徐成龍，程 鈺，任建蘭

（山東師范大學 人口·資源與環(huán)境學院，山東 濟南 250014）

一、引 言

水是區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的重要資源[1]。20世紀60年代以前，西方發(fā)達國家追求以工業(yè)化為主的高速經(jīng)濟增長模式，造成水資源消耗量和工業(yè)廢水排放量持續(xù)增加，最終對水生態(tài)系統(tǒng)的健康和安全產(chǎn)生了嚴重的影響。這不僅限制了經(jīng)濟發(fā)展，甚至還導致了一些國家的經(jīng)濟衰退和社會動蕩，成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的約束性因素[2]。此后，面對日益嚴重的全球性水環(huán)境污染問題，國內(nèi)外許多學者對水環(huán)境效應問題進行了研究。20世紀70年代，Mesarovic和Pestel以及Leontief等學者提出了關于改變經(jīng)濟增長方式來達到環(huán)境經(jīng)濟協(xié)調的思想[3-4]。Mcconnell和T.Zylicz分別于1986和1995年對Massachuseffs的New Bedford海灣和波羅的海地區(qū)水污染造成的經(jīng)濟損失進行了定量分析[5-6]。1987年，美國環(huán)境保護署提出了首份水生態(tài)功能區(qū)劃方案，初步形成了以水生態(tài)環(huán)境區(qū)劃為基礎的水環(huán)境管理方法與技術體系。方創(chuàng)琳等（2005）對甘肅河西走廊地區(qū)水資源變化與城市化過程的交互耦合效應進行了研究[7]。高爽等（2011）從空間關聯(lián)角度對制造業(yè)集聚和水污染之間的關系進行了探究[8]。姜昳芃等（2012）研究了山東石化產(chǎn)業(yè)擴張與工業(yè)廢水排水之間的關系[9]。可以看出，無論是國內(nèi)還是國外，多是研究經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)結構、產(chǎn)業(yè)分布和經(jīng)濟格局等與水環(huán)境之間的關系；而將經(jīng)濟規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結構等因素作為水環(huán)境問題產(chǎn)生原因的相關研究則相對較少，特別是將產(chǎn)業(yè)結構細化到工業(yè)內(nèi)部結構的水環(huán)境效應研究更是不多[10-14]。

山東省作為中國的經(jīng)濟大省和人口大省，資源性缺水、水環(huán)境污染問題是經(jīng)濟發(fā)展的一個障礙性因素。山東省的多年平均水資源量為305.8億m3，人均水資源量為344m3，按照聯(lián)合國統(tǒng)計，人均水資源量少于1 000m3的為缺水地區(qū)，少于500m3的為水危機區(qū)，所以山東省的水資源短缺性問題非常突出。另外，改革開放以來，特別是20世紀90年代以后，隨著工業(yè)快速發(fā)展和以消耗大量資源能源為主要特征的粗放型經(jīng)濟發(fā)展模式推進，山東省工業(yè)廢水排放量迅速增加，加劇了山東省水資源和水環(huán)境危機；同時，山東省沿海地區(qū)高速城市化建設帶來的海水入侵所造成的地下水污染等問題更是加劇了山東省水環(huán)境污染。因此，面對日益嚴重的水環(huán)境問題，本文選取了工業(yè)廢水排放量、COD排放量以及石油類排放量等指標，采用LMDI分解方法（Log Mean Division Index，迪氏對數(shù)指標分解方法）對1991-2011年山東省工業(yè)結構演變對水環(huán)境污染物排放量的影響進行了定量分析，為山東省水環(huán)境治理提供依據(jù)，同時也為山東省調整工業(yè)結構提供參考與指導。

二、研究方法及數(shù)據(jù)來源

（一）分解模型

其中，Pt為t時期整個工業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)水環(huán)境污染物排放量；Yt為t時期工業(yè)增加值；Yti為t時期i產(chǎn)業(yè)增加值；Pti為t時期第i產(chǎn)業(yè)污染物排放量；Sti=Yti/Yt，為t時期i產(chǎn)業(yè)增加值在工業(yè)增加值中的比重，表征著t時期的產(chǎn)業(yè)結構；Iti=Cti/Yti，為t時期i產(chǎn)業(yè)的排放強度，表征著t時期i產(chǎn)業(yè)的污染物排放效率。這樣，在基期和報告期的污染物排放量差異可分解為：

式（2）中，ΔPact、ΔPstr、ΔPint分別代表經(jīng)濟活動（經(jīng)濟規(guī)模擴張）、產(chǎn)業(yè)結構、技術效率的變動對污染物排放水平的影響。

