海河流域社会经济论文
1材料与方法(MaterialsandMethods)
数据类型和来源社会经济统计数据（废污水排放量）来自海河流域涉及的张家口、廊坊、保定等 25
个地级市以及北京、天津两个直辖市 1985-2009年统计年鉴，其中人口数据包括总人口、非农业人口，
宏观经济数据包括 GDP、三次产业产值，废污水排放量包括生活污水、工业废水排放量。土地利用类型
数据由海河流域 1985年、2005年遥感影像解译获得，土地利用分类参照《土地利用现状分类》
（GB/T21010-2007），并根据实际需要进行必要调整，将流域土地类型划分为林地、草地、农田等 11
类。水文、水质数据由海河水利委员会提供，包含 88个站点 2005年逐月监测的 CODMn、NH3-
N、TN、TP、Pb、Hg等水质指标。监测站点分布于海河流九大水系，覆盖了海河流域主要河流，具体位
置见图 1。
数据处理方法
经济和人口变化表征将流域范围内所有县级行政单位统计数据加和得到流域人口和经济，分析人
口及经济变化趋势。将各区县工业产值及城市用地比例导入 ，结合区县面积，计算工业产值
密度和城市用地密度，分析流域范围工业生产强度及城市用地空间分布特征和演变过程。
土地利用动态度计算在 支持下，对流域土地利用矢量文件进行分析。通过土地类型所
占比例确定流域土地类型结构，采用单一土地利用类型动态度模型（王秀兰等，1999）分析 1980年至
2005年土地类型数量变化。模型计算如式。式中，K为研究时段内某一土地利用类型动态度；Ua、Ub
研究初期和研究末期某一种土地利用类型的数量。
水资源利用强度计算水资源利用强度表征土地类型变化对流域水环境影响。水资源利用强度计算
如式。式中，P为某一土地利用类型水资源利用强度，∑Qi 为该土地类型所有水资源利用量之和，S为
土地类型面积。
统计分析方法对流域主要城市废污水排放量变化和经济人口增长进行相关分析，明确经济和人口
增长流域水环境影响；基于主成分及多元回归统计方法，综合分析经济社会指标对河流水体污染物影响
程度。由于河流监测断面水质状况是上游范围内社会经济活动累计作用结果（Shoemaker，1994），水
质数据需要同累计社会经济指标对应。同时，上游不同区域对监测断面影响因监测点距离扩大而减弱，
采用（Kingetal.，2005）距离权重求和方法计算监测断面对应的累计社会经济指标。
2结果与讨论(ResultsandDiscussion)
人口和经济产值与废污水排放规模海河流域经济产值和人口数量都有明显增长，二、三产业增长速
度明显高于第一产业，非农业人口增长明显快于农业人口增长（图 2）。1985～2007年，第一产业产值
由 204亿元增长到 2565亿元，第二产业产值由 478亿元增长到 万亿元，第三产产值由 246亿元增
长到 万亿元。流域三次产业结构显著变化，二、三产业年均增长率明显高于第一产业，第一产业
在国民经济中比例逐渐缩小。1994年到 2007年，第一产业所占比例由 21%下降到 9%，第二产业维持在
46%左右，第三产业由 32%增长到 45%。流域非农业人口由 1985年的 1890万增长到 2007年的 4620万，
非农业人口由 1985年的 6270万增长到 2007年的 8400万。从变化趋势上看，农业人口在 20世纪 80年
代末出现大规模增长，但 90年代中期农业人口进入平台期；非农业人口一直呈现增长趋势，增长速度
明显高于农业人口。流域工业产值密度发生了很大变化，近二十年来工业生产强度大幅提高，工业生产
聚集区明显增加（图 3）。1988年流域工业生产活动主要集中在京津地区，其中北京工业产值密度最
高，最高 6万元 km-2左右，其它地区处于相对较低水平。2005年流域主要工业区域已经由京津地区扩
大到京津唐地区，该区域工业产值最高达到 14万元 km-2，且北京、天津及唐山形成大规模工业聚集
区。另外，河北石家庄和山东聊城-德州区域出现小规模工业聚集区，其中石家庄地区工业产值密度最
高超过 10万元 km-2，聊城-德州最高达到 7万元 km-2。总体上，流域工业生产强度呈现出明显增强趋
势。水排放量由 1985年的 亿 t增加到 2007年的 亿 t，城市生活污水排放量由 1985年的
亿 t增加到 2007年的 亿 t。流域工业产值及人口数量与废污水排放规模具有明显关联性（图 4C，
D）。北京、天津、石家庄和唐山工业产值较高，其工业废水排放量也显著高于其它城市，工业废水排
放量与工业产值之间相关性显著（p<），复相关系数超过 50%（R2=）。生活污水排放量与非
农业人口数量之间相关性更加显著（p<），复相关系数高达 97%。流域工业发展和人口扩张造成
废污水排放量增加，已经成为河流水质恶化的直接驱动力。
