基于系統(tǒng)聚類的長江流域水污染突發(fā)事件分類研究

揣小明,周 穎

(河南理工大學 a.安全與應急研究中心;b.應急管理學院,河南 焦作 454000)

1 引言

伴隨著國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展,我國的水污染突發(fā)事件發(fā)生頻次居高不下,水污染成因、污染物類型、損失等不盡相同,因此分類依據(jù)不同,分類結(jié)果也存在顯著差異。大量的國內(nèi)外研究表明,對水污染進行科學合理的分類，有利于對水污染突發(fā)事件的防控。在2011年5月1日起施行的《突發(fā)環(huán)境事件信息報告辦法》中,我國提出了對突發(fā)環(huán)境事件的分級標準,即按照事件的損失和危害對突發(fā)環(huán)境事件進行了分類。

簡爽從水污染途徑的角度出發(fā),將小城鎮(zhèn)污染分為農(nóng)業(yè)型、工業(yè)型、生活型和綜合型4種類型,并分析了相對應的水污染治理途徑[1];劉瑞聆總結(jié)了按照生產(chǎn)方式、污染源分布特征、污染源釋放的有害物質(zhì)等方面分別對水污染突發(fā)事件進行了分類,并據(jù)此提出了完善我國水污染防治法調(diào)整范圍的具體建議[2];吉立等通過統(tǒng)計，分析了我國2011—2015年的水污染突發(fā)事件,將其依據(jù)水污染原因的特殊性和突出性分為8種類型,同時分析了應對典型案例的有效措施[3];高振江根據(jù)農(nóng)村水污染源所在領(lǐng)域的不同、污染的程度不同和污染的區(qū)域不同分別對水污染進行了分類[4]。這些研究成果大多是通過單一因素對水污染突發(fā)事件進行分類,并未綜合考慮水污染的多種影響因素,提出的對策建議也缺乏針對性。

本文選取長江流域2007—2017年典型水污染突發(fā)事件為研究對象,綜合考慮水污染突發(fā)事件的損失強度等級、所在地區(qū)人口、經(jīng)濟發(fā)展的實際情況,采用系統(tǒng)聚類分析的方法對這些水污染進行了分類,得出的分類結(jié)果具有綜合性和科學性,同時針對不同種類的事件提出了水污染防治的具體對策和建議。

2 研究方法與數(shù)據(jù)選取

2.1 長江流域水環(huán)境現(xiàn)狀

根據(jù)統(tǒng)計表明,我國的水污染突發(fā)事件多集中在七大流域,即長江流域、珠江流域、黃河流域、松花江流域、淮河流域、海河流域和遼河流域。而其中長江流域最為龐大,浩蕩的長江干流流經(jīng)青海、西藏、四川、云南、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海等11個省、自治區(qū)和直轄市,加上沿途700余條支流綿延至甘肅、陜西、貴州、河南、浙江、廣西、福建、廣東等8省、自治區(qū),縱貫我國南北,匯集成一片流經(jīng)180余萬km2的廣大地區(qū),占我國國土總面積的18.8%。

通過整理2004—2017年水污染突發(fā)事件的案例可以看出,長江流域是水污染突發(fā)事件的高發(fā)區(qū),也是重特大水污染事件的主要發(fā)生區(qū)域。如2004年四川省沱江“3.20”特大水污染突發(fā)事件,造成的直接經(jīng)濟損失達2.19億元,沱江沿岸100萬人口停水長達26天,水生態(tài)功能遭到嚴重破壞;2007年太湖“藍藻水華”災害突然爆發(fā),造成無錫市全城自來水污染,并引發(fā)各種謠言導致市民產(chǎn)生恐慌情緒;2011年江西省瑞昌市自來水中毒事件,造成上百人產(chǎn)生中毒癥狀;直至2017年,仍有嘉陵江鉈污染重大水污染事件發(fā)生。

