都 好

(上海市上海立信會計金融學(xué)院，上海 201209)

長江三角洲地區(qū)在我國現(xiàn)代化建設(shè)大局和全方位開放格局中具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位。然而，長三角流水域污染仍是我國亟待管理的環(huán)境污染之一?！笆奈濉鄙鷳B(tài)環(huán)境規(guī)劃強(qiáng)調(diào)將凸顯科技創(chuàng)新，為決策、管理和治理提供強(qiáng)有力的支持。本文秉持上述理念，基于長江三角洲水域——以太湖流域?yàn)槔M(jìn)行調(diào)研分析，構(gòu)建有利于“防患于未然”的水質(zhì)評估預(yù)測體系，為有效控制流域水體富營養(yǎng)化，維護(hù)生態(tài)平衡，保障人體健康，促進(jìn)沿岸地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

太湖是我國第三淡水湖泊，共占面積為36895km2，河網(wǎng)如織，湖泊星羅棋布，水面總面積約5551km2。地跨江蘇、浙江、上海兩省一市，是長江三角洲的核心區(qū)域，是我國人口密度最大、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)、國內(nèi)生產(chǎn)總值和人均收入增長最快的地區(qū)之一。自20世紀(jì)末以來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，入湖污染負(fù)荷總量的不斷增加，太湖水質(zhì)污染與湖泊富營養(yǎng)化問題日益突出。2007年，太湖大規(guī)模暴發(fā)由藍(lán)藻引發(fā)的嚴(yán)重供水危機(jī)。2008年，太湖流域水環(huán)境綜合治理方案啟動實(shí)施。近年來，經(jīng)過各方面的共同努力，太湖流域水環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)中趨好，入湖河道水質(zhì)明顯改善，入湖污染高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷總量也大體呈下降趨勢。但是，太湖流域水質(zhì)治理仍任重而道遠(yuǎn)。因此，本文通過比較分析采取治理措施后的2009—2018年江蘇省太湖河流入湖污染負(fù)荷狀況，預(yù)測2022—2028年太湖河流污染負(fù)荷入湖趨勢，為相關(guān)部門采取精準(zhǔn)防治措施提供參考。

1 模型構(gòu)建

1.1 模糊綜合評價模型

模糊綜合評價是模糊數(shù)學(xué)的一種具體應(yīng)用，從多個因素對被評價事物隸屬等級狀況進(jìn)行綜合評價。模糊綜合評價通常有以下步驟。

1.1.1確立評價指標(biāo)和等級

評價指標(biāo)U={U1，U2，…，Um}表示被考察樣本的m種因素指標(biāo)的實(shí)測值；評價等級V={V1，V2，…，Vn}，集合中Vj是與Ui中因子相對應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)集合。

1.1.2構(gòu)造模糊綜合評價矩陣

對評價指標(biāo)Ui給出其能被評為等級Vj的隸屬度rij，則對所有評價指標(biāo)Ui(i=1，…，m)進(jìn)行的模糊評價構(gòu)成的矩陣：

1.1.3權(quán)重確定

確定權(quán)重通常有主觀和客觀2種方法。主觀法主要為層次分析法，客觀法是根據(jù)各指標(biāo)間的聯(lián)系，利用數(shù)學(xué)方法計算出個指標(biāo)的權(quán)重，如質(zhì)量分析法、變異系數(shù)法。

根據(jù)《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案(2013年修編)》內(nèi)容可知，太湖流域水質(zhì)控制指標(biāo)為高猛酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷和總氨。為更詳盡地描述指標(biāo)數(shù)值的波動情況，本文選取變異系數(shù)法來對影響水質(zhì)的4種主要因素賦權(quán)。

指標(biāo)分辨能力可定義為：

(1)

1.1.4模糊合成

將評價矩陣R和權(quán)重矩陣W兩者合成進(jìn)行模糊運(yùn)算，構(gòu)成模糊綜合指數(shù)：

F=WRT

(2)

式中，F(xiàn)—模糊綜合指數(shù)，可以對水質(zhì)進(jìn)行綜合評價。

1.2 水質(zhì)污染趨勢預(yù)測模型

基于太湖流域中入湖污染負(fù)荷的變化規(guī)律是一個不確定的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，本文采用灰色系統(tǒng)理論中的GM(1，1)模型來預(yù)測太湖流域2022—2028年未來5a的水污染趨勢。

1.2.1建立GM(1，1)灰色預(yù)測模型

灰色預(yù)測來源于我國學(xué)者鄧聚龍?zhí)岢龅幕疑到y(tǒng)理論，即根據(jù)客觀事物的普遍發(fā)展規(guī)律，通過把分散在時間軸上的離散數(shù)據(jù)看成一組連續(xù)變化的序列，采用累加或累減的方式，將未知因素弱化、強(qiáng)化已知因素的影響程度，構(gòu)建灰色微分方程，然后通過對數(shù)據(jù)序列的擬合，確定方程中的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測目的。因其可運(yùn)用于“小樣本、貧信息”的不確定系統(tǒng)中，在生態(tài)系統(tǒng)、工程控制等復(fù)雜多變的系統(tǒng)中具有廣泛運(yùn)用。

對xi(1)建立一階一元微分方程GM(1，1):

(3)

