中國省域環境污染事故的時空熱點模式及演化

趙委托， 黃亞林， 喻晶琪， 程勝高， 劉 超

(1.中國地質大學(武漢) 環境學院， 武漢 430074; 2.中國地質大學(武漢) 公共管理學院， 武漢 430074; 3.地理環境與國家公園實驗室， 武漢 430074)

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中國省域環境污染事故的時空熱點模式及演化

趙委托1， 黃亞林2，3， 喻晶琪2， 程勝高1， 劉 超2，3*

(1.中國地質大學(武漢) 環境學院， 武漢 430074; 2.中國地質大學(武漢) 公共管理學院， 武漢 430074; 3.地理環境與國家公園實驗室， 武漢 430074)

環境污染事故； 時空熱點模式； G指數；IPAI指數

高經濟增長、多事故發生已經構成了中國粗放式發展的基本特征[1]，如安全生產事故(典型如礦難事故)、交通事故及環境污染事故等，并且事故本身的關聯性也越來越大，如安全生產事故和交通事故誘發的環境污染事故屢見不鮮.不同于一般環境污染，環境污染事故它沒有固定的排放方式和排放途徑，發生突然，瞬間內排放大量的污染物，對環境影響較大且對生命與生產安全構成巨大威脅[2].當前，我國由于城市化與工業化進程的快速推進，突發性環境污染事故頻發，尤其是一些特大型環境污染事故，如2005年松花江水污染事故[3-4]、2010年紫金礦業銅酸水滲漏事故、2013年青島輸油管道爆炸事故等，既嚴重危害著社會安全和人民健康，又極大地阻撓了我國生態文明建設，如何有效預防和減少突發性環境污染事故的發生是中國經濟轉型發展過程中的重要難題.近年來，伴隨著環境污染的不斷加劇，環境污染事故的時空分布特征、風險防范及影響因素也受到了社會和學界的廣泛關注.首先，從時間演化序列來看，不少學者利用數理統計分析方法進行了環境污染事故演化特征分析[5]，Hou Yu等[6]在分析了2002年～2006年的中國主要環境污染事故特征基礎上，建議構建一個歷史事故數據庫進行長遠系統的風險識別和控制.其次，由于環境污染事故發生的突然性、不確定性和危害性，使得污染事故的風險評估[7-8]、損失估算[9]、風險綜合區劃[10]、污染事故模擬[11]和事故應急管理決策[12]成了學者關注的另一個焦點，以期為區域環境污染事故的風險防范和預警提供基礎.然而，環境污染事故的發生是多因素共同作用的結果，已有的研究缺乏對事故發生的空間影響和作用機制分析，缺乏在區域尺度辨析污染事故的空間特征[13].環境污染事故的時空熱點分析，重點研究鄰域單元間的空間聯系和相關性，有助于認識環境污染事故的空間分布規律和發展趨勢，可以為環境事故的預防、合作調控及區域環境事故應急策略制定提供依據[14].目前，熱點模式分析廣泛應用于地理事故或現象的研究中，如徐沖等[15]利用PAI指數從宏觀和微觀角度研究了街頭搶劫案件的時空特征；薛東前等[16]則利用ESDA及克里金空間插值法分析了西安文化娛樂產業的空間格局，并劃分了四種熱點區模式.基于此，本文以1995年～2013年的全國范圍內的省域環境污染事故發生次數為研究對象，利用ESDA的G指數空間分析方法和改進的污染事故熱點模型IPAI指數探討事故發生的空間集聚特征和時空熱點模式演化，并對省域尺度上的熱點模式進行劃分，以期在空間尺度為環境污染事故的防控提供參考.

1 數據來源和研究方法

1.1 數據來源

歷年的環境污染事故主要來源于1996年～2014年的《中國統計年鑒》和《中國環境統計年鑒》，2012年的環境污染事故相關數據還參考了2013年的中國環境統計公報.各省區GDP和國土面積指標來源于《中國統計年鑒》.由于統計數據缺失等原因，研究區域暫未包括臺灣省、香港和澳門特別行政區以及釣魚島、三沙市等.

