基于LMDI模型的河南省工業(yè)廢水排放影響因素研究

任 靜

(1.鄭州科技學院 土木建筑工程學院，鄭州 450064;2.商丘學院開封校區(qū)，河南 開封 475000)

前 言

河南省水資源相對匱乏，多年平均水資源總量為403.53億m3，僅為全國水資源總量的1.43%，居全國第19位；河南省人均水資源總量為376m3，居全國第22位。河南省水資源地區(qū)分布不均，西南山丘區(qū)多，東北平原少。近幾年，水質(zhì)問題雖有所改善，但“水質(zhì)性缺水”問題依然存在。水資源的匱乏直接制約國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

工業(yè)廢水是河南省廢水排放的主要排放源之一。工業(yè)廢水成分復雜，毒性高，難降解，污染嚴重，因此，對工業(yè)廢水排放的控制不容小覷。要減少工業(yè)廢水排放，首先要了解工業(yè)廢水的排放特征，影響工業(yè)廢水排放的因素有哪些？哪些因素對工業(yè)廢水的貢獻量較大？

對某一指標變化的研究常采用指標分解法，指標分解法是一種研究事物變化特征及其作用機理的重要方法，可將工業(yè)廢水排放變化分解為多個因素，定量的分解出各因素對工業(yè)廢水排放變化的貢獻度，解釋工業(yè)廢水排放變化的原因，指出影響工業(yè)廢水排放變化的主要驅(qū)動因素，能夠更深入的對工業(yè)廢水減排進行研究。

指標分解法最初應用于研究能源問題，是能源與環(huán)境政策制定中被廣泛接受的方法[1]。近些年逐漸被應用于碳減排領域[2～5]，并逐步拓展到工業(yè)廢水排放領域[6]。本研究采用指標分解法對河南省工業(yè)廢水排放進行分解，考察河南省工業(yè)廢水排放特征及各因素對工業(yè)廢水排放的貢獻程度，揭示影響河南省工業(yè)廢水排放的主要因素，為相關部門有的放矢的采取措施控制工業(yè)廢水排放提供科學依據(jù)，為河南省產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，走資源友好型經(jīng)濟發(fā)展道路提供方法對策。

1 LMDI分解模型設計

指數(shù)分解法[7-8]可將某一指標分解為多個影響因素，研究其變化的內(nèi)在機理，分為拉式指數(shù)分解法[9-10](Methods linked to Laspeyres index)和迪式指數(shù)分解法[11](Methods linked to Divisia index)。其中Ang[12]提出的對數(shù)均值迪式指數(shù)分解法(logarithmic mean Divisia index method，即LMDI法)把算數(shù)加權平均函數(shù)變?yōu)閷?shù)，可將殘值完全分解，沒有殘值，計算誤差少，計算結(jié)果更具說服力。因此借鑒LMDI分解模型，對河南省工業(yè)廢水排放變化進行分解，考察河南省工業(yè)廢水排放的影響因素。

LMDI模型有兩種分解模型：加法模型和乘法模型。兩種模型均可對指標的增量進行分解，兩者相輔相成，加法模型以加和的形式對分解結(jié)果進行表示，分解出各影響因素對工業(yè)廢水排放影響的絕對量；乘法模型以百分比的形式對分解結(jié)果進行表示，分解為各影響因素對工業(yè)廢水排放影響的相對值。

工業(yè)廢水排放量可用公式(1)表示：

(1)

式中：W為工業(yè)廢水排放量；Wi為第個地區(qū)工業(yè)廢水排放量；Gi為第個地區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值；Yi為第i個地區(qū)工業(yè)產(chǎn)值；Si為第i個地區(qū)工業(yè)產(chǎn)值占第i個地區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值的比重；Ii為第i個地區(qū)工業(yè)廢水排放強度。

將工業(yè)廢水排放分解為三個因素，即(1)地區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值，代表規(guī)模效應，反應經(jīng)濟規(guī)模的增大對環(huán)境壓力的影響；(2)工業(yè)產(chǎn)值占地區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值的比重，代表結(jié)構效應；(3)地區(qū)工業(yè)廢水排放強度，代表技術效應，反應產(chǎn)生單位工業(yè)價值所付出的環(huán)境負荷。

0-t期工業(yè)廢水排放的變化可用公式(2)表示：

ΔW0-t=(ΔWact)0,t+(ΔWstr)0,t+(ΔWint)0,t

(2)

