朱 萍

（南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，南京 210046）

一、問題的提出

我國雖然地大物博，但是水資源卻很短缺，據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國擁有世界21%的人口，而水資源卻只有全部總量的6%。水是生命之源，可是最近幾年我國高頻率地發(fā)生重大環(huán)境污染事件，其中占據(jù)最大比例的就是水污染事故，平均每年發(fā)生近1700起，占比達(dá)到50%左右。2015年，水資源公報(bào)中一項(xiàng)調(diào)查顯示，在中國北方6區(qū)2014年水資源總量為4658.5億立方米，在全國水資源總量中占17.08%，而南方4區(qū)2014年水資源總量為22608.4億立方米，是全國水資源總量的82.92%（見表1）。按污染程度由輕到重可以將水體分為I至V類。2014年第10周，全國主要水系131個(gè)重點(diǎn)斷面水質(zhì)自動監(jiān)測站對8項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明：I～I(xiàn)II類水質(zhì)的斷面有97個(gè)，約為監(jiān)測總體的77%；IV類水質(zhì)的斷面為14個(gè)，占監(jiān)測總體的11%；V類水質(zhì)的斷面為4個(gè)，占監(jiān)測總體的3%；劣V類水質(zhì)的斷面為12個(gè)，比重相對來說不理想，占9%。2005年8月，習(xí)近平同志在浙江安吉余村首次提出“綠水青山就是金山銀山”的概念。黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央把生態(tài)文明建設(shè)作為治國理政的重要內(nèi)容，因此如何保護(hù)水環(huán)境，以及如何治理水污染成為近幾年的重要課題。

表1 2014年各水資源一級區(qū)水資源量（單位：億立方米）

二、研究的現(xiàn)狀

近年來國內(nèi)外學(xué)者針對廢水污染進(jìn)行了大量的研究。于美霞等人在2009年運(yùn)用主成分分析與模糊聚類分析定量化地研究了我國各省區(qū)環(huán)境質(zhì)量的變化與差異，給出了各省市2001與2005年環(huán)境污染水平的排序，并分析了各省市區(qū)環(huán)境質(zhì)量變化的主要影響因素，以期為各地區(qū)及全國的環(huán)境管理和規(guī)劃、環(huán)境工程、環(huán)境污染綜合防治與決策、環(huán)境保護(hù)政策的制定等提供科學(xué)依據(jù)[1]。鄒永福等人在2009年運(yùn)用因子分析、相關(guān)分析與聚類分析法對長江沿線17個(gè)觀測站的水質(zhì)進(jìn)行分析，對全國各地的水污染治理提出了建議，給多元統(tǒng)計(jì)分析提供了參考[2]。盧敦等人在2010年運(yùn)用因子分析與聚類分析對天津港的水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，結(jié)合天津港南部海域的生態(tài)和水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用SAS統(tǒng)計(jì)分析軟件，首先以富營養(yǎng)化海域的生態(tài)群落指標(biāo)作為聚類指標(biāo)，對各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行聚類分析，按照生態(tài)群落效應(yīng)各監(jiān)測點(diǎn)分為三類；然后分別對三類監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)進(jìn)行因子分析，識別導(dǎo)致各類水質(zhì)富氧化的主要環(huán)境因子，并確定污染的來源[3]。馬榮等人在2011年運(yùn)用因子分析法對河南地下水污染進(jìn)行分析，并依據(jù)不同的污染源提出不同的防治措施[4]。易瑾超等人在2015年通過聚類分析對我國分地區(qū)的能源消費(fèi)進(jìn)行研究，得知消費(fèi)傾向與環(huán)境污染程度呈負(fù)相關(guān)[5]。本文擬在學(xué)者們研究的基礎(chǔ)上，將2013—2015年的數(shù)據(jù)與2016年的數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析和聚類分析，以得出我國廢水治理需要遵循的原則，旨在從源頭進(jìn)行治理。

三、前期處理——因子分析

因子分析的一個(gè)重要前提就是所研究的眾多因子之間需要存在相關(guān)性，然后通過協(xié)方差矩陣或相關(guān)矩陣對其內(nèi)部的相關(guān)性進(jìn)行具體的分析，從中找出它們之間的聯(lián)系，并將相同性質(zhì)的因子歸為一類，提取出公因子。因此，每個(gè)公因子可以代表其所包括的其他因子的基本特征。

