产业结构调整与水环境污染控制的协调研究*—以钦州市为例

中国环境学会  2011年 03月31日


  赵海霞  董雅文  (中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京,210008)


  摘要:产业发展是实现经济持续增长的推动力,同时也是产生环境污染的主要载体,产业结构调整与优化升级是减少污染排放、改善环境质量的重要举措。运用投入产出分析技术,将工业总产值、环境污染排放量、水资源利用量、废水污染治理费用及行业生态受损度等影响水环境的产业结构调整因子纳入模型,建立产业结构调整优化与水环境污染控制相协调的机制,以经济效益最大化、生态环境效益最优化为目标,探讨不同经济发展模式下行业结构调整对环境污染控制的影响程度及协调性,结果显示:未来钦州市按照年均13.4%的高速发展模式进行产业结构优化调整,既能保障经济实现跨越式发展,又能达到COD排放总量最小化的目标要求,为区域经济又好又快发展、环境质量明显改善提供决策依据。
  关键词:产业结构调整;水环境;污染控制;投入产出分析
   
  产业发展是实现经济持续增长的推动力,同时也是产生环境污染的主要载体,产业结构调整与优化升级是减少污染排放、改善环境质量的重要举措。进入21世纪,中国逐步加大产业结构调整步伐,相继出台产业结构调整目录。在国家政策大背景下,各地区纷纷加大产业结构调整力度,不同程度地明确了“调优、调高、调轻、调绿”的产业发展目标,旨在大力推动区域经济与环境保护的协调、可持续发展。国内外学界对产业结构与污染控制、环境保护的关联研究已有一定的基础,如运用经济计量学模型研究经济行为和环境污染的相关性[[1],[2]]、应用投入产出法分析能源消费、资源利用和环境问题[[3],[4],[5]]、揭示产业转型及其结构变动内在机理及优化调整[[6],[7],[8],[9]]。上述研究中经济行为多用产业或行业的结构和规模来表征,污染控制多用废水排放量及特征污染物(如COD)、污染治理费用及需水量表示,为制定产业结构优化调整以及环境保护方针政策提供了重要依据,然而关于重要生态功能保护要素对污染控制贡献的研究则较少涉及。
  近年来,生态保护日益受到重视,尤其在区域经济发展中生态优先方略逐步得到体现。本文以位于东盟自由贸易区重要区位的钦州市为例,在投入产出关联分析中,特将行业生态受损度指标与产业结构调整、水环境污染控制与保护纳入模型,以经济效益最大化、生态环境效益最优化为目标,探讨不同经济发展背景下行业结构调整对环境污染控制的影响程度及协调性,为区域经济又好又快发展、环境质量明显改善提供决策依据。


  1 研究区概况


  钦州市位于广西省南部沿海,南临北部湾和南中国海,背靠大西南,东邻粤港澳,面向东南亚,处于东盟自由贸易区的核心地位,区位条件好。随着城镇化、工业化的不断推进,全市经济实力不断增强,2000-2007年间,地区生产总值由144.09亿元增长为303.87亿元,年均增长10%;三产比例由51.8:18.5:29.7调整为32.0∶37.4∶30.6,产业结构逐步优化,但层次依然较低;全市工业总产值由2000年的67.1亿元上升到2006年的247.5亿元,年均增长20.4%,对经济增长的贡献达到46.3%,逐步形成了炼油、冶金、化工、电力、制糖等重点产业,占规模以上工业总产值的55%。然而,由于钦州市的工业基础相对较为薄弱,2006年全市工业化水平仅为0.89%,只有自治区的57.4%、全国的24.3%。重工业产值占到全市规模以上工业总产值的60%以上。
  工业快速发展,加上产业重型化的特点,对生态环境尤其是水环境造成较为严重的影响。2007年,全市化学需氧量排放量为8.1万吨,超出“十一五”提出的2010年全市化学需氧量排放总量目标6.8万吨的19.1%。其中工业化学需氧量排放量4.8万吨,占总排放量的58.6%,大大超出钦州市地表水环境(COD)理想容量的3.22万吨/年、最大允许排放量4.62万吨/年的标准[①]。钦州市分布有重要饮用水源保护区、牡蛎繁殖区、红树林、湿地等多种类型重要生态功能保护区,面积达1341.9Km2,占国土总面积的12.3%,生态敏感性较强,污染行业的水污染排放对其影响较大。随着北部湾经济区开放开发正式纳入国家战略,钦州市经济社会在未来一段时间内将实现跨越式发展,由此带来的人口增长、城市扩张和产业发展尤其是重化工业项目在沿海地区的聚集,将给原本就敏感的水环境带来前所未有的压力。在这种形势下,进行钦州市产业结构调整对环境污染控制的协调研究意义较大。