從以上提到的長江流域部分水污染突發(fā)事件可以發(fā)現(xiàn),這些水污染突發(fā)事件不僅造成了人員的傷亡和巨大的經(jīng)濟損失,也對社會經(jīng)濟的發(fā)展和社會生活的穩(wěn)定造成了一定影響,對水的生態(tài)功能造成了破壞。

2.2 研究方法

基于長江流域的水環(huán)境現(xiàn)狀,本文主要選取長江流域的水污染突發(fā)事件作為研究對象,選取事件損失強度、人口總量、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、漁業(yè)產(chǎn)值、旅游業(yè)產(chǎn)值等分類指標,利用SPSS19.0軟件中的系統(tǒng)聚類法對我國長江流域水污染突發(fā)事件進行了分類。

2.3 數(shù)據(jù)選取

通過查閱相關(guān)資料和網(wǎng)頁,本文選取20起較為典型的長江流域水污染突發(fā)事件,主要包括嘉陵江廣元段水污染事件、漢江武漢段水污染事件、太湖藍藻水華事件等。除了事件本身的損失強度等級外,考慮到水污染事件對人口和經(jīng)濟發(fā)展的影響,還選取了事件所在地區(qū)與水污染突發(fā)事件息息相關(guān)的6個經(jīng)濟發(fā)展指標和人口指標作為聚類要素,包括農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、漁業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)產(chǎn)值、旅游業(yè)產(chǎn)值和人口總量。

農(nóng)業(yè)和漁業(yè)會受到水污染突發(fā)事件直接影響,農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和漁業(yè)產(chǎn)值能反映出水污染突發(fā)事件對農(nóng)業(yè)漁業(yè)的影響程度;第二產(chǎn)業(yè),尤其工業(yè)是水污染突發(fā)事件的點源污染源。同時,兩者也會受到水污染突發(fā)事件的顯著影響,選取第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值作為分類依據(jù)指標具有重要的科學依據(jù)。

旅游污染與水污染突發(fā)事件也存在一定的關(guān)系,水污染突發(fā)事件的發(fā)生會直接影響周邊旅游業(yè)的發(fā)展。人口迅猛增長會對水體的生態(tài)功能造成嚴重脅迫,人口迅猛增長也是水污染突發(fā)事件重要的承災體,因此選取流域常住人口數(shù)量作為水污染突發(fā)事件分類的重要依據(jù)。

本文選取的這些水污染突發(fā)事件涉及的城市主要包括漢中、隴南、池州、武漢、建始、九江、鎮(zhèn)江、綿陽、泰州、瀏陽、鹽城、雅安、沭陽、無錫、合肥,共15個地區(qū)。通過查閱并記錄這15個城市2007—2016的統(tǒng)計年鑒[5-16]和當?shù)氐膰窠?jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報,統(tǒng)計整理了各個城市2007—2016年10年的人口和經(jīng)濟發(fā)展指標的數(shù)據(jù)變化。通過查詢相關(guān)網(wǎng)頁,結(jié)合突發(fā)環(huán)境事件分級標準,確定了事件的損失強度等級。

2.4 數(shù)據(jù)處理

聚類的對象往往是由多種要素組成的,數(shù)據(jù)往往是不同的元素,有不同的量綱與量級,它們的數(shù)值變化可能性較大,這樣的分類將在一定程度上影響結(jié)果的準確度[17]。因此,在進行聚類分析之前,利用一元線性回歸方法對分類指標進行標準化處理,具體模型為:

y=a+bx

(1)

式中,y為因變量,表示各項指標每年的數(shù)值;x為自變量,表示2007—2016年的年份變化;a,b均為參數(shù),其中b為回歸系數(shù),表示當x每增加1個單位時,y的平均增加數(shù)量,即這10年來各項分類指標的平均增長速率。我們首先將已整理好的x、y的值代入式(1)計算,得到回歸系數(shù)b的值,即各項指標的增長速率;然后將水污染突發(fā)事件與所求得的增長速率進行一一對應,同時將水污染突發(fā)事件損失強度等級的一般、較大級別、重大級別分別定為1級、2級、3級,利用Spss軟件統(tǒng)計分析得到具體的數(shù)據(jù),見表1。

