城市工業(yè)“三廢”與經(jīng)濟發(fā)展的EKC聯(lián)合分析

曹磊,劉珊,董小林,廖磊,李炫妮

(1.長安大學(xué) 旱區(qū)地下水與生態(tài)效應(yīng)教育部重點實驗室，陜西 西安 710054；2.長安大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院， 陜西 西安 710054；3.長安大學(xué) 環(huán)境經(jīng)濟與管理研究所，陜西 西安 710054)

21世紀(jì)初以來，我國城市在經(jīng)濟高速發(fā)展過程中，能源消耗不斷擴大，工業(yè)“三廢”的排放量日益增加，環(huán)境污染問題的逐漸加劇。在城市經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護(hù)理念出現(xiàn)相悖的狀況下，黨的十八大、十九大對加快生態(tài)文明體制改革、推進(jìn)綠色發(fā)展、建設(shè)美麗中國進(jìn)行了全面戰(zhàn)略部署，中國的經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展與綠色革命就是在這一大背景下進(jìn)行的。

對于城市區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系可以用環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)理論進(jìn)行分析。Alper Aslan等[1]驗證了美國1966～2013年的CO2環(huán)境庫茲涅茨曲線呈“倒U型”曲線；李鵬濤[2]采用31省面板數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)廢水和廢氣與經(jīng)濟增長之間呈現(xiàn)“倒U型”特征。當(dāng)然，并非所有的環(huán)境污染指標(biāo)與人均GDP之間都契合標(biāo)準(zhǔn)的“倒U型”曲線關(guān)系，環(huán)境庫茲涅茨曲線具體的實際應(yīng)用會受到分析對象與時間跨度的影響，以及地區(qū)發(fā)展特點等多方面的影響[3]。本研究基于EKC模型對西安市工業(yè)“三廢”與經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)行聯(lián)合分析。

1 研究區(qū)域分析

1.1 經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r分析

西安位于西部和中部兩大經(jīng)濟區(qū)的結(jié)合處，是西北地區(qū)重要的經(jīng)濟中心和交通樞紐，隨著絲路文化高地、國家中心城市、國際化大都市建設(shè)等規(guī)劃，使西安經(jīng)濟社會加快發(fā)展，現(xiàn)已成為新時代西部大開發(fā)的“領(lǐng)頭羊”。由表1可知，2014年西安的生產(chǎn)總值已經(jīng)達(dá)到5 000億元大關(guān)，2018年，西安市生產(chǎn)總值邁上8 000億元的新臺階，財政總收入過1 400億元，增長8.2%、增速居副省級城市第一。見圖1，西安市經(jīng)濟一直處于持續(xù)增長的階段，1999～2007年GDP增長較平穩(wěn)，2008年至今一直保持較高的增長率。

表1 西安市1999～2018年國民生產(chǎn)總值及其增長率Table 1 GDP and growth rate of Xi’an from 1999 to 2018

圖1 西安市1999～2018年GDP趨勢變化曲線Fig.1 The trend curve of GDP from 1999 to 2018 in Xi’an

1.2 環(huán)境質(zhì)量狀況分析

1999～2010年西安市處于發(fā)展速度快，資源需求大，環(huán)境負(fù)擔(dān)重的時期，在此發(fā)展過程中，工業(yè)的高強度發(fā)展使得大氣污染的越來越嚴(yán)重。由圖2可知，2008年的工業(yè)廢氣排放量為1 519.179 9億m3是近20年以來排放最高的一年，在短短的8年里，從2001年的273.980 6億m3增長到2008年的1 519.179 9億m3，增長幅度5倍之余；2009年之后工業(yè)廢氣排放量依然是全市大氣污染的主要污染源，且危害成分復(fù)雜。2010年強霧霾天數(shù)開始增多，霧霾日趨嚴(yán)重，2017年后，在“鐵腕治霾”的作用下，霧霾天氣逐漸有了好轉(zhuǎn)。

圖2 西安市工業(yè)“三廢”排放量變化曲線Fig.2 Change curve of industrial “three wastes” emissions in Xi’an

