,這個(gè)時(shí)期與城鎮(zhèn)居民可支配的移動(dòng)方向基本相同.這表明,生活污水在不同時(shí)期,其增長的影響因素有所不同,在1998～2002年間,是由于人口規(guī)模而造成的污水量增加,而2002～2008年間,則是居民可支配收入增加,居民生活方式改變,導(dǎo)致人均污水排放量有所增加.

表1 1998-2008中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心空間動(dòng)態(tài)演變軌跡Table 1 Spatial evolvement track analysis of Socio-economic gravity center in China

2.2.2 城鎮(zhèn)COD排放量重心演變軌跡 根據(jù)計(jì)算所得中國城鎮(zhèn)生活源COD排放量重心的空間演變軌跡(表2,圖4),可以發(fā)現(xiàn),在研究時(shí)序內(nèi)中國城鎮(zhèn)生活源COD排放量重心的移動(dòng)方向主要也集中在西南方向,其移動(dòng)頻率達(dá)為60%,偏南向的移動(dòng)達(dá) 80%.整體移動(dòng)角度為233.5°(西南),直線移動(dòng)距離為 143.243km.在研究時(shí)序內(nèi)的移動(dòng)中,1999～2002及2002～2006年這兩個(gè)階段的移動(dòng)方向與城鎮(zhèn)生活污水排放量重心移動(dòng)方向基本一致,但在 2006～2008年兩者間移動(dòng)方向相互背離,而生活污水排放量重心是往東北方向折返,而COD排放量重心則是繼續(xù)朝西南方向移動(dòng).這表明,在“十一五”之前,雖然已經(jīng)實(shí)施環(huán)保政策自2000年已經(jīng)實(shí)施已經(jīng)從濃度達(dá)標(biāo)排放向濃度與總量達(dá)標(biāo)排放轉(zhuǎn)變,但真正實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)是在“十一五”之后(2006～2008年),城鎮(zhèn)生活源 COD排放量重心不再與污水排放量重心相一致,而是由區(qū)域排放量差異所引起的.

2.2.3 城鎮(zhèn)NH3-N排放量重心演變軌跡 根據(jù)計(jì)算所得中國城鎮(zhèn)生活源NH3-N排放量重心的空間演變軌跡(表2,圖4),可以發(fā)現(xiàn),在2001～2008年間,城鎮(zhèn)生活源NH3-N排放量重心主要往西南方向移動(dòng),移動(dòng)頻率達(dá)為 71%.整體移動(dòng)角度為234°(西南),直線移動(dòng)距離為 92.15km.在這七年的移動(dòng)中,其移動(dòng)方向與人口移動(dòng)基本一致,都是以偏南方向移動(dòng),這表明,NH3-N排放量重心主要是跟隨人口流動(dòng)而發(fā)生改變.

表2 1998～2008中國城鎮(zhèn)生活源重心空間動(dòng)態(tài)演變軌跡Table 2 Spatial evolvement track analysis of urban domestic source gravity center in China

2.3 城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心的復(fù)合對(duì)比分析

通過對(duì)比 1998～2008年中國城鎮(zhèn)生活源污染重心及社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心的演變軌跡(圖 1～3),可以發(fā)現(xiàn):

2.3.1 從城鎮(zhèn)生活源污染重心和社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心的整體空間格局來看(圖1),不同的重心存在著很大的偏離,重心變化劇烈程度順序?yàn)?人口重心＜經(jīng)濟(jì)重心＜居民可支配收入重心＜城鎮(zhèn)生活污水重心＜COD重心＜NH3-N重心.

2.3.2 通過城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心演變?cè)诮?jīng)度上的路徑對(duì)比(圖 2),可以發(fā)現(xiàn),1998～2008年間經(jīng)濟(jì)重心先從低經(jīng)度略向高經(jīng)度,然后又向低經(jīng)度回調(diào),總體來看經(jīng)濟(jì)重心方向沒有發(fā)生明顯變化.說明中國東西地區(qū)發(fā)展速度較為均衡,近年來有向低經(jīng)度方向移動(dòng)說明處于西部地區(qū)的省市經(jīng)濟(jì)地位在加強(qiáng).人口重心從低經(jīng)度向較高經(jīng)度緩慢發(fā)展,說明由于自然增長率不同及人口流動(dòng)共同作用下,中國東部地區(qū)各省市人口在全國占較大比重.居民可支配收入重心從低經(jīng)度向高經(jīng)度移動(dòng)較快增長到平穩(wěn)發(fā)展,說明由于東部地區(qū)的居民可支配收入較西部地區(qū)在這期間增迅速.生活污水排放量、COD排放量、NH3-N排放量等城鎮(zhèn)生活源污染因子的重心在經(jīng)度方向上的總體走勢(shì)基本一致,均向低經(jīng)度方向移動(dòng),其中生活污水重心的變動(dòng)幅度相對(duì)最小,NH3-N次之,COD污染重心變化劇烈.這期間,COD重心一直位于偏西方向,且偏離程度較大,說明隨著西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展日益增速,該區(qū)域的城鎮(zhèn)生活源 COD污染物日益增多,隨之環(huán)境質(zhì)量也日趨下降.