表1 長江流域水污染突發(fā)事件各項經(jīng)濟指標發(fā)展速率

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié)果

基于表1的數(shù)據(jù),用Spss軟件對長江流域水污染突發(fā)事件進行聚類,聚類過程和結(jié)果見圖1。我們可在圖1中得到需要的分類結(jié)果,并在該圖1中的距離標尺上根據(jù)需要選擇一個劃分類的距離值,在標尺處畫垂線,垂線與水平連線相交的交點數(shù)即為分類的類別數(shù),相交水平連線所對應的各樣本則為一類。具體來看,圖1中的分類結(jié)果較清晰,我們選取劃分距離為5,在此處畫垂線,即圖1中的加粗垂線。這一垂線與系統(tǒng)聚類得出的各個水平線有3個交點,即把這些事件分為三類。其中,交點的水平連線所對應的事件自動歸為一類,具體分類情況見表2。

圖1 長江流域水污染突發(fā)事件系統(tǒng)聚類樹狀圖

類型水污染突發(fā)事件第一類湖北武漢水污染突發(fā)事件、漢江武漢段水污染突發(fā)事件第二類巢湖藍藻水華事件、太湖藍藻水華事件、江蘇鎮(zhèn)江水污染事件、江蘇鹽城水污染事件、江蘇梅蘭水污染突發(fā)事件第三類四川雅安江水污染事件、巫山千丈巖水庫污染事件、甘肅銻泄漏事件、江蘇沭陽水污染事件、安徽池州水污染事件、江西瑞昌自來水中毒事件、江西油品泄漏水污染事件、湖南瀏陽鎘污染事件、四川涪江水污染事件、漢中市玉帶河柴油事件、陜西寧強水污染事件、陜西寧強3.22柴油泄漏事件、嘉陵江廣元段水污染事件

3.2 討論

由于長江流域包含的范圍廣,涉及的水污染突發(fā)事件污染程度不同,地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平和人口分布存在差異,同時政策支持和財政支持都有差別。而之前許多研究僅依據(jù)單一要素(如污染源、污染物類型、損失強度等)對水污染進行的分類過于強調(diào)分類指標的獨立性,忽略了這些指標是相互交叉的,缺乏多要素間的有效融合,還存在對水污染突發(fā)事件的整體特征區(qū)分不清、對水污染突發(fā)事件差異性的認識和應對不足、缺乏針對性等問題,也忽略了地區(qū)間的整體差異。因此,本研究在對水污染突發(fā)事件進行分類時,考慮了多影響因素的融合,如金陶陶提出在基于行政區(qū)的對流域水污染進行管理時,應充分考慮經(jīng)濟聯(lián)系、地理條件、民族分布、地區(qū)差異、人口密度等客觀因素[18]。

在前人研究的基礎(chǔ)上,本文綜合考慮人口、經(jīng)濟發(fā)展和損失強度等級的分類進行了多要素的融合,既考慮了事件的本身情況,又體現(xiàn)了地區(qū)差異性,更加全面且具有科學性和實踐性,能實現(xiàn)更有效的水污染突發(fā)事件分類管制,做到因地制宜、因時制宜,增加水污染突發(fā)事件的防控效率,優(yōu)化政府的政策選擇,優(yōu)化水污染防治人力和物力資源的合理分配。結(jié)合表2,本文具體分類結(jié)果如下：

