基于DPSIR 模型的氮污染負(fù)荷評價(jià)分析
——以佛山市為例

陳怡東

（廣東順德環(huán)境科學(xué)研究院有限公司，廣東佛山 528300）

近年來《珠江口鄰近海域綜合治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》、《佛山市生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃》等文件相繼出臺(tái)，提出了對水體總氮污染和大氣氮氧化物污染的治理方案與措施。然而，相關(guān)評價(jià)仍處于單因子評價(jià)階段，未能建立綜合氮污染負(fù)荷評價(jià)體系來評價(jià)佛山市氮污染負(fù)荷水平以及相關(guān)政策實(shí)施程度。

為分析氮污染負(fù)荷成因和政策效果，該文以佛山市為例，采用廣泛應(yīng)用于區(qū)域生態(tài)環(huán)境與資源評價(jià)的邏輯模型DPSIR，從“驅(qū)動(dòng)力（D）—壓力（P）—狀態(tài)（S）—影響（I）—響應(yīng)（R）”五個(gè)環(huán)節(jié)分析，根據(jù)氮污染來源、分布、轉(zhuǎn)化等賦予具體指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)氮污染負(fù)荷定量評價(jià)。氮污染治理貫穿了石化燃料開采、加工、裝載、使用等多個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)用DPSIR模型可有助石化行業(yè)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈中造成氮污染的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，指引精準(zhǔn)治污。

該文研究區(qū)域?yàn)閺V東省佛山市。全市共分為五個(gè)區(qū)，其中順德區(qū)與南海區(qū)均位列全國經(jīng)濟(jì)百強(qiáng)縣前列。近年來，隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略發(fā)展以及工業(yè)園升級(jí)改造帶來的產(chǎn)業(yè)迭代，“十三五”期間佛山市實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)和人口的進(jìn)一步集聚，城市化進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)。2020年地區(qū)生產(chǎn)總值突破1萬億元人民幣，同年常住人口為949.88萬人，屬于特大城市。

1 評價(jià)模型與方法

1.1 氮污染負(fù)荷DPSIR 概念模型

DPSIR 模型由5 部分組成，分別為驅(qū)動(dòng)力因子（D-Driving force）、壓力因子（P-Pressure）、狀態(tài)因子（S-State）、影響因子（I-Impact）以及響應(yīng)因子（R-Responses）。按照不同要素特點(diǎn)把指標(biāo)歸類，輔以賦權(quán)計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)問題的定量化分析，從而為決策者提供解決問題的思路與方法[1]。

（1）驅(qū)動(dòng)力因子：氮污染來源的初始原因，也是潛在或間接的原因。它涵蓋了人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展以及對應(yīng)生活方式、生產(chǎn)和消費(fèi)的改變。

（2）壓力因子：氮污染的直接動(dòng)因，是驅(qū)動(dòng)力的最直接體現(xiàn)，包括氮元素排放量、涉氮原料的使用等指標(biāo)。

（3）狀態(tài)因子：區(qū)域環(huán)境所處的狀態(tài)，具體為經(jīng)轉(zhuǎn)化后氮污染的排放量。

（4）影響因子：指區(qū)域環(huán)境所處的氮污染負(fù)荷狀態(tài)對環(huán)境和居民生活的影響體現(xiàn)。

（5）響應(yīng)因子：是對上述四種因子的反饋，強(qiáng)調(diào)人在系統(tǒng)中的能動(dòng)作用。

以上五部分的關(guān)系如圖1 所示，五大因子既相互獨(dú)立又密切相關(guān)。

圖1 DPSIR模型框架

1.2 評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

該文將研究指標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化，考慮到模型的適用性和普遍性，選取公開的宏觀數(shù)據(jù)，同時(shí)加入?yún)^(qū)域環(huán)境狀況與政策等評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建基于DPSIR模型的佛山市氮污染負(fù)荷的多層評價(jià)指標(biāo)集。