對于上述公式，采用LMDI方法。LMDI由于具有全分解、無殘差、易使用、結果的唯一性、易理解等優(yōu)點而在眾多分解技術中受到重視，目前在許多領域得到廣泛應用。LMDI的主要缺陷在于無法處理具有0值和負值的數(shù)據(jù)，但B.W.Ang等人使用“分析極限”（Analytical limit）的技巧成功地解決了這一問題。在實際問題中，一般不會出現(xiàn)負值，而對于0值，則可以用一個任意小的數(shù)代替而不會影響計算結果。根據(jù)LMDI分解方法，則有:

構建水環(huán)境污染物的分解模型能夠分解出引起污染物排放變化的影響因素，并通過各因素的貢獻值及貢獻率來計量其影響程度[15]。污染物總量P表示為：

其中，P0i和Pti分別表示基期和第t期i產(chǎn)業(yè)的污染物排放量；Q0和Qt分別表示基期和第t期的工業(yè)增加值；S0i和Sti分別表示基期和第t期i產(chǎn)業(yè)增加值所占工業(yè)增加值的比重；I0i和Iti分別表示基期和第t期i產(chǎn)業(yè)的污染物排放強度。

（二）數(shù)據(jù)來源及行業(yè)分類

各污染物數(shù)據(jù)來源于1991-2011年《山東省環(huán)境統(tǒng)計年報》，產(chǎn)業(yè)增加值等數(shù)據(jù)來源于1992-2012年《山東統(tǒng)計年鑒》。由于1991-2011年山東省環(huán)境統(tǒng)計年報工業(yè)內(nèi)部的行業(yè)分類標準略有不同，考慮到行業(yè)分類及數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，本文采用了2000年山東省環(huán)境統(tǒng)計年報的工業(yè)分類作為工業(yè)部門的行業(yè)分類標準，將其分為采掘業(yè)，紡織業(yè)，造紙及紙質品業(yè)，石油加工及煉焦業(yè)，化工原料及化學制品制造業(yè)，黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)，機械、電器、電子設備制造業(yè)等18個行業(yè)[16-18]。

三、工業(yè)結構演變的水環(huán)境效應分析

（一）整體變化趨勢

從整個工業(yè)行業(yè)來看，在山東省工業(yè)增加值由1991年的528.5億元增加到2011年的20 103.9億元的趨勢下，水環(huán)境污染物排放量的變動與工業(yè)增加值的變動并不相同，甚至出現(xiàn)了相反的趨勢。其中，工業(yè)廢水排放量由1991年的8.95億t增長到2011年的18.53億t，僅增長了1.1倍；而COD、石油類、揮發(fā)酚和氰化物等污染物排放量分別由1991年的637 523.0t、1 991.2t、561.2t和156.5t減少到2011年的131 038.5t、286.3t、4.3t和1.8t。雖然COD、石油類、揮發(fā)酚和氰化物等污染物排放量整體處于下降趨勢，但1994-1997年間這四種污染物排放量呈逐年增加趨勢，分析其原因可能是此階段山東省并未對它們進行監(jiān)管或很少監(jiān)管。

從行業(yè)內(nèi)部來看，根據(jù)每個行業(yè)的污染物排放量計算得到，造紙及紙制品業(yè)、化工原料及化學制品制造業(yè)、采掘業(yè)、食品、煙草加工及食品、飲料制造業(yè)和紡織業(yè)、石油加工及煉焦業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)這7個行業(yè)的工業(yè)廢水、COD、石油類、揮發(fā)酚和氰化物污染物排放量分別占整個工業(yè)的87.2%、85.9%、88%、87.9%和91.8%。世界銀行認定水污染密集型產(chǎn)業(yè)包括：鋼鐵、有色金屬、造紙、能源制品、化工、其他化工制品、飲料、食品、橡膠制品和石油提煉，結合山東省實際情況，認為上述7個行業(yè)是山東省水污染密集型產(chǎn)業(yè)，山東省在治理與改善水環(huán)境問題時，應把重點放在這幾種污染密集型產(chǎn)業(yè)上。

（二）水環(huán)境污染物的因素分解

運用LMDI分解方法對山東省水環(huán)境污染物進行因素分解，如表1和表2所示。從總體情況看，1991-2011年山東省工業(yè)廢水排放量增長9.6億t，經(jīng)濟規(guī)模效應為44.0億t，產(chǎn)業(yè)結構效應為1.4億t，技術效率效應為-35.8億t；COD排放量減少50.7萬t，經(jīng)濟規(guī)模效應為197萬t，產(chǎn)業(yè)結構效應為29萬t，技術效率效應為-276.7萬t；石油類、揮發(fā)酚和氰化物分別減少1 700t、556.9t和154.7t，經(jīng)濟規(guī)模效應為4 402t、636.2t和114.8t，產(chǎn)業(yè)結構效應為103t、136.3t和10.1t，技術效率效應分別為-6 205t、-1 328.5t和-279.2t?？梢钥闯觯I(yè)廢水排放量的增長主要是由于經(jīng)濟規(guī)模效應引起的，技術效率效應起到了主要的抑制作用；相對其他兩種效應，產(chǎn)業(yè)結構效應對其影響作用不大。而COD、石油類、揮發(fā)酚和氰化物排放量減少的主要原因是技術效率效應的減排效果大于經(jīng)濟規(guī)模效應的增排效果，這與山東省的實際情況是相符的。

