中国省域环境污染事故的时空热点模式及演化

赵委托， 黄亚林， 喻晶琪， 程胜高， 刘 超

(1.中国地质大学(武汉) 环境学院， 武汉 430074; 2.中国地质大学(武汉) 公共管理学院， 武汉 430074; 3.地理环境与国家公园实验室， 武汉 430074)



中国省域环境污染事故的时空热点模式及演化

赵委托1， 黄亚林2，3， 喻晶琪2， 程胜高1， 刘 超2，3*

(1.中国地质大学(武汉) 环境学院， 武汉 430074; 2.中国地质大学(武汉) 公共管理学院， 武汉 430074; 3.地理环境与国家公园实验室， 武汉 430074)

环境污染事故； 时空热点模式； G指数；IPAI指数

高经济增长、多事故发生已经构成了中国粗放式发展的基本特征[1]，如安全生产事故(典型如矿难事故)、交通事故及环境污染事故等，并且事故本身的关联性也越来越大，如安全生产事故和交通事故诱发的环境污染事故屡见不鲜.不同于一般环境污染，环境污染事故它没有固定的排放方式和排放途径，发生突然，瞬间内排放大量的污染物，对环境影响较大且对生命与生产安全构成巨大威胁[2].当前，我国由于城市化与工业化进程的快速推进，突发性环境污染事故频发，尤其是一些特大型环境污染事故，如2005年松花江水污染事故[3-4]、2010年紫金矿业铜酸水渗漏事故、2013年青岛输油管道爆炸事故等，既严重危害着社会安全和人民健康，又极大地阻挠了我国生态文明建设，如何有效预防和减少突发性环境污染事故的发生是中国经济转型发展过程中的重要难题.近年来，伴随着环境污染的不断加剧，环境污染事故的时空分布特征、风险防范及影响因素也受到了社会和学界的广泛关注.首先，从时间演化序列来看，不少学者利用数理统计分析方法进行了环境污染事故演化特征分析[5]，Hou Yu等[6]在分析了2002年～2006年的中国主要环境污染事故特征基础上，建议构建一个历史事故数据库进行长远系统的风险识别和控制.其次，由于环境污染事故发生的突然性、不确定性和危害性，使得污染事故的风险评估[7-8]、损失估算[9]、风险综合区划[10]、污染事故模拟[11]和事故应急管理决策[12]成了学者关注的另一个焦点，以期为区域环境污染事故的风险防范和预警提供基础.然而，环境污染事故的发生是多因素共同作用的结果，已有的研究缺乏对事故发生的空间影响和作用机制分析，缺乏在区域尺度辨析污染事故的空间特征[13].环境污染事故的时空热点分析，重点研究邻域单元间的空间联系和相关性，有助于认识环境污染事故的空间分布规律和发展趋势，可以为环境事故的预防、合作调控及区域环境事故应急策略制定提供依据[14].目前，热点模式分析广泛应用于地理事故或现象的研究中，如徐冲等[15]利用PAI指数从宏观和微观角度研究了街头抢劫案件的时空特征；薛东前等[16]则利用ESDA及克里金空间插值法分析了西安文化娱乐产业的空间格局，并划分了四种热点区模式.基于此，本文以1995年～2013年的全国范围内的省域环境污染事故发生次数为研究对象，利用ESDA的G指数空间分析方法和改进的污染事故热点模型IPAI指数探讨事故发生的空间集聚特征和时空热点模式演化，并对省域尺度上的热点模式进行划分，以期在空间尺度为环境污染事故的防控提供参考.

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

历年的环境污染事故主要来源于1996年～2014年的《中国统计年鉴》和《中国环境统计年鉴》，2012年的环境污染事故相关数据还参考了2013年的中国环境统计公报.各省区GDP和国土面积指标来源于《中国统计年鉴》.由于统计数据缺失等原因，研究区域暂未包括台湾省、香港和澳门特别行政区以及钓鱼岛、三沙市等.

1.2 研究方法

1)全局Getis-Ord GeneralG指数的公式为：

G(d)=∑∑Wij(d)xixj/∑∑xixj.

(1)

式中，Wij(d)为区域的空间权重矩阵；xi和xj分别为某年i、j省份的环境污染事故发生频次.在正态分布的条件下，G (d) 的统计检验值为Z(G)：

W/[n(n-1)]，

其中，E (G)为G (d) 的期望值，当G (d) 高于 E (G)，且Z (G) 值显著时，研究区域出现污染事故高值簇；当G (d) 趋向于E (G)时，区域污染事故呈随机分布特征.

