我國工業廢水排放的投入產出重要系數確定研究

摘要 工業廢水是我國水環境污染的重要污染源。在投入產出模型中，重要系數的研究對于確定關鍵經濟鏈起著重要的指導作用，本文基于投入產出模型采用損失量法對我國2002年工業廢水排放的重要系數確定作了研究。通過以產業關聯性和產業規模為受影響對象選取了16個公共重要系數，并由此確定了工業廢水排放的關鍵生產鏈。工業廢水排放重要系數的確定對于我國改進技術和產業結構優化以及實現政府減排目標提供了有力的參考依據，工業廢水排放重要參數分析也可適用于SO2污染、NOx污染和固體廢棄物污染等，這對我國實現十一五規劃污染排放目標有指導意義。

關鍵詞 工業廢水排放；重要系數；國民經濟子系統；損失量法

中圖分類號 F223 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104(2008)05-0123-05

工業廢水是水域污染的主要污染源之一，其排放情況對實現可持續發展和提高生態效率具有重要的影響?！笆晃濉币巹潓嵤┮詠恚覈衙鞔_提出節能減排的目標。近年來，各地政府雖然積極采取了一些措施使工業廢水的排放總量得到了一定控制，但同發達國家相比，我國目前實現進一步工業廢水減排的形勢仍不容樂觀。對我國工業廢水排放的投入產出重要系數開展研究，有利于提高決策的科學性。

1 理論依據

在減少工業廢水排放的同時確保經濟的增長，就必須實現我國產業結構的調整和經濟增長方式的轉變，關于這方面研究，許多學者作了有益探索。於方等對重點工業廢水排放行業的污染特征進行了分析，并提出了相應的措施［1］；謝紅彬等通過對制造業研究得出工業廢水排放量的增加主要源于生產規模的擴大，產業結構調整對工業廢水減排有實質性貢獻，工業廢水達標排放主要通過技術進步實現［2］；肖建紅等對1990-2003年全國工業廢水排放的密度效應和增長效應進行了計量分析［3］。國內學者關于工業廢水排放研究工作著重于從單個產業部門角度來分析，而從產業關聯的角度研究比較少，依靠投入產出技術則能很好的解決這個問題。投入產出模型是依據投入產出表研究國民經濟系統中各部門的產品在生產和消耗的數量依存關系的一種數學經濟模型［4］。在投入產出表中直接消耗系數反映了產業部門之間最直接的生產消耗關系，體現了生產技術結構，故又稱為技術系數。Sonis Hewings（1992）提出影響域法，首先給定每個直接消耗系數的變化幅度，同時保持其它系數不變，根據對列昂剔夫逆矩陣所有元素和的變化大小排序，然后按實際需要選擇最大的一部分系數來作為重要系數［5］。Jilek（1971）最早提出容忍限法，首先給定受影響對象（各部門的總產出或列昂剔夫逆矩陣中的元素等）的變化幅度，計算要達到此種變化幅度，每個直接消耗系數在其他系數不變的情況下需要變化的數量，即每個系數的容忍限，顯然容忍限越小，系數的影響越大。然后給定一個閾值，容忍限小于閾值的系數即為重要系數［6］。許健（2003）提出信息量法，其基本思想是從蘊含信息量比例的角度出發來直接確定重要系數集，一個重要系數集應以最少量的系數來達到所要求的蘊含經濟系統的信息量比例［7］。劉秀麗（2004）提出雙層濾波法，其理論基礎采用最小流的思想，通過對中間流量分層和兩次濾波的方法來選取重要系數［8］。上述四種方法選取重要系數的研究對象都為國民經濟主系統。唐志鵬（2007）提出損失量法來研究國民經濟子系統，同時從數學上證明了在國民經濟主系統選取重要系數時，損失量法比信息量法更有效率［9］。影響域法和容忍限法都著重于單個系數的變化與受影響對象的關系，而信息量法、雙層濾波法和損失量法著重于系數的協同變化與受影響對象的關系。對于復雜系統的系數規模影響而言，從系數的協同變化來考慮更具有意義。