本文主要依據(jù)2017年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》的數(shù)據(jù)，采取化學(xué)需氧量（X1）、氨氮（X2）、總氮（X3）、總磷（X4）、石油類（X5）、揮發(fā)酚（X6）、鉛（X7）、汞（X8）、鎘（X9）、六價(jià)鉻（X10）、總鉻（X11）、砷（X12）12個(gè)主要反映水環(huán)境污染的指標(biāo)作為原始變量[6]，利用統(tǒng)計(jì)軟件spss22.0對這些指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，最后得到4個(gè)公因子。第1個(gè)公因子更能代表化學(xué)需氧量（X1）、氨氮（X2）、總氮（X3）、總磷（X4）這幾個(gè)變量，可以解釋為營養(yǎng)類因子；第2個(gè)公因子則更適合代表鉛（X7）、汞（X8）、鎘（X9）和砷（X12）4個(gè)變量，可以解釋為重金屬類因子；第3公因子則較好地代表了六價(jià)鉻（X10）與總鉻（X11）兩個(gè)變量，可以解釋為鉻類因子；第4公因子則代表X5（石油類）和X6（揮發(fā)酚）變量，可以解釋為石油揮發(fā)類因子。下面分別用F1、F2、F3、F4來表示這4個(gè)主要公因子，整理出我國31個(gè)省份（不包括港澳臺）水污染因子得分和排名（見表2）。

由表2可以看出，化學(xué)需氧量（X1）、氨氮（X2）、總氮（X3）、總磷（X4）的排放在前 4位的省份分別是廣東、江蘇、浙江、山東，這些水污染指標(biāo)的主要來源是農(nóng)業(yè)水污染。其中農(nóng)藥與化肥所造成的污染比較嚴(yán)重，這些被污染的水又會造成藻類和其他水生物的異常生殖，這樣又會引起水體透明度和溶解氧的變化，從而導(dǎo)致水質(zhì)進(jìn)一步惡化。六價(jià)鉻與總鉻的排放主要存在于制藥企業(yè)、食品企業(yè)、化工企業(yè)、漂染企業(yè)、造紙企業(yè)、鋁材加工企業(yè)、重金屬排放企業(yè)。在鉛（X7）、汞（X8）、鎘（X9）和砷（X12）的排放中湖南最為嚴(yán)重。作為“有色金屬之鄉(xiāng)”的湖南，采選、冶煉、化工等企業(yè)多分布于湘江流域，重金屬污染由此而來，而且湘江和湘江流域重金屬的污染越來越嚴(yán)重。六價(jià)鉻（X10）與總鉻（X11）的排放在前4位的省份分別是山西、湖南、黑龍江、山東。石油類（X5）和揮發(fā)酚（X6）的排放情況中，陜西的排名最高，污染最嚴(yán)重。陜西礦產(chǎn)資源豐富，與之相關(guān)的化工及相關(guān)產(chǎn)業(yè)很多，經(jīng)加工生產(chǎn)進(jìn)一步生產(chǎn)出石油類、酚等有機(jī)物，加之沒有良好的環(huán)保措施，因此造成了相當(dāng)大的污染。

表2 2016年我國31個(gè)省份水污染因子得分及排名

四、系統(tǒng)聚類分析

（一）系統(tǒng)聚類分析的基本思想

系統(tǒng)聚類的基本思想是在樣本之間定義距離，在變量之間定義相似系數(shù)，距離或相似系數(shù)代表樣本或變量間的相似程度。按照相似程度的大小，將樣本（或變量）依次分類，關(guān)系越密切越先參與到并類中，關(guān)系越疏遠(yuǎn)越后參與到并類過程中，此過程一直進(jìn)行下去，一直到所有樣本（或變量）都并到合適的類中，形成一個(gè)可以表示親疏關(guān)系的譜系圖，根據(jù)這個(gè)譜系圖對樣本（或變量）進(jìn)行分類[7]。為了能夠更加直接地觀察分析的結(jié)果，對F1、F2、F3、F4這4個(gè)主要因子再進(jìn)行一次聚類分析，得到樣本間的相似性。

（二）實(shí)證分析

1.數(shù)據(jù)處理。從表3中可以看出，觀測數(shù)為31個(gè)，沒有缺失值，采用平方Euclidean距離度量樣本間的相似性，聚類方法為Ward連接法。