  2 数据来源与模型构建


  2.1数据来源与处理
  所需数据主要包括钦州市社会经济统计数据及水资源利用、水环境污染排放及处理数据;其中的社会经济数据主要来源于《钦州市统计年鉴》、《广西省统计年鉴》;水资源利用数据来源于《广西省水资源公报》;水环境污染及处理数据主要来源于《钦州市环境统计资料》、《广西省环境统计资料》;其中,对跨年度经济数据按照2007年消费价格指数作了不变价处理。


 

  2.2模型构建
  2.2.1基本原理
  经验证明,从根本上解决水环境污染问题,不仅遵循自然规律,而且要遵循生态经济规律[[10]];对水环境的改善不仅需要把水污染防治与水资源的开发利用相结合,而且要把水污染防治、生态环境保护与社会经济发展相联系,以寻求污染排放量的减少和治理资金的支持。充分利用现状及其预测状态下的经济指标、需水量、污染物排放量、废水治理费用、生态受损度等因素之间的相互关系,在原投入产出平衡表上增加2个象限,右上方第IV象限为增加的水回用量、污染排放量、生态重建费用,左下方第V象限为增加的用水量、生态受损度、污染产生量,构建改进的环境—经济投入产出模型(表1)。
  表1  改进的投入产出模型
  Tab.1 The improved input-output model

 

 

水回用量

生态重建费用

污染物排放量

中间需求

最终需求

总产出

(一)

污水处理费用

总产出

中间投入

Xij

Y

X

H

S

B

Q

R

最初投入

ν

 

 

 

 

 

 

 

总投入(一)

X

 

 

 

 

 

IV

 

污水处理资金投入

G

 

 

 

 

 

 

 

总投入

T

 

 

 

 

 

 

 

用水量

K

 

V

 

 

 

 

 

生态受损度

L

 

 

 

 

 

 

 

污染物产生量

P

 

 

 

 

 

 

 

   
  遵循经典的投入产出模型理论和方法,该模型主要的平衡关系[[11]]如下:
  其中, 为第i部门提供的供各部门使用的中间产出;Hi为第i个部门处理污水所用资金;Si为第i部门在扣除污水处理费用后提供的总产出;Xj为第j部门的总投入;Gj为第j生产部门污水处理资金投入;Tj为第i部门在增加污水处理资金后的总投入。


  2.2.2模型构建
  利用投入产出分析技术进行模拟研究,必须明确模型中相关的目标函数、约束条件及其有关参数。
  (1)目标函数
  ①工业废水中的COD排放量最小                     
  ②经济产出最大
  (2)约束条件
  ①需水量约束
  ②COD排放量约束
  ③废水治理费用约束
  ④行业生态受损度约束
  ⑤工业产值约束


  3 基于钦州的实证


  3.1不同情景发展模式的设定
  虽然受国家宏观战略的推动,钦州市经济社会将实现跨越式发展,但由于政策、技术等因素具有不确定性,钦州市未来的经济发展具有不可预见性。借鉴长江三角洲地区、珠江三角洲地区及环渤海湾地区主要城市经济平均增长速度经验数据,如:高速为12%-17%,中速为8%-13%,低速为5%-9%;同时参照钦州市目前的经济发展基础,设定2020-2020年钦州市高速、中速和低速三种经济发展情景,分别为高速13.4%、中速11.7%、低速8.9%。


