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李玮:基于结构分解法的长江经济带产业排水量驱动因素评估

来源:国家长江保护修复联合研究中心 作者: 人气: 发布时间:2020-06-01 20:25:18

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李玮,中国长江三峡集团有限公司,长江生态环境工程研究中心,高级工程师,博士,主要从事水资源及环境规划研究。

摘要:为分析长江经济带产业排水量变化的驱动因素,以2002年、2007年和2012年长江经济带11省市投入产出表、排水估计量为基础,利用基于投入产出的结构分解法对各省市数据进行比较静态分析,对驱动产业排水量变化的因素进行分解及定量评估,包括节水减排效应、投入结构效应、需求结构效应及规模效应.结果表明:①长江经济带产业排水量由增长趋势变为下降趋势,2002—2007年排水量增长了16.9%,2007—2012年排水量降低了0.4%,2002年、2007年、2012年产业平均耗水率为46%,上海市、江苏省等省市产业排水量下降趋势明显.②规模效应是驱动各省市产业排水增加的主要因素,其在2002—2007年、2007—2012年带动排水量分别增长了67%和61%;规模效应影响逐渐分化,上海市、江苏省、浙江省规模效应带动产业排水量增幅逐渐减弱.③节水减排效应是驱动排水量减少的最主要因素,其在2002—2007年、2007—2012年带动排水量分别减少了35%和60%,节水减排效应影响逐渐增强,各省市排水强度明显降低.④长江经济带大部分省市的需求结构效应驱动产业排水量不断减少,其驱动力的绝对值呈增长趋势;投入结构效应对产业排水量的驱动力较弱且变化规律性不明显.建议长江经济带通过技术进步、应用创新等提高清洁生产能力,通过需求及投入结构优化带动产业结构调整,对进一步降低产业排水量具有一定价值.

长江经济带以长江黄金水道为纽带,涵盖上海市、江苏省、浙江省、贵州省、四川省等11个省市的国家重点发展区域.长江经济带面积约205×104 km2,占全国总面积的21%,长江经济带内人口密布、经济活跃,人口和经济总量占全国的40%以上.同时,随着高强度的开发建设,长江经济带也面临资源紧缺、生态环境恶化等问题.特别是水资源的开发利用,2017年长江经济带11省市用水总量2 637×108 m3[1],占全国用水总量的43.6%;污染排放强度大,长江经济带废水排放总量占全国总量的40%以上[2].在很多城市水资源利用已超过其承载能力,废水排放也直接影响了河流水环境健康.

社会经济发展与产业废水排放密切相关,是驱动排水量变化的重要因素.随着社会需求的增加,生产规模不断扩大驱动用水需求增长,导致废水排放量随之增加.而节水技术发展及污水减排措施等会驱动排水量降低.产业结构的变化也会导致排水量随之变动.在社会经济系统研究中,常用的定量分析驱动因素影响力的方法有指数分解法和SDA (structural decomposition analysis,结构分解法),这些方法被用来研究资源利用、能源消耗、碳排放及污染物排放等与社会经济发展密切相关的资源环境问题.

SDA方法属于因素分解法的一种,SDA方法可以将目标变量变化分解为与之相关的独立影响因子变化之和,从而达到对目标变量影响因素的定量分解[3].针对SDA方法的研究包括对传统方法的改进研究[4-5],以及与其他分解方法的对比研究[6]等.随着基于投入产出的SDA方法逐步成熟,该方法被广泛应用于研究国内外社会经济发展、能源、资源及环境问题[7-8].如国外利用SDA方法对温室气体排放驱动因素进行研究[9-10],对世界范围内废水排放驱动力进行研究[11],对用水驱动机制进行研究[12]等.在国内,经济领域包括利用SDA方法开展经济增长驱动力研究[13]、经济区域间分析及影响因素研究[14]等.在环境领域,针对大气污染物排放的驱动研究非常广泛,如将SDA方法应用于碳排放驱动因素研究[15]以及国内外贸易对碳排放影响[16-17]等. SDA方法在水资源领域的研究逐步深入,如利用SDA方法研究水资源承载力[18]、水足迹及驱动因素[19]、用水及驱动因素[20]以及水资源与经济发展关系[21]等.由于基础数据限制,SDA方法在水污染物排放领域的应用并不充分.产业污废水的排放是水环境污染的主要影响因素,对产业排水的驱动分析有利于有针对性地制订水污染防治措施.为定量评估驱动长江经济带产业排水量变化的因素,该研究基于对长江经济带11省市行业排水量的估算,利用SDA方法分析了2002—2007年及2007—2012年排水量变化的驱动因素,解析长江经济带各省市节水减排效应、投入结构效应、需求结构效应及规模效应对排水的定量影响,以期为长江经济带各省市污染减排措施的制订与绿色发展提供依据.

