劉葉葉,毛德華*,楊家亮,錢 湛

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湘江流域水質(zhì)特征及水污染經(jīng)濟(jì)損失估算

劉葉葉1,毛德華1*,楊家亮2,錢 湛2

(1.湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410081；2.湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院,湖南 長(zhǎng)沙 410007)

基于2008~2016年湘江流域內(nèi)40個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)10項(xiàng)參數(shù)的月觀測(cè)資料,運(yùn)用水質(zhì)指數(shù)法分析流域水質(zhì)時(shí)空分異特征,并采用主成分分析和多元線性回歸分析識(shí)別影響流域水環(huán)境演變的主要因素.在此基礎(chǔ)上將水質(zhì)、水量與水資源價(jià)值結(jié)合起來,利用改進(jìn)的污染損失率法和模糊數(shù)學(xué)法,構(gòu)建污染價(jià)值損失模型,定量估算流域水污染經(jīng)濟(jì)損失.結(jié)果表明,湘江流域水質(zhì)總體以優(yōu)為主,2008~2011年水質(zhì)變差,2011年后水質(zhì)逐漸改善,2015~2016年改善狀況較為明顯.在季節(jié)尺度上,枯水期水質(zhì)最差,豐水期和平水期接近.流域主要污染物是Hg、Pb、TP、NH4+-N和CODMn.經(jīng)濟(jì)發(fā)展是影響流域水質(zhì)變化的主要驅(qū)動(dòng)因素.污染價(jià)值損失結(jié)果表明,長(zhǎng)沙和郴州損失量最大,湘潭、株洲和衡陽次之,婁底損失最小.在年際尺度上,2013年污染損失最高(297.04億元),2008年最低(66.53億元),總體上2008~2016年污染損失在波動(dòng)中增加.

水質(zhì)特征；污染損失率；水資源價(jià)值；經(jīng)濟(jì)損失；湘江流域

鑒于我國(guó)水資源短缺、水環(huán)境污染的嚴(yán)峻形勢(shì),國(guó)務(wù)院于2015年印發(fā)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(稱“水十條”)[1].隨著該計(jì)劃的持續(xù)推進(jìn),國(guó)家對(duì)各河流水體提出明確的水質(zhì)目標(biāo),治污工作極其緊迫.河流污染來源復(fù)雜,如工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)藥化肥、養(yǎng)殖廢水等,且不同支流、河段污染特征差異明顯.因此掌握河流水環(huán)境污染特征及其主要污染因子[2],定量估算水污染經(jīng)濟(jì)損失已成為迫切需要[3].

目前針對(duì)水質(zhì)評(píng)估方法主要有單因子評(píng)價(jià)法、最差因子判別法、綜合指數(shù)法等.前兩種方法使用較早,計(jì)算簡(jiǎn)單,可以直觀體現(xiàn)出水質(zhì)指標(biāo)的污染程度,但其將結(jié)果歸于最大受損參數(shù),不能有效反映水質(zhì)狀態(tài),因此眾多學(xué)者開始使用綜合水質(zhì)指數(shù)法(WQI).雖然可以使用各種公式來計(jì)算WQI,但它們都能有效地將許多物理和化學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換為反映水質(zhì)水平的單一值,從而消除了評(píng)估中單獨(dú)使用參數(shù)的差異,因此WQI法被廣泛應(yīng)用于地表水和地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)中.Horton[4]首次提出水質(zhì)指數(shù)法,并得到眾多學(xué)者的改進(jìn).Hou等[5]和Wu等[6]基于WQI法分別研究了黃河和鄱陽湖水質(zhì)的時(shí)空差異,但該研究未考慮污染物權(quán)重,方法存在一定的局限性.基于上述問題?ener等[7]和Selvam等[8]根據(jù)指標(biāo)影響水質(zhì)的重要程度賦予每個(gè)指標(biāo)一定的權(quán)重,得出較為全面的結(jié)果.因此本文綜合考慮各污染物的權(quán)重,分析湘江流域水質(zhì)時(shí)空變化和主要污染因子.

