中國1991～2010年環境污染事故頻數動態變化因素分解

楊 潔,黃 蕾,李鳳英,鄒麗萍,費漢洵,畢 軍*

(1.蘇州科技學院環境科學與工程學院,江蘇 蘇州215011；2.南京大學環境學院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,江蘇 南京 210093；3.南京信息工程大學環境科學與工程學院,江蘇 南京 210044)

伴隨著工業化、城市化進程的推進,我國環境污染事故頻發.據不完全統計,1991～2010年平均每年發生1669起環境污染事故,有毒有害物質瞬時大量排放到環境中,造成嚴重的環境污染,局部區域環境質量急速下降,環境風險顯著增加.通過對我國近年來環境污染事故的研究,找到污染事故發生的成因及規律,有助于環境風險管理部門有效地把握風險控制節點,優化污染事故防范措施,為環境風險防范管理提供決策依據.

針對環境污染事故時序數據,現有相關研究集中于大量的歷史統計[1-8],研究事故的潛在危害及其影響因素[5],構建中國經濟發展和環境污染事故發生的計量模型,分析中國環境安全的發展階段與趨勢[9],探討不同的經濟條件下影響環境污染事故發生的外部因素[10],通過突發環境污染事故的風險綜合區劃,揭示風險的空間分布規律[11],運用模型進行突發事故模擬,為風險規避和應急決策提供依據[12-14].目前國內尚未有學者在環境污染事故發生方面進行深入的成因分析.從研究方法看,分解分析作為定量研究各種影響因素對目標變量相對重要性的方法,為識別成因提供了行之有效的研究方法.1995年Grossman等[15]首次采用能源分析中常用的分解分析(DA)方法定量研究了經濟規模效應、行業內技術效應和經濟結構效應對污染排放變化的貢獻率.此后分解分析方法不斷改進和發展,已成為成因分析的重要方法,應用于節能減排研究領域[16-20].近年來國內學者應用該法在污染物排放[21-22]、能源消耗[23-24]與生態足跡方面[25]進行了相關研究.本文借鑒前人研究成果,試圖通過構建環境污染事故頻數分解模型,對中國1991～2010年環境污染事故頻數變化效應進行分解和分析,考察各影響因素變化所帶來的頻數增量或減量效應,剖析環境污染事故發生的成因,以期為有效防范環境污染事故的發生提供理論依據.

1 研究方法

(1)完全分解模型的基本公式

完全分解模型的基本思想是根據“共同導致,平等分配”的原則分解剩余項[1],沒有殘差項,解決了殘差項中存在不確定影響因素的問題.因素分解模型見式(1)～式(6).

假設V=x·y,即變量V由因素x和y決定.在時間段[0,t],變量的變化量ΔV可以根據式(1)計算:

式(1)中的y0Δx和x0Δy是因素x和y的變化各自對變量V總變化的貢獻.第三項ΔxΔy是完全分解模型中的剩余量,可以采用相同的權重比例歸屬于因素x和因素y.其貢獻來自于兩因素的共同變化,只要其中的一個因素為零,另外一個因素的影響就不存在.當不存在特殊情況時,把式(1)中的第三項平均分配給因素x的貢獻和因素y的貢獻.因此,兩因素系統的完全分解模型如下:

對象的總變化為:

兩個因素的貢獻(解釋性效應)為:

在三因素模型V=x·y·z中,因素x、因素y和因素z變化對變量V總變化的貢獻分別如下公式:

依據“共同導致、平均分配”的原則,這些相互作用將分配給每個對應的因素.開始的n項是n個因素中每一個的影響,其他項是對應于一些因素的相互作用的結果.例如,對因素i,

(2) 環境污染事故的分解模型

式中:EPt為環境污染事故頻數(包括環境污染事故總頻數、水環境污染事故頻數、大氣環境污染事故頻數);Qt為t年GDP;St為t年環境污染治理投資(包括污染治理總投資、廢水治理投資、廢氣治理投資)占GDP份額;It為單位環境污染治理投資發生的污染事故頻數(包括環境污染事故總頻數、水環境污染事故頻數、大氣環境污染事故頻數),表示控制污染事故的技術水平.式(8)表示環境污染事故頻數的變化來自于Qt的變化(規模效應Qeff)、St的變化(治理投資效應Seff)和It的變化(技術效應Ieff).假設基期指標(第0年)用上標0表示,第t年指標用上標t表示,則基期和第t年環境污染事故頻數可分別用EP0和EPt表示,t年間環境污染事故頻數變化量ΔEP(ΔQ,ΔS及ΔI,同理)為:

因子Q、S和I的變化對ΔEP的貢獻(三因素的分解效應)分別為:

環境污染事故頻數變化量ΔEP也即等于各種分解效應之和:

3要素變化相應引起的環境污染事故頻數變化效應Qeff、Seff和Ieff若為正值,分別表示由于經濟規模、污染治理投資規模和風險控制技術水平的變化導致污染事故發生的頻數增加,其變化值稱之為污染事故頻數變化的增量效應,負值則表示減量效應.利用以上分解模型,可初步考察經濟規模、治理投資規模和控制技術水平分別在不同時期對污染事故頻數變化影響的方向、程度、特點及規律.