式中：W0-t表示0-t年之間的工業(yè)廢水排放變化量。(ΔWact)0,t代表0-t年之間的規(guī)模效應，表示當結(jié)構效應和技術效應定量時，規(guī)模效應的變動對工業(yè)廢水排放量變動產(chǎn)生的貢獻；(ΔWstr)0,t代表0-t年之間的結(jié)構效應，表示規(guī)模效應和技術效應不變時，結(jié)構效應對工業(yè)廢水排放量變動產(chǎn)生的貢獻；(ΔWint)0,t代表0-t年之間的技術效應，表示規(guī)模效應和結(jié)構效應不變時，技術效應對工業(yè)廢水排放量變動產(chǎn)生的貢獻。

LMDI加法分解形式可用公式(3)～(5)進行表示。

(3)

(4)

(5)

LMDI模型的乘法模型可用公式(6)表示：

(6)

式中：Dtot表示工業(yè)廢水排放變化率，Dact、Dstr、Dint分別表示規(guī)模效應、結(jié)構效應、技術效應。Dact、Dstr、Dint可分別分解為公式(7)～(9)：

(7)

(8)

(9)

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省工業(yè)廢水排放特征分析

2005～2017年河南省工業(yè)廢水排放總量總體呈現(xiàn)先上升后下降的“倒U型”變化趨勢，見圖1。2005～2010年是工業(yè)廢水排放總量的上升階段，從2005年的12.35×108t，上升至2010年的15.04×108t，達到峰值，年均增長3.64%；之后工業(yè)廢水排放總量逐年下降，到2014年降至12.80×108t，年均減少0.27×108t，說明河南省在2010年至2015年的工業(yè)廢水控制措施略有成效；在2015年略有反彈，增加0.18×108t后；2016年，河南省廢水排放總量急劇下降，下降了5.95倍，說明2015～2016年廢水排放控制措施成效凸顯。

2005～2017年河南省工業(yè)廢水排放強度呈線性趨勢，逐年顯著降低，從2005年的22.39 t/萬元降低到2017年的2.74 t/萬元，降低了7.17倍，年均降低6.75%，說明排放更少的污染，創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟價值，河南省工業(yè)用水效率在逐步提高。

圖1 2005～2017年河南省工業(yè)廢水排放總量變化趨勢Fig.1 Changes of total industrial wastewater discharges in Henan Province from 2005～2017

2.2 河南省重點行業(yè)工業(yè)廢水排放特征

為了了解河南省各行業(yè)的廢水排放特征，對河南省重點行業(yè)廢水排放進行篩選。對2011～2017年河南省各行業(yè)工業(yè)廢水統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，造紙和紙制品業(yè)，煤炭開采和洗選業(yè)，化學原料和化學制品制造業(yè)，農(nóng)副食品加工業(yè)，酒、飲料和精制茶制造業(yè)、紡織業(yè)，皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業(yè)，醫(yī)藥制造業(yè)，電力、熱力生產(chǎn)和供應業(yè)，食品制造業(yè)這十個行業(yè)是河南工業(yè)廢水排放較多的行業(yè)，所以選擇這十個行業(yè)作為河南省重點行業(yè)廢水排放分析對象進行分析研究。

對重點行業(yè)的廢水排放量進行統(tǒng)計分析，見圖2?？梢缘玫?，重點行業(yè)的廢水排放量之和占工業(yè)廢水排放總量的80%以上，其中，制造業(yè)和能源開采業(yè)是河南省工業(yè)廢水的主要排放源。造紙和紙制品、煤炭開采和洗選業(yè)、化學原料和化學制品制造業(yè)是廢水排放大戶，占工業(yè)廢水排放量的50%左右，要控制河南省工業(yè)廢水排放，重點應減少這三個行業(yè)的廢水排。其中，造紙和紙制品業(yè)廢水排放量逐年減少，平均每年降低16.04%，2011～2012年廢水排放量排名第一，到2015年已經(jīng)降到第三名。從國家環(huán)保部發(fā)布的《環(huán)境統(tǒng)計年報》了解到，全國范圍內(nèi)造紙和紙制品業(yè)的廢水排放量近幾年都有所降低，并且廢水中所含的化學需氧量等污染物也在降低，說明造紙和紙制品業(yè)的整體行業(yè)技術水平逐步提高；煤炭開采和洗選業(yè)廢水排放量占工業(yè)廢水排放總量的比例逐年升高，從2013年開始，成為河南省廢水排放第一大戶，河南省應將煤炭開采和洗選業(yè)的廢水排放作為廢水排放控制的重中之重，加大治理力度，提高排放標準，防止該行業(yè)廢水排放量繼續(xù)增大。