2 工業廢水高排放部門子系統的重要系數

確定2.1 國民經濟子系統概念的提出

根據目前重要系數的定義，在一個確定的經濟系統里，對整個經濟系統最具影響 力的直接消耗系數應被認為是重要系數。在整個國民經濟系統中有許多部門，所有的部門共同構成了整個國民經濟主系統。實際上，部門之間存在著相同或相異的行業特征。其中，具有相同行業特征的部門在國民經濟主系統中構成了許多國民經濟子系統。而國民經濟子系統在國民經濟中的重要性日趨顯著，譬如能源部門子系統、農業部門子系統、制造業部門子系統等對國民經濟的影響力日益增大，因此辨識子系統的重要系數也就尤為重要。部門可以作為基本經濟單元直接構成國民經濟主系統，同樣也可以作為基本經濟單元先構成國民經濟子系統，國民經濟子系統再作為基本經濟單元構成國民經濟主系統。設在國民經濟主系統中有n個部門，而n個部門之間可以任意構成一個國民經濟子系統的話，那么一共可以組成(C1n +C2n+…+Cn-1n)個國民經濟子系統，即2n-2個國民經濟子系統(C0na0bn+C1na1bn-1+…+Cn-1nan-1b1+Cnnanb0=(a+b)n，a和b均取1即可)。國民經濟子系統的概念提出，首先要明確國民經濟子系統必須存在于國民經濟主系統中，不能脫離國民經濟主系統而單獨存在；其次部門的劃分具有確定性，一個部門不能在國民經濟主系統中同時屬于兩個國民經濟子系統。明確這兩點后，首先可以在國民經濟主系統中n個部門中確定研究對象國民經濟子系統AI。由于在投入產出表中，部門的行列調整不會影響投入產出模型的計算結果，故部門行列調整后，設前s個部門為研究對象國民經濟子系統AI，反映在投入產出表中即是s行×s列區域構成了AI。 [KG)]2.2 損失量法對國民經濟子系統的重要系數的辨識及

實證分析2.2.1 損失量法選取重要系數的思想和具體操作步驟

由于國民經濟子系統必須存在于國民經濟主系統中，而不能孤立單獨存在，故在確定AI的重要系數時，對直接消耗系數的選取范圍應該包括在國民經濟主系統中n個部門n2個直接消耗系數，而不僅僅局限于s個部門s2個直接消耗系數。本文同樣采用列昂剔夫逆矩陣元素和總產出作為受影響對象來研究各直接消耗系數的重要程度。子系統AI的s行×s列區域蘊含受影響對象的信息量就是子系統AI蘊含受影響對象的信息量（以下簡稱蘊含的信息量）。把列昂剔夫逆矩陣s行×s列區域所有元素的和∑si=1∑sj=1bij或∑sj=1Xj作為子系統AI蘊含的信息量。這樣，主系統中任一直接消耗系數的變動都會對子系統AI蘊含的信息量有所影響。

損失量法選取子系統重要系數的基本思想是：重要系數對受影響對象的重要程度高于其他直接消耗系數，而任何直接消耗系數的剔除（即把該系數變為0）都會使子系統蘊含的信息量遭受損失，對于保留影響程度較小的直接消耗系數集而言，那么剔除的直接消耗系數集一定蘊含了較大的信息量，即剔除的直接消耗系數集會使子系統蘊含的信息量遭受較大損失，因此在給出一定的閾值條件下，剔除的直接消耗系數集就是重要系數集。以列昂剔夫逆矩陣元素（或總產出）為受影響對象為例，具體選取子系統AI重要系數的步驟如下：

步驟1 在保留所有直接消耗系數的情況下，計算子系統AI 的s行×s列區域所有列昂剔夫逆矩陣元素的和∑si=1∑sj=1b(n2)ij（或總產出的和∑sj=1X(n2)j），即沒有任何直接消耗系數被剔除時，子系統AI所蘊含的信息量。

步驟2 在沒有被剔除的每一個直接消耗系數當中，搜尋如果該系數被剔除而使AI蘊含的信息量損失最大的直接消耗系數，采用略加改進的Sherman－Morrison公式［10］來實現：

表示所有直接消耗系數被剔除即沒有任何系數剩下時，AI所蘊含的信息量，引進常數項σ的目的是使所有的直接消耗系數由全部保留至全部剔除時，損失比列D值的變化范圍在0到1之間，這樣使計算結果更直觀，經濟含義也更明確。顯然地，若沒有一個直接消耗系數被剔除，AI蘊含的信息量沒有受到任何損失，這時D值為0；若所有的直接消耗系數全部被剔除掉，AI蘊含的信息量受到完全損失，這時D值為1，即損失比例達到100%。從經濟意義上來看，若國民經濟主系統區域的所有直接消耗系數都為0，意味著所有部門之間沒有任何關聯，依據某一部門的變動產生的關聯效應對整個經濟系統的波及影響程度來確定子系統的重要系數則無法實現。就這一點來看，不能把所有的直接消耗系數都剔除掉，因此不可能所有的直接消耗系數都是重要系數。

步驟4 重復步驟2至步驟3的過程，直到損失比例D值達到認為可以接受的閾值范圍即可。當損失達到一定比例后，則認為所剔除的直接消耗系數集為重要系數。由于閾值的選取具有主觀性，損失量的比例過低則選取的重要系數不足以反映子系統蘊含的信息量，過高則使包含的重要系數過多從而失去辨識重要系數的本意，因此D值一般取70%～85%即可。