西安市的水資源總量低于全國平均程度，屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)[4]，工業(yè)廢水污染加劇了水資源短缺帶來的挑戰(zhàn)。1999～2007年工業(yè)廢水排放量不斷增加，最高達(dá)到190.69百萬t，2007年之后開始不斷下降。在這三類工業(yè)廢棄物中，廢水排放量控制效果最好，表明西安市提高了工業(yè)廢水的重復(fù)利用率以及廢水處理技術(shù)的改進(jìn)，從根本上減少了工業(yè)廢水的產(chǎn)生。

工業(yè)固廢產(chǎn)生量在1999～2011年持續(xù)上升，從105.00萬t增加到279.00萬t，年平均增長率約為13%，在此之后政策的完善、生產(chǎn)工藝的改良及工業(yè)固廢處理設(shè)施的補充完善，使得自2012年起工業(yè)固廢的產(chǎn)生量逐年開始降低，降幅高達(dá)31%左右，同時工業(yè)固廢的處置量由2012年的9.24萬t增長到2018年的78.10萬t，處置率不斷增加。

2 指標(biāo)數(shù)據(jù)的選取與分析

2.1 指標(biāo)與數(shù)據(jù)

運用EKC分析經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境污染程度時，應(yīng)先檢驗符合EKC的狀況。在符合EKC的基本內(nèi)涵和條件基礎(chǔ)上，首先要保證選取指標(biāo)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；其次應(yīng)該有足夠的符合EKC分析的時間跨度；同時擬合方程應(yīng)該總體符合的“倒U型”曲線態(tài)勢。

分析選取西安市1999～2018年工業(yè)“三廢”排放量(工業(yè)廢水排放量、工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)固廢產(chǎn)生量)為環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)；選取人均GDP作為經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 西安市1999～2018年各項指標(biāo)的數(shù)據(jù)Table 2 Data of various indicators in Xi’an from 1999 to 2018

2.2 分析模型

EKC是描述經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境水平關(guān)系的計量模型。本研究分析對各個數(shù)據(jù)取對數(shù)的擬合度高于直接采用原始數(shù)據(jù)，所以公式(1) 可以表達(dá)西安市環(huán)境污染程度和經(jīng)濟發(fā)展水平之間的這種關(guān)系[3]。

ln(Y)=β1ln(x)+β2ln2(x)+ε

(1)

式中,Y為環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)，分別為工業(yè)廢水排放量(萬t)、工業(yè)廢氣排放量(億m3)、工業(yè)固廢產(chǎn)生量(萬t)；x為經(jīng)濟增長指標(biāo)，ε為人均GDP(元)，β1、β2為模型參數(shù)；ε為隨機誤差項。EKC模型是標(biāo)準(zhǔn)的“倒U型”曲線，即當(dāng)β1>0，β2<0，符合EKC設(shè)定的基本內(nèi)涵和效果。

3 EKC實證分析

3.1 EKC符合度檢驗

環(huán)境庫茲尼茨(EKC)和庫茲尼茨假說(KC)的基本假設(shè)規(guī)定和含義均具有一定的普遍性，但也存在不符合EKC基本態(tài)勢的情況，對出現(xiàn)某些局部波動的異常情況，要進(jìn)行有針對性地根據(jù)其特征應(yīng)用合適的模型進(jìn)行分析。因此在分析之前對每個環(huán)境指標(biāo)分別與經(jīng)濟指標(biāo)進(jìn)行EKC符合度檢驗，如符合EKC的基本的內(nèi)涵和趨勢，則利用EKC理論進(jìn)行分析。本實例采用公式(1)利用Origin軟件進(jìn)行擬合檢驗。

圖3 西安市工業(yè)“三廢”與人均 GDP的EKC擬合曲線Fig.3 EKC fitting curve of industrial “three wastes” and per capita GDP in Xi’an