國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要采用分類計(jì)算法、恢復(fù)費(fèi)用法和污染損失模型衡量水污染經(jīng)濟(jì)損失.分類計(jì)算法計(jì)算簡(jiǎn)單,但是計(jì)算過程中很難保證窮盡性和獨(dú)立性.恢復(fù)費(fèi)用法僅從污染源角度分析,沒有考慮污染的累積效應(yīng).因此本文采用污染損失率和環(huán)境資源價(jià)值構(gòu)成的損失模型客觀估算損失額.然而目前在水資源價(jià)值核算過程中,多將其概化為水價(jià)[9-10],降低了水資源真正的價(jià)值,缺乏客觀性和科學(xué)性.因此本文綜合考慮水質(zhì)、水量、經(jīng)濟(jì)社會(huì)等影響因素,定量計(jì)算水資源價(jià)值.

湘江流域作為湖南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心地區(qū),對(duì)其污染狀況和水污染造成的經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行定量研究一直是一個(gè)主要問題.然而目前研究大多采用基于單參數(shù)的評(píng)價(jià)方法,可能導(dǎo)致由于指標(biāo)選取不同結(jié)果存在較大差異[11-12],并且目前還沒有將湘江水質(zhì)變化特征與環(huán)境經(jīng)濟(jì)損失聯(lián)系起來定量分析.基于上述問題,本文基于WQI法,綜合考慮各項(xiàng)參數(shù),分析水污染動(dòng)態(tài)變化和主要污染物,基于改進(jìn)的經(jīng)濟(jì)損失評(píng)價(jià)模型和水資源價(jià)值評(píng)估模型,定量估算湘江沿岸行政區(qū)水污染經(jīng)濟(jì)損失,以期為流域水利行政部門和其他管理部門水環(huán)境保護(hù)和管理提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

湘江發(fā)源于湖南省藍(lán)山縣,流經(jīng)永州、郴州、衡陽、婁底、湘潭、株洲、長(zhǎng)沙,至湘陰縣注入洞庭湖,全長(zhǎng)856km,面積9.47×104km2,其中湖南省占90.2%.湘江干流在萍島(瀟水河口)以上為上游;萍島至衡陽市為中游;衡陽以下為下游.流域水系發(fā)達(dá),沿途接納眾多支流,主要有瀟水、耒水、舂陵水、洣水、蒸水、漣水等.湘江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,雨量充沛,多年平均降雨量在1200~1700mm,但年際變化大,年內(nèi)分配不均勻,降水主要集中在春夏季.流域年平均流量2050m3/s,歷史最大流量20800m3/s,最小流量100m3/s.多年平均徑流量7.916×1010m3,其中3~7月徑流量占全年的66.6%,5月徑流量最大,1月最小,分別占17.3%和3.3%,這一趨勢(shì)與流域降水周期變化基本一致.

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所用數(shù)據(jù)為2008~2016年湘江流域共40個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括水位、流量、水溫、溶解氧、pH值、砷、汞、氨氮、總磷等,水質(zhì)數(shù)據(jù)來源于湖南省水利廳.基于水質(zhì)指標(biāo)選擇原則[13],以及考慮到40個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)檢測(cè)限額,本文最終選取10項(xiàng)指標(biāo),將其分為3組,第1組(汞(Hg)、鉛(Pb)、鎘(Cd)和六價(jià)鉻(Cr6+))、第2組(溶解氧(DO)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH4+-N))和第3組(銅(Cu)和鋅(Zn)).

1.3 研究方法

1.3.1 WQI模型 本研究采用的WQI模型與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)[14]一致,WQI模型中優(yōu)(100)、良(75)、尚好(50)、較差(25)、差(0)分別對(duì)應(yīng)于GB3838-2002中I、II、III、IV、V.由于各污染物的權(quán)重存在差異,其對(duì)水生生物或人類用水的貢獻(xiàn)率不同,因此本文根據(jù)指標(biāo)影響水質(zhì)的重要程度確定各污染物的權(quán)重[15],最終得出WQI值.

式中:W為第種污染物的權(quán)重;S為相應(yīng)的水質(zhì)得分;為水質(zhì)指標(biāo)個(gè)數(shù).

式中:u為隸屬函數(shù),基于模糊綜合評(píng)價(jià)法求得;T為轉(zhuǎn)置符號(hào).