1.研究方法与数据来源

1.1SDA方法

基于SDA方法对排水量变化进行驱动因素分解,首先要建立排水量与投入产出的关联,再通过对关联关系中关键参数变动的比较静态分析,得到排水量变化的驱动因素.进行结构分解分析一般需要具有2年以上的时间序列投入产出表(不变价处理后)[22].

投入产出模型:

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式中:X为总产出列向量,为n×1阶矩阵,n为投入产出表中部门分类数;L为列昂惕夫逆矩阵,为n×n阶矩阵,表示为获得单位最终产品各部门需要生产的产品总量;Y为最终需求列向量,为n×1阶矩阵.

最终需求Y可表示为最终需求总量与需求结构的乘积[23],即

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式中:S为最终需求结构,为n ×1阶矩阵,其元素为各部门最终需求占最终需求总量的比值;g为最终需求规模,最终需求一般包括最终消费、资本形成、出口和国内省外流出,104元.

因此,产业排水量可表示为

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式中:P为产业排水量,m3;C′为排水强度,即部门完成单位产值带来的排水量,为1× n阶矩阵.

根据SDA方法[24],对两个不同时期排水量进行比较,变化量(ΔP)可以进行分解:

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也可以得到:

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式中:P1、P0分别为比较期和基准期的产业排水量,m3;C1′、C0′分别为比较期和基准期的排水强度;L1、L0分别为比较期和基准期的列昂惕夫逆矩阵;S1、S0分别为比较期和基准期的最终需求结构;g1、g0分别为比较期和基准期的最终需求规模,104元.

对特定变量结构分解的结果形式通常是不唯一的. Dietzenbacher等[25]指出包含m个因素的变动效应的分解形式共有m!种,并提出用完全分解法解决这一问题,指出m!种分解形式是等价的,但是它们的结果可能存在明显的差异,可以采用m!种分解形式的均值来衡量分解结果;另一个解决方法是两级分解法,两极分解法是从完全分解形式中选取从第一个因素开始分解的结果和从最后一个因素开始分解的结果,用两种分解形式的均值代表最终分解结果.对SDA计算方法的研究[25-26]表明,两极分解法是完全分解法计算结果的近似值.采用两级分解法,排水量变化可以表示为

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通过两级分解法排水量变化可以分解为四项,分别代表了排水强度影响、生产技术效率影响、最终需求结构影响及需求规模影响.排水强度( C′)是行业单位产值排水量,直接影响排水量,反映节水减排效应.生产技术效率(L)是指生产系统中不同行业间中间投入品的情况,如果中间投入品使用效率提高,会导致排水量下降,可以看作投入结构效应.最终需求结构(S)表示社会对不同产品的需求,或称需求衡量的产业结构,需求结构差异导致的排水变化可以看作需求结构效应.需求规模(g)增加主要通过扩大生产规模来满足,生产规模扩大导致排水量增长,反映规模效应.

1.2长江经济带各省市投入产出表

投入产出表每5年编制一次,目前长江经济带11省市公布的最新投入产出表为2012年版,因此选定2002年、2007年和2012年为研究对象.长江经济带11省市2002年、2007年、2012年共33张投入产出表的数据来自各省市统计年鉴.投入产出表常用部分可以分为3个象限,第1象限为分部门的中间产品使用/投入,反映经济内部关系;第2象限为最终需求矩阵,一般包括最终消费、资本形成与存货增加、出口三项;第3象限为增加值矩阵或最终投入矩阵,包括劳动报酬、剩余产品等.各省市投入产出表共包括42个部门,其中包括1个农业部门、27个工业部门、14个服务业部门.通过各省市投入产出表可以获得需求规模、结构、投入结构等数据.在计算中,为使数据具有可比性,利用多年价格指数数据将投入产出表中资金数据统一为以2007年价格为基准的可比价数据.

1.3长江经济带各省市排水量估算

产业排水量研究对象包括长江经济带11省市的农业、工业及服务业的42个部门.统计数据一般为废水排放量,主要指工业、第三产业和城镇居民生活等排水量,不包括农业排水,而农业排水作为重要的面源污染也会对环境造成不利影响,因此该研究选择所有产业排水量进行研究.此外,由于多数省市未发布分行业废水排放量数据,因此该研究采用估算数据.排水量数据根据分行业的用水数据及耗水率计算得到,即用水量减去耗水量(蒸发、土壤吸收、进入产品、饮用等消耗量)为排水量.用水数据来自《中国水资源公报》和各地方水资源公报,工业(除火、核电以外)和服务业分行业用水数据根据文献[27]中方法确定,即根据投入产出表中水的生产与供应行业数据计算得到.不同行业具有不同的用水特点,耗水率也有所不同,耗水率采用文献[28]中对长江流域不同地区不同产业的研究成果,分为农田灌溉,林牧渔业,一般工业,火、核电和城镇用水等.

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