圖1 中國城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心演變?cè)诮?jīng)度上的路徑對(duì)比Fig.1 The longitude variation track in Socio-economic gravity centre and urban domestic source gravity of China

2.3.3 從城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心演變?cè)诰暥壬系穆窂娇?圖 3),經(jīng)濟(jì)重心移動(dòng)較為平穩(wěn),說明中國南方與北方經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度差異不大.人口重心緩慢移向低緯度,說明人口有朝南方地區(qū)流動(dòng).居民可支配收入朝高緯度較快移動(dòng),表明以“京津冀”、“山東半島”與“長三角”等為代表的區(qū)域人均收入增長較快.城鎮(zhèn)生活污水排放量重心移動(dòng)雖有波動(dòng),但總體上較為平穩(wěn),而 COD及 NH3-N等污染物排放量重心從高緯度向低高緯度移動(dòng),說明中國南部地區(qū) COD和 NH3-N排放量的比重正增加,與人口流動(dòng)趨勢(shì)一致.

圖2 中國城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心演變?cè)诮?jīng)度上的路徑對(duì)比Fig.2 The longitude variation track in Socio-economic gravity centre and urban domestic source gravity of China

圖3 中國城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心演變?cè)诮?jīng)度上的路徑對(duì)比Fig.3 The longitude variation track in Socio-economic gravity centre and urban domestic source gravity of China

2.3.4 通過計(jì)算城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心在空間上的相關(guān)系數(shù)(表3-表4),可以發(fā)現(xiàn),在經(jīng)度空間聯(lián)系上人口重心與生活污水排放量重心負(fù)相關(guān)(-O.45),與COD排放量重心負(fù)相關(guān)(-0.75),與 NH3-N排放量重心負(fù)相關(guān)(-0.55);經(jīng)濟(jì)重心與COD排放量重心、NH3-N排放量重心的相關(guān)性均較高,與COD排放量重心正相關(guān)(0.75),與 NH3-N排放量重心正相關(guān)(O.68);居民可支配收入與城鎮(zhèn)生活源污染重心表現(xiàn)高負(fù)相關(guān)性,特別與COD排放量重心負(fù)相關(guān)系數(shù)為-0.97.緯度空間聯(lián)系上,社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心與COD排放量重心、NH3-N排放量重心呈高相關(guān)性,GDP及居民可支配收入與城鎮(zhèn)生活源污染重心負(fù)相關(guān),人口與城鎮(zhèn)生活源污染重心正相關(guān).

圖4 中國城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心演變路徑對(duì)比Fig.4 The variation track in Socio-economic gravity centre and urban domestic source gravity centre of China

表3 中國城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心在經(jīng)度上的相關(guān)性Table 3 The correlation in longitude of Socio-economic gravity centre and urban domestic source gravity of China

表4 中國城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心在緯度上的相關(guān)性Table 4 The correlation in latitude of Socio-economic gravity centre and urban domestic source gravity of China

3 結(jié)論

3.1 從研究時(shí)序內(nèi)的中國城鎮(zhèn)生活源污染重心和社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心的整體空間格局來看,不同的重心存在著很大的偏離,重心變化劇烈程度順序?yàn)?人口重心＜經(jīng)濟(jì)重心＜居民可支配收入重心＜城鎮(zhèn)生活污水重心＜COD重心＜NH3-N重心.

3.2 研究時(shí)序內(nèi)城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心演變?cè)诮?jīng)、緯度上的路徑顯示:經(jīng)濟(jì)重心經(jīng)緯度沒有發(fā)生明顯變化,經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局沒有發(fā)生大變化;人口重心從低經(jīng)度向較高經(jīng)度緩慢發(fā)展,從高緯度緩慢移向低緯度,人口在自然增長和人口流動(dòng)作用下,朝南方向移動(dòng)趨勢(shì)明顯;居民可支配收入重心從低經(jīng)度向高經(jīng)度移動(dòng)較快增長到平穩(wěn)發(fā)展,從低緯度朝高緯度較快移動(dòng),重心的移動(dòng)反映了大城市群發(fā)展造成區(qū)域差異;生活污水、COD、NH3-N等城鎮(zhèn)生活污染源污染重心均向低經(jīng)度方向移動(dòng),在緯度生活污水排放量重心總體較為平穩(wěn),而COD及NH3-N等污染物排放量重心從高緯度向低高緯度移動(dòng),是西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異及人口向南移動(dòng)共同作用的結(jié)果.

3.3 研究時(shí)序內(nèi)城鎮(zhèn)生活源污染重心與社會(huì)經(jīng)濟(jì)重心在空間上的相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果顯示,經(jīng)緯度空間上,人口及居民可支配收入與城鎮(zhèn)生活源污染重心呈負(fù)相關(guān),GDP與城鎮(zhèn)生活源污染重心正相關(guān).

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