1.2 研究方法

1)全局Getis-Ord GeneralG指數的公式為：

G(d)=∑∑Wij(d)xixj/∑∑xixj.

(1)

式中，Wij(d)為區域的空間權重矩陣；xi和xj分別為某年i、j省份的環境污染事故發生頻次.在正態分布的條件下，G (d) 的統計檢驗值為Z(G)：

W/[n(n-1)]，

其中，E (G)為G (d) 的期望值，當G (d) 高于 E (G)，且Z (G) 值顯著時，研究區域出現污染事故高值簇；當G (d) 趨向于E (G)時，區域污染事故呈隨機分布特征.

(2)

1.2 .2PAI指數 PAI(Prediction Accuracy Index)是用來確定熱點區的一個重要指數，是衡量研究的某區域能否被認定為熱點區域的一個參考標準，該方法由Chianey[19]于2008年提出，其一般形式為：

PAI=HitRate/AreaPercentage=

(n/N)*100/(a/A) *100.

(3)

由于環境污染事故的發生于區域的經濟活動、工業發展水平、污染投資治理及控制水平等要素相關，單純的省區面積指標僅反映了污染事故發生的可能容量大小(污染物的承載能力)，因此，我們假設突發性環境污染事故的發生是經濟發展到一定階段的某區域污染物意外釋放、產生破壞的結果(Hit Rate)，加入區域GDP所占全國GDP總量比重的指標，構建一個改進型的Improved PAI熱點模型：

圖1 各省區環境污染事故的平均頻次與平均IPAI值的比較Fig.1 Average frequency of environmental pollution accidents and its average IAPI value

(4)

式中，n是某一年份發生在需要判定為熱點區域內的環境污染事故次數，N是該年份全國環境污染事故發生的總次數；a是需要判定為熱點區的某省區的國土面積值，A是全國的總面積；g是某個省區的國內生產總值，G是全國的國內生產總值.如果將全國視為一個熱點區域，那么100%的環境污染事故發生在全局經濟狀態下的全部研究區面積內，所得到的PAI指數為1；如果25%的事故發生在50%的經濟比重和50%的省區國土面積上，則PAI指數為0.5；若50%的事故發生在25%的經濟比重和25%的省區國土面積上，則PAI指數為2.以1為參考，當計算的數值越高，則判定所選的區域為熱點區域；當有相同事故頻次，相同的國土面積，經濟水平更高的省區其熱點值則更小.1995年～2013年各省區環境污染事故的平均頻次與平均IPAI值的結果見表1.

2 中國環境污染事故的時空熱點特征

2.1 環境污染事故的時間熱點特征

首先，從全國的時間變化尺度來看，1995年～2013年的突發性環境污染事故的總體變化呈現先動態增長后逐漸下降再小幅增加的趨勢，并與經濟增長有一定的負相關關系(圖2).事故發生次數總數處在418～2 411次之間，總頻次為23 716次，年均次數為1 248次，2000年(2 411次)出現一次大的高峰值(熱點年份)，后逐漸減小，并于2007年后趨向穩定，說明突發性環境污染事故總體上得到有效的控制.其中2003年9月開始實施的《環境影響評價法》對后期的環境污染控制起著重要作用；而2006年更是一個轉折點，該年1月國務院出臺的《國家突發環境事故應急預案》，作為一個綱領性和政策性的指導文件，對各地區建立健全突發環境事故應急機制，提高政府的應急能力和減緩事故損失起著重要作用[13].但同時，2011年以后，環境污染事故總次數略有增加，需引起新的重視和防范.

2.2 環境污染事故的熱點區域演化

2.2 .1全局空間關系變化 利用Arcgis空間分析模塊的Getis-Ord GeneralG指數，判定1995年～2013年間全國尺度下的環境污染事故發生的高低值分布情況(集聚、分散還是隨機)，G指數值越高，越趨向于高聚類，相反為低聚類，結果見圖3.