分年度看，經(jīng)濟規(guī)模效應始終是山東省工業(yè)廢水、COD、石油類、揮發(fā)酚和氰化物排放量增加的主要因素；除個別年份以外，技術效率效應是減少工業(yè)廢水、COD、石油類、揮發(fā)酚和氰化物排放量的因素，這與總體年份是一致的。從產(chǎn)業(yè)結構效應來看，每個指標的產(chǎn)業(yè)結構效應有正有負，這可能與產(chǎn)業(yè)結構的調整有關。從經(jīng)濟規(guī)模效應、產(chǎn)業(yè)結構效應和技術效率效應這三個因素來看，山東省水環(huán)境污染物排放量增加的主要因素是經(jīng)濟規(guī)模效應，技術效率效應是抑制水環(huán)境污染物排放的主要因素，而產(chǎn)業(yè)結構效應在山東省經(jīng)濟發(fā)展的20年間對水環(huán)境的影響并沒有起到特別明顯的效果，究其原因可能是水污染密集型產(chǎn)業(yè)在山東省工業(yè)結構演變過程中沒有得到很明顯的優(yōu)化與調整。

從三種效應的具體數(shù)值和變化趨勢來看，雖然經(jīng)濟規(guī)模效應的變化趨勢不明顯，但始終保持正值，這表明只要經(jīng)濟處于增長狀態(tài)，污染物的排放量就會增加。產(chǎn)業(yè)結構效應的不規(guī)則變化說明了產(chǎn)業(yè)結構變動對污染物減排沒有起到很明顯的效果；從數(shù)值的符號看，產(chǎn)業(yè)結構效應甚至會引起污染物排放量的增加。而技術效率效應基本是負值，抑制了污染物的排放；2005年之后，技術效率減排效應呈下降趨勢，這表明技術效率的減排效應較以前開始有所減弱。可以看出，如果僅考慮經(jīng)濟規(guī)模效應和技術效率效應，其合力必然不會對污染物減排產(chǎn)生明顯的效果。因此，通過工業(yè)內(nèi)部結構的調整和優(yōu)化，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)結構減排效應來抑制污染物的排放是目前山東省治理水環(huán)境最有效、最直接的政策手段。

表1 工業(yè)廢水排放量和COD排放量的因素分解

表2 石油類、揮發(fā)酚和氰化物排放量的因素分解

續(xù)表2

（三）污染密集型產(chǎn)業(yè)結構效應分析

產(chǎn)業(yè)結構效應在長時間段內(nèi)保持正數(shù)，反映了1991-2011年山東工業(yè)內(nèi)部產(chǎn)業(yè)結構出現(xiàn)了“劣化”的趨勢，突出地表現(xiàn)水污染密集型產(chǎn)業(yè)比重維持在較高水平（如圖1）。從整體變化趨勢來看，1995年之后特別是近年來，山東省污染密集型產(chǎn)業(yè)比重呈下降趨勢，這將有助于水環(huán)境污染物減排工作的順利進行。

圖1 山東省污染密集型產(chǎn)業(yè)占工業(yè)比重的變化

進一步考察污染密集型產(chǎn)業(yè)比重變化與產(chǎn)業(yè)結構效應的對應關系。污染密集型產(chǎn)業(yè)比重變化作為產(chǎn)業(yè)結構變動的一個重要方面，其比重的上升或下降會導致產(chǎn)業(yè)結構減排效應的下降或上升，但并不是一一對應的關系。在大多數(shù)情況下，隨著污染密集型產(chǎn)業(yè)比重的增加，產(chǎn)業(yè)結構效應為正；反之，則為負。但也有例外情形，這是因為產(chǎn)業(yè)結構變化并不僅僅是污染密集型產(chǎn)業(yè)比重的變化，還包括其他產(chǎn)業(yè)比重的變化。根據(jù)表3，可以看出，無論是工業(yè)廢水、COD、石油類、揮發(fā)酚還是氰化物，在20個連續(xù)的時間段里，污染密集型產(chǎn)業(yè)比重的上升或者下降與產(chǎn)業(yè)結構效應為正或負方向一致的集中在15～17個之間，不一致的最多也只有5個。因此，污染密集型產(chǎn)業(yè)比重的變化仍不失為工業(yè)內(nèi)部產(chǎn)業(yè)結構變動的一個表征指標，尤其是在較長時間段里更具有可靠性。

