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        基于DPSIR 模型的氮污染負(fù)荷評價分析
        ——以佛山市為例

        2023-01-04 17:16:36陳怡東
        石油石化綠色低碳 2022年6期
        關(guān)鍵詞:權(quán)法驅(qū)動力佛山市

        陳怡東

        (廣東順德環(huán)境科學(xué)研究院有限公司,廣東佛山 528300)

        近年來《珠江口鄰近海域綜合治理攻堅戰(zhàn)實施方案》、《佛山市生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃》等文件相繼出臺,提出了對水體總氮污染和大氣氮氧化物污染的治理方案與措施。然而,相關(guān)評價仍處于單因子評價階段,未能建立綜合氮污染負(fù)荷評價體系來評價佛山市氮污染負(fù)荷水平以及相關(guān)政策實施程度。

        為分析氮污染負(fù)荷成因和政策效果,該文以佛山市為例,采用廣泛應(yīng)用于區(qū)域生態(tài)環(huán)境與資源評價的邏輯模型DPSIR,從“驅(qū)動力(D)—壓力(P)—狀態(tài)(S)—影響(I)—響應(yīng)(R)”五個環(huán)節(jié)分析,根據(jù)氮污染來源、分布、轉(zhuǎn)化等賦予具體指標(biāo),實現(xiàn)氮污染負(fù)荷定量評價。氮污染治理貫穿了石化燃料開采、加工、裝載、使用等多個環(huán)節(jié),應(yīng)用DPSIR模型可有助石化行業(yè)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈中造成氮污染的關(guān)鍵環(huán)節(jié),指引精準(zhǔn)治污。

        該文研究區(qū)域為廣東省佛山市。全市共分為五個區(qū),其中順德區(qū)與南海區(qū)均位列全國經(jīng)濟(jì)百強(qiáng)縣前列。近年來,隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略發(fā)展以及工業(yè)園升級改造帶來的產(chǎn)業(yè)迭代,“十三五”期間佛山市實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)和人口的進(jìn)一步集聚,城市化進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)。2020年地區(qū)生產(chǎn)總值突破1萬億元人民幣,同年常住人口為949.88萬人,屬于特大城市。

        1 評價模型與方法

        1.1 氮污染負(fù)荷DPSIR 概念模型

        DPSIR 模型由5 部分組成,分別為驅(qū)動力因子(D-Driving force)、壓力因子(P-Pressure)、狀態(tài)因子(S-State)、影響因子(I-Impact)以及響應(yīng)因子(R-Responses)。按照不同要素特點把指標(biāo)歸類,輔以賦權(quán)計算可以實現(xiàn)問題的定量化分析,從而為決策者提供解決問題的思路與方法[1]。

        (1)驅(qū)動力因子:氮污染來源的初始原因,也是潛在或間接的原因。它涵蓋了人口、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展以及對應(yīng)生活方式、生產(chǎn)和消費(fèi)的改變。

        (2)壓力因子:氮污染的直接動因,是驅(qū)動力的最直接體現(xiàn),包括氮元素排放量、涉氮原料的使用等指標(biāo)。

        (3)狀態(tài)因子:區(qū)域環(huán)境所處的狀態(tài),具體為經(jīng)轉(zhuǎn)化后氮污染的排放量。

        (4)影響因子:指區(qū)域環(huán)境所處的氮污染負(fù)荷狀態(tài)對環(huán)境和居民生活的影響體現(xiàn)。

        (5)響應(yīng)因子:是對上述四種因子的反饋,強(qiáng)調(diào)人在系統(tǒng)中的能動作用。

        以上五部分的關(guān)系如圖1 所示,五大因子既相互獨立又密切相關(guān)。

        圖1 DPSIR模型框架

        1.2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

        該文將研究指標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化,考慮到模型的適用性和普遍性,選取公開的宏觀數(shù)據(jù),同時加入?yún)^(qū)域環(huán)境狀況與政策等評價指標(biāo),構(gòu)建基于DPSIR模型的佛山市氮污染負(fù)荷的多層評價指標(biāo)集。