(2)

1.2 .2PAI指数 PAI(Prediction Accuracy Index)是用来确定热点区的一个重要指数，是衡量研究的某区域能否被认定为热点区域的一个参考标准，该方法由Chianey[19]于2008年提出，其一般形式为：

PAI=HitRate/AreaPercentage=

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

(3)

由于环境污染事故的发生于区域的经济活动、工业发展水平、污染投资治理及控制水平等要素相关，单纯的省区面积指标仅反映了污染事故发生的可能容量大小(污染物的承载能力)，因此，我们假设突发性环境污染事故的发生是经济发展到一定阶段的某区域污染物意外释放、产生破坏的结果(Hit Rate)，加入区域GDP所占全国GDP总量比重的指标，构建一个改进型的Improved PAI热点模型：

图1 各省区环境污染事故的平均频次与平均IPAI值的比较Fig.1 Average frequency of environmental pollution accidents and its average IAPI value

(4)

式中，n是某一年份发生在需要判定为热点区域内的环境污染事故次数，N是该年份全国环境污染事故发生的总次数；a是需要判定为热点区的某省区的国土面积值，A是全国的总面积；g是某个省区的国内生产总值，G是全国的国内生产总值.如果将全国视为一个热点区域，那么100%的环境污染事故发生在全局经济状态下的全部研究区面积内，所得到的PAI指数为1；如果25%的事故发生在50%的经济比重和50%的省区国土面积上，则PAI指数为0.5；若50%的事故发生在25%的经济比重和25%的省区国土面积上，则PAI指数为2.以1为参考，当计算的数值越高，则判定所选的区域为热点区域；当有相同事故频次，相同的国土面积，经济水平更高的省区其热点值则更小.1995年～2013年各省区环境污染事故的平均频次与平均IPAI值的结果见表1.

2 中国环境污染事故的时空热点特征

2.1 环境污染事故的时间热点特征

首先，从全国的时间变化尺度来看，1995年～2013年的突发性环境污染事故的总体变化呈现先动态增长后逐渐下降再小幅增加的趋势，并与经济增长有一定的负相关关系(图2).事故发生次数总数处在418～2 411次之间，总频次为23 716次，年均次数为1 248次，2000年(2 411次)出现一次大的高峰值(热点年份)，后逐渐减小，并于2007年后趋向稳定，说明突发性环境污染事故总体上得到有效的控制.其中2003年9月开始实施的《环境影响评价法》对后期的环境污染控制起着重要作用；而2006年更是一个转折点，该年1月国务院出台的《国家突发环境事故应急预案》，作为一个纲领性和政策性的指导文件，对各地区建立健全突发环境事故应急机制，提高政府的应急能力和减缓事故损失起着重要作用[13].但同时，2011年以后，环境污染事故总次数略有增加，需引起新的重视和防范.

2.2 环境污染事故的热点区域演化

2.2 .1全局空间关系变化 利用Arcgis空间分析模块的Getis-Ord GeneralG指数，判定1995年～2013年间全国尺度下的环境污染事故发生的高低值分布情况(集聚、分散还是随机)，G指数值越高，越趋向于高聚类，相反为低聚类，结果见图3.

图2 环境污染事故的年际总频次变化Fig.2 Variance number of environmental pollution incidents and GDP per capita in China from 1995 to 2013

图3 环境污染事故的全局G指数与Z检验值变化Fig.3 General G index and Z score of the environmental pollution incidents in China from 1995 to 2013

图4 中国环境污染事故的统计值热点区域演化Fig.4 Spatial evolvement of environmental pollution incidents hot spots in China from 1995 to 2013

从中可以看出：1)环境污染事故的热点区域数量有一定变化，1995年热点省区为3个、2000年则变为6个、2006年扩大为7个，2007年～2013年又降为3个(均是江浙沪)，说明热点省区的空间集聚程度先增强后减弱；2)环境污染事故的热点区域迁移较为频繁，泛长三角和泛珠三角地区是主要集聚地带.其中，1995年热点省区主要集中在华东地区的山东、江苏、安徽，2000年则转向泛珠三角及西南地区，到了2006年又开始向湖北、江西等中部省区转移，2007年～2013年间则集聚于江浙沪等长三角地区.热点区域的转移可能跟国家大的发展战略或产业升级转移等策略有关.始于2000年的西部大开发战略带来的区域产业(经济活动)转移可能跟2000年后的热点区域西南方向转移有关，高污染企业(包括大量中小企业)的快速上马与疏于调控管理的环境政策滋生了环境污染事故的发生[21]，典型如2009年的陕西凤翔儿童血铅超标事故、2012年5月的陕西凤县血铅超标事故等与高污染企业西迁关系密切[22].而始于2006年的中部崛起战略及长三角经济圈的进一步快速发展，使得已基本进入重化工阶段(高耗能、高耗水)的泛长三角地区在2007年之后环境压力也不断增大[23]，工业三废排放进入高峰期，这是后期环境污染事故热点区域往中、东部方向转移的重要原因，而且这种空间集聚与区域的跨界污染事故密切相关，比如2005年江苏吴江跨界水污染事故对浙江嘉兴饮用水源造成污染、2013年的浙江嘉兴死猪造成的上海松江死猪污染事故等；3)环境污染事故的热点集聚省区有梯度衰减的层级结构趋势，形成以长三角和珠三角为核心的热点-次热点-冷点的扩散模式，因此核心区的环境污染事故控制是未来事故防控的一个重点方向.

