烟台市河流水环境质量变化与经济发展关系研究

摘要

本文以烟台市5条主要河流(大沽夹河、五龙河、黄水河、界河和辛安河)为研究对象，通过资料收集、整理和分析，从水质影响因子、河流水质评价与变化、污染源分析等角度入手，综合运用模糊数学、人工神经网络(FPNN)、地理信息系统(GIS)技术、对烟台市自20世纪80年代中期以来的主要河流水环境质量变化进行系统评价与分析，得出水环境质量变化的时空变化规律，揭示在发展过程中河流水环境存在的问题；基于先进的VAR计量技术及相关分析和回归分析等传统数学方法，分别从水质与产业密度、产业结构和经济发展速度的关系进行分析，深入探讨了烟台市经济-水环境系统的相互关系及其内在协调机制。在理论上尝试以地理学、环境科学、区域经济学等多学科相结合，研究河流水环境变化的规律及其与经济发展关系；在实践上旨在拓展传统的水环境质量评价方法，为烟台市水环境保护、管理提供科学依据和现实的指导意义。主要研究结成果如下： (1)提出将模糊数学中的相对隶属度理论和概率神经网络相结合，构建了模糊概率神经网络水质评价模型(FPNN)。阐明了该模型的构建方法，提出了基于指标相对隶属度矩阵插值构建学习样本的方法；经实例应用，通过与综合评判法、属性识别法和BP网络法的比较，验证了该模型操作简便，评价结果客观可靠。 (2)对选择的河流水质监测点的1986-2003年的水质监测数据进行FPNN单项指标和综合指标水质评价，并利用GIS技术进行空间插值和叠置分析，结果表明：①COD和BOD是烟台市河流的主要污染物，其中COD，BOD污染的空间分布基本格局是东部优于西部，北部优于南部。桥头、东徐格庄和韩格庄为南部地区比较大的COD污染中心，而付家桥和界河桥大多保持在V类以上，是西北地区的主要污染中心；BOD指标变化明显的分为1986-1996年的渐趋恶化和2000-2003年的逐年好转两个阶段。福山水闸、东徐格庄、韩格庄、桥头和高架桥一直是BOD污染中心。②其次是NH3-N，福山水闸断面始终是烟台市北部地区最大的NH3-N污染中心，另外，东徐格庄和界河的付家桥及界河桥段面也不容忽视。③石油类指标除1986年和1990年部分断面超标外，其余年份全部合格。④DO指标评价表明，五龙河的东徐格庄及韩格庄段断面在1986-1990年间的水质较差，而进入90年代后已得到逐步改善；福山水闸因靠近总排污口，DO污染一直较严重。空间分布格局基本上都是东部优于西部，南部优于北部；⑤从综合指标评价与变化结果看：研究期间，Ⅰ级水质在2001年所占的比例最大，其次为2003年和2001年。在1986-1996年间，Ⅰ级水质较少，Ⅱ级水质呈逐渐下降趋势，2003年有所反弹；Ⅲ、IV级水质的变化不大；V级及以上的变动较大，数目最大年份为1996年，其次是1990年，2000年来比90年代有所减少，水质向好的方向转化。 (3)烟台市河流水环境污染源的分析结果表明：污染源主要有工业废水、城镇居民和企事业单位的生活污水、畜禽养殖厂的废水和因大量的农药和化肥使用产生的农业退水。其中工业废水和生活废水是首要的河流水质污染源，另因烟台市主要是低山丘陵区，残留的化肥和农药易通过降雨和地表径流的冲刷进入河流，从而易对水体造成污染。 (4)烟台市不同地区的河流水质与产业密度的分析结果显示：当产业密度G>1939.14万元/km2时，水质变差速度将大于经济增长速度，当G≤1939.14万元/km2时，水质变差速度将小于经济增长速度。 (5)根据烟台市主要工业部门排污和产值数据，分别计算各产业的污染贡献率、经济贡献率和产业结构调整系数，进而分析水质与产业结构关系，结果表明：从产业调整系数可见，需要加强发展的产业有纺织业、皮革工业、医药制造业、机械制造业、食品制造业和电子工业等7项产业，需要削弱发展的产业是造纸及纸制品业、化学工业、饮料制造业、冶炼加工业和矿业及电镀业等5项产业。 (6)在预测烟台市不同地区的水质时，采用产业密度作预测去近似地逼近多因素模拟的预测值，建立分析水质与经济发展速度关系数学模型，进而分析水质与经济发展速度关系，结果表明：①到2010年，芝罘区、福山区、海阳市、莱阳市、招远市等地区，不管其经济发展速度怎样，区域水质污染将更加严重，其中福山区将达中污染水平，而牟平区、栖霞市的水质尚能保持清洁水平。②烟台市利于水环境保护的适宜经济增长率为15％-20％(当年价格)或7.5-10％(1980年不变价格)。 (7)基于VAR计量技术对河流水污染与经济发展关系在时序维度的关系及其动态性进行实证研究。通过变量的平稳性检验和协整分析，格兰杰因果检验，脉冲响应函数和预测方差分解分析，研究结果显示：①人均GDP变化是导致污染物排放量变化的格兰杰原因，但污染物排放并不必然导致人均GDP变化。这与研究期间烟台市处于工业化中期阶段的事实吻合。②在烟台市的经济-环境系统内，倒U曲线不是一般规律，选取不同的污染指标呈现出经济-环境间关系的不同表现形式。③经济增长对环境污染的冲击影响的滞后期短且是非渐进的，而环境污染对经济增长产生显著影响的滞后期较长且是渐进的。④经济增长对环境污染指标的预测方差起着重要的作用，而环境污染指标对经济增长的预测方差的贡献度较小。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究进展

