基于“五水共治”的浙江省水安全评价研究*

申开丽 孔 蕾 李倩倩 姜利杰 欧 健

(1.浙江水利水电学院测绘与市政工程学院,浙江 杭州 310018;2.浙江省海洋科学院,浙江 杭州 310012;3.浙江省生态环境科学设计研究院,浙江 杭州 310007)

水资源是人类生存和发展的基础和保障。随着经济的高速发展和城市化进程的快速推进,水资源短缺、水环境污染、水生态破坏、水灾害频发等涉水问题不断凸显,已成为制约社会主义现代化国家建设的基础性、全局性和战略性问题[1]。水安全与经济社会的可持续发展密切相关,是全面建设小康社会过程中亟待解决的重大问题。总体来说,水安全是水资源在社会和经济系统之间的良性互动,是一种“综合涉水资源”状态,不仅包含水质、水量、存在形式及时空分布等自然状态,还包括人的节水意识、水安全感等社会状态[2]。水安全评价方法包括层次分析法、主成分分析法、模糊综合评价法和多目标决策分析等,水安全评价涉及的评价模型包括反向传播(BP)神经网络模型、模糊集相似度模型和压力-状态-响应(PSR)、驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)、驱动力-压力-状态-影响-响应-管理(DPSIRM)等概念模型[3-6]。

浙江省是中国改革开放的先行地,近年来,浙江省在经济快速发展的同时,水安全问题也日趋突出。为解决发展中面临的各类涉水问题,2013年底,浙江省作出“五水共治”决策部署。“五水共治”内容涉及水污染治理、水生态保护、水供给保障、水灾害防治、水资源管理等方面,是在统筹水资源经济、社会和生态属性基础上构建的一个综合性水安全问题解决方案[7]。本研究以“自然-经济-社会”复合系统理论为指导,结合浙江省的治水实践,通过DPSIRM框架体系构建基于“五水共治”的水安全评价指标体系,探索浙江省水安全状态的动态演变趋势,诊断影响水安全的主要因素,以期为浙江省水安全的持续提升提供科学依据。

1 研究区域概况

浙江省位于中国东南沿海,长江三角洲南翼,是全国面积较小的省份之一。随着经济社会的快速发展,浙江省在水安全方面面临一系列问题和风险。水污染方面,2013年,全省有27个省控地表水断面为《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)劣Ⅴ类水质,32.6%的断面达不到功能区要求,八大水系均存在不同程度的污染;水资源方面,2020年全省人均水资源量仅为1 589.96 m3,属于中度缺水地区;水供给方面,涉水污染引发的信访案件频发,新安江苯酚泄漏、苕溪水质异常、杭州自来水异味等事件在不同程度上危害了饮用水供给安全;水灾害方面,强台风袭击引发严重洪涝灾害给人民群众的生命财产安全造成巨大影响。为应对各种水安全问题,2013年起,浙江省开始推行“五水共治”,制定了治水“三步走”的战略目标和“三五七”时间表[8],梯次完成了“清三河”“剿灭劣Ⅴ类水”“美丽河湖”等工作。

2 研究方法与数据处理

2.1 水安全指标体系构建

本研究在“五水共治”背景下,以DPSIRM框架体系为基础,构建浙江省水安全评价指标体系。DPSIRM模型是在欧洲环境署PSR、DPSIR模型基础上发展而来的框架体系,该体系在构成上增加了“管理”子系统,能够在有效捕捉社会、经济、生态环境耦合关系的同时,将评价结果链接到相关政策,被广泛运用于人类与环境系统相关作用过程的评价[9-12]。模型构建中选择DPSIRM框架体系主要考虑两方面因素:一是DPSIRM框架体系能够系统分析水安全体系中各要素间的相互作用及其对水安全的影响,客观揭示水安全状况;二是体系中的“管理”子系统,能从管理视角审视政府相关管控措施对水安全状态的影响,客观反映政府水系统管理和调控的成效。

构建指标体系后,采用熵权法计算各指标的信息熵和权重。具体算法参考文献[13]。采用综合指数评价法,利用标准化后的指标值和权重计算水安全指数。基于“五水共治”的浙江省水安全评价指标体系及各指标权重见表1。

指标体系的6个子系统中,驱动力子系统是导致水安全发生改变、产生影响的主要和潜在原因,反映各种因素对水安全的推动。其中,人口驱动主要反映区域人口承载情况,经济驱动主要反映区域经济结构和区域经济发展状况,社会驱动主要反映社会发展对水安全演变的推动;压力子系统是造成水安全状态改变的直接原因,主要反映驱动力作用下人类活动对水安全负荷的胁迫,8项指标分别反映人类活动、工农业生产、自然和气候变化对水环境质量、水资源供给和防洪排涝的压力;状态子系统主要反映驱动力和压力共同作用下水安全的实际情况,选取指标分别反映了水环境质量状况、防涝抗旱的保障情况、区域供水资源保障情况和工农业生产的节水状况;影响子系统是对状态效应的具体度量,主要反映水安全状态改变引发的经济社会和自然环境变化,8项指标分别反映对水质安全、人民生命财产安全和用水安全的影响;响应子系统主要反映为维护良好水安全状态所采取的对策和措施,选取指标分别反映了对污染控制采取的行动力度、防治洪涝灾害的能力、供水安全保障情况和水资源节约程度;管理子系统主要反映为稳定和改善水安全状态,政府部门主动投入的力量。