表3 EKC模型擬合結(jié)果Table 3 EKC model fitting results

擬合分析結(jié)果表明：見表3，曲線模型擬合的相關(guān)系數(shù)分別為0.898 07，0.820 75，0.863 18，模型擬合度較好，且都存在β1>0，β2<0，符合EKC設(shè)定的基本內(nèi)涵和效果。見圖3，擬合曲線趨勢符合“倒U型”曲線，即表明經(jīng)濟發(fā)展程度較低時，環(huán)境污染程度隨著經(jīng)濟的增長而加重惡化，當(dāng)經(jīng)濟發(fā)展達(dá)到一定水平后即拐點處，環(huán)境污染程度隨著經(jīng)濟的增長而持續(xù)改善[3,5]。

3.2 西安市工業(yè)“三廢”與經(jīng)濟的EKC分析

3.2.1 人均GDP與廢氣排放量的關(guān)系 西安市在1999～2018年之間，工業(yè)廢氣排放量均值為783.108 4億m3，2008年工業(yè)廢氣排放量最高，為1 519.179 9億m3，而2001年排放273.980 6億m3是最少的。由圖3(a)可知：1999～2018年，西安市人均GDP與工業(yè)廢氣排放量的EKC擬合曲線呈“倒U型”，即經(jīng)濟水平較低時，工業(yè)廢氣排放量隨著經(jīng)濟的增長而遞增，當(dāng)人均GDP到達(dá)轉(zhuǎn)折點時，工業(yè)廢氣排放量隨著經(jīng)濟的增長而遞減。擬合分析可知，2014～2015年間為拐點所在區(qū)間，2014年人均GDP為63 794.00元，2015年人均GDP為66 938.00元。根據(jù)曲線擬合結(jié)果，2014年前數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的波動，2015年之后的工業(yè)廢氣排放量會隨人均收入的增加而減少。現(xiàn)階段處于拐點的右側(cè)，說明隨著經(jīng)濟的增長環(huán)境質(zhì)量有所改善。

3.2.2 人均 GDP與廢水排放量的關(guān)系 見圖3(b)，西安市人均GDP與工業(yè)廢水排放量擬合程度較好，工業(yè)廢水排放量隨經(jīng)濟的增長，呈現(xiàn)出先增加后減少的“倒U型”趨勢。西安市在1999～2018年之間，工業(yè)廢水排放量均值為10 720.15萬t，2007年工業(yè)廢水排放量最多，為19 069萬t，2016年最低，為4 029.83萬t，占全省廢水排放量的比重范圍為2.41%～20.5%。擬合分析可知，2007～2008年間為拐點所在區(qū)間，2007年和2008年人均GDP分別為22 463.00元、27 794.00元，2007年之后的工業(yè)廢水排放量會隨人均收入的增加而減少，現(xiàn)階段處于拐點的右側(cè)。

3.2.3 人均GDP與固廢產(chǎn)生量的關(guān)系 西安市1999～2018年之間，平均每年產(chǎn)生189.12萬t工業(yè)固廢，2001年產(chǎn)生105.00萬t是最少的，則2011年產(chǎn)生工業(yè)固廢279.00萬t是20年中最多的。見圖3(c)：西安市人均GDP與工業(yè)固廢產(chǎn)生量的EKC擬合曲線呈“倒U型”，即經(jīng)濟水平較低時，工業(yè)固廢產(chǎn)生量隨著經(jīng)濟的增長而遞增，當(dāng)人均GDP達(dá)到拐點，工業(yè)固廢產(chǎn)生量隨著GDP的增長而遞減。擬合分析可知，2012～2013年間為拐點區(qū)間，西安市2012年人均GDP為51 499.00元，2013年人均GDP為57 464.00元。曲線擬合結(jié)果顯示，現(xiàn)階段處于拐點的右側(cè)。

3.3 西安市工業(yè)“三廢”與經(jīng)濟的聯(lián)合分析

在以上分別對單一的環(huán)境因子污染指標(biāo)進(jìn)行的EKC分析的基礎(chǔ)上，對西安市工業(yè)“三廢”與經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)行聯(lián)合分析，因為環(huán)境污染常常是以復(fù)合狀態(tài)存在，所以采用綜合環(huán)境污染程度的指標(biāo)進(jìn)行EKC分析更加客觀[3]。