式中，a—發(fā)展灰數(shù)，常數(shù)；u—內(nèi)生控制灰數(shù)，常數(shù)，是對系統(tǒng)的常定輸入。

此方程滿足初始條件：當(dāng)t=t0時，xi(1)=xi(1)(t0)，解得：

對等間隔取樣的離散值(t0=1)，則為：

k=1，2，…，n-1

(4)

(5)

k=1，2，…，n-1

將上述結(jié)果累減還原，得預(yù)測值：

1.2.2模型精度檢驗(yàn)

殘差檢驗(yàn)，分別計算：

殘差：

(6)

相對殘差：

(7)

后殘差檢驗(yàn)，分別計算：

(8)

(9)

(10)

殘差的方差：

(11)

(12)

小誤差概率：

(13)

表1 灰色預(yù)測模型擬合等級

3 實(shí)例分析

太湖流域地處長三角中心區(qū)域，是中國最具活力、開放程度最高、創(chuàng)新能力最強(qiáng)的區(qū)域之一。太湖是流域內(nèi)最大的湖泊，也是流域洪水和水資源調(diào)度中心。推進(jìn)太湖流域水環(huán)境綜合治理與保護(hù)，不僅關(guān)系到流域水資源的可持續(xù)利用，也關(guān)系到長三角一體化的高質(zhì)量發(fā)展。

本文通過水利部太湖流域管理局官方網(wǎng)站上的相關(guān)資料，結(jié)合充分調(diào)研，首先對2009—2018年的太湖水質(zhì)狀況以及影響因子采用模糊綜合評價法進(jìn)行分析評價，再基于已知信息，對2022—2028年太湖流域未來水域進(jìn)行預(yù)測。

3.1 2009—2018年太湖流域水質(zhì)分析

依據(jù)以高錳酸鹽、氨氮、總氨、總氮為指標(biāo)的江蘇省太湖河流入湖污染負(fù)荷變化，采取模糊綜合評價法給出了2009—2018年太湖流域在江蘇省內(nèi)的污染程度的綜合評價。綜合得分越高就說明污染越嚴(yán)重，排名越靠后。見表2。

表2 2009—2018年環(huán)太湖河流入湖污染負(fù)荷及污染程度綜合排名

3.2 2022—2028年江蘇省環(huán)太湖河流入湖污染負(fù)荷預(yù)測

根據(jù)上述指標(biāo)數(shù)據(jù)，建立灰色GM(1，1)模型及求解，并且引入修正因子來調(diào)節(jié)誤差，使得擬合模型基本符合要求。由此，可將模型應(yīng)用于江蘇省環(huán)太湖河流入湖污染負(fù)荷變化預(yù)測研究，預(yù)測周期為2022—2026年。GM(1，1)模型預(yù)測結(jié)果見表3。

表3 2022—2026年GM(1，1)模型預(yù)測結(jié)果

由表3可知，每年高錳酸鹽、氨氮、總氨和總氮入湖負(fù)荷現(xiàn)穩(wěn)步減少的趨勢。實(shí)際上，最近數(shù)十年來，太湖流域水環(huán)境綜合治理成效明顯，預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況大致相符，說明模型具有一定的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，能夠?qū)ξ磥磉M(jìn)行合理預(yù)測。

3.3 風(fēng)險控制

太湖流域水質(zhì)面臨的風(fēng)險可分為點(diǎn)源污染風(fēng)險和面源污染風(fēng)險。

點(diǎn)源污染主要來自工業(yè)廢水和城市生活污染廢水。針對點(diǎn)源污染風(fēng)險中的工業(yè)廢水污染治理，可采取提高工業(yè)企業(yè)清潔生產(chǎn)水平、優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等措施進(jìn)一步削弱污染物排放量。而就城市生活污染廢水而言，更需進(jìn)一步加強(qiáng)污水管理機(jī)制、完善污水處理及循環(huán)設(shè)施建設(shè)、提升城市環(huán)境容量。

對于以農(nóng)業(yè)污染水為主要面源的面源污染風(fēng)險，可統(tǒng)籌實(shí)施生產(chǎn)過程清潔化、廢物處理資源化、畜禽養(yǎng)殖生態(tài)化，構(gòu)建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生活息息相關(guān)的綠色綜合循環(huán)體系。

4 結(jié)論

基于模糊綜合評價和變異系數(shù)法的評價模型，2009—2018年的太湖流域水質(zhì)健康狀況雖有一定波動，但大致趨于好轉(zhuǎn)。該模型全面考慮了4種指標(biāo)對水質(zhì)的污染程度，反映了歷年來的水質(zhì)狀況，是一種合理的水質(zhì)污染評估方法。

此外，本文通過構(gòu)建GM(1，1)灰色預(yù)測模型對2022—2026年江蘇省環(huán)太湖河流入湖污染負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，所選指標(biāo)經(jīng)修正因子調(diào)節(jié)后通過級比檢驗(yàn)達(dá)到建模要求，使得模型擬合結(jié)果能夠較為理性、科學(xué)地模擬和預(yù)測研究對象在時間序列上的動態(tài)變化。盡管預(yù)測結(jié)果顯示污染負(fù)荷呈逐年下降趨勢，但太湖流域的水質(zhì)狀況受多維因素影響，生態(tài)系統(tǒng)并不穩(wěn)定，單一考慮評定水質(zhì)的4個指標(biāo)仍是本文的不足之處。