該體系構(gòu)建三個(gè)層級(jí)，第一層級(jí)是目標(biāo)層，即氮污染負(fù)荷綜合指數(shù)；第二層級(jí)是因子層，分別為驅(qū)動(dòng)力因子指數(shù)（D）、壓力因子指數(shù)（P）、狀態(tài)因子指數(shù)（S）、影響因子指數(shù)（I）、響應(yīng)因子指數(shù)（R）；第三層級(jí)為指標(biāo)層，記錄佛山市區(qū)域宏觀公開數(shù)據(jù)。指標(biāo)構(gòu)建見表1，具體數(shù)值見表2。

表1 佛山市DPSIR 模型氮污染負(fù)荷指標(biāo)體系

表2 佛山市DPSIR 模型“十三五”期間氮污染負(fù)荷指標(biāo)值

1.3 熵權(quán)法

要實(shí)現(xiàn)上述氮污染負(fù)荷指標(biāo)體系的定量評價(jià)可采用層次分析法、熵權(quán)法、綜合賦權(quán)法等；但層次分析法和綜合賦權(quán)法均涉及個(gè)人主觀判斷，因此，該文選擇熵權(quán)法作為指標(biāo)計(jì)算方法。

“熵”的數(shù)值大小反映系統(tǒng)的均勻程度，在無人為干預(yù)的情況下熵值總會(huì)從低往高發(fā)展，即熵增[3]。當(dāng)政策或措施產(chǎn)生正向效果時(shí)，系統(tǒng)將出現(xiàn)熵減或熵增速度減緩的情況，往有序和收斂方向發(fā)展。以此為基礎(chǔ)依據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)本身的特性計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重[4]。

在氮負(fù)荷評價(jià)中有m（m＝14）個(gè)指標(biāo)，n（n＝5）個(gè)評估年份，由此得到原始數(shù)據(jù)矩陣。以熵函數(shù)為核心，熵權(quán)法的計(jì)算步驟如下：

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。采用指數(shù)化的處理方法，消除度量單位不同所帶來的數(shù)據(jù)差異。以數(shù)據(jù)的最大值和最小值差距進(jìn)行計(jì)算，使結(jié)果保持在0～1，計(jì)算見公式（1）。

式中，rij為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值；xmax為第i項(xiàng)指標(biāo)的最大值；xmin為第i項(xiàng)指標(biāo)的最小值。

（2）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)rij的比重fij見公式（2）。

（3）計(jì)算第i項(xiàng)指標(biāo)的熵值Hi見公式（3），當(dāng)fij≤0，fijlnfij＝0

（4）計(jì)算第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重Qi見公式（4）。

由于采用了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，不同指標(biāo)的單位差和數(shù)量級(jí)差距得以磨平，這成為了熵值相加的基礎(chǔ)。按照熵權(quán)法計(jì)算得出的權(quán)重，再進(jìn)行加權(quán)計(jì)算即可得出最底層指標(biāo)數(shù)值，這些數(shù)值加總則成為上層指標(biāo)指數(shù)，如此類推，最終得出氮污染負(fù)荷的綜合指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

圖2 佛山市“十三五” 期間氮污染負(fù)荷變化

（1）2016—2019年，佛山市氮污染負(fù)荷驅(qū)動(dòng)力指數(shù)呈持續(xù)上升態(tài)勢，特別是2018—2019年，由于生產(chǎn)總值的提升有較大增幅；但到2020年出現(xiàn)十分明顯的下滑，其主要原因是GDP增幅較低，從而使驅(qū)動(dòng)力下降。驅(qū)動(dòng)力下降與新冠疫情對區(qū)域經(jīng)濟(jì)的影響密切相關(guān)，特別是2020年第一季度，珠三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到重創(chuàng)[5]，后續(xù)雖有相關(guān)政策支持復(fù)工復(fù)產(chǎn)，但佛山市年度整體經(jīng)濟(jì)情況依然不佳。這是氮負(fù)荷驅(qū)動(dòng)力指數(shù)下降的主要原因。

近5 年佛山市氮污染負(fù)荷壓力指數(shù)先下降后回穩(wěn)，谷底出現(xiàn)在2017年，主要是受種植面積下滑影響明顯。2018—2020 年氮負(fù)荷壓力指數(shù)較為平穩(wěn)。從指標(biāo)數(shù)據(jù)看工業(yè)增長對佛山市氮污染負(fù)荷的壓力值貢獻(xiàn)度不高，佛山市氮污染負(fù)荷壓力更多來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是種植與禽畜牲口養(yǎng)殖。