綜上，1991-2011年間，污染密集型產(chǎn)業(yè)比重上升或下降1個百分點，工業(yè)廢水排放量將增加或減少0.8億t，COD排放量將增加或減少17.1萬t，而石油類、揮發(fā)酚和氰化物排放量也將分別相應增加或減少61t、80.2t和5.9t（表3）?？梢钥闯?，1991-2011年污染密集型產(chǎn)業(yè)結構效應在分年度污染密集型產(chǎn)業(yè)結構效應的最大值與最小值中間，具有一定的準確性。

表3 各種污染物的污染密集型產(chǎn)業(yè)結構效應

四、結論與政策建議

（一）結論

本文通過選取工業(yè)廢水排放量、COD排放量以及石油類排放量等指標，采用LMDI分解方法對1991-2011年山東省工業(yè)結構演變對水環(huán)境污染物排放量的影響進行了定量分析，得出以下結論：①經(jīng)濟總量增長是引起水環(huán)境污染物排放量增加的主要原因；產(chǎn)業(yè)結構變動促進了污染物排放量的增加，但它不是最主要因素；技術效率的提高是減少污染物排放量的主要原因；②造紙及紙制品業(yè)、化工原料及化學制品制造業(yè)、采掘業(yè)、食品、煙草加工及食品、飲料制造業(yè)和紡織業(yè)、石油加工及煉焦業(yè)和黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)等7種行業(yè)是引起山東省水環(huán)境質量下降的污染密集型產(chǎn)業(yè)；③產(chǎn)業(yè)結構效應導致了污染物排放量的增加，說明山東省工業(yè)內(nèi)部產(chǎn)業(yè)結構不合理。污染密集型產(chǎn)業(yè)比重上升引起產(chǎn)業(yè)結構效應為正，比重下降引起產(chǎn)業(yè)結構效應為負。污染密集型產(chǎn)業(yè)比重上升或下降一個百分點，對應的工業(yè)廢水、COD、石油類、揮發(fā)酚和氰化物排放量將分別上升或下降0.8億t、17.1萬t、61t、80.2t和5.9t。綜上，即使污染密集型產(chǎn)業(yè)比重有稍微變動，在絕對量上都會對污染物減排有很大的貢獻，這對山東省水環(huán)境治理無疑是一個巨大的幫助，因此，工業(yè)結構的調整對未來山東省水環(huán)境的改善具有重要作用。

（二）政策建議

山東省正處于工業(yè)化和城市化快速推進階段，在未來一段時間內(nèi)，工業(yè)仍將是山東省經(jīng)濟發(fā)展的主要動力。根據(jù)上述分析，本文主要以產(chǎn)業(yè)結構效應和技術效率效應為重點，從環(huán)境規(guī)制、工業(yè)結構、技術進步等方面提出對策建議：①制定相關法律法規(guī)。省政府應加快立法，制定不同區(qū)域間的節(jié)水減污法規(guī)，將水環(huán)境污染物排放納入經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，使經(jīng)濟和水環(huán)境協(xié)調發(fā)展，并對節(jié)水減污型企業(yè)給予政策上的優(yōu)惠和支持；②注重工業(yè)結構調整。為了保證山東省水環(huán)境污染物排放總量在水環(huán)境的承受范圍之內(nèi)，應對山東省工業(yè)結構進行調整。一方面，降低水污染密集型產(chǎn)業(yè)比重，關、停、并、轉污染嚴重企業(yè)，促進結構減排效應，進而控制和減少水環(huán)境污染物的排放。另一方面，改進化工、石油等重污染行業(yè)的生產(chǎn)技術，調整產(chǎn)品結構，以降低單位產(chǎn)品和產(chǎn)值的水環(huán)境污染物排放量；③提高污水處理技術水平。落實工業(yè)行業(yè)的污染減排和清潔生產(chǎn)工程，鼓勵發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，提高污水處理技術和廢水再循環(huán)利用技術水平，加大工業(yè)污水處理廠及配套設施的投資和建設；④加強環(huán)境監(jiān)管機制。制定嚴格的水環(huán)境準入門檻，對區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、水環(huán)境污染物種類以及排放總量進行嚴格限定。加強水污染密集型產(chǎn)業(yè)的監(jiān)管力度，對經(jīng)濟效益低、水環(huán)境污染物排放量大的項目嚴格審查，切實加強對污染排放單位的審核和監(jiān)督。

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