第一類為損失強度較高,發(fā)生于人口密集的發(fā)達地區(qū)。這類水污染突發(fā)事件包括湖北武漢水污染突發(fā)事件和漢江武漢段水污染突發(fā)事件,事件損失強度較高。這些事件發(fā)生在長江中下游的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū),從表1中可見這些地區(qū)各項經(jīng)濟指標的增長速率遠高于其他地區(qū)。這些地區(qū)是重要的工業(yè)基地和綜合交通樞紐,國家首批旅游城市,高校林立,人口密度大、人口流動量大,且擁有多個飲用水水源地,既存在水污染治理的緊迫性,又具備水污染治理的有利條件[19]。

第二類為損失強度高,發(fā)生在人口密集的較發(fā)達地區(qū)。這類水污染突發(fā)事件包括太湖藍藻水華事件、巢湖藍藻水華事件、江蘇鎮(zhèn)江水污染事件、江蘇鹽城水污染事件、江蘇梅蘭水污染突發(fā)事件等,這些事件的損失強度高。這類事件發(fā)生在長江中下游長江經(jīng)濟帶的重點發(fā)展城市。從表1中可知這些地區(qū)處于經(jīng)濟快速增長期,從較發(fā)達向發(fā)達階段過渡,人口增長速度快導致面源污染加重;各產(chǎn)業(yè)聚集,特別是第二產(chǎn)業(yè)和工業(yè)增長速率較快,是這類事件區(qū)別于第三類事件的主要原因之一。由于缺乏科學規(guī)劃同時又缺乏有效的水污染監(jiān)管,這類水污染突發(fā)事件損失強度高,污染態(tài)勢較嚴峻。

第三類為損失強度較低,發(fā)生于人口分散的欠發(fā)達地區(qū)。這類水污染突發(fā)事件包括四川雅安江水污染事件、巫山千丈巖水庫污染事件、甘肅銻泄漏事件等13起事件,損失強度相對較低,但次數(shù)較多。這類事件主要發(fā)生在長江中上游,這些地區(qū)人口集聚度較低,整體經(jīng)濟發(fā)展較落后。雖然有個別地區(qū)部分產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快,但由于第二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展慢，總量小,人口較分散,因此這些地區(qū)的水污染狀況相對較輕。但是這類水污染突發(fā)事件的防治也十分重要,必須避免再走先污染再治理的老路。而且這些地區(qū)地處中上游,有許多地區(qū)是飲用水水源地,直接關(guān)系到下游地區(qū)的飲水安全。

4 對策與建議

針對三類不同的長江流域水污染突發(fā)事件防治問題,本文從政府、企業(yè)、社會等不同的角度提出了相應的對策建議。

第一類水污染突發(fā)事件的防治重點：①在政府方面,首先應按照當?shù)刂贫ǖ乃廴痉乐涡袆佑媱澒ぷ鞣桨赣行虻赝七M水污染防治工作;其次應利用地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展來支持研發(fā)更有效的污水處理技術(shù)和監(jiān)測技術(shù),如利用數(shù)據(jù)挖掘和實驗技術(shù)優(yōu)化常規(guī)簡約的水質(zhì)傳感器,提高水質(zhì)檢測和污染物種類區(qū)分的效率[20];同時，要加強生活垃圾的集中處理和分類處理,減緩人口壓力帶來的生活垃圾污染;完善污水管網(wǎng)和輸水管網(wǎng)的規(guī)劃與鋪設(shè),并定期進行檢測,嚴防對水源地水源造成污染[21]。②在企業(yè)方面,企業(yè)應調(diào)整自身的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),減少能源消耗大、易造成污染的產(chǎn)品的生產(chǎn),不斷嘗試并研發(fā)可以替代的綠色產(chǎn)品[22];同時，企業(yè)可成立專門的水污染防治部門和專項資金。③在社會方面,社會公眾應提高對企業(yè)自覺監(jiān)督和舉報的意識和能力;同時可成立各類自愿者組織,監(jiān)督和幫助處理旅游景區(qū)、高校周邊以及重要交通樞紐等人流量較多的地方的生活垃圾污染。

