地下水导则I类建设项目工作等级分级表探析

2013-01-04张磊，王军

成都工业学院学报 2013年2期

张磊，王军

(1.成都工业学院工商管理系，成都 610031;2.成都工业职业技术学校土木系，成都 610081)

环境保护部《环境影响评价技术导则——地下水环境》(HJ 610—2011)(以下简称《导则》)于2011年6月1日起正式实施。这为涉及地下水的评价工作规范化提供了技术依据，同时也对地下水环境保护和污染防治工作提供了法规依据。

根据I类建设项目对地下水环境影响程度与范围的大小，将地下水环境影响评价工作分为1～3级。评价工作等级的不同使得在环评过程中对于评价的技术要求、影响预测、影响评价、保护措施与对策等诸方面均提出不同的要求。为从根本上把握I类建设项目地下水评价工作等级，探索工作等级分级5项指标的层次关系和分级的合理性，本文从数据分析的角度入手，试图揭示其中的规律性，并为实际的地下水环评等级确定提供参考性意见。

I类建设项目地下水工作等级划分，在《导则》中是以判断表的形式表达。其特点是结构紧凑，使用方便，环评工作者根据5项指标的取值便可迅速查询结果。但《导则》中并未明确给出5项指标之间的层次关系，仅靠指标在分级表的左右位置来断定其作用的大小其依据是不充分的。为此需要将分级表中已被压缩的信息还原出来，并找到合适的角度来展现，帮助我们认识其中的规律。

1 研究方法

1.1 思路

观察《导则》中给出的I类建设项目地下水工作等级分级表，不论5项指标的取值如何变化，其组合最终得出一确定的级别值。按照物以类聚的原理，通过构造五指标交叉点的空间结构，调整指标的不同组合，搜寻聚类效果最显著的图形，以期找到5项指标的内在规律，并可进一步用于判断分级的合理性。

1.2 分析维度的降低

5项指标共同决定工作等级的值，相当于要用5个维度来描画分级结果，显然直接用这样的高维度是无法获得直观可解释的结果的。参考两维图论聚类法［2］，通过划分视野和指标组合的方式来降低维度。也就是说为降低分析的难度，得出便于理解的最终结果，可采用二维交叉表的形式来描述分析过程与结果，将已经压缩的信息还原出来。为此，需要有2个步骤来降低分析的维度:1)在5项指标中选择一个恰当的指标作为顶层变量;2)利用剩余的4项指标进行合理组合，构造二维复合变量，构造如图1所示的原理模型。①为顶层变量，②③为纵横坐标复合变量，④为工作等级分级值区。以顶层变量为前提的，②③复合变量交叉决定的结果④。以结果④的聚类效果作为判别①②③是否选择得当的依据。

图1 将《导则》中工作等级分级表转化为二维交叉表的原理模型

通过降维处理，原5个维度的分级表现转变为二维交叉表，通过该交叉表进行下一步的分析。

图2 将《导则》中工作等级分级表转化为二维交叉表的实际模型

1.3 交叉表的构造

每个项指标均有3个取值，将工作等级分级表转换为二维交叉表的一个完整的组合应当如图2所示。图中的情形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示3种情形。一个完整的组合称为一种方案，一种方案包括3种情形。降维后剩余的4项指标进行组合，可以进行2×2组合或1×3(3×1可以视为1×3的转置)组合，填充②③所示位置构建交叉表。

方案遵从如下约定:1)在X轴方向上各指标取值的排列顺序依照从不利情况至有利情况的等级自左向右排列;在Y轴方向上各指标的排列顺序依照从不利情况至有利情况的等级自上向下排列。2)方案的说明格式采用:顶层指标/(X轴向主指标|X轴向明细指标)/(Y轴向主指标|Y轴向明细指标)，其中(X轴向主指标|X轴向明细指标)即为X轴向组合变量，(Y轴向主指标|Y轴向明细指标)即为Y轴向组合变量。

2 结果与分析

2.1 图形直观聚类分析

在120种方案图形中撷取2个方案举例说明。

图3 污水水质复杂程度/(含水层易污染特征|地下水环境敏感程度)/(包气带防污性能|污水排放量)组合方案

图3是聚类效果不理想的情况。结果④区域中的一、二、三代表5个指标所确定的评价工作等级值，其中的二级被涂以较深的颜色。从顶层指标可以看到情形Ⅰ是“复杂”;情形Ⅱ是“中等”;情形Ⅲ是“简单”。3种情形表现出相同的特点，即:3个等级的取值排列都毫无聚类的特征，3个级别值相互交错，相同值单元格之间不连通，级与级之间界限不明确。从这样的结果可以断定5项指标的排列方案是不恰当的，应当予以舍弃。

图4是聚类效果不理想的情况。从顶层指标可以看到情形Ⅰ是“易”;情形Ⅱ是“中”;情形Ⅲ是“不易”。3种情形表现出相同的特点，与图3相似，亦断定5项指标的排列方案是不恰当的，舍弃。

通过对120种方案逐一观察，将聚类良好，即图形中一、二、三级各级评价值集中度好，级间界限分明，同级单元格之间构成连通或经微调后可以构成连通的图形筛选出来，进行深入分析。下面列出从120种方案中筛选出来进行深入分析的方案，共计14种，如表1所示。