狀態(tài)指數(shù)與壓力指數(shù)趨勢正好相反，2017 年出現(xiàn)近5 年最大值，隨后持續(xù)下降。重要因素是自2017年起佛山出臺(tái)了系列重點(diǎn)行業(yè)及重點(diǎn)污染物的削減替代方案，特別是鍋爐提升改造、燃煤電廠超潔凈排放、新能源公交投入使用、陶瓷衛(wèi)浴行業(yè)和紡織印染行業(yè)整治等，均帶來了大氣氮氧化物與水體總氮排放量的削減。

影響指數(shù)則先平緩下降后快速下滑，主要是由于佛山行業(yè)整治和污染替代削減等措施，也是區(qū)域生活污水截污和污水處理廠提標(biāo)改造建設(shè)的反映。另一方面大氣中的二氧化氮濃度在2020年出現(xiàn)大幅下滑，這是受新冠疫情影響經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)却蠓葴p少導(dǎo)致，該趨勢是全國性和全球性的[6]。但從總體趨勢及氮污染負(fù)荷來說，水污染的治理更為關(guān)鍵。

響應(yīng)指數(shù)總體呈攀升態(tài)勢。這一趨勢與狀態(tài)指數(shù)、影響指數(shù)的下降態(tài)勢說明在對氮污染治理的響應(yīng)上，佛山市采取的措施有所成效。

佛山市的氮污染DPSIR綜合指數(shù)總體呈穩(wěn)中有降趨勢，從上述五大模塊分析可看出驅(qū)動(dòng)力的減少以及響應(yīng)措施的加入對佛山市整體氮污染負(fù)荷減少有積極影響。

3 結(jié)論

該文利用DPSIR模型構(gòu)建了佛山市氮污染負(fù)荷評價(jià)體系，通過熵權(quán)法計(jì)算得出佛山市“十三五”期間不同指標(biāo)因子下的氮污染負(fù)荷水平。

該文選取14 項(xiàng)宏觀基本評價(jià)指標(biāo)，在DPSIR模型體系構(gòu)建后先后采用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和熵權(quán)法進(jìn)行處理。該文充分考慮模型的遷移性和適用性，在石化行業(yè)氮污染治理上也具有指導(dǎo)價(jià)值。在現(xiàn)有模型基礎(chǔ)上選取石油貿(mào)易總額、行業(yè)增長變化率、石化行業(yè)環(huán)保投入占比、燃油銷售額、煉油企業(yè)脫氮效率等指標(biāo)進(jìn)行替代或增補(bǔ)，如此可從產(chǎn)業(yè)鏈角度觀察和把控石化行業(yè)的氮污染水平。

可看出“十三五”期間佛山市氮污染負(fù)荷總體波動(dòng)向下，驅(qū)動(dòng)力指數(shù)與響應(yīng)指數(shù)向上發(fā)展，壓力指數(shù)平穩(wěn)，狀態(tài)指數(shù)與影響指數(shù)下降明顯。

最后，該文基于分析結(jié)果提出佛山市氮污染負(fù)荷波動(dòng)的主要原因和重點(diǎn)關(guān)注指標(biāo)，可看出持續(xù)的環(huán)保治理投入，特別是對區(qū)域水體的全面治理能有效降低區(qū)域氮污染負(fù)荷。另外，要持續(xù)做好“十四五”期間氮污染負(fù)荷管理，佛山市需要重點(diǎn)重點(diǎn)關(guān)注轄區(qū)內(nèi)禽畜養(yǎng)殖數(shù)量及做好其糞污治理工作。受新冠疫情帶來的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)活動(dòng)減少影響大氣中二氧化氮濃度大幅降低，后續(xù)仍需要持續(xù)關(guān)注這一影響，并進(jìn)一步推動(dòng)工業(yè)污染治理和區(qū)域燃煤與分散式鍋爐替代工作。