1.3.2 污染損失模型 根據(jù)詹姆斯的濃度—損失曲線[16],水中污染物所造成的經(jīng)濟(jì)損失與污染物濃度大體呈S型上升曲線形態(tài).當(dāng)污染物濃度過低時(shí),水污染損失較小,隨著濃度的增加,水污染損失急劇增加,但在一定的發(fā)展水平下,其污染損失必存在一個(gè)閾值,使得水污染造成的經(jīng)濟(jì)損失呈現(xiàn)阻尼因子作用下的增長(zhǎng)模式.污染損失模型可表示為:

式中:Si為第i種污染物造成的經(jīng)濟(jì)損失;K為水資源價(jià)值;Ri為第i種污染物的污染損失率;ai、bi為第i種污染物的損失參數(shù);Ci為污染物i的濃度.

當(dāng)水中污染物存在一種以上時(shí),其綜合損失率可表示為:

式(6)是通過考慮污染物權(quán)重的差異修正得出.

式中:′為修正的綜合損失率;ω為污染物的權(quán)重;為水質(zhì)指標(biāo)個(gè)數(shù).

1.3.3 水資源價(jià)值評(píng)價(jià)模型 水資源價(jià)值與自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間復(fù)雜的動(dòng)態(tài)聯(lián)系,使其成為內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)機(jī)理處于混沌狀態(tài)的模糊系統(tǒng).由于水質(zhì)評(píng)價(jià)不能簡(jiǎn)單用是或否回答,同時(shí)水資源價(jià)值高低、豐富程度并無嚴(yán)格的界限,因此本文采用模糊數(shù)學(xué)法[17]建立水資源價(jià)值模型,函數(shù)形式可表示為:

式中:為水資源價(jià)值;1,2,...,X為與水資源價(jià)值大小有關(guān)的類因素.

根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)理論,水資源價(jià)值由水資源綜合評(píng)價(jià)矩陣和水資源價(jià)格向量綜合確定,評(píng)價(jià)函數(shù)如下式所示:

構(gòu)建水資源綜合評(píng)價(jià)函數(shù),即:

式中:ω為單要素中各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重;μ為各評(píng)價(jià)因子的隸屬度函數(shù).

水資源價(jià)格向量,先確定水資源價(jià)格上限U:

式中:CImax為最大水費(fèi)承受指數(shù),根據(jù)國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)一般在3%以內(nèi)為宜[17];1為年居民人均可支配收入;C為年均居民用水量;P為單位供水成本及利潤(rùn).

采用等差間隔劃分水資源價(jià)格區(qū)間,則水資源價(jià)格向量為

2 結(jié)果與分析

2.1 基于WQI的水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

在時(shí)間尺度上,2008~2016年湘江流域WQI平均值為(92.88±3.32),按WQI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),湘江水質(zhì)以“優(yōu)”為主.2016年水質(zhì)最好,WQI接近95,除Pb和NH4+-N外,其他指標(biāo)均滿足II類標(biāo)準(zhǔn).2011年水質(zhì)最差,主要污染因子為Hg、Pb和NH4+-N.總體上,WQI從2008年下降到2011年,之后水質(zhì)逐漸改善,2014~2016年WQI值增長(zhǎng)速度較快,主要是由于2014年湘江流域正式實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償,對(duì)跨界斷面超標(biāo)予以處罰,因此2014年開始湘江水質(zhì)改善狀況明顯.

在空間尺度上,中上游水質(zhì)最好,除站點(diǎn)9外,干流WQI值大于95,下游WQI值為84~93,漣水和湘江干流湘潭—長(zhǎng)沙段水質(zhì)最差,且支流水質(zhì)總體差于干流.WQI值在第27站點(diǎn)(湘潭)最低(84.06),最高(97.89)在第6站點(diǎn)(永州).在季節(jié)尺度上,總體水質(zhì)接近WQI平均值,枯水期水質(zhì)較差,湘潭出現(xiàn)劣V類,豐水期低于平水期0.02分,二者較為接近,可能是由于豐水期面源污染加強(qiáng),點(diǎn)源和面源的綜合作用使得流域水質(zhì)稍差.

