水环境敏感度分析模型在太子河流域中的应用

2021-06-01李晓娜

水利技术监督 2021年5期

李晓娜

(营口市水利勘测建筑设计院有限公司，辽宁营口 115000)

太子河属于浑河的重要支流，近些年来随着流域社会经济的快速发展，太子河流的水环境状况不容乐观[1]。多个研究成果表明[2-6]，太子河流水环境得到一定程度的改善，但是总体水质质量还是存在递减变化。为加大太子河流域的水环境保护，需要对流域水环境影响因素进行分析，确定主要敏感因素，重点对敏感因素进行分析和探讨，从而提高流域的水环境质量[7]。近些年来，对于水环境影响因素敏感性分析逐步得到国内学者的广泛关注和研究，取得一定的研究成果[8-15]，其中环境库兹涅兹曲线通过多要素分析水环境影响因素的敏感程度，在许多区域水环境影响因素敏感度分析中应用效果较好，但是在太子河流域还未得到相关应用，为此文章结合环境库兹涅兹曲线，对太子河流域水环境影响因素的敏感度进行分析，研究成果对于制定太子河流域水环境保护规划具有参考意义。

1 水环境敏感度分析模型

废水排污量(C)，区域经济收入(Y)与水资源耗水量(E)按照环境库兹涅兹曲线假定存在一定的相关性，其回归方程为

C=a0+a1Y+a2Y+a3E+ε

(1)

式中，a0，a1，a2，a3—回归系数；ε—回归方程误差。

区域水环境受社会发展水平综合影响，环境库兹涅兹曲线假定废水排污量作为社会发展水平HDI，即

C=a0+a1Y+a2Y2+a3E+a4·MAN+a5·HDI+ε

(2)

式中，MAN—生产附加值；HDI—社会发展水平系数。

面板单位根检验采用简单计量经济方法进行检验，即

(3)

式中，Wi，t—变换向量；ΔX—统计变量；i—统计单元数；j—变换单元数目；β—变换系数；ξ—方程误差。在进行单根检验时，需要建立统计检验量：

(4)

式中，σ—方差检验值；w′—变量转化值；N—统计单元总数；A′—变量转换矩阵。回归系数的检验方程为

(5)

式中，r—方程自相关系数；v—回归变量；δ—回归系数。对单根进行协整检验：

(6)

式中，Wit、Xj，it—不同变量的一阶自积。

2 太子河水环境影响因素敏感性分析

2.1 太子河流域概况

太子河流域面积为13493km2，河流长363km，河流平均比降为0.740‰，多年平均年降水量为767.5mm，多年平均年径流深为253.4mm，流域平均宽度为37.2km，河道弯曲系数为1.7，河流形状系数为0.10，河网密度为0.4。流域面积在10km2以下的一级支流有60条，二级支流177条，三级支流106条，四级支流14条；流域面积为10～50km2的河流有285条；流域面积为50～100km2的河流有31条；流域面积为100～1000km2的河流有37条；流域面积为1000～5000km2的河流有4条。

2.2 单根检验结果

对各水环境影响因素进行单根检验，检验结果见表1。

表1 环境库兹涅兹曲线水环境指标影响单根检验结果

从表1可看出，一阶差分格式下IPS平稳假设检验和BRETIUNG无效假设均低于平均检验值，一阶差分格式下的LLG平稳假设检验高于平均检验值，因此环境库兹涅兹曲线的LLG平稳检验值通过单根检验。

2.3 协整检验结果

对太子河流域环境库兹涅兹曲线的变量指标进行协整检验，检验结果见表2。

从表2可看出，各评价指标的协整检验统计结果均高于-3.0，表明各指标均可通过90%的协整检验水平，太子河流各水环境指标的影响度均可通过协整检验，太子河流域水环境指标对流域影响度均较高，协整检验水平相比于传统检验，更能突出流域水环境指标之间的相关性，而水环境影响指标之间的关联度不可被忽略，因此协整检验水平要好于传统检验水平。从两种检验方式的概率分析结果可看出，传统检验水平下维度内和维度间的概率值总体为0.0021～0.0082，概率值均低于0.01；而协整检验水平下，太子河流域各水环境指标之间的概率值要高于传统检验水平下各水环境指标检验值，表明协整检验下各水环境指标具有较好的显著相关度。

表2 太子河流域环境库兹涅兹曲线水环境指标影响协整检验结果

2.4 太子河流域水环境影响敏感度

在各水环境指标检验的基础上，结合环境库兹涅兹曲线对太子河流域各水环境影响指标进行定量分析，分析结果见表3—4。

表3 以废水排污量指标为变量的分析结果

分别以太子河流域废水排污量和宏观经济可持续度作为变量分析各指标对流域水环境质量的综合影响，从两个变量分析的结果可看出，人均GDP与排污量之间的弹性尺度在0.4以下，区域排污率递增0.36%、水资源人均消耗比例以及贸易开放度将递增2%，而排污人均比例将达到2.63%。而将太子河流域宏观经济可持续度作为变量指标进行环境库兹涅兹曲线分析时，指标回归系数为1.352～-2.451，表明在区域排污率增加2%的前提下，社会发展水平以及经济贸易开发度分别增加2%，排污量以及生产附加值比例将分别提高1.053%和0.47%，污水排放量以及排污量的递增比例将超过2%。