  3.2模型变量及约束值的确定
  以投入产出宏观经济模型为基本出发点,建立工业经济—水环境—水生态—水资源—废水污染治理系统的结构优化模型。分别针对三种发展模式,设定相应的模型变量及约束值。
  决策变量。参与优化的决策变量为各行业工业产值(Xi)。根据各行业COD排放强度大小,将全市所有工业行业归并为石油、造纸、冶金、化工、制药、食品、纺织服装、能源、机械电子及其他10个门类。
  所需参数及约束值。从企业清洁生产的角度考虑,以工业部门生产规模与水环境的关系作为重点,针对10个工业行业,选取需水系数、COD排放系数、废水治理费用系数以及行业生态受损系数作为参数。各系数的确定主要依据相似地区环境污染治理水平、行业污染排放特点及其对不同重要生态功能要素的破坏程度进行专家打分,具体数值如表2所示。其中,行业生态受损系数主要考虑与水污染控制、保护有关的重要生态功能要素,如江、海、湖泊、湿地、骨干河流的水源涵养区、清水通道及生物多样性保护区等受环境污染物排放的影响。根据各方案所参照城市经济发展速度、产业结构比例及环境污染排放、污染治理水平,确定三种方案的约束值如表3所示。
  表2  不同情景下各行业有关系数的确定
  Tab.2 determination of various sectors of the coefficient under different scenarios

模式

项目

石油

造纸

冶金

化工

制药

食品

纺织

服装

能源

机械

电子

其他

低速

COD排放系数(kg/万元)

0.22

3.00

0.08

1.97

1.19

0.81

0.43

0.05

0.07

0.22

需水系数(m3/万元)

31.5

114.2

66.5

118.9

66.8

37.8

35.7

37.0

16.7

31.5

废水治理费用系数(%)

1.71

3.00

2.85

3.00

2.77

1.70

3.01

1.03

1.04

1.71

生态受损系数

0.20

0.15

0.10

0.25

0.10

0.05

0.01

0.04

0.05

0.05

中速

COD排放系数(kg/万元)

0.12

2.88

0.07

0.97

1.03

0.61

0.41

0.07

0.06

0.12

需水系数(m3/万元)

28.6

112.6

60.4

105.1

59.7

28.7

34.8

33.1

12.8

28.6

废水治理费用系数(%)

1.71

3.00

2.85

3.00

2.77

1.70

3.01

1.03

1.04

1.71

生态受损系数

0.20

0.15

0.10

0.25

0.10

0.05

0.01

0.04

0.05

0.05

高速

COD排放系数(kg/万元)

0.12

2.58

0.07

0.97

1.03

0.61

0.41

0.07

0.12

2.58

需水系数(m3/万元)

27.5

110.2

60.5

100.9

36.8

27.8

33.7

29.0

27.5

110.2

废水治理费用系数(%)

1.71

3.00

2.85

3.00

2.77

1.70

3.01

1.03

1.71

3.00

生态受损系数

0.20

0.15

0.10

0.25

0.10

0.05

0.01

0.04

0.05

0.05

  表3  不同情景下约束值的确定
  Tab.3 Determination of Constraint Value under different scenarios

 

高速

中速

低速

备注

工业总产值(亿元)

4063.48

2143.39

1448.82

借鉴2005年各项值

废水排放总量(万吨)

47200.31

13488.5

12615.17

化学需氧量(万吨)

3.033504

2.403525

2.38981

工业需水量(万吨)

616290.7

239294.8

156426

废水治理费(亿元)

81.27

32.15

14.49

分别取工业总产值的2%1.5%1%

生态受损度(亿元)

1828.57

964.53

651.97

以重污染行业石油、化工的生态受损系数之和(0.45)为限值

   
  3.3模拟结果及分析
  根据设定的模型参数及其相应的约束值,运用投入产出分析法进行模拟,三种情景的模拟结果如表4。
  表4  2020-2025年产业结构优化方案比较
  Tab.4  Comparison of optimization of industrial structure between 2020 and 2025

 

石油

造纸

冶金

化工

制药

食品

加工

纺织

服装

能源

机械

电子

其他

高速

总产值(亿元)