圖2 環境污染事故的年際總頻次變化Fig.2 Variance number of environmental pollution incidents and GDP per capita in China from 1995 to 2013

圖3 環境污染事故的全局G指數與Z檢驗值變化Fig.3 General G index and Z score of the environmental pollution incidents in China from 1995 to 2013

圖4 中國環境污染事故的統計值熱點區域演化Fig.4 Spatial evolvement of environmental pollution incidents hot spots in China from 1995 to 2013

從中可以看出：1)環境污染事故的熱點區域數量有一定變化，1995年熱點省區為3個、2000年則變為6個、2006年擴大為7個，2007年～2013年又降為3個(均是江浙滬)，說明熱點省區的空間集聚程度先增強后減弱；2)環境污染事故的熱點區域遷移較為頻繁，泛長三角和泛珠三角地區是主要集聚地帶.其中，1995年熱點省區主要集中在華東地區的山東、江蘇、安徽，2000年則轉向泛珠三角及西南地區，到了2006年又開始向湖北、江西等中部省區轉移，2007年～2013年間則集聚于江浙滬等長三角地區.熱點區域的轉移可能跟國家大的發展戰略或產業升級轉移等策略有關.始于2000年的西部大開發戰略帶來的區域產業(經濟活動)轉移可能跟2000年后的熱點區域西南方向轉移有關，高污染企業(包括大量中小企業)的快速上馬與疏于調控管理的環境政策滋生了環境污染事故的發生[21]，典型如2009年的陜西鳳翔兒童血鉛超標事故、2012年5月的陜西鳳縣血鉛超標事故等與高污染企業西遷關系密切[22].而始于2006年的中部崛起戰略及長三角經濟圈的進一步快速發展，使得已基本進入重化工階段(高耗能、高耗水)的泛長三角地區在2007年之后環境壓力也不斷增大[23]，工業三廢排放進入高峰期，這是后期環境污染事故熱點區域往中、東部方向轉移的重要原因，而且這種空間集聚與區域的跨界污染事故密切相關，比如2005年江蘇吳江跨界水污染事故對浙江嘉興飲用水源造成污染、2013年的浙江嘉興死豬造成的上海松江死豬污染事故等；3)環境污染事故的熱點集聚省區有梯度衰減的層級結構趨勢，形成以長三角和珠三角為核心的熱點-次熱點-冷點的擴散模式，因此核心區的環境污染事故控制是未來事故防控的一個重點方向.

3 省際環境污染事故的時空熱點模式評價

G指數從區域污染事故發生頻次的集聚態勢解釋了熱點區域的時空演化格局及關系變化，但每個省區由于自身經濟發展水平、工業化發展階段、污染物排放和控制水平的不同，其所反映的環境污染事故熱點模式特征亦會有不同，為了探尋每個省區的熱點模式特征，運用綜合考慮國土面積和經濟發展水平的IPAI指數進行熱點模式評價，并結合各省區的經濟發展狀況和特點，本文對各熱點模式進行分類，考慮到部分年份數據的缺失，我們定義n(IPAI>1的出現次數)與N(有效年份總數)的比值大于等于0.5且IAPI的年均值大于1的省份為環境污染事故穩定熱點省區、n(IPAI>1的出現次數)與N(有效年份總數)的比值小于0.5且IAPI的年均值大于1的省份為環境污染事故的不穩定熱點省區、n(IPAI>1的出現次數)與N(有效年份總數)的比值小于0.5且IAPI的年均值小于1的省份為環境污染事故冷點省區，結果見表1，并主要對3類穩定熱點省區的環境污染事故特征進行分析.對于不穩定的熱點區，在環境污染事故的防控上需注重自然災害等突發因素帶來的事故隱患；對于冷點區的省份，可分為產業輸出的技術型省區和工業經濟相對落后的邊遠省區，前者依然需要注重污染企業的技術創新，在產業輸出的過程中降低污染物排放水平，對于后者則需謹慎引入污染型企業，采取合理的環境規制手段，注重生態環境保護與資源的合理開發利用.

表1 環境污染事故的熱點模式分類、特征及防控策略

3.1 經濟發達的布局型穩定熱點區(浙江、上海)

環境污染事故發生的穩定熱點、高危地區首先表現在經濟發達的沿海省份，典型如浙江省和上海市，表現為與污染產業布局密切相關的事故發生特征.

