近年来我国废水污染情况的统计分析

朱 萍

（南京财经大学 经济学院，南京 210046）

一、问题的提出

我国虽然地大物博，但是水资源却很短缺，据相关的统计数据显示，我国拥有世界21%的人口，而水资源却只有全部总量的6%。水是生命之源，可是最近几年我国高频率地发生重大环境污染事件，其中占据最大比例的就是水污染事故，平均每年发生近1700起，占比达到50%左右。2015年，水资源公报中一项调查显示，在中国北方6区2014年水资源总量为4658.5亿立方米，在全国水资源总量中占17.08%，而南方4区2014年水资源总量为22608.4亿立方米，是全国水资源总量的82.92%（见表1）。按污染程度由轻到重可以将水体分为I至V类。2014年第10周，全国主要水系131个重点断面水质自动监测站对8项指标进行监测，监测结果表明：I～III类水质的断面有97个，约为监测总体的77%；IV类水质的断面为14个，占监测总体的11%；V类水质的断面为4个，占监测总体的3%；劣V类水质的断面为12个，比重相对来说不理想，占9%。2005年8月，习近平同志在浙江安吉余村首次提出“绿水青山就是金山银山”的概念。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央把生态文明建设作为治国理政的重要内容，因此如何保护水环境，以及如何治理水污染成为近几年的重要课题。

表1 2014年各水资源一级区水资源量（单位：亿立方米）

二、研究的现状

近年来国内外学者针对废水污染进行了大量的研究。于美霞等人在2009年运用主成分分析与模糊聚类分析定量化地研究了我国各省区环境质量的变化与差异，给出了各省市2001与2005年环境污染水平的排序，并分析了各省市区环境质量变化的主要影响因素，以期为各地区及全国的环境管理和规划、环境工程、环境污染综合防治与决策、环境保护政策的制定等提供科学依据[1]。邹永福等人在2009年运用因子分析、相关分析与聚类分析法对长江沿线17个观测站的水质进行分析，对全国各地的水污染治理提出了建议，给多元统计分析提供了参考[2]。卢敦等人在2010年运用因子分析与聚类分析对天津港的水质进行评价，结合天津港南部海域的生态和水质监测数据，利用SAS统计分析软件，首先以富营养化海域的生态群落指标作为聚类指标，对各监测点进行聚类分析，按照生态群落效应各监测点分为三类；然后分别对三类监测点水质进行因子分析，识别导致各类水质富氧化的主要环境因子，并确定污染的来源[3]。马荣等人在2011年运用因子分析法对河南地下水污染进行分析，并依据不同的污染源提出不同的防治措施[4]。易瑾超等人在2015年通过聚类分析对我国分地区的能源消费进行研究，得知消费倾向与环境污染程度呈负相关[5]。本文拟在学者们研究的基础上，将2013—2015年的数据与2016年的数据进行因子分析和聚类分析，以得出我国废水治理需要遵循的原则，旨在从源头进行治理。

三、前期处理——因子分析

因子分析的一个重要前提就是所研究的众多因子之间需要存在相关性，然后通过协方差矩阵或相关矩阵对其内部的相关性进行具体的分析，从中找出它们之间的联系，并将相同性质的因子归为一类，提取出公因子。因此，每个公因子可以代表其所包括的其他因子的基本特征。

本文主要依据2017年《中国统计年鉴》的数据，采取化学需氧量（X1）、氨氮（X2）、总氮（X3）、总磷（X4）、石油类（X5）、挥发酚（X6）、铅（X7）、汞（X8）、镉（X9）、六价铬（X10）、总铬（X11）、砷（X12）12个主要反映水环境污染的指标作为原始变量[6]，利用统计软件spss22.0对这些指标数据进行因子分析，最后得到4个公因子。第1个公因子更能代表化学需氧量（X1）、氨氮（X2）、总氮（X3）、总磷（X4）这几个变量，可以解释为营养类因子；第2个公因子则更适合代表铅（X7）、汞（X8）、镉（X9）和砷（X12）4个变量，可以解释为重金属类因子；第3公因子则较好地代表了六价铬（X10）与总铬（X11）两个变量，可以解释为铬类因子；第4公因子则代表X5（石油类）和X6（挥发酚）变量，可以解释为石油挥发类因子。下面分别用F1、F2、F3、F4来表示这4个主要公因子，整理出我国31个省份（不包括港澳台）水污染因子得分和排名（见表2）。