土地利用变化与河流水资源利用随着人口快速扩张和经济的高速发展，流域城市用地明显扩张。流
域土地利用动态度（表 1）显示，1980年至 2005年，林地、草地和农田变化不大，荒漠面积有一定比
例减少；城市用地和农村聚落分别增长 85%和 19%；湿地面积变化不大，但不同类型湿地变化明显，其
中沼泽和河湖滩地减少 12%，近海湿地和内陆水体分别增加 121%和 12%。主要水系土地利用变化程度存
在较大差异，城市用地在北三河水系增长比例最高，其次为永定河水系及大清河水系；农村聚落增长主
要分布在子牙河和黑龙港运东水系，增长比例超过 30%；近海湿地大清河水系增长 7倍，黑龙港运东水
系增长 79%，而滦河及徒骇马颊河水系均呈现出减少态势；黑龙港运东、海河干流及大清河水系河湖滩
地较大比例减少，其它水系变化幅度不大；盐田在大清河水系增加 10倍以上，而其它水系变化相对较
小。城市扩张是流域土地利用变化最显著特征，近几十年来流域城市用地规模扩大，城市群数量显著增
加（图 5）。1980年，城市用地主要集中在北京、天津和唐山地区，且城市核心相对孤立，其它地区城
市用地仅零星分布，不成规模。2005年城市用地面积比例明显提高，以北京、天津和唐山为核心的城
市群逐步形成，其中北京主城区城市用地比例 50%以上，天津和唐山主城区城市用地比例在 20%～50%；
保定-石家庄、邯郸-安阳-焦作以及聊城-德州等地区都形成了小规模城市聚集区，城市用地扩张趋势明
显。土地利用变化改变水资源利用方式，尤其是城市用地扩张造成流域水资源开发利强度加剧。2005
年流域农村聚落总面积 万 km2，用水量 亿 m3，农田面积 16万 km2，城市用地面积 7687km2。
结合用水总量，流域农村聚落和农田水资源利用强度在 17万 m3km-2左右，城市用地水资源利用强度为
116万 m3km-2，是农田和农村聚落的 6倍以上。农业用水代表第一产业用水情况，工业用水和城镇生活
用水分别代表第二和第三产业用水情况。根据海河流域三次产业发展趋势，用水强度大的二、三产业规
模不断扩张，流域水资源开发利用结构发生显著变化。尤其在城市用地高度集中的京津地区，城市用水
的集聚效应非常显著。高强度水资源利用一方面造成河流径流量减少，同时形成大量废污水排放，造成
河流污径比过高。流域平原河流平均污径比由 1980年的 上升到 2007年 ，北京地区河流污径
比甚至超过 2。流域自然径流匮乏改变河流水文节律和水化学过程，降低河流自净缓冲能力，对河流水
环境造成极大冲击。
经济社会发展与河流水质统计关联流域影响河流水质因素分解为农村、城市和自然三个方面。表 3
为社会经济指标因子分析结果，提取有效因子 3个，原始变量比例合计 %。根据因子荷载矩阵，因
子 1载荷主要分布在农业人口、第一产业产值、农业总产值、化肥施用量、农村聚落面积等指标，表征
农村社会经济发展；因子变量 2载荷组要分布在非农业人口、第二产业产值、第三产业产值、城市用地
面积等指标上，表征流域城市化发展过程；因子变量 3在林地面积、草地面积、河湖滩地面积等指标上
载荷系数较高，表征自然属性强弱程度。城市化过程和农村社会经济发展对河流水体污染物有显著影
响。以三个因子变量因子得分（SPSS计算）作为自变量，水质数据作为因变量进行回归分析，结果如
表 4。复相关系数显示，水质指标回归结果均在 p<水平显著。从因子变量标准化回归系数看，
CODMn与因子 1显著正相关（p<），氨氮、总氮与因子 1和因子 2均显著正相关（氨氮 p<，总
氮 p<），总磷、汞和铅仅与因子 2显著相关，铅显著水平（p<）高于总磷和汞（p<）。
总体而言，因子 1和因子 2与污染物都存在显著正相关关系，说明流域农村社会经济发展、城市化过程
使得河流水体污染物浓度水平提高，是流域水环境质量恶化的主要驱动因素。
3结论(Conclusions)
本文基于海河流域人口规模、经济产值和土地利用变化过程，从废污水排放和水资源利用角度分析了其
对水环境影响过程机制。结论如下：1）流域人口规模大幅增长，工业生产强度大幅提高，工业聚集区
由北京-天津地区扩展到北京-天津-唐山、石家庄、聊城-德州等地区。人口和经济产值大幅增长直接导
致流域工业废水和生活污水排放规模迅速上升，成为河流水质恶化直接驱动力。2）城市扩张是流域土
地利用变化最显著特征。近 30年来城市用地面积增加 85%，北京-天津-唐山城市群规模扩大，造成流
域水资源开发利强度加剧，降低河流自净缓冲能力。3）流域影响河流水质因素可以分解为农村、城市
和自然等方面，多元回归结果显示，城市化过程和农村社会经济发展对流域河流水体污染物浓度水平的
影响非常显著。
作者：王超单保庆秦晶张洪单位：中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室