2.2 主要污染因子

在3種水質(zhì)參數(shù)中,第1組和第2組參數(shù)的WQI值較低,對(duì)污染起主導(dǎo)作用.WQI與W(1) 和W(2)的相關(guān)系數(shù)分別為0.478和0.890(<0.01).W(1)和W(2)的平均值分別為92.62和91.9,與湘江平均WQI值(92.88)相當(dāng).第3組參數(shù)的WQI(即W(3))平均值為99.79,接近無污染狀態(tài),在時(shí)空尺度上均保持在較高水平.具體而言,Cd、Cr6+、DO、Cu、Zn平均WQI值均大于95,Pb和NH4+-N較低,接近75,其中湘潭段NH4+-N污染最為嚴(yán)重,出現(xiàn)劣V類.

在第1組參數(shù)中,特別是Hg和Pb對(duì)污染起主導(dǎo)作用,平均WQI值分別為89.05和76.06,其中Hg在站點(diǎn)間變化較大,WQI值處于25~100.相關(guān)分析結(jié)果表明,Hg與W(1)和WQI的相關(guān)系數(shù)最大,皮爾遜相關(guān)系數(shù)分別為0.761和0.486(<0.01).在第2組參數(shù)中,TP、NH4+-N和CODMn與W(2)的相關(guān)系數(shù)分別為0.541、0.722和0.726(<0.01).因此,湘江流域主要污染物為Hg、Pb、TP、NH4+-N和CODMn.

在空間尺度上,36個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的汞平均WQI值(Hg)均高于Pb,其中Hg接近WQI值,在2和26站點(diǎn)最小.Pb與W(1)和WQI在空間上無明顯差異,但與WQI的分布趨勢(shì)相反.大部分站點(diǎn)CODMn>TP>NH4+-N,均在23、27(湘潭)和40(長(zhǎng)沙)站點(diǎn)較低,這主要是由于長(zhǎng)沙和湘潭生活污水和工業(yè)廢水排放量大,且湘潭污染直接排入下游長(zhǎng)沙,上游和本地排放的綜合作用導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化污染重于其他地區(qū),特別是NH4+-N,在長(zhǎng)沙、湘潭均有超標(biāo).

在季節(jié)尺度上,W(1)平均值表示為枯水期<平水期<豐水期.枯水期Hg和Pb接近,均在26和27站點(diǎn)(湘潭)超標(biāo).W(2)平均值表示為枯水期<豐水期<平水期,可能是由于豐水期正值作物生長(zhǎng)期,化肥施用量增加,雨水沖刷促使面源污染相對(duì)嚴(yán)重于平水期,但是二者WQI值相差不大.NH4+-N和TP總體低于CODMn,屬于II~III類,但二者存在極端值,特別是NH4+-N,因此本文選取2008~2016年NH4+-N濃度較高的4個(gè)站點(diǎn)進(jìn)一步分析.由圖2可知,S27污染最嚴(yán)重,2008~2016年S27均超III類標(biāo)準(zhǔn),最小值在2010年(1.07mg/L),2014年達(dá)到最大值(4.23mg/L),超過V類標(biāo)準(zhǔn)2倍多,污染主要源于生活污染和農(nóng)業(yè)污染.S30有4年超III類標(biāo)準(zhǔn),2008年最低(0.25mg/L),2009年迅速增加,達(dá)到最大值(3.01mg/L). S36和S40總體在III類標(biāo)準(zhǔn)上下波動(dòng),污染相對(duì)較輕.

圖2 4個(gè)站點(diǎn)NH4+-N濃度變化特征

S27位于湘潭,S30位于郴州,S36和S40位于長(zhǎng)沙

為識(shí)別影響湘江流域水質(zhì)的主要因素,本文選取流域水文和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行因子分析,然后分別以因子得分和水質(zhì)指標(biāo)為自變量和因變量進(jìn)行回歸分析.由表1可知,因子1解釋了總方差的55.671%,人均GDP、城鎮(zhèn)人口和工業(yè)增加值載荷值較高,表征經(jīng)濟(jì)發(fā)展.因子2對(duì)方差的貢獻(xiàn)率為32.139%,降水量和水資源量占有較高權(quán)重,表征水文情勢(shì).以上2個(gè)因素較好地解釋了原始變量的信息(87.810%),說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水文情勢(shì)是影響流域水質(zhì)變化的主要因素.回歸分析結(jié)果表明,因子1與Pb和CODMn顯著相關(guān)(<0.01),因子2與Pb顯著相關(guān)(<0.05).綜上可知,因子1是影響流域污染的主要驅(qū)動(dòng)因素.