2.2 障碍度诊断模型

在水安全评价的基础上,运用障碍度模型分析影响水安全的主要障碍因子并测算其障碍度。具体计算方式参考文献[14]。

2.3 水安全等级划分

参考相关研究[15-16],结合浙江省水安全实际情况,采用等距法将浙江省水安全状态划分为4个等级,具体见表2。

表2 水安全评价等级Table 2 Grading of water security

2.4 数据来源与处理

水资源相关数据主要来源于各年中国环境统计年鉴、浙江省自然资源与环境统计年鉴、浙江省水资源公报;社会经济发展相关数据主要来源于各年中国统计年鉴、浙江统计年鉴、城市建筑统计年鉴、浙江省国民经济与社会发展统计公报。

3 结果与分析

3.1 水安全演变情况

2006—2020 年浙江省水安全评价结果见表3。研究时段内,浙江省水安全指数呈逐年上升趋势(平均增长率为8.5%),水安全等级涵盖Ⅰ～Ⅳ级,水安全状态完成了从不安全、临界安全、基本安全到安全的等级转变。依据水安全指数计算数据和水安全等级评价结果,结合浙江省治水工作实际,将研究时段内浙江省水安全状态变化趋势划分为3个阶段。

表3 2006—2020 年浙江省水安全评价结果Table 3 Grading results of water security in Zhejiang Province from 2006 to 2020

第一阶段(2006—2007年)水安全指数缓慢上升,水安全等级为Ⅰ级和Ⅱ级,处于不安全状态和临界安全状态。“十一五”初期,浙江省经济结构、经济增长方式等方面问题突出,规模以上工业增加值中,重污染、高耗能的重工业占比较高,水环境污染严重。2006年,地表水环境功能区水质达标率、地表水Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例、集中式饮用水源地水质达标率均处于研究时段内最低值,而劣Ⅴ类水质断面比例则最高。粗放型的生产、生活方式导致用水量不断增加,水环境污染面临巨大压力。与此同时,工业用水重复利用率、城市污水处理率、市政公用设施建设投资等措施性指标值较小,导致2006年的水安全指数仅为0.245,处于研究时段的最低值。为控制环境污染和生态破坏趋势,2005—2007年,浙江省开展了为期3年的“811”环境污染整治行动,但经济结构性问题导致的水环境污染在短期内无法得到根本改变,故而这一时期水安全指数虽有提升但幅度较小。

第二阶段(2008—2013年)水安全指数平稳上升,水安全等级为Ⅱ级,处于临界安全状态。2008年起,通过流域治理和总量减排措施,水环境严重污染现象得到缓解,劣Ⅴ类水质断面比例比2007年降低了12.9百分点。随着“水资源保障百亿工程”和“千万农民饮用水工程”的推进,水库库容在2013年扩增到443.71亿m3,总供水量达到2006年的1.1倍,解决了1 300余万农村人口的饮水安全问题。但此阶段洪涝台旱灾害突出,造成的直接经济损失达到691.37亿元,是研究时段内经济损失最多的阶段。这一阶段,虽有自然灾害的不利影响,但在政府的多措并举下,水安全指数保持逐步提升。

第三阶段(2014—2020年)水安全指数年均增长率超过8%,是水安全状态快速提升的阶段。与研究时段之初的2006年和“五水共治”开始前的2013年相比,2020年工业废水排放量分别下降50%和39%,城市污水处理率分别上升59%和9%,水污染严重趋势进一步缓解;省控断面Ⅰ～Ⅲ类水质断面比例分别增加125%和48%,从2017年起连续4年无劣Ⅴ类水质断面,水环境质量进一步改善;排水投资分别增长336%和143%,污水处理总能力分别上升147%和48%,基础设施建设进一步完善;堤塘长度分别增加57%和12%,除涝面积分别增长15%和12%,防灾减灾能力进一步提升;供水投资分别增长61%和77%,供水管道长度增加210%和84%,供水保障进一步加强;单位GDP用水量分别减少81%和60%,工业用水重复利用率增加76%和8%,水资源利用效率进一步提高。在“五水共治”的大力推动下,2014—2020年,浙江省的治水投资累计超过5 870亿元,水安全状态得到了持续改善。

3.2 子系统水安全演变分析

各子系统的水安全指数变化情况见图1。2020年,各子系统的水安全指数排序为:压力子系统>响应子系统>影响子系统>状态子系统>管理子系统>驱动力子系统。各子系统水安全指数变化趋势各有不同,除驱动力子系统外,基本呈波动上升趋势。与2006年相比,2020年浙江省常住人口增加了1 313万人,建成区面积增加了81%,人口增加和城市化进程推进增加了水环境保护和水资源供给压力,对水安全造成了不利影响,这是驱动力子系统水安全指数有所降低的原因。其他子系统中,响应子系统呈逐年增加趋势,这也是浙江省多轮“811”治理以及生态省创建的成果体现;压力、状态、影响和管理4个子系统的水安全指数总体呈波动上升趋势,其中,状态、影响和管理子系统的水安全指数仍处于相对较低水平,特别是管理子系统的水安全指数只有0.092(2020年),还有较大的提升空间。