浙江的環境污染事故發生的年際IPAI值皆大于1(圖5a)、年均達到了3.33，表現為極穩定的熱點區域，累計總頻次達到了1 839次.作為改革開發前沿的發達經濟省份，浙江的經濟發展主要依托民營企業，是國內重要的制造業基地，主要集中在服裝紡織工業、通用機械設備、電子機械器材、化學制藥、金屬制品等行業[24].而眾多的民營企業又以勞動密集型的中小企業居多(有別于江蘇、山東等工業大省依托國企、外企的發展模式)，產業技術層次不高，結構層次偏低.污染產業的大量布局，一方面增加環境污染事故的風險可能，另一方面中小企業在污染治理、安全生產能力方面相對較弱，增大了事故發生的幾率.如2005年的東陽畫水鎮污染事故、新昌藥品污染事故、長興蓄電池廠污染事故的發生與區域密集的化工、電鍍、制藥等企業布局有關；而2012年寧波鎮海的PX事故，更是由于當地居民抵制化工企業的引入、布局引發了環境群體性事件.

上海的環境污染事故熱點模式表現為先低頻平穩后快速增長的穩定、持續熱點區，2005年是轉折點，2006后的IPAI增長迅速(圖5b)，從單純的污染事故發生數量來看2008年～2013年上海是全國環境污染事故頻次最高的省區(累計總頻次1 005).上海是我國長三角經濟群的核心城市，黃浦江與蘇州河兩岸分布有大量傳統重化工企業，而吳淞、高橋、金山、寶山等區縣新型化工園繁榮發展，結構性、布局型環境事故風險問題日益凸顯[25]；同時，長三角交通發達、物流運輸多，上海與周邊區域的經濟活動頻繁，使得污染物或風險源搬運、轉移過程中的風險問題增加.隨著時間的推移，化工管線的老化、操作失誤等人為影響，使得環境污染事故在早期幾年的低頻發生后迅猛增長.楊婭等[26]研究表明有毒有害化學品泄漏擴散類事故及易燃易爆化學品爆炸泄漏和火災事故是影響上海市城市環境安全最主要的突發環境事故，管理不善的安全事故、交通事故和一些非法行為是引發環境污染事故的主要原因.此外，不可忽略的是長三角區域環境污染事故的空間擴散效應，前文G指數研究已表明環境污染事故發生的持續集聚態勢，近年來的局域性霧霾等空氣污染事故、連接性跨界水污染事故(如2013年的上海松江死豬事件)等將為區域性的環境污染聯防聯控提出更高要求.

圖5 布局型穩定熱點省份IPAI的年際變化Fig.5 Industrial layout type of stable hot provinces’ interannual IPAI

3.2 經濟快速發展的產業轉移型、結構性穩定熱點區(廣西、湖北)

環境污染事故發生的另一穩定熱點地區集中在中西部經濟快速發展區域，典型如廣西自治區和湖北省，它與污染產業的區域轉移密切相關，是 “污染避難所假說”[27-28]的一個佐證.近些年，國內外經濟環境發生變化，在市場和政府的雙重壓力下，東部地區加快產業結構調整的步伐.結合國家加快西部大開發和中部崛起戰略的推進，一大批以資源消耗型、勞動密集型產業為主的中低端生產加工業逐步向中西部地區轉移，其中有不少是污染嚴重的礦石、冶煉、化工等企業，在缺乏合理環境監督機制及污染防控的背景下，環境污染事故在中西部地區常有發生.