2 影響因素分析結果

(1) 環境污染事故

圖1 1991～2010年環境污染事故頻數變化的各因素效應分解Fig.1 Decomposition of the changing effect of environmental pollution accidents frequencies for different factors,1991-2010

依據環境污染事故頻數分解模型,對中國1991～2010年環境污染事故頻數動態變化做效應分解(按年份變動間距為1做分析),結果見圖1.

從時間序列變化看,1991～2010年環境污染事故總頻數(ΔEP)基本呈現逐年減少的趨勢,即總頻數變化率ΔEP為負值.

規模效應(Qeffect)均為正值(37～901起),1991～2010年期間,經濟總量變化的貢獻值為21138起,年度間變化效應均值為 279起,表明經濟總量變化始終促使環境污染事故頻數的增加,且貢獻作用較大,若其他因素保持不變,則由于經濟總量增長會導致環境污染事故頻數年均增長 279起.但是隨著經濟增長,規模效應呈下降的趨勢.2004年以來,隨著經濟快速增長(年均增長率為9.5%),對環境污染事故頻數增長所起的促進作用在減弱,尤其是2008年以來減弱尤為明顯.

污染治理投資效應值(Seffect)波動較大,在-885～692起之間,多數年份為負效應,年度間變化效應均值為-74起,說明污染治理投資效應對污染事故頻數變化的貢獻較小,基本表現為抑制污染事故頻數增長的因素,1991～2005年之間污染事故頻數變化具有一定的隨機性:即 1991～2000年隨著污染治理投資增長(年均增長率為14.9%),污染事故頻數變化趨勢為波動中逐步上升, 2001年隨著污染治理投資減少(比上年減少27.1%)而大幅度降低后,至2005年又呈現上升趨勢,2005年以后隨著污染治理投資增長(比上年增加 48.7%)呈現下降趨勢.表明污染治理投資在降低污染事故頻數方面并未起到作用.1991～2010年期間,治理投資變化的貢獻值為-6794起,表明其他因素保持不變,則由于治理投資增長會導致環境污染事故頻數年均減少74起.

風險控制技術效應值(Ieffect)波動較大,其值在-1469～210起,多數年份為負效應,年度間變化效應均值為-344起,說明技術效應對污染事故頻數變化具有較大的貢獻,是污染治理投資效應的4倍左右,表現為抑制污染事故頻數增長.1991～2010年期間,技術效應變化的貢獻值為-16751起,表明若其他因素保持不變,則由于技術效應增長會導致環境污染事故頻數年均減少344起.2001～2004年期間,對環境污染事故頻數增長所起的抑制作用有增強趨勢,2004年以來抑制作用呈減弱趨勢.

各種因素變化產生的效應疊加使污染事故頻數變化總效應呈現一定的波動態勢.1991～2010年期間,3種效應變化的綜合貢獻值為-2406起,年度間變化效應均值為-138起,表明由于3種效應的共同作用會導致環境污染事故頻數年均減少138起.

(2) 水環境污染事故

依據環境污染事故頻數分解模型,對中國1991～2010年水環境污染事故頻數動態變化做效應分解,結果見圖2.

圖2 1991～2010年水環境污染事故頻數變化的各因素效應分解Fig.2 Decomposition of the changing effect of water EPAs frequencies for different factors, 1991-2010

從時間序列變化看(圖2),1991～2010年水環境污染事故總頻數(ΔEP)基本呈現減少的趨勢,即總頻數變化率ΔEP為負值.

規模效應(Qeffect)均為正值(13～476起),1991～2010年期間,經濟總量變化的貢獻值為11958起,年度間變化效應均值為 151起,表明經濟總量變化始終促使水環境污染事故頻數的增加,且貢獻作用較大,若其他因素保持不變,則由于經濟總量增長會導致水環境污染事故頻數年均增長151起.但是隨著經濟增長,規模效應呈下降的趨勢.1991～1994年的規模效應隨經濟快速增長(年均增長率為 10.2%)而不斷增加, 1994～1999年的規模效應隨經濟增長速度的減緩(增長率從 13.1%降為 7.6%)而不斷下降,2000年隨經濟增長速度的增快(比上年增加 8.4%),規模效應小幅上升,2004年以來,隨著經濟快速增長(年均增長率為 9.5%),對水環境污染事故頻數增長所起的促進作用在減弱.說明隨著經濟的發展,水環境污染事故頻數增加的幅度越來越小.