表3 觀察值處理摘要

2.聚類結(jié)果。將2016年的廢水污染物進(jìn)行五類聚類，結(jié)果如表4所示。

（三）對比分析結(jié)果

對2013—2015年的數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析和聚類分析，為了保持提取數(shù)據(jù)的完整性，因子分析時(shí)將這3年的數(shù)據(jù)全部提取4個(gè)主因子，而這4個(gè)主因子正好符合前文的4個(gè)主因子定義。對每年的4個(gè)主因子進(jìn)行聚類分析，得到結(jié)果見表5。

表4 2016年廢水污染物聚類分析結(jié)果

將表5與表4進(jìn)行對比分析：第一類中的省份有所增加，其中北京、天津、廣西、重慶、貴州、甘肅、青海、寧夏在水環(huán)境污染控制上一直保持在第一類，做得相當(dāng)好。也有少數(shù)原來比較好的省份進(jìn)入后面幾類，第一類中的吉林、上海、云南、陜西前面一直在第一類中，但是2016年進(jìn)入第二類。第二類中的黑龍江由第二類進(jìn)入第一類，并穩(wěn)步保持；安徽、四川在第一類和第二類中徘徊，基本情況還算穩(wěn)定；河北、遼寧、山東變動比較大，其中山東由第二類進(jìn)入第三類，而且沒有改善的趨勢。第三類中內(nèi)蒙古、新疆有一定的改善，由第三類進(jìn)入第一、二類；江蘇、山西不僅沒有改善，反而更加嚴(yán)重。第四類中福建、江西、湖北有明顯的改善，由第四類進(jìn)入第一類或者第二類；浙江、河南、廣東也有改善，但是改善的幅度沒有那么明顯。第五類中湖南2014—2015年有一定的改善，但是2016年又回到第四類，說明湖南的情況還是比較復(fù)雜的。海南、西藏2013年數(shù)據(jù)缺失，后面幾年一直都在第一類中，說明情況還是很好的。

（四）結(jié)論分析

2011年以來，我國廢水排放總量呈上升趨勢，污水治理需求不斷提升，黨和國家基于對水環(huán)境的深切擔(dān)憂，把加強(qiáng)水污染防范與城鎮(zhèn)污水治理列為“十三五”期間環(huán)境治理的重點(diǎn)內(nèi)容?，F(xiàn)有污水處理廠的提標(biāo)改造以及污水處理廠的新建，應(yīng)該能推動行業(yè)迎來發(fā)展黃金期。2011—2015年，我國工業(yè)廢水排放量逐年下降。本文選取廢水中的12大污染物分析廢水污染情況，以選取的第一變量化學(xué)需氧量為例，得出化學(xué)需氧量趨勢圖。由圖1可以看出，絕大多數(shù)城市廢水中的化學(xué)需氧量從2015年開始出現(xiàn)明顯的下降趨勢。雖然我國現(xiàn)在的廢水污染依然比較嚴(yán)重，廢水中的主要污染物沒有得到改善，但是某些污染物的排放量得到了一定控制，說明我國近幾年的廢水治理還是有成效的。

表5 2013—2015年廢水污染物聚類分析結(jié)果

圖1 2013—2016年31個(gè)省份城市廢水化學(xué)需氧量趨勢

五、改進(jìn)建議

從2016年的數(shù)據(jù)來看，廣東、江蘇、浙江、山東、四川、福建、河南的水污染主要來自F1主因子化學(xué)需氧量（X1）、氨氮（X2）、總氮（X3）、總磷（X4）。這些污染物主要來自化肥、農(nóng)藥的不合理使用以及糞便的不恰當(dāng)清理所帶來的農(nóng)業(yè)污染。每個(gè)方面都需要相對應(yīng)的方法治理。農(nóng)藥方面，首先有關(guān)部門應(yīng)該加強(qiáng)對農(nóng)藥使用的監(jiān)管力度，要規(guī)范用藥，嚴(yán)格規(guī)定用藥的標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)間；其次應(yīng)盡量使用高效、低毒、低殘留的農(nóng)藥；最后農(nóng)藥使用完后要對農(nóng)藥包裝物進(jìn)行處理。化肥方面，大力發(fā)展有機(jī)肥、復(fù)合肥以及農(nóng)家肥，不要盲目施肥，要掌握好施肥時(shí)間、次數(shù)和用量。糞便方面，禽畜的糞便應(yīng)及時(shí)清理并集中處理，可在沼氣池中發(fā)酵制成有機(jī)肥料。其他方面，禁止焚燒秸稈，推廣秸稈直接還田技術(shù)，提高秸稈綜合利用率。