2398.54

551.71

862.91

671.64

144.00

677.68

230.40

838.18

581.69

243.27

COD排放量(t

2941.1

14245.5

561.4

6521.5

1479.8

4121.8

943.3

601.7

313.6

321.0

需水量(万m3

65866.4

60825.5

52173.3

67743.2

5296.2

18849.8

7758.3

24303.5

3920.1

4778.3

废水处理费(亿元)

41.1

16.6

24.6

20.2

4.0

11.5

6.9

8.7

6.0

4.5

生态受损度(亿元)

479.708

82.7565

86.291

167.91

14.4

33.884

2.304

33.5272

29.0845

12.1635

中速

总产值(亿元)

2286.28

525.89

822.52

640.20

137.26

645.96

219.62

798.94

554.46

231.88

COD排放量(t

2803.4

15156.4

535.1

6216.2

1410.6

3928.9

899.1

573.6

354.4

329.1

需水量(万m3

65393.5

59212.6

49693.7

67279.8

8198.1

18560.3

7651.1

26424.8

7083.9

4828.1

废水处理费(亿元)

39.2

15.8

23.5

19.2

3.8

11.0

6.6

8.3

5.7

4.2

生态受损度(亿元)

457.256

78.8835

82.252

160.05

13.726

32.298

2.1962

31.9576

27.723

11.594

低速

总产值(亿元)

1837.55

422.67

661.08

514.55

110.32

519.17

176.51

642.14

445.64

186.37

COD排放量(t

4090.7

12680.1

505.8

10141.6

1315.9

4196.1

758.0

332.6

329.4

432.3

需水量(万m3

57811.2

48289.7

43937.0

61160.6

7367.1

19632.8

6296.8

23756.2

7459.6

4965.3

废水处理费(亿元)

31.5

12.7

18.9

15.4

3.1

8.8

5.3

6.6

4.6

3.4

生态受损度(亿元)

367.51

63.4005

66.108

128.637

11.032

25.9585

1.7651

25.6856

22.282

9.3185

  
  
  
  3.3.1三种模拟方案的比较分析
  通过三种方案模拟结果的比较分析,可得以下结论:
  (1)产业结构得到不同程度的优化调整
  与钦州市现状产业结构的对比分析,模型模拟后的产业结构得到了一定程度的优化调整:重化工业比重都由现状的60%下降为54.6%;COD排放强度较大的造纸及耗水量大的纺织服装产业的发展受到了限制发展,其年均增长率控制在8%以内;冶金、建材、食品加工及工艺编织、建筑装饰等传统优势行业则继续保持了原有的经济增长速度;石油、化工、机械电子等有大项目带动、发展前景大的主导性行业的发展给予了较高的重视。在三种方案中,虽然各行业产值占比差距甚微,但从行业产值的绝对数量上可以看出,产业结构的优化调整在高速方案中得到了更多的体现。
  (2)水环境污染得到不同程度的控制
  首先,高、中、低速方案的工业COD排放量分别为32050.7吨、32206.8吨和34782.5吨,排放强度分别为0.445千克/万元、0.469千克/万元和0.631千克/万元,无论从COD的排放总量还是从排放强度上看,高速方案最有利于钦州市2020-2025年环境污染排放总量的控制;其次,从工业需水量上看,高速方案为311514.6万m3,虽然高于低速方案的280676.3万m3,但比中速方案的314325.9万m3却低2811.3吨,加上高速方案的工业需水强度为43.27m3/万元,均低于中速45.8m3/万元和低速50.9m3/万元,对于一个缺水城市来说,在加快经济跨越式发展的前提下,高速方案对实现水资源的节约利用意义较大。而三种方案的污染治理费用分别为144.1亿元、137.3亿元和110.3亿元,占GDP的比重都为2%,差别不大,且在生态受损度上,高速方案为942.03,高出低速方案30.5%,但仅比中速方案高出4.9%。因此,从COD排放量、工业需水量、污染治理费用及行业生态受损度四个指标的模拟结果的比较分析,高速方案更有利于水环境污染的有效控制。