注意到上述编号分别为奇数与偶数的方案存在着互为转置的关系，它们之间的关系是等效的。在后续深入分析中我们仅需要考虑真正独立的7种方案。

图4 含水层易污染特征/(污水水质复杂程度|地下水环境敏感程度)/(包气带防污性能|污水排放量)组合方案

2.2 等级相关性分析

从聚类良好的7种方案中可知所有的情形在“二级”聚类表现出线性相关的特征。统计学中为了清楚地看清2个变量之间的规律，通常采用“散点图”的方式将2个变量在平面直角坐标系中用点表示出来［3，5］。此外统计学在研究两个变量之间的相关关系主要是进行相关分析，即通过引入一定的统计指标来量化变量之间相关的程度，此时两个变量的地位是对等的，没有方向上的差异。相关系数就是这样一个指标［3］。

为证实工作等级为“二级”的聚类是否属于线性相关，将每方案的3种情形各自构筑坐标系，即以每种情形的左下角为原点，单元格为步长，左下角单元格坐标为(1，1)，右上角单元格为(9，9)其余以此类推。

表1 从120种方案中筛选出来进行深入分析的14种方案

表2 选取编号为奇数的方案并计算相关系数同时给出显著性的P值检验

注意到X、Y轴变量类型均属于定序变量，其相关性分析须采用等级相关分析。在此，利用SAS统计软件进行斯皮尔曼等级相关分析，求出其相关系数并进行显著性检验［4］。下面所述相关系数是指X轴向组合变量与Y轴向组合变量之间的相关系数。

选取以上编号为奇数的方案并计算相关系数同时给出显著性的P值检验如表2所示。根据以上计算来排序各情形的相关系数，结果如下(以序号表示):

情形Ⅰ:(7)=(9)＞(5)=(3)＞(1)＞(11)＞(13)

情形Ⅱ:(7)=(9)＞(5)＞(3)＞(11)＞(13)＞(1)

情形Ⅲ:(9)＞(11)＞(5)=(3)＞(7)＞(13)＞(1)

因本研究的基本思想是聚类，方案7、9在情形Ⅰ中全部取值均为“一级”，聚类效果最好，故将其排在首位。

相关系数只能描述2个变量之间的变化方向及密切程度，并不能揭示两者之间的内在本质联系［5］。当2个变量遵从相同变化方向时就会表现出共线的特征，亦即出现较高的相关系数。分级表5项指标之间并无内在联系，但它们都有相同的变化方向，即当指标为不利情形时均倾向“一级”取值，当指标为有利情形时均倾向“三级”取值。正是由于存在这样的规律，选择线性相关特征明显，相关系数最高的方案也是顺理成章的。按照统计学界的惯例［6］，线性相关系数大于0.7为高度相关，上述各方案的相关系数都呈现出高度相关。

另外，以上所有的P值均远小于给定的显著水平0.05，故认为X、Y两轴向的组合变量所求得的斯皮尔曼相关系数是可接受的。

2.3 最终方案及判据调整

方案9在3种情形下均排列首位，最终选取该方案为Ⅰ类建设项目工作等级分级表的解释方案，如图5所示。

图5 地下水环境敏感程度/(包气带防污性能|污水水质复杂程度)/(含水层易污染特征|污水排放量)组合方案

3 讨论

3.1 交叉表的构筑方面

本研究仅考察在顶层变量 +2×2组合变量的情况，通过观察各情形可知，前述分析的各情形是9×9个单元格，在纵横方向上各有9个单元格，这充分拉开了分析的空间得以观察各情形的细部构造。

如考察在顶层变量 +1×3组合变量的情况(顶层变量 +3×1亦是如此)，前述分析的各情形将是3×27个单元格，在纵(或横)方向上仅有3个单元格。这实际上压缩了一个方向上的表达能力，使得图形变得扁平。从《导则》中原始的分级表实际上就是典型的扁平结构，每个情形可视为1×81个单元格，并不适合从研究的角度找出规律。

3.2 方案环评意义上的解释

从环评中确定工作等级的方法来看，一般从3方面入手:建设项目本身对环境施加的影响因子;项目所在地环境制约因素;法律法规规划等约束。根据方案9中5项指标的组合层次，地下水环境敏感程度是法律法规，作为顶层指标是首要考虑因素;包气带防污性能和含水层易污染特征是环境制约因素，作为主指标层次是优先考虑的因素;污水排放量和水质复杂程度是建设项目对环境施加的影响，作为明细层次是最后考虑的因素。5项指标的3个层次划分与工作等级确定的3个层面相吻合。

从预防和减轻不良环境影响提出环保对策和措施的方面来看:地下水环境敏感程度在项目选址确定后基本无法改变;包气带防污性能和含水层易污染特征可以做出一定的改善，但属于治标不治本的办法，因此不适宜作为治理的重点;污水排放量和水质复杂程度是预防的重点，《环境影响评价技术导则——总纲》明确提出用“清污分流、一水多用、节约用水”的原则来控制、削减污水量［7］。在对一、二类污染物取样口的规定上，污染物的排放浓度与排放总量的限制等系列标准方面等都属于标本兼治的方法。这些治理的层次也是与5项指标的3个层次划分相吻合的。