2.3 污染損失核算

2.3.1 污染損失率的確定 將40個(gè)站點(diǎn)按行政區(qū)劃分,可分為長(zhǎng)沙、株洲、湘潭、衡陽、郴州、永州和婁底7個(gè)行政區(qū).選取流域主要污染物Hg、Pb、TP、NH4+-N和CODMn,各行政區(qū)污染物濃度用站點(diǎn)平均值表示.我國(guó)目前采用的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[14]按地表水水域環(huán)境功能和保護(hù)目標(biāo)劃分為5類,結(jié)合湘江流域水環(huán)境功能區(qū)的實(shí)際情況,將地表水II類作為背景濃度,污染物濃度在達(dá)到背景濃度時(shí)對(duì)水資源價(jià)值的損失率為0.01,將地表水V類作為嚴(yán)重污染臨界濃度,污染物濃度在達(dá)到臨界濃度時(shí)對(duì)水資源價(jià)值的損失率為0.99[18].將以上2點(diǎn)代入式(4)可得到不同污染物對(duì)應(yīng)的a和b值,分別采用式(4)和式(6)計(jì)算各行政區(qū)單項(xiàng)污染物損失率和綜合損失率,結(jié)果見圖3.

表1 因子載荷矩陣

污染物損失率在各行政區(qū)的變化情況不同(圖3(a)).長(zhǎng)沙和湘潭綜合損失率最大,株洲、衡陽和郴州次之,永州和婁底最小.長(zhǎng)沙、株洲、湘潭變化最大,在2008~ 2011年逐漸增加,2011年達(dá)到極大值,2012年稍有下降,但在2013年迅速增加,之后長(zhǎng)沙和株洲趨于穩(wěn)定,而湘潭在2014 ~2015年損失繼續(xù)增加,在2014年達(dá)到最大值.衡陽和郴州變化趨勢(shì)相反,永州和婁底變化最小,總體呈下降趨勢(shì).各行政區(qū)NH4+-N和TP損失率最高,且存在明顯差異,主要是因?yàn)楸O(jiān)測(cè)點(diǎn)中NH4+-N和TP極端值較多.

2.3.2 水資源價(jià)值的確定 目前,水資源價(jià)值尚未形成統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系,本文基于水資源具有的功能并借鑒聯(lián)合國(guó)千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估報(bào)告提出的生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉評(píng)估框架將水資源價(jià)值分為水量?jī)r(jià)值、人口價(jià)值、社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)環(huán)境價(jià)值.首先,物以稀為貴表明了資源的稀缺程度與其價(jià)值量之間的關(guān)系,水量越是稀缺,水資源價(jià)值就越高,需要注意的是衡量水資源價(jià)值高低的水量要素主要取決于水量的相對(duì)稀缺程度,而不是絕對(duì)水量,因此采用人均水資源量和單位面積水資源量反映水資源的相對(duì)稀缺性.其次當(dāng)水資源能夠滿足人類自身需求條件時(shí),人類活動(dòng)對(duì)水資源價(jià)值的影響是不顯著的,但隨著人口增加水資源出現(xiàn)短缺時(shí),人類活動(dòng)會(huì)大大影響水資源價(jià)值,因此選取人口密度、人均GDP和人均用水量表征人口因素.社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素與水資源相輔相成,互相影響,一方面許多地區(qū)以河口或港口城市為依托,大力發(fā)展航運(yùn),促進(jìn)了該地社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;另一方面,只有利用經(jīng)濟(jì)手段開發(fā)利用水資源,才能充分挖掘水資源的價(jià)值.本文選擇萬元GDP用水量、工業(yè)增加值用水和水資源開發(fā)利用率作為水資源價(jià)值評(píng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo).生態(tài)環(huán)境的好壞影響不同功能的水資源,本文選擇生態(tài)環(huán)境用水量進(jìn)行評(píng)價(jià).根據(jù)式(9)可得到各行政區(qū)的水資源價(jià)值.由圖3(b)可知,長(zhǎng)沙水資源價(jià)值最高,郴州和永州最低,總體上2008~2016年水資源價(jià)值波動(dòng)增加.