2.2.2 實證分析

利用國家統計局發布的2002年中國投入產出表，將122部門合并為23個部門，前9個部門依次為煤炭采選業部門、金屬礦和其他非金屬礦采選業部門、食品制造和煙草加工業部門、紡織業部門、造紙印刷文教娛樂制品業部門、化學工業部門、非金屬礦物制品業部門、金屬冶煉及制品業部門、電力燃氣及水的生產和供應業部門。根據《2003年中國統計年鑒》，這9個部門單位總產值廢水排放量都在每千元1噸以上［11］，鑒于水污染主要是由工業廢水高排放部門產生，確定這9個部門為所研究對象——工業廢水高排放部門子系統。其余14個部門依次為農林牧漁業部門、石油和天然氣開采業部門、服裝皮革羽絨制品業部門、木材加工家具制造業部門、石油加工煉焦業部門、通用專用設備制造業部門、交通運輸設備制造業部門、電氣電子通信設備制造業部門、儀器儀表辦公器械制造業部門、建筑業部門、郵電運輸及倉儲業部門、商業飲食業部門、金融保險業部門和其他社會服務業部門。分別以列昂剔夫逆矩陣元素和總產出為受影響對象，由于損失量法比信息量法能以選出更少的系數先達到閾值，我們設定系數損失比例為85％的閾值。在國民經濟系統中，按照不同的受影響對象，工業廢水高排放部門子系統選出的重要系數分布分別如（圖1a）和（圖1b）所示：

從圖1可以看出，基于不同的受影響對象，則選取的重要系數也會存在著一些差異。以列昂剔夫逆矩陣元素為受影響對象，工業廢水高排放部門子系統在選取的27個重要系數中，主要集中分布在子系統區域，這是由于列昂剔夫逆矩陣元素體現了整個經濟系統中部門之間相互依存的關系，構成子系統的部門對子系統本身貢獻較大。而以總產出為受影響對象，在選取的30個重要系數中，19個重要系數分布在子系統區域外，并且主要集中在電氣電子通信設備制造業部門、建筑業部門和其他社會服務業部門對工業廢水高排放部門的消耗上，這三個部門不僅對工業廢水高排放部門的依賴度較高，且本身總產出的規模在國民經濟也較大，在式（4）中就可以看到選取重要系數時不僅涉及到部門之間的依存關系強弱，同時更著重于部門總產出規模的大小。 由此可以看出，以列昂剔夫逆矩陣元素為受影響對象，選取重要系數著重于系數在系統中關聯性的重要程度，而以總產出為受影響對象，選取重要系數更側重于部門總產出規模在系統中的影響程度。對于本文的研究對象——工業廢水高排放部門子系統而言，該系統中9個部門的選取是以單位總產值廢水的排放總量大小為依據，因此在減少工業廢水排放作技術系數分析時，選取的重要系數不僅要在產業關聯性的影響上具有關鍵作用，同時部門的總產出規模影響也應顯著。依據兩種不同受影響對象選出公共的16個重要系數。這16個技術(a)以列昂剔夫逆矩陣元素為受影響對象 (b)以總產出為受影響對象

16個技術系數從行業分布來看，部門自消耗的系數仍然集中在食品制造和煙草加工業、紡織業、造紙印刷文教娛樂制品業、化學工業和金屬冶煉及制品業這些傳統的廢水高排放部門，另外電氣電子通信設備制造業由于產業關聯性較強，而使部門自身消耗對工業廢水排放影響也很大。從不同部門之間的技術系數分布來看，選取的重要系數也展示了2002年我國工業廢水排放的關鍵生產鏈，由圖2可以確定關鍵生產鏈。

關鍵生產鏈展示了從采選業到制造業的生產鏈條，其中電力燃氣及水的生產和供應業和金屬冶煉及制品業兩個部門作為鏈條的中心環節，在工業廢水排放中無疑扮演著關鍵角色。因此，這兩個部門優化產業內部結構，控制產業規模的進一步擴張，這對于從產業內部調整優化來減少我國工業廢水排放而言，必然是起著及其關鍵作用的。就目前從技術進步上來減少我國工業廢水排放而言，通過改進技術提高中間產品的利用率來降低這16個直接消耗系數，對于實現控制污染部門的總產出規模和提高技術效率減少中間環節兩個層面上可以收到一舉兩得的效果。

3 結 論

從目前的產業結構來看，投入產出直接消耗系數反映了生產中最直觀的一種生產工藝、技術構成，一定程度上也客觀反映了生產者的管理水平。在生產中，隨著工藝的改進以及技術的提高，必然能使國民經濟在取得同等經濟成果大小的條件下同時減少工業廢水的排放，因此尋找關鍵的直接消耗系數對于調整我國產業結構以改變某些重點產業部門在國民經濟中的比重，以及提高相關部門中間投入的使用效率，以此來達到減少工業廢水排放的目的，無疑具有重要的指導作用。在以往研究中，僅僅從單一產業部門的角度來考慮工業廢水的影響，這對于從整個國民經濟復雜性、系統性綜合考慮來說是遠遠不夠的，而采用投入產出方法則能很好的解決產業間的這種彼此錯綜復雜關聯的問題。本文基于投入產出理論利用損失量法通過從產業關聯性和產業規模影響的角度對我國2002年工業廢水排放的重要系數進行了確定研究。選取的16個公共重要系數無論是在污染部門的規模層面上還是產業關聯層面上對于我國減少工業廢水排放都起著極為重要的作用。

致謝：本文得到了國家環境保護部環境經濟與政策研究中心國際所副所長周 國梅研究員給予的指導和建議，在此深表謝意！

(編輯：徐天祥)

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