图1 2006—2020 年子系统水安全指数变化情况Fig.1 Variation of water security index of subsystem from 2006 to 2020

3.3 水安全障碍度诊断

3.3.1 准则层障碍因子诊断情况分析

为明确浙江省水安全水平提升的主要制约因素,采用障碍度诊断模型计算2006—2020年阻碍浙江省水安全的主要障碍因子及其障碍度,结果如图2所示。总体来看,驱动力、状态和管理子系统障碍度呈波动上升趋势,压力、影响和响应子系统则呈波动下降态势。2006—2013年,障碍度排名前2位的压力和响应子系统是制约水安全的主要障碍因子;2014年开始,状态子系统障碍度在各子系统中的排名开始提升,2016—2020年,状态和驱动力子系统的障碍度均值分别达到28.72%和25.56%,取代压力和响应子系统成为最大障碍因子;影响子系统在多数年份为障碍度数值最小的子系统。

图2 2006—2020年各子系统障碍度Fig.2 Obstacle degree of each subsystem in water security from 2006 to 2020

3.3.2 指标层障碍因子诊断情况分析

按照障碍度大小进行指标排序,结果见表4。为便于观察、突出主要因素,表4仅列出障碍度排在前5位的障碍因子。从绝对次数来说,研究时段内出现次数最多的障碍因子是C41、C42、C11、C33和C12,分别出现了13、11、9、9、8次。

表4 2006—2020 年浙江省水安全主要障碍因子及障碍度Table 4 Mainly obstacle index and obstacle degree of water security in Zhejiang Province

分时段看,2006—2014年,排名前5的障碍因子主要集中在压力、响应和管理子系统,除个别年份第5位排序略有变化外,C11、C12、C33、C41和C42是此阶段影响浙江省水安全的主要因素。2006—2014年是浙江省经济迅速发展的时段,水资源的需求量迅速增长,给水资源和水供给造成较大压力。为解决用水问题,政府在这一时段不断增加供水和市政基础设施投资,但投资增长速度跟不上用水需求,导致相关指标成为水安全指数提升的主要障碍因子。

2015—2020年,排序前5位出现次数最多的障碍因子是C5、C6、C22和C41,出现次数均为4次。2015年,主要障碍因子中开始出现状态子系统指标。2016年,C5首次出现在排名前5的障碍因子中,这也是驱动力子系统首次有指标成为主要障碍因子。此后,排名前5的障碍因子中每年都有驱动力类指标,到2019年,排名前5位的障碍因子中有4个指标属于驱动力和状态子系统。这说明经济社会发展和城市化进程对水安全的影响逐渐显现,C22在此阶段多次出现,表明在水资源利用效率方面还有较大提升空间。总体上看,随着各种水环境治理行动的推进,压力、影响和响应子系统对水安全的阻碍程度不断降低,状态和驱动力子系统的障碍度不断上升,这与准则层的障碍因子诊断结果基本一致。

4 结论与建议

(1) 浙江省的水安全指数由2006年的0.245增至2020年的0.768,平均增长率为8.5%,水安全状态整体呈逐年上升趋势。

(2) 准则层计算结果表明,各子系统水安全指数演变趋势各不相同,除驱动力子系统外,基本呈波动上升趋势。2020年,各子系统的水安全指数排序为:压力子系统>响应子系统>影响子系统>状态子系统>管理子系统>驱动力子系统。在今后的治水工作中,建议在持续关注水污染防治基础上,增加对水资源合理利用的关注度,通过提高水资源利用效率,不断降低工农业和生活用水量,促进平均水资源利用率等指标的提升。随着“五水共治”工程治水的不断投入,管理子系统水安全指数有了一定提升,但工业废水治理投资和供水投资呈现先增加后下降的趋势。多年来,政府为各类基础设施建设投入了大量资金,但政府的资金毕竟有限,各类涉水投资难以持续增加,建议通过绩效评价不断提升资金使用效率,通过管理手段提升水安全水平。

(3) 障碍度诊断结果表明,准则层和指标层的障碍度均呈现阶段性变化特征。2006—2013年,障碍度排在前2的是压力和响应子系统,是水安全的主要制约因素;2014年后,状态子系统障碍度排名开始提升;2016—2020年,状态子系统和驱动力子系统的障碍度均值分别达到28.72%和25.56%,明显高于其他子系统,成为制约水安全的最大障碍因子。指标层方面,2006—2014年,指标层障碍度出现次数最多的前5位指标主要集中在压力、响应和管理子系统,分别是C11、C12、C33、C41和C42;2015—2020年,排序前5位出现次数最多的障碍因子是C5、C6、C22和C41,这一结果基本与准则层诊断结果对应,随着治水工作的推进,压力、影响和响应子系统对水安全的阻碍程度不断降低,驱动力、状态子系统的障碍度不断上升。