        該體系構(gòu)建三個層級,第一層級是目標(biāo)層,即氮污染負(fù)荷綜合指數(shù);第二層級是因子層,分別為驅(qū)動力因子指數(shù)(D)、壓力因子指數(shù)(P)、狀態(tài)因子指數(shù)(S)、影響因子指數(shù)(I)、響應(yīng)因子指數(shù)(R);第三層級為指標(biāo)層,記錄佛山市區(qū)域宏觀公開數(shù)據(jù)。指標(biāo)構(gòu)建見表1,具體數(shù)值見表2。

        表1 佛山市DPSIR 模型氮污染負(fù)荷指標(biāo)體系

        表2 佛山市DPSIR 模型“十三五”期間氮污染負(fù)荷指標(biāo)值

        1.3 熵權(quán)法

        要實現(xiàn)上述氮污染負(fù)荷指標(biāo)體系的定量評價可采用層次分析法、熵權(quán)法、綜合賦權(quán)法等;但層次分析法和綜合賦權(quán)法均涉及個人主觀判斷,因此,該文選擇熵權(quán)法作為指標(biāo)計算方法。

        “熵”的數(shù)值大小反映系統(tǒng)的均勻程度,在無人為干預(yù)的情況下熵值總會從低往高發(fā)展,即熵增[3]。當(dāng)政策或措施產(chǎn)生正向效果時,系統(tǒng)將出現(xiàn)熵減或熵增速度減緩的情況,往有序和收斂方向發(fā)展。以此為基礎(chǔ)依據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)本身的特性計算出每個指標(biāo)的權(quán)重[4]。

        在氮負(fù)荷評價中有m(m=14)個指標(biāo),n(n=5)個評估年份,由此得到原始數(shù)據(jù)矩陣。以熵函數(shù)為核心,熵權(quán)法的計算步驟如下:

        (1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。采用指數(shù)化的處理方法,消除度量單位不同所帶來的數(shù)據(jù)差異。以數(shù)據(jù)的最大值和最小值差距進(jìn)行計算,使結(jié)果保持在0~1,計算見公式(1)。

        式中,rij為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值;xmax為第i項指標(biāo)的最大值;xmin為第i項指標(biāo)的最小值。

        (2)計算標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)rij的比重fij見公式(2)。

        (3)計算第i項指標(biāo)的熵值Hi見公式(3),當(dāng)fij≤0,fijlnfij=0

        (4)計算第i項指標(biāo)的權(quán)重Qi見公式(4)。

        由于采用了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理,不同指標(biāo)的單位差和數(shù)量級差距得以磨平,這成為了熵值相加的基礎(chǔ)。按照熵權(quán)法計算得出的權(quán)重,再進(jìn)行加權(quán)計算即可得出最底層指標(biāo)數(shù)值,這些數(shù)值加總則成為上層指標(biāo)指數(shù),如此類推,最終得出氮污染負(fù)荷的綜合指數(shù)。

        2 結(jié)果與分析

        圖2 佛山市“十三五” 期間氮污染負(fù)荷變化

        (1)2016—2019年,佛山市氮污染負(fù)荷驅(qū)動力指數(shù)呈持續(xù)上升態(tài)勢,特別是2018—2019年,由于生產(chǎn)總值的提升有較大增幅;但到2020年出現(xiàn)十分明顯的下滑,其主要原因是GDP增幅較低,從而使驅(qū)動力下降。驅(qū)動力下降與新冠疫情對區(qū)域經(jīng)濟(jì)的影響密切相關(guān),特別是2020年第一季度,珠三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到重創(chuàng)[5],后續(xù)雖有相關(guān)政策支持復(fù)工復(fù)產(chǎn),但佛山市年度整體經(jīng)濟(jì)情況依然不佳。這是氮負(fù)荷驅(qū)動力指數(shù)下降的主要原因。