  3.3.2产业结构调整与环境污染控制的协调性分析
  根据模型结果,按照高速发展方案,钦州市的产业结构优化调整与水环境污染控制的协调性较好,理由如下:
  (1)综合考虑各工业行业的跨越式发展,尤其是考虑了石油工业实现一期1000万吨炼油项目和二期2×1000万吨炼油项目的上马,加上由此带动的其他石油化工项目的快速发展,高速方案2020-2025年预期工业总产值达到7200亿元,比较符合钦州市实现跨越式发展的设想。
  (2)高速方案的工业产值增长及废水治理投资的实现相对其他方案更具可行性,除制药及纺织服装等行业的增长相对缓慢外,COD排放强度较大的造纸工业所占份额相对也小外,石油、冶金、化工、食品加工、机械电子及其他行业的较快增长可为钦州市即将加快增长的人口提供就业保障。
  (3)在假定高速方案的工业产业结构及工业废水中COD排放强度及城镇生活污水中COD排放强度不变的前提下,钦州市COD排放总量将达到6.1万吨,没有超出污染物排放总量削减目标——到2010年钦州市化学需氧量(COD)排放总量目标控制在6.8万吨以内——的要求,能够实现污染减排目标。


  4 结论与讨论


  区域经济发展过程就是产业结构的调整过程,产业结构的合理化与高级化将促使区域社会经济与环境的持续、健康发展,因此,不同程度的产业结构优化调整会产生不同的环境污染控制效果。利用投入产出分析技术,构建工业经济—水环境污染排放—水资源利用—废水污染治理系统优化模型,遵循经济效益最大化、生态环境污染最小化的原则,通过产业结构调整与环境污染控制之间的协调程度的分析,理性判断钦州市未来经济发展按照13.4%的速度增长较为合理,既能保障经济实现跨越式发展,又能保证环境污染减排目标的实现,可为区域经济与环境的协调、可持续发展提供决策依据。
  然而,产业结构的调整不是一劳永逸的。随着经济的发展、科学技术的进步,影响产业结构调整的各种因素之间的关系也随之发生改变,对于污染控制与环境质量优化导向的产业结构也应随时进行调整,使经济发展与环境友好协调发展始终沿着最优轨道运行。因此,按线性规划模型计算的优化方案也应随着经济的发展、生态环境保护投入力度及污染治理技术的进步而发生调整;另外,区域不同产业类型组合的空间格局特征对水环境污染控制的影响评价是下一步的研究方向。


  主要参考文献:
  
  [[1]]唐建荣,马娜.国内外环境经济投入产出研究综述[J].统计与决策,2007(11):132-134.
  [[2]]J. L.R. Proops, M. Faber, G. Wagenhals, in cooperation with S. Speck, et al. Reducing CO2 emissions: a comparative input-output-study for Germany and the UK, New York : Springer, 1993
  [[3]]李立.试用投入产出法分析中国的能源消费和环境问题[J].统计研究,1994(5):56-61
  [[4]]雷明.资源—经济—环境投入产出核算应用研究:中国能源—资源—经济—环境综合分析[J].数量经济技术经济研究,1998,15(11):59-63
  [[5]]黄学良.环境经济投入产出模型的最优控制[J].中国管理科学,1997,5(2):60-64.
  [[6]]王岳平,葛岳静.我国产业结构的投入产出关联特征分析[J].管理世界,2007(2):61-68.
  [[7]]李诚.我国产业结构的投入产出关联测度及应用研究[J].山西财经大学学报,2009(1):43-48.
  [[8]]赵雪雁.甘肃省产业转型及其生态环境效应研究[J],地域研究与开发,2007,26(2):102-106,
  [[9]]彭建,王仰麟,叶敏婷等.区域产业结构变化及其生态环境效应—以云南省丽江市为例[J].地理学报,2005,60(5):798-806.
  [[10]]王西琴,周孝德.区域水环境经济系统优化模型及其应用[J].西安理工大学学报,1999,15(4):80-85.
  [[11]]陈锡康.国际投入产出技术发展情况简介,中国投入产出理论与实践2001[M],北京:中国统计出版社,2002.

 
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