湖南、江西、云南、甘肅、內(nèi)蒙古、天津主要表現(xiàn)在F2主因子鉛、汞、鎘和砷上，作為有“有色金屬之鄉(xiāng)”之稱的湖南省，污染情況最嚴(yán)重，對環(huán)境污染嚴(yán)重的項(xiàng)目要納入重點(diǎn)治理范疇。垃圾填埋場要選址科學(xué)，機(jī)械設(shè)備齊全，填埋規(guī)范，不合理的地方要及時(shí)改善。財(cái)政上尋求中央的支持。要加大監(jiān)測力度，遏制新的污染源，避免污染擴(kuò)大化。在重點(diǎn)排污口一旦發(fā)現(xiàn)某一時(shí)段排污嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)，立即排查源頭工廠，對工廠的排污設(shè)備及排污措施進(jìn)行突擊調(diào)查，若有問題則給予警告，對于警告置之不理的要加大懲治力度。遵循“可一可二不可再三”的原則，該關(guān)閉的就關(guān)閉；在警告之后排污明顯改善的，要給予獎勵，并將措施公布出來，讓其他工廠參考。

山西、黑龍江、遼寧在F3主因子六價(jià)鉻、總鉻上得分比較高，總鉻與六價(jià)鉻具有很高的毒性，有很大危害，因此對總鉻與六價(jià)鉻的處理很有必要。這些污染主要來源于冶金、化工、礦物工程、電鍍、制鉻、顏料、制藥、輕工紡織、鉻鹽及鉻化物的生產(chǎn)等一系列行業(yè)。除了可以用化學(xué)法對它們處理外，還可以控制污染源。嚴(yán)格控制含鉻廢水的排放，嚴(yán)禁排放超標(biāo)的含鉻廢水，在這方面需要相關(guān)部門的配合。

陜西、江西、安徽、湖北、吉林、河北、新疆主要偏重于F4主因子石油類和揮發(fā)酚。這些地區(qū)的老工業(yè)企業(yè)比較多，廢水中的污染物有一定程度的積累，再加上資源利用不合理和水土流失，給治理帶來很大的困難。在治理水污染的時(shí)候有一個(gè)重要的前提是建立水資源的保護(hù)措施，在保護(hù)的基礎(chǔ)上，對污染的水資源進(jìn)行相關(guān)的治理，控制水污染的排放，對排放的廢水進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)考評，不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的單位要限期治理。

廣西、貴州、北京、海南、西藏、青海、重慶、寧夏、上海這些地區(qū)在每個(gè)因子上排名都比較靠后，從最近幾年的聚類分析結(jié)果也可以看出這幾個(gè)地區(qū)一直都在第一類，因此其他省份可以借鑒這些省份的水質(zhì)保持方法以及水污染治理方法。黑龍江、內(nèi)蒙古、福建、江西和湖北等地，最近幾年有明顯的改善，污染源相近的地區(qū) 可以借鑒他們的治理方法，吉林、陜西、山西、山東等地不僅沒有改善，反而出現(xiàn)更加嚴(yán)重的趨勢，需要查找原因，制訂改善計(jì)劃。

在中共十九大報(bào)告中，習(xí)總書記提出了建設(shè)美麗家鄉(xiāng)的概念。環(huán)境問題的改善和解決是建設(shè)美麗家鄉(xiāng)必不可少的前提，環(huán)境問題中水污染是我國目前面臨的比較嚴(yán)重的問題之一。從上文的治理方法上來看，加強(qiáng)水資源的質(zhì)量監(jiān)管和水污染的治理，應(yīng)當(dāng)采取預(yù)防為主防治結(jié)合的原則，相比之前的先污染后治理、預(yù)防為主防范結(jié)合的方法，可有效降低治污成本。通過宣傳教育，建立污水、廢水處理廠，對高污染排放企業(yè)進(jìn)行整改甚至關(guān)閉，對于已經(jīng)出現(xiàn)的污染，可以采取化學(xué)方法進(jìn)行相關(guān)治理。相關(guān)部門也應(yīng)該積極配合，水環(huán)境污染的監(jiān)控體系必須完善，對嚴(yán)重污染水資源的污染者要嚴(yán)懲重罰[8]。綜上，對廢水的治理必須采取“防、治、管”相結(jié)合的原則，從源頭進(jìn)行治理，從根本上解決水污染問題。