由表2可以看出，化学需氧量（X1）、氨氮（X2）、总氮（X3）、总磷（X4）的排放在前 4位的省份分别是广东、江苏、浙江、山东，这些水污染指标的主要来源是农业水污染。其中农药与化肥所造成的污染比较严重，这些被污染的水又会造成藻类和其他水生物的异常生殖，这样又会引起水体透明度和溶解氧的变化，从而导致水质进一步恶化。六价铬与总铬的排放主要存在于制药企业、食品企业、化工企业、漂染企业、造纸企业、铝材加工企业、重金属排放企业。在铅（X7）、汞（X8）、镉（X9）和砷（X12）的排放中湖南最为严重。作为“有色金属之乡”的湖南，采选、冶炼、化工等企业多分布于湘江流域，重金属污染由此而来，而且湘江和湘江流域重金属的污染越来越严重。六价铬（X10）与总铬（X11）的排放在前4位的省份分别是山西、湖南、黑龙江、山东。石油类（X5）和挥发酚（X6）的排放情况中，陕西的排名最高，污染最严重。陕西矿产资源丰富，与之相关的化工及相关产业很多，经加工生产进一步生产出石油类、酚等有机物，加之没有良好的环保措施，因此造成了相当大的污染。

表2 2016年我国31个省份水污染因子得分及排名

四、系统聚类分析

（一）系统聚类分析的基本思想

系统聚类的基本思想是在样本之间定义距离，在变量之间定义相似系数，距离或相似系数代表样本或变量间的相似程度。按照相似程度的大小，将样本（或变量）依次分类，关系越密切越先参与到并类中，关系越疏远越后参与到并类过程中，此过程一直进行下去，一直到所有样本（或变量）都并到合适的类中，形成一个可以表示亲疏关系的谱系图，根据这个谱系图对样本（或变量）进行分类[7]。为了能够更加直接地观察分析的结果，对F1、F2、F3、F4这4个主要因子再进行一次聚类分析，得到样本间的相似性。

（二）实证分析

1.数据处理。从表3中可以看出，观测数为31个，没有缺失值，采用平方Euclidean距离度量样本间的相似性，聚类方法为Ward连接法。

表3 观察值处理摘要

2.聚类结果。将2016年的废水污染物进行五类聚类，结果如表4所示。

（三）对比分析结果

对2013—2015年的数据进行因子分析和聚类分析，为了保持提取数据的完整性，因子分析时将这3年的数据全部提取4个主因子，而这4个主因子正好符合前文的4个主因子定义。对每年的4个主因子进行聚类分析，得到结果见表5。

表4 2016年废水污染物聚类分析结果

将表5与表4进行对比分析：第一类中的省份有所增加，其中北京、天津、广西、重庆、贵州、甘肃、青海、宁夏在水环境污染控制上一直保持在第一类，做得相当好。也有少数原来比较好的省份进入后面几类，第一类中的吉林、上海、云南、陕西前面一直在第一类中，但是2016年进入第二类。第二类中的黑龙江由第二类进入第一类，并稳步保持；安徽、四川在第一类和第二类中徘徊，基本情况还算稳定；河北、辽宁、山东变动比较大，其中山东由第二类进入第三类，而且没有改善的趋势。第三类中内蒙古、新疆有一定的改善，由第三类进入第一、二类；江苏、山西不仅没有改善，反而更加严重。第四类中福建、江西、湖北有明显的改善，由第四类进入第一类或者第二类；浙江、河南、广东也有改善，但是改善的幅度没有那么明显。第五类中湖南2014—2015年有一定的改善，但是2016年又回到第四类，说明湖南的情况还是比较复杂的。海南、西藏2013年数据缺失，后面几年一直都在第一类中，说明情况还是很好的。

（四）结论分析

2011年以来，我国废水排放总量呈上升趋势，污水治理需求不断提升，党和国家基于对水环境的深切担忧，把加强水污染防范与城镇污水治理列为“十三五”期间环境治理的重点内容。现有污水处理厂的提标改造以及污水处理厂的新建，应该能推动行业迎来发展黄金期。2011—2015年，我国工业废水排放量逐年下降。本文选取废水中的12大污染物分析废水污染情况，以选取的第一变量化学需氧量为例，得出化学需氧量趋势图。由图1可以看出，绝大多数城市废水中的化学需氧量从2015年开始出现明显的下降趋势。虽然我国现在的废水污染依然比较严重，废水中的主要污染物没有得到改善，但是某些污染物的排放量得到了一定控制，说明我国近几年的废水治理还是有成效的。