3 省际环境污染事故的时空热点模式评价

G指数从区域污染事故发生频次的集聚态势解释了热点区域的时空演化格局及关系变化，但每个省区由于自身经济发展水平、工业化发展阶段、污染物排放和控制水平的不同，其所反映的环境污染事故热点模式特征亦会有不同，为了探寻每个省区的热点模式特征，运用综合考虑国土面积和经济发展水平的IPAI指数进行热点模式评价，并结合各省区的经济发展状况和特点，本文对各热点模式进行分类，考虑到部分年份数据的缺失，我们定义n(IPAI>1的出现次数)与N(有效年份总数)的比值大于等于0.5且IAPI的年均值大于1的省份为环境污染事故稳定热点省区、n(IPAI>1的出现次数)与N(有效年份总数)的比值小于0.5且IAPI的年均值大于1的省份为环境污染事故的不稳定热点省区、n(IPAI>1的出现次数)与N(有效年份总数)的比值小于0.5且IAPI的年均值小于1的省份为环境污染事故冷点省区，结果见表1，并主要对3类稳定热点省区的环境污染事故特征进行分析.对于不稳定的热点区，在环境污染事故的防控上需注重自然灾害等突发因素带来的事故隐患；对于冷点区的省份，可分为产业输出的技术型省区和工业经济相对落后的边远省区，前者依然需要注重污染企业的技术创新，在产业输出的过程中降低污染物排放水平，对于后者则需谨慎引入污染型企业，采取合理的环境规制手段，注重生态环境保护与资源的合理开发利用.

表1 环境污染事故的热点模式分类、特征及防控策略

3.1 经济发达的布局型稳定热点区(浙江、上海)

环境污染事故发生的稳定热点、高危地区首先表现在经济发达的沿海省份，典型如浙江省和上海市，表现为与污染产业布局密切相关的事故发生特征.

浙江的环境污染事故发生的年际IPAI值皆大于1(图5a)、年均达到了3.33，表现为极稳定的热点区域，累计总频次达到了1 839次.作为改革开发前沿的发达经济省份，浙江的经济发展主要依托民营企业，是国内重要的制造业基地，主要集中在服装纺织工业、通用机械设备、电子机械器材、化学制药、金属制品等行业[24].而众多的民营企业又以劳动密集型的中小企业居多(有别于江苏、山东等工业大省依托国企、外企的发展模式)，产业技术层次不高，结构层次偏低.污染产业的大量布局，一方面增加环境污染事故的风险可能，另一方面中小企业在污染治理、安全生产能力方面相对较弱，增大了事故发生的几率.如2005年的东阳画水镇污染事故、新昌药品污染事故、长兴蓄电池厂污染事故的发生与区域密集的化工、电镀、制药等企业布局有关；而2012年宁波镇海的PX事故，更是由于当地居民抵制化工企业的引入、布局引发了环境群体性事件.

上海的环境污染事故热点模式表现为先低频平稳后快速增长的稳定、持续热点区，2005年是转折点，2006后的IPAI增长迅速(图5b)，从单纯的污染事故发生数量来看2008年～2013年上海是全国环境污染事故频次最高的省区(累计总频次1 005).上海是我国长三角经济群的核心城市，黄浦江与苏州河两岸分布有大量传统重化工企业，而吴淞、高桥、金山、宝山等区县新型化工园繁荣发展，结构性、布局型环境事故风险问题日益凸显[25]；同时，长三角交通发达、物流运输多，上海与周边区域的经济活动频繁，使得污染物或风险源搬运、转移过程中的风险问题增加.随着时间的推移，化工管线的老化、操作失误等人为影响，使得环境污染事故在早期几年的低频发生后迅猛增长.杨娅等[26]研究表明有毒有害化学品泄漏扩散类事故及易燃易爆化学品爆炸泄漏和火灾事故是影响上海市城市环境安全最主要的突发环境事故，管理不善的安全事故、交通事故和一些非法行为是引发环境污染事故的主要原因.此外，不可忽略的是长三角区域环境污染事故的空间扩散效应，前文G指数研究已表明环境污染事故发生的持续集聚态势，近年来的局域性雾霾等空气污染事故、连接性跨界水污染事故(如2013年的上海松江死猪事件)等将为区域性的环境污染联防联控提出更高要求.