圖2 重點行業(yè)工業(yè)廢水排放量占工業(yè)廢水排放總量的比例Fig.2 The proportion of main industrial wastewater discharge in total industrial wastewater discharge

2.3 河南省工業(yè)廢水排放成因及分解分析

將河南省工業(yè)廢水排放變化分解為規(guī)模效應，結(jié)構效應，技術效應，利用LMDI分解模型進行分解，得到河南省工業(yè)廢水排放總量變化及各效應分解貢獻值，見下表。由下表可見，2005～2015年工業(yè)廢水排放量累計增加0.63×108t，增加5.12%，其中規(guī)模效應對工業(yè)廢水排放增加具有正效應，使工業(yè)廢水排放總量累計增加15.84×108t，增加249.5%，說明經(jīng)濟規(guī)模的擴張是河南省工業(yè)廢水排放增加的主要原因，因此要控制工業(yè)廢水排放，關鍵是遏制經(jīng)濟規(guī)模的無限制增長；結(jié)構效應和技術效應對工業(yè)廢水排放增加具有負效應，分別使工業(yè)廢水排放減少0.92×108t和14.29×108t，分別使工業(yè)廢水降低7.03%和67.65%，是抑制工業(yè)廢水排放增加的主要原因，即調(diào)整工業(yè)產(chǎn)值在總產(chǎn)值的比重和行業(yè)廢水排放的分配，提高工業(yè)用水效率，是降低工業(yè)廢水排放的主要手段。

“十一五”期間(2006～2010年)，工業(yè)廢水排放量持續(xù)增長，累計增加2.02×108t，其中規(guī)模效應使工業(yè)廢水排放增加8.75×108t，結(jié)構效應使工業(yè)廢水排放增加0.72×108t，而技術效應使工業(yè)廢水排放減少7.45×108t；“十二五”期間(2010～2015年)，工業(yè)廢水排放量逐步降低，累計減少0.89×108t，其中規(guī)模效應使工業(yè)廢水排放增加4.26×108t，結(jié)構效應和技術效應分別使工業(yè)廢水排放減少1.82×108t和3.33×108t。

表 工業(yè)廢水排放總量變化及各效應分解貢獻值Tab. The change of industrial wastewater discharge and decomposition contribution of each effect

圖3 工業(yè)廢水排放總量變化及各效應加法分解貢獻值Fig.3 The change of industrial wastewater discharge and additive decomposition contribution of each effect

如圖3所示，從三個效應對工業(yè)廢水排放量變化的年度間影響看，技術效應對工業(yè)廢水排放增量的影響波動性較大，并且與工業(yè)廢水排放變化的總效應的波動性有類似的變化走勢，說明工業(yè)廢水排放量的變化受技術效應的影響較大，行業(yè)工藝技術的進步，工業(yè)用水效率的提高，對于降低工業(yè)廢水排放起著至關重要的作用；結(jié)構效應對工業(yè)廢水排放增量的影響逐漸由負效應向正效應轉(zhuǎn)變，說明結(jié)構效應對于減少工業(yè)廢水排放的影響在逐步發(fā)揮效果，但其數(shù)值相對于技術效應的貢獻值較小，對減少工業(yè)廢水排放的貢獻不大，在短期內(nèi)對減少工業(yè)廢水排放效果不明顯，要想減少工業(yè)廢水排放歸根結(jié)底還是從技術手段著手；規(guī)模效應對工業(yè)廢水排放增量的影響從2005～2015年一直是正效應，且影響較大，雖在2008～2009年有較大幅度的下降，但在2009～2010年又反彈回去，之后逐年有下降趨勢，說明經(jīng)濟規(guī)模的擴張是工業(yè)廢水增加的最主要的原因。

3 結(jié) 論

3.1 2005～2017年河南省工業(yè)廢水排放總量總體呈現(xiàn)先上升后下降的“倒U型”變化趨勢。

3.2 制造業(yè)和能源開采業(yè)是工業(yè)廢水主要排放源。其中煤炭開采和洗選業(yè)廢水排放占工業(yè)廢水排放總量的比例逐年升高，是河南省廢水排放第一大戶。

3.3 2005～2015年工業(yè)廢水排放量累計增加0.63×108t，其中規(guī)模效應貢獻值為15.84×108t，貢獻率249.5%，結(jié)構效應貢獻值為-0.92×108t，貢獻率7.03%，技術效應貢獻值為-14.29×108t，貢獻率為-67.65%。

3.4 河南省工業(yè)廢水排放總量增加的主要原因是經(jīng)濟規(guī)模的擴張，技術效應是工業(yè)廢水排放減少的關鍵因素。