2.3.3 污染損失的確定 將綜合污染損失率和水資源價(jià)值結(jié)果代入式(7),可得到7個(gè)行政區(qū)的水污染經(jīng)濟(jì)損失,由圖3(c)可知,長(zhǎng)沙和郴州損失量最大,這主要與社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況和水資源量有關(guān),長(zhǎng)沙經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快,郴州水資源量第二,加之污染損失率高于婁底(水資源量第一),因而損失額較高.由于湘潭水質(zhì)超標(biāo)比較嚴(yán)重,損失量大于株洲和衡陽.婁底損失量最小,主要是因?yàn)閵涞姿Y源量較小且損失率不高.在時(shí)間尺度上,2013年污染損失最高(297.04億元),2008年最低(66.53億元),總體上2008~2016年污染損失在波動(dòng)中增加.

3 討論

單因素法是水質(zhì)評(píng)價(jià)中最常用的方法,雖然單因素方法提供了有價(jià)值的信息,但其將結(jié)果歸于最大受損參數(shù),不能有效地反映水質(zhì)狀況.相反,基于多參數(shù)的綜合評(píng)價(jià)方法有利于水質(zhì)評(píng)價(jià).因此,本文采用WQI法對(duì)湘江流域水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).

由于WQI值是綜合考慮各污染物水質(zhì)水平,因此在計(jì)算過程中由于水質(zhì)指標(biāo)多,綜合考慮可能會(huì)忽視極端值,因此本文選取2008~2016年污染最嚴(yán)重的4個(gè)站點(diǎn)的NH4+-N濃度以進(jìn)一步分析,結(jié)果表明湘潭、郴州和長(zhǎng)沙NH4+-N污染較為嚴(yán)重,尤其是S27在9年間均超III類標(biāo)準(zhǔn).S30污染次之,S36和S40總體在III類標(biāo)準(zhǔn)上下波動(dòng),污染相對(duì)較輕.因此之后在分析流域水質(zhì)變化時(shí)應(yīng)將單參數(shù)法和多參數(shù)法綜合使用,以便了解流域整體污染狀況和主要污染因子.

由于污染物權(quán)重差異造成其對(duì)綜合損失率的貢獻(xiàn)不同,基于傳統(tǒng)方法將各污染物作用等同,計(jì)算得到的損失率可能存在偏差.因此本文采用改進(jìn)的污染損失模型估算各污染物損失率.

水資源價(jià)值是生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的決定性因素,是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下合理配置水資源的必然需求,其中合理制定水價(jià)是合理配置水資源的基本手段之一.由于傳統(tǒng)水資源無價(jià)值或低價(jià)值觀念促使水資源短缺和水污染嚴(yán)重,因此合理估算水資源價(jià)值是非常必要的.水資源價(jià)值受自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素等的影響,因此本文根據(jù)水質(zhì)、水量、人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素核算水資源價(jià)值,同時(shí)將水資源價(jià)值和污染損失率結(jié)合起來綜合評(píng)估,以確定流域污染損失額度.

本文通過對(duì)湘江流域水環(huán)境演變特征進(jìn)行合理的評(píng)估,得出該流域主要污染物是富營(yíng)養(yǎng)化污染和重金屬污染,為此政府應(yīng)科學(xué)制定水污染防治規(guī)劃,嚴(yán)格執(zhí)行誰污染、誰治理原則;加強(qiáng)流域內(nèi)生活污水和垃圾管理,減少農(nóng)藥化肥的使用;加強(qiáng)歷史遺留重金屬污染治理,對(duì)于新建金屬冶煉和礦產(chǎn)開采等企業(yè),應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)環(huán)保“三同時(shí)”制度.此外針對(duì)流域水污染損失問題,政府部門應(yīng)建立健全生態(tài)環(huán)境損害責(zé)任追究制度和生態(tài)補(bǔ)償制度.