第二類水污染突發(fā)事件的防治重點：①在政府方面,在發(fā)展工業(yè)的同時政府應加大對工業(yè)污水和工業(yè)廢渣的監(jiān)管力度,加大行政部門的行政執(zhí)法力度和違法主體的法律責任[23],不能盲目地追求發(fā)展政績;優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),平衡各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,不能讓工業(yè)發(fā)展一家獨大;堅持預防優(yōu)先,加強水污染風險管理,如建立水污染風險動態(tài)管理數(shù)據(jù)庫[24]。為了降低損失強度,有關(guān)部門應提高應急響應速率,如在重要水源區(qū)布設(shè)具有觀光和應急處置能力雙重功能的應急處置船,船只的觀光費用即可作為日常維護管理費用,這樣一旦發(fā)生水污染突發(fā)事件,這些船只便可迅速采取應急救援措施[25];建立多部門合作的水污染防治監(jiān)督約束機制和公眾參與制度[26]。②在企業(yè)方面,這些水污染事件發(fā)生地的企業(yè)發(fā)展速度快,但多數(shù)還不成熟,所以企業(yè)首先應摒除急于求成的思想,在發(fā)展自身的同時做好應有的污水處理、水污染突發(fā)事件應急預案和演練等。③在社會方面,應加大新聞媒體對水污染突發(fā)事件的曝光力度,新聞媒體應將違法排污企業(yè)名單公開發(fā)布,表揚并獎勵排污少且效益高的企業(yè)[27];同時，社區(qū)和各社會環(huán)保組織等應鼓勵并引導公眾參與預防和治理水污染。

第三類水污染突發(fā)事件的防治重點：①在政府方面,首先要加大政府對這些地區(qū)水污染突發(fā)事件防治的投資力度,包括設(shè)備和技術(shù)方面等的支持[28];淘汰落后產(chǎn)能,特別是加強對一些偏遠隱蔽小工廠、小作坊的取締和整治[29],從源頭上降低水污染突發(fā)事件發(fā)生的風險;提高公眾和社會團體的參與度,推行多元主體協(xié)同治理;加強對這些地區(qū)水污染風險源的聯(lián)合監(jiān)測預警和信息共享,減少下游地區(qū)產(chǎn)生水污染突發(fā)事件的風險。②在企業(yè)方面,中小企業(yè)應組織向發(fā)達地區(qū)的大型先進企業(yè)學習,學習他們的先進生產(chǎn)技術(shù)和污水處理;自覺地進行良性競爭,充分利用排污權(quán)交易制度,提高企業(yè)水污染防治的積極性。③社會方面,社區(qū)和各類環(huán)保公益組織應以多種形式對公眾,特別是對農(nóng)村地區(qū)的公眾進行宣傳和普及法律知識,提高他們的環(huán)保意識;組織公眾參加水污染防治活動,如家庭生活垃圾分類、庭院清潔等活動。

綜上所述,對比三類長江流域的水污染突發(fā)事件可發(fā)現(xiàn),長江流域各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展差異較大,所以應增強水污染突發(fā)事件的區(qū)域間協(xié)同治理。長江沿岸各城市之間應加強水污染突發(fā)事件防治的信息、資源、技術(shù)共享,以經(jīng)濟發(fā)達的城市幫助不太發(fā)達的城市,減少長江流域水污染突發(fā)事件發(fā)生的頻度和烈度。同時,在長江上游出現(xiàn)水質(zhì)異常時,應對相鄰的下游地區(qū)及時發(fā)布預警通知,提早做好水污染應急響應準備;同一地區(qū)中的各部門也要加強協(xié)作,無論是對法律法規(guī)的完善、技術(shù)知識的普及、企業(yè)的監(jiān)管、水污染突發(fā)事件的預警和響應等都需要多個部門團結(jié)協(xié)作,共同做好水污染突發(fā)事件的防治工作，減少損失。