廣西壯族自治區毗鄰珠三角，是西部大開發的前沿陣地，亦是中國南部沿海一個經濟快速發展的省區.廣西的環境污染事故熱點模式表現為先波動增長后逐漸衰減的持續穩定熱點區，2000年是事故發生轉折點，2009后的IPAI開始下降(圖6a)，從單純的污染事故發生數量來看廣西是全國環境污染事故頻次最高的省區(累計總頻次2 956).前文的G指數研究表明環境污染事故在2000年的西部大開發戰略實施后快速向西南地區集聚，廣西則在2000年后環境污染事故快速爆發，典型如2001年廣西陸川苯泄露事故、2002年廣西鹿寨化肥有限責任公司的SO2泄露事故、2008廣西華印鋁業有限公司水污染事故等均與污染產業(企業)轉移進入后在產品的搬運過程或生產故障、違法排污過程中等引起的原因相關.此外，廣西礦產資源豐富，種類繁多，儲量較大，是中國10個重點有色金屬產區之一，伴隨自身經濟利益的需求及外來企業的進駐，廣西對冶金化工等行業的過度發展，使得重金屬行業的污染超標排放、或有毒物質泄漏致流域污染等事故更加頻繁，如2001河池特大砷污染事故、2012河池龍江河鎘污染，廣西南丹縣鉛污染事故、2013賀江水污染事故等.

與廣西類似，中部地區的湖北省的環境污染事故熱點模式表現為先緩慢增長，2006年達到峰值(頻次81，歷年最高)，再波動中減少，2006年后的IPAI值總體明顯高于早期階段(直到2011年以后才好轉低于1)，跟2006年G指數空間集聚相符(圖6b).我國最早于2004年提出并于2006年正式實施的中部崛起戰略，既給湖北等中部省區帶來了極大發展機遇，也帶來了產業轉移和經濟快速發展過程中的環境污染及污染事故的頻發.作為內陸省份的湖北，水網、湖泊縱多，零亂分散的石化、醫藥化工、印染等高污染行業成了區域產業發展和承接轉移的方向同時，給環境污染事故的發生帶來極大的風險，如2006年大悟黃麥嶺氮肥廠液氨泄漏事故、枝江開元化工科技股份有限公司的高毒化學品流入長江事故、2008年湖北襄樊科興醫藥化工股份有限公司水體污染事故等.

圖6 產業轉移型穩定熱點省份IPAI的年際變化Fig.6 Industrial transfer type of stable hot provinces’ interannual IPAI

3.3 經濟快速發展的粗放增長型穩定熱點區(湖南、江西)

已有研究表明，近年來重大環境污染事故的頻發，不只是與環境管理體制和機制有很大關系，更是長期粗放型經濟發展累積的惡果，這里以中部地區的湖南和江西為例進行簡要分析.

湖南的環境污染事故總頻次為2 129，僅此于廣西、高居全國第二，其中2000年～2006為事故高發危險年份，IPAI呈現倒“V”字型結構(圖7a).長期以來湖南的經濟增長整體上屬于以要素投入(資本、資源、勞動力投入)為主的粗放型增長方式[29]，工業重型化趨勢仍很明顯，物耗高、能耗高、污染高的“高”問題依然突出，有些地區環境透支比較嚴重，調整產業結構已成當務之急；此外，湖南礦產資源豐富(鎢、鉍、銻、鉛、鋅、鋁、鈦等)，有色金屬工業、精細化工、機械制造工業等發展迅速，由于生產工藝技術落后、違法排污等原因，帶來的環境污染事故也層出不窮，比如2006年發生的岳陽飲用水源地新墻河發生的水污染事故、2009年接連發生的湖南瀏陽鎘污染事故、武岡兒童血鉛超標事故、原湖南鐵合金廠非法轉移鉻渣引發的環境污染事故等.

與湖南毗鄰的江西省，環境污染事故的總頻次為1098，其中，1995年～2006年為事故高發的熱點年份，但1998年后IPAI值總體呈現線性遞減的態勢(圖7b).進入21世紀以來，江西在實現中部崛起戰略的指導和激勵下，實現了經濟的快速增長，但結構性矛盾、粗放型增長的態勢沒有變[30].與湖南相似，江西的礦產資源豐富、種類多樣(銅、鎢、鈾、鉭、重稀土、金、銀)，培養了特色冶金和金屬制品產業、中成藥和生物醫藥等支柱產業，對礦產資源的過度開發以及中小企業的迅猛發展，江西省的環境污染事故不容樂觀，典型如2007年江西新干縣化工廠爆炸贛江水污染事故、2010年江西德興等地重金屬污染事故、2011年的江西銅業廢水污染事故等.