        近5 年佛山市氮污染負(fù)荷壓力指數(shù)先下降后回穩(wěn),谷底出現(xiàn)在2017年,主要是受種植面積下滑影響明顯。2018—2020 年氮負(fù)荷壓力指數(shù)較為平穩(wěn)。從指標(biāo)數(shù)據(jù)看工業(yè)增長對佛山市氮污染負(fù)荷的壓力值貢獻(xiàn)度不高,佛山市氮污染負(fù)荷壓力更多來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是種植與禽畜牲口養(yǎng)殖。

        狀態(tài)指數(shù)與壓力指數(shù)趨勢正好相反,2017 年出現(xiàn)近5 年最大值,隨后持續(xù)下降。重要因素是自2017年起佛山出臺了系列重點行業(yè)及重點污染物的削減替代方案,特別是鍋爐提升改造、燃煤電廠超潔凈排放、新能源公交投入使用、陶瓷衛(wèi)浴行業(yè)和紡織印染行業(yè)整治等,均帶來了大氣氮氧化物與水體總氮排放量的削減。

        影響指數(shù)則先平緩下降后快速下滑,主要是由于佛山行業(yè)整治和污染替代削減等措施,也是區(qū)域生活污水截污和污水處理廠提標(biāo)改造建設(shè)的反映。另一方面大氣中的二氧化氮濃度在2020年出現(xiàn)大幅下滑,這是受新冠疫情影響經(jīng)濟(jì)活動、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)却蠓葴p少導(dǎo)致,該趨勢是全國性和全球性的[6]。但從總體趨勢及氮污染負(fù)荷來說,水污染的治理更為關(guān)鍵。

        響應(yīng)指數(shù)總體呈攀升態(tài)勢。這一趨勢與狀態(tài)指數(shù)、影響指數(shù)的下降態(tài)勢說明在對氮污染治理的響應(yīng)上,佛山市采取的措施有所成效。

        佛山市的氮污染DPSIR綜合指數(shù)總體呈穩(wěn)中有降趨勢,從上述五大模塊分析可看出驅(qū)動力的減少以及響應(yīng)措施的加入對佛山市整體氮污染負(fù)荷減少有積極影響。

        3 結(jié)論

        該文利用DPSIR模型構(gòu)建了佛山市氮污染負(fù)荷評價體系,通過熵權(quán)法計算得出佛山市“十三五”期間不同指標(biāo)因子下的氮污染負(fù)荷水平。

        該文選取14 項宏觀基本評價指標(biāo),在DPSIR模型體系構(gòu)建后先后采用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和熵權(quán)法進(jìn)行處理。該文充分考慮模型的遷移性和適用性,在石化行業(yè)氮污染治理上也具有指導(dǎo)價值。在現(xiàn)有模型基礎(chǔ)上選取石油貿(mào)易總額、行業(yè)增長變化率、石化行業(yè)環(huán)保投入占比、燃油銷售額、煉油企業(yè)脫氮效率等指標(biāo)進(jìn)行替代或增補(bǔ),如此可從產(chǎn)業(yè)鏈角度觀察和把控石化行業(yè)的氮污染水平。

        可看出“十三五”期間佛山市氮污染負(fù)荷總體波動向下,驅(qū)動力指數(shù)與響應(yīng)指數(shù)向上發(fā)展,壓力指數(shù)平穩(wěn),狀態(tài)指數(shù)與影響指數(shù)下降明顯。

        最后,該文基于分析結(jié)果提出佛山市氮污染負(fù)荷波動的主要原因和重點關(guān)注指標(biāo),可看出持續(xù)的環(huán)保治理投入,特別是對區(qū)域水體的全面治理能有效降低區(qū)域氮污染負(fù)荷。另外,要持續(xù)做好“十四五”期間氮污染負(fù)荷管理,佛山市需要重點重點關(guān)注轄區(qū)內(nèi)禽畜養(yǎng)殖數(shù)量及做好其糞污治理工作。受新冠疫情帶來的經(jīng)濟(jì)與社會活動減少影響大氣中二氧化氮濃度大幅降低,后續(xù)仍需要持續(xù)關(guān)注這一影響,并進(jìn)一步推動工業(yè)污染治理和區(qū)域燃煤與分散式鍋爐替代工作。

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