4 結(jié)論

4.1 WQI結(jié)果顯示,湘江水質(zhì)總體以優(yōu)為主.2008~ 2011年水質(zhì)逐漸變差,2011年達(dá)到最差,之后水質(zhì)緩慢改善,特別是2014年湘江流域正式實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償之后水質(zhì)改善狀況較為明顯.在季節(jié)尺度上,枯水期最差,平水期和豐水期接近,符合污染物在時(shí)間上的產(chǎn)出分配規(guī)律.湘江水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果以第1組和第2組參數(shù)為主,第3組參數(shù)影響較小,流域主要污染物是Hg、Pb、TP、NH4+-N和CODMn.

4.2 因子分析和回歸分析結(jié)果表明生活污水和工業(yè)廢水大量排放造成流域富營(yíng)養(yǎng)和重金屬污染比較嚴(yán)重,經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水文情勢(shì)是影響流域污染的主要因素,尤以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主,解釋了總方差的55.671%.

4.3 污染損失率結(jié)果表明長(zhǎng)沙和湘潭綜合損失率最大,株洲、衡陽和郴州次之,永州和婁底最小.總體上各行政區(qū)損失率在2008~2013年逐漸增加,2013年之后緩慢下降,逐漸趨于穩(wěn)定.

4.4 污染價(jià)值損失結(jié)果表明長(zhǎng)沙和郴州損失量最大,湘潭、株洲和衡陽次之,婁底損失量最小.在時(shí)間尺度上,2013年污染損失最高(297.04億元),2008年最低(66.53億元),總體上2008~2016年污染損失在波動(dòng)中增加.

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致謝：湖南省水利廳提供流域水質(zhì)數(shù)據(jù),賀新光老師在論文寫作方面給予細(xì)心指導(dǎo),在此一并表示感謝.

Characteristics of water quality and estimation of economic loss from water pollution in Xiangjiang River Basin.

LIU Ye-ye1, MAO De-hua1*, YANG Jia-liang2, QIAN Zhan2

(1Resources and Environmental Science Institute, Hunan Normal University, Changsha 410081, China；2.Hunan Hydro & Power Design Institute, Changsha 410007, China)., 2019,39(4)：1471~1477

Based on monthly observations of 10 parameters at 40 monitoring sites in the basin during 2008~2016, the spatio-temporal variation characteristics were analyzed by employing water quality index method, and the main factors of water environment evolution were also identified using principal component analysis and multivariate linear regression analysis. Further, a pollution value loss model with consideration of water quality, quantity and its resource value was proposed using the improved pollution loss rate method and fuzzy mathematics method to quantitatively estimate the economic loss from water pollution in the basin. The water quality was generally excellent in Xiangjiang River Basin. Within the research period, the water quality deteriorated first from 2008 to 2011, then, gradually improved after 2011, especially in 2015 and 2016. Seasonally, the water quality was the worst in low-flow periods, and similar between moderate-flow periods and high-flow periods. The main pollutants in the basin were Hg、Pb、TP、NH4+-N and CODMn. Economic development was one of the main determining factors to the variation of water quality in the basin. The results of pollution value loss analysis indicated that Changsha and Chenzhou had the largest loss, followed by Xiangtan, Zhuzhou and Hengyang, and Loudi had the smallest loss. Annually, the pollution loss was the highest in 2013(29.704billion yuan) and the lowest in 2008(6.653billion yuan). In general, the pollution loss showed an increasing trend from 2008 to 2016 with annual fluctuations. Our results could provide scientific support and reference for the research of water pollution prevention and ecological compensation.

water quality characteristics；pollution loss rate；water resource value；economic loss；Xiangjiang River Basin

X323

A

1000-6923(2019)04-1471-07

2018-09-06

湖南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017SK2301);湖南省水利科技重大項(xiàng)目(湘水科計(jì)[2016]194-13);湖南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(15A113);湖南省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(2011001)

*責(zé)任作者, 教授, 850276407@qq.com

劉葉葉(1994-),女,山西呂梁人,湖南師范大學(xué)碩士研究生,主要研究方向?yàn)榱饔蛩Y源與水環(huán)境.發(fā)表論文1篇.