3.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理 表2中西安市1999～2018年工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)固廢產(chǎn)生量的數(shù)據(jù)水平相差很大,單位也不同,要將其進(jìn)行聯(lián)合分析,需對現(xiàn)有的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理,使其成為無量綱數(shù)據(jù)，用無量綱數(shù)據(jù)可以保證綜合評價結(jié)果的準(zhǔn)確性，適合環(huán)境污染與經(jīng)濟發(fā)展的聯(lián)合分析[6-7]。標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果見表4。

表4 污染物排放量標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果Table 4 Pollutant discharge standardization results

(2)

本研究對衡量環(huán)境污染的工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)固廢產(chǎn)生量三個指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值，權(quán)重占比分別為0.4,0.4,0.2[8]。將表3中的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，根據(jù)權(quán)重進(jìn)行歸一化處理，得出環(huán)境污染系數(shù)，污染系數(shù)越小說明三種污染的綜合影響越小,反之則越大[9]。見表5。

表5 環(huán)境污染系數(shù)Table 5 Environmental pollution coefficient

3.3.2 西安市人均GDP與環(huán)境污染系數(shù)的EKC分析 用環(huán)境污染系數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行環(huán)境污染與經(jīng)濟發(fā)展的EKC分析，人均GDP為經(jīng)濟發(fā)展指標(biāo)，環(huán)境污染系數(shù)為環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)，本研究采用三次函數(shù)和二次函數(shù)進(jìn)行分析，其擬合效果均符合EKC的基本態(tài)勢，但三次函數(shù)擬合度更高，因此這里采用三次函數(shù)擬合分析，結(jié)果見圖4[10]。

由表5可知，西安市在1999～2018年之間，2008年的環(huán)境污染系數(shù)最大，為1.534 869，而2001年的環(huán)境污染系數(shù)最小，為-1.096 393。由圖4可知，西安市1999～2018年人均GDP與環(huán)境污染系數(shù)的EKC擬合曲線擬合程度較好，整體呈“倒U型”趨勢，2009～2010年間為拐點區(qū)間，2009年人均GDP為32 411.00元，2010年人均GDP為38 357.00元，即西安市在1999～2009年處于經(jīng)濟發(fā)展水平較低時，環(huán)境污染程度隨著經(jīng)濟的增長而加重，當(dāng)人均GDP到達(dá)轉(zhuǎn)折點2010年時，環(huán)境污染程度隨著經(jīng)濟的增長而減輕。分析可知，雖然環(huán)境污染程度與經(jīng)濟發(fā)展水平目前已經(jīng)進(jìn)入?yún)f(xié)調(diào)的發(fā)展模式，但是2016～2017年出現(xiàn)了波動，表明西安市未來環(huán)境污染依然存在一定的風(fēng)險。

圖4 環(huán)境污染系數(shù)和人均GDP的EKC擬合曲線Fig.4 EKC fitting curve of environmental pollution coefficient and GDP per capita

4 結(jié)論

(1)選取西安市1999～2018年中的工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)固廢產(chǎn)生量和人均GDP作為研究指標(biāo)，分析表明符合EKC的基本趨勢，建立了西安市EKC計量分析模型。

(2)根據(jù)EKC模型擬合結(jié)果分析了西安市環(huán)境污染程度與經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系，分析表明：工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)固廢產(chǎn)生量和人均GDP都呈現(xiàn)出“倒U型”關(guān)系，目前隨著經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)“三廢”對環(huán)境的污染程度呈下降趨勢。

(3)通過對西安市工業(yè)“三廢”排放量標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理得出環(huán)境污染系數(shù)，進(jìn)行環(huán)境污染系數(shù)與人均GDP的聯(lián)合計量分析，整體來說，2009～2010年左右越過拐點后，表明西安市工業(yè)發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量已跨過EKC曲線的拐點進(jìn)入了兩者協(xié)調(diào)發(fā)展的新階段。