表5 2013—2015年废水污染物聚类分析结果

图1 2013—2016年31个省份城市废水化学需氧量趋势

五、改进建议

从2016年的数据来看，广东、江苏、浙江、山东、四川、福建、河南的水污染主要来自F1主因子化学需氧量（X1）、氨氮（X2）、总氮（X3）、总磷（X4）。这些污染物主要来自化肥、农药的不合理使用以及粪便的不恰当清理所带来的农业污染。每个方面都需要相对应的方法治理。农药方面，首先有关部门应该加强对农药使用的监管力度，要规范用药，严格规定用药的标准及时间；其次应尽量使用高效、低毒、低残留的农药；最后农药使用完后要对农药包装物进行处理。化肥方面，大力发展有机肥、复合肥以及农家肥，不要盲目施肥，要掌握好施肥时间、次数和用量。粪便方面，禽畜的粪便应及时清理并集中处理，可在沼气池中发酵制成有机肥料。其他方面，禁止焚烧秸秆，推广秸秆直接还田技术，提高秸秆综合利用率。

湖南、江西、云南、甘肃、内蒙古、天津主要表现在F2主因子铅、汞、镉和砷上，作为有“有色金属之乡”之称的湖南省，污染情况最严重，对环境污染严重的项目要纳入重点治理范畴。垃圾填埋场要选址科学，机械设备齐全，填埋规范，不合理的地方要及时改善。财政上寻求中央的支持。要加大监测力度，遏制新的污染源，避免污染扩大化。在重点排污口一旦发现某一时段排污严重超标时，立即排查源头工厂，对工厂的排污设备及排污措施进行突击调查，若有问题则给予警告，对于警告置之不理的要加大惩治力度。遵循“可一可二不可再三”的原则，该关闭的就关闭；在警告之后排污明显改善的，要给予奖励，并将措施公布出来，让其他工厂参考。

山西、黑龙江、辽宁在F3主因子六价铬、总铬上得分比较高，总铬与六价铬具有很高的毒性，有很大危害，因此对总铬与六价铬的处理很有必要。这些污染主要来源于冶金、化工、矿物工程、电镀、制铬、颜料、制药、轻工纺织、铬盐及铬化物的生产等一系列行业。除了可以用化学法对它们处理外，还可以控制污染源。严格控制含铬废水的排放，严禁排放超标的含铬废水，在这方面需要相关部门的配合。

陕西、江西、安徽、湖北、吉林、河北、新疆主要偏重于F4主因子石油类和挥发酚。这些地区的老工业企业比较多，废水中的污染物有一定程度的积累，再加上资源利用不合理和水土流失，给治理带来很大的困难。在治理水污染的时候有一个重要的前提是建立水资源的保护措施，在保护的基础上，对污染的水资源进行相关的治理，控制水污染的排放，对排放的废水进行严格的标准考评，不符合排放标准的单位要限期治理。

广西、贵州、北京、海南、西藏、青海、重庆、宁夏、上海这些地区在每个因子上排名都比较靠后，从最近几年的聚类分析结果也可以看出这几个地区一直都在第一类，因此其他省份可以借鉴这些省份的水质保持方法以及水污染治理方法。黑龙江、内蒙古、福建、江西和湖北等地，最近几年有明显的改善，污染源相近的地区 可以借鉴他们的治理方法，吉林、陕西、山西、山东等地不仅没有改善，反而出现更加严重的趋势，需要查找原因，制订改善计划。

在中共十九大报告中，习总书记提出了建设美丽家乡的概念。环境问题的改善和解决是建设美丽家乡必不可少的前提，环境问题中水污染是我国目前面临的比较严重的问题之一。从上文的治理方法上来看，加强水资源的质量监管和水污染的治理，应当采取预防为主防治结合的原则，相比之前的先污染后治理、预防为主防范结合的方法，可有效降低治污成本。通过宣传教育，建立污水、废水处理厂，对高污染排放企业进行整改甚至关闭，对于已经出现的污染，可以采取化学方法进行相关治理。相关部门也应该积极配合，水环境污染的监控体系必须完善，对严重污染水资源的污染者要严惩重罚[8]。综上，对废水的治理必须采取“防、治、管”相结合的原则，从源头进行治理，从根本上解决水污染问题。