1.2.1水环境研究

1.2.2环境与经济发展关系研究

1.3研究主要内容与基本思路

第二章烟台市地理概况

2.1自然地理环境概况

2.1.1地形、地质与气候

2.1.2水资源概况

2.1.3河流水系

2.2社会经济发展概况

2.3目前主要的水环境问题

2.3.1地表拦蓄利用率低与地下水超采严重

2.3.2.地表水污染造成了河水功能下降

2.3.3水库富营养化严重

2.3.4废水处理能力不足

2.3.5近岸海域污染

2.3.6现行水质、水资源的管理体制不合理

第三章水环境质量评价与实证研究方法

3.1基于地理信息系统的水环境质量评价

3.1.1概述

3.1.2 GIS的空间分析功能

3.2基于模糊概率网络的水环境质量评价

3.3 VAR计量技术实证研究

3.3.1变量选取与数据处理

3.3.2实证方法

第四章河流水环境质量评价与变化分析

4.1基于模糊概率神经网络的河流水环境质量评价

4.1.1水域功能和标准分类

4.1.2河流水环境评价

4.1.3区域水质综合评价

4.2烟台市河流水质单项指标评价与变化

4.2.1溶解氧(DO)

4.2.2化学耗氧量(COD)

4.2.3.生化需氧量(BOD)

4.2.4氨氮(NH3-N)

4.2.5.石油类

4.3综合水质评价与变化

4.3.1综合水质评价

4.3.2水质等级变化

4.3.3河流水质变化特点

4.4水环境污染源分析

4.4.1工业废水

4.4.2生活污水

4.4.3畜禽废水

4.4.4农业退水

4.4.5水质与污染源叠加分析

第五章河流水环境变化与经济发展关系研究

5.1基于VAR计量技术的河流水环境污染与经济发展关系研究

5.1.1基于时序数据的河流水环境与经济发展的经验分析

5.1.2基于广义脉冲响应函数法的河流水环境变化与经济发展关系研究

5.2河流水质与区域产业密度关系

5.2.1区域水环境质量变化测度指标

5.2.2区域产业密度

5.2.3水质与产业密度关系数学模型

5.3河流水质与产业结构关系

5.3.1产业部门污染排放

5.3.2烟台市各产业对河流水质影响的贡献率

5.3.3产业对烟台市经济的贡献率

5.3.4产业结构优化调整

5.4水质与经济发展速度关系

5.4.1水环境质量预测模型

5.4.2烟台市水质预测

5.4.3有利于水环境保护的经济发展适宜速度

第六章结论和建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢

在读硕士学位期间公开发表的论文清单