图5 布局型稳定热点省份IPAI的年际变化Fig.5 Industrial layout type of stable hot provinces’ interannual IPAI

3.2 经济快速发展的产业转移型、结构性稳定热点区(广西、湖北)

环境污染事故发生的另一稳定热点地区集中在中西部经济快速发展区域，典型如广西自治区和湖北省，它与污染产业的区域转移密切相关，是 “污染避难所假说”[27-28]的一个佐证.近些年，国内外经济环境发生变化，在市场和政府的双重压力下，东部地区加快产业结构调整的步伐.结合国家加快西部大开发和中部崛起战略的推进，一大批以资源消耗型、劳动密集型产业为主的中低端生产加工业逐步向中西部地区转移，其中有不少是污染严重的矿石、冶炼、化工等企业，在缺乏合理环境监督机制及污染防控的背景下，环境污染事故在中西部地区常有发生.

广西壮族自治区毗邻珠三角，是西部大开发的前沿阵地，亦是中国南部沿海一个经济快速发展的省区.广西的环境污染事故热点模式表现为先波动增长后逐渐衰减的持续稳定热点区，2000年是事故发生转折点，2009后的IPAI开始下降(图6a)，从单纯的污染事故发生数量来看广西是全国环境污染事故频次最高的省区(累计总频次2 956).前文的G指数研究表明环境污染事故在2000年的西部大开发战略实施后快速向西南地区集聚，广西则在2000年后环境污染事故快速爆发，典型如2001年广西陆川苯泄露事故、2002年广西鹿寨化肥有限责任公司的SO2泄露事故、2008广西华印铝业有限公司水污染事故等均与污染产业(企业)转移进入后在产品的搬运过程或生产故障、违法排污过程中等引起的原因相关.此外，广西矿产资源丰富，种类繁多，储量较大，是中国10个重点有色金属产区之一，伴随自身经济利益的需求及外来企业的进驻，广西对冶金化工等行业的过度发展，使得重金属行业的污染超标排放、或有毒物质泄漏致流域污染等事故更加频繁，如2001河池特大砷污染事故、2012河池龙江河镉污染，广西南丹县铅污染事故、2013贺江水污染事故等.

与广西类似，中部地区的湖北省的环境污染事故热点模式表现为先缓慢增长，2006年达到峰值(频次81，历年最高)，再波动中减少，2006年后的IPAI值总体明显高于早期阶段(直到2011年以后才好转低于1)，跟2006年G指数空间集聚相符(图6b).我国最早于2004年提出并于2006年正式实施的中部崛起战略，既给湖北等中部省区带来了极大发展机遇，也带来了产业转移和经济快速发展过程中的环境污染及污染事故的频发.作为内陆省份的湖北，水网、湖泊纵多，零乱分散的石化、医药化工、印染等高污染行业成了区域产业发展和承接转移的方向同时，给环境污染事故的发生带来极大的风险，如2006年大悟黄麦岭氮肥厂液氨泄漏事故、枝江开元化工科技股份有限公司的高毒化学品流入长江事故、2008年湖北襄樊科兴医药化工股份有限公司水体污染事故等.

图6 产业转移型稳定热点省份IPAI的年际变化Fig.6 Industrial transfer type of stable hot provinces’ interannual IPAI

3.3 经济快速发展的粗放增长型稳定热点区(湖南、江西)

已有研究表明，近年来重大环境污染事故的频发，不只是与环境管理体制和机制有很大关系，更是长期粗放型经济发展累积的恶果，这里以中部地区的湖南和江西为例进行简要分析.