圖7 經濟快速發展的粗放增長型穩定熱點省份IPAI的年際變化Fig.7 Extensive growth type of stable hot provinces’ interannual IPAI

4 結論與討論

本文以1995年～2013年的全國范圍內的環境污染事故為基礎，利用ESDA的G指數空間分析方法和改進的污染事故熱點模型IPAI指數探討事故發生的空間分布特征和熱點模式，研究表明：

1) 環境污染事故的空間集聚主要在東部沿海的泛長三角和西南方向的泛珠三角地區，不同經濟發展時期污染事故的集聚方向和熱點區域有快速轉移的趨勢.因此，環境污染事故的空間集聚態勢則要求相關聯的熱點省區在注重環境污染的聯防聯控的同時，也需要注重對區域環境污染事故的聯防聯控，尤其針對水污染事故和大氣污染事故.建議增設流域尺度和多級行政尺度的環境污染事故應急響應聯動機制，目前重點可針對長三角和珠三角地區，建立省際聯動機制，指導省界相鄰地區地方環保部門建立相應機制，聯合打擊環境違法行為，處置跨界污染糾紛或跨界突發環境事故.

2) 依據IPAI指數，不同省區的環境污染事故熱點模式特征可劃分為穩定熱點區(布局型、轉移結構型、粗放發展型)、不穩定熱點區和冷點區.事實上，任何一個省區的環境污染事故的誘發原因是多樣的和突發不確定性質，厘定污染事故的時空熱點模式及規律，可為環境污染事故的防控提供新的思考.①針對產業布局型環境污染事故熱點模式省區：合理調整產業的布局、加強對重點危險企業的監控和預警，積極鼓勵和支持企業技術創新，加大環境治理力度和投入，完善環境應急預案和應急設施.②針對產業轉移、結構型環境污染事故熱點模式省區：必須加大處罰力度和企業排污成本，提高污染企業入境門檻.③針對粗放增長型環境污染事故熱點模式省區：需合理調整產業結構、改變區域經濟增長方式，有序、合理的開發利用資源、實現區域綠色增長；妥善、安全的處理污染風險源、嚴格環境執法，提供環境監測水平、完善事故的應急設施、制定事故的應急響應預案.總的來說，環境污染事故穩定熱點地區的防控是重點、不穩定熱點省區的防控不可松懈、冷點省區則需加強環境監測，并做好事故的應急響應和區域的多層級環境污染(事故)聯防聯控.

3) 隨著時間的演進，IPAI指數所判定的省區熱點模式也可能會發生改變，原來的熱點區隨著技術進步、污染控制能力加強會進入事故低發的冷點區，而部分不穩定區或者冷點區，由于人為或者自然誘發等突發因素，在個別年份也會進入事故高發的熱點區.2015年的天津港大爆炸就警醒我們不穩定熱點區依然要加強事故的監測、調查和防范.此外，本文的IPAI指數構建主要考慮了事故次數、區域面積和經濟發展水平的影響，未來的研究可綜合考慮事故發生的類型、事故的等級、事故所引發的經濟損失，加權構建一個“事故發生的標準次數”，以完善事故發生的時空熱點模式判別和預測研究.

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Spatial-temporal hotspot model and evolution characteristics of China environmental pollution incidents

ZHAO Weituo1， HUANG Yalin2，3， YU Jingqi2， CHENG Shenggao1， LIU Chao2，3

(1.School of Environmental Studies， China University of Geosciences， Wuhan 430074; 2.School of Public Administration， China University of Geosciences， Wuhan 430074; 3.Laboratory of Geographical Environment and National Park， China University of Geosciences， Wuhan 430074)

2015-08-08.

國家自然科學基金項目(41401181)；湖北省環?？萍颊n題專項基金項目(2012HB03).

1000-1190(2016)02-0288-09

X32； P951

A

*通訊聯系人. E-mail: Liuccug@163.com.