湖南的环境污染事故总频次为2 129，仅此于广西、高居全国第二，其中2000年～2006为事故高发危险年份，IPAI呈现倒“V”字型结构(图7a).长期以来湖南的经济增长整体上属于以要素投入(资本、资源、劳动力投入)为主的粗放型增长方式[29]，工业重型化趋势仍很明显，物耗高、能耗高、污染高的“高”问题依然突出，有些地区环境透支比较严重，调整产业结构已成当务之急；此外，湖南矿产资源丰富(钨、铋、锑、铅、锌、铝、钛等)，有色金属工业、精细化工、机械制造工业等发展迅速，由于生产工艺技术落后、违法排污等原因，带来的环境污染事故也层出不穷，比如2006年发生的岳阳饮用水源地新墙河发生的水污染事故、2009年接连发生的湖南浏阳镉污染事故、武冈儿童血铅超标事故、原湖南铁合金厂非法转移铬渣引发的环境污染事故等.

与湖南毗邻的江西省，环境污染事故的总频次为1098，其中，1995年～2006年为事故高发的热点年份，但1998年后IPAI值总体呈现线性递减的态势(图7b).进入21世纪以来，江西在实现中部崛起战略的指导和激励下，实现了经济的快速增长，但结构性矛盾、粗放型增长的态势没有变[30].与湖南相似，江西的矿产资源丰富、种类多样(铜、钨、铀、钽、重稀土、金、银)，培养了特色冶金和金属制品产业、中成药和生物医药等支柱产业，对矿产资源的过度开发以及中小企业的迅猛发展，江西省的环境污染事故不容乐观，典型如2007年江西新干县化工厂爆炸赣江水污染事故、2010年江西德兴等地重金属污染事故、2011年的江西铜业废水污染事故等.

图7 经济快速发展的粗放增长型稳定热点省份IPAI的年际变化Fig.7 Extensive growth type of stable hot provinces’ interannual IPAI

4 结论与讨论

本文以1995年～2013年的全国范围内的环境污染事故为基础，利用ESDA的G指数空间分析方法和改进的污染事故热点模型IPAI指数探讨事故发生的空间分布特征和热点模式，研究表明：

1) 环境污染事故的空间集聚主要在东部沿海的泛长三角和西南方向的泛珠三角地区，不同经济发展时期污染事故的集聚方向和热点区域有快速转移的趋势.因此，环境污染事故的空间集聚态势则要求相关联的热点省区在注重环境污染的联防联控的同时，也需要注重对区域环境污染事故的联防联控，尤其针对水污染事故和大气污染事故.建议增设流域尺度和多级行政尺度的环境污染事故应急响应联动机制，目前重点可针对长三角和珠三角地区，建立省际联动机制，指导省界相邻地区地方环保部门建立相应机制，联合打击环境违法行为，处置跨界污染纠纷或跨界突发环境事故.

2) 依据IPAI指数，不同省区的环境污染事故热点模式特征可划分为稳定热点区(布局型、转移结构型、粗放发展型)、不稳定热点区和冷点区.事实上，任何一个省区的环境污染事故的诱发原因是多样的和突发不确定性质，厘定污染事故的时空热点模式及规律，可为环境污染事故的防控提供新的思考.①针对产业布局型环境污染事故热点模式省区：合理调整产业的布局、加强对重点危险企业的监控和预警，积极鼓励和支持企业技术创新，加大环境治理力度和投入，完善环境应急预案和应急设施.②针对产业转移、结构型环境污染事故热点模式省区：必须加大处罚力度和企业排污成本，提高污染企业入境门槛.③针对粗放增长型环境污染事故热点模式省区：需合理调整产业结构、改变区域经济增长方式，有序、合理的开发利用资源、实现区域绿色增长；妥善、安全的处理污染风险源、严格环境执法，提供环境监测水平、完善事故的应急设施、制定事故的应急响应预案.总的来说，环境污染事故稳定热点地区的防控是重点、不稳定热点省区的防控不可松懈、冷点省区则需加强环境监测，并做好事故的应急响应和区域的多层级环境污染(事故)联防联控.

3) 随着时间的演进，IPAI指数所判定的省区热点模式也可能会发生改变，原来的热点区随着技术进步、污染控制能力加强会进入事故低发的冷点区，而部分不稳定区或者冷点区，由于人为或者自然诱发等突发因素，在个别年份也会进入事故高发的热点区.2015年的天津港大爆炸就警醒我们不稳定热点区依然要加强事故的监测、调查和防范.此外，本文的IPAI指数构建主要考虑了事故次数、区域面积和经济发展水平的影响，未来的研究可综合考虑事故发生的类型、事故的等级、事故所引发的经济损失，加权构建一个“事故发生的标准次数”，以完善事故发生的时空热点模式判别和预测研究.

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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.

国家自然科学基金项目(41401181)；湖北省环保科技课题专项基金项目(2012HB03).

1000-1190(2016)02-0288-09

X32； P951

A

*通讯联系人. E-mail: Liuccug@163.com.