污染治理投資效應值(Seffect)波動較大,其值在-585～370起,多數年份為負效應,年度間變化效應均值為-65起,說明污染治理投資效應對水污染事故頻數變化的貢獻較小,基本表現為抑制污染事故頻數增長,1991～2005年之間具有一定的隨機性,即 1991～2000年隨著污染治理投資增長(年均增長率為 14.9%),水污染事故頻數變化趨勢為波動中逐漸上升,2001年隨著污染治理投資減少(比上年減少 27.1%)而大幅度降低后,至2005年又呈現上升趨勢, 2005年以后隨著污染治理投資增長(比上年增加 48.7%)呈現下降趨勢.1991～2010年期間,治理投資變化的貢獻值為-4794起,表明若其他因素保持不變,則由于治理投資增長會導致水環境污染事故頻數年均減少65起.

風險控制技術效應值(Ieffect)波動較大,其值在-961～427起,多數年份為負效應,年度間變化效應均值為-175起,說明技術效應對水環境污染事故頻數變化具有較大的貢獻,表現為抑制污染事故頻數增長.1991～2010年期間,技術效應變化的貢獻值為-8720起,表明若其他因素保持不變,則由于技術效應增長會導致水環境污染事故頻數年均減少175起.2001～2004年期間,對水環境污染事故頻數增長所起的抑制作用有增強趨勢,2007年以來抑制作用有減弱趨勢.

各種因素變化產生的效應疊加使水污染事故頻數變化總效應呈現一定的波動態勢.1991～2010年期間,3種效應變化的綜合貢獻值為-1556起,年度間變化效應均值為-89起,表明由于 3種效應的共同作用會導致水環境污染事故頻數年均減少89起.

(3) 大氣環境污染事故

依據環境污染事故頻數分解模型,對中國1991～2010年大氣環境污染事故頻數動態變化做效應分解,結果見圖3.

從時間序列變化看(圖3),1991～2010年大氣環境污染事故總頻數(ΔEP)基本呈現減少的趨勢,即總頻數變化率ΔEP為負值.

圖3 1991～2010年大氣環境污染事故頻數變化的各因素效應分解Fig.3 Decomposition of the changing effect of air EPAs frequencies for different factors,1991 - 2010

規模效應(Qeffect)均為正值(11～293起),1991～2010年期間,經濟總量變化的貢獻值為7129起,年度間變化效應均值為94起, 表明經濟總量變化始終促使大氣環境污染事故頻數的增加,且貢獻作用不是很大,若其他因素保持不變,則由于經濟總量增長會導致大氣環境污染事效應呈下降的趨勢.1991～1994年的規模效應隨經濟快速增長(年均增長率為 10.2%)而增加,1994～1999年的規模效應隨經濟增長速度的減緩(增長率從13.1%降為7.6%)而不斷下降, 2000年隨經濟增長速度的增快(比上年增加 8.4%),規模效應小幅上升,2004年以來,經濟快速增長(年均增長率為9.5%)對大氣環境污染事故頻數增長所起的促進作用在減弱.說明隨著經濟的發展,大氣環境污染事故頻數增加的幅度越來越小.

污染治理投資效應值(Seffect)波動較大,其值在-301～343起,年度間變化效應均值為-10起,說明污染治理投資效應對大氣污染事故頻數變化的貢獻較小,1991～2005年之間具有一定的隨機性,即1991～2000年隨著污染治理投資增長(年均增長率為 14.9%),大氣污染事故頻數變化趨勢為先減少后逐步上升,2001年隨著污染治理投資減少(比上年減少 27.1%)而大幅度降低后,至 2004年又呈現上升趨勢,2004年以后隨著污染治理投資增長呈現下降趨勢.1991～2010年期間,治理投資變化的貢獻值為-1613起,表明若其他因素保持不變,則由于治理投資增長會導致大氣環境污染事故頻數年均減少10起.

風險控制技術效應值(Ieffect)波動較大,其值在-363～153起,多數年份為負效應,年度間變化效應均值為-127起,說明技術效應對大氣污染事故頻數變化具有較大貢獻,表現為抑制污染事故頻數增長的因素.1991～2010年期間,技術效應變化的貢獻值為-6254起,表明若其他因素保持不變,則由于技術效應增長會導致大氣環境污染事故頻數年均減少127起.2001～2006年期間,對大氣環境污染事故頻數增長所起的抑制作用有增強趨勢,2006年以來抑制作用有減弱趨勢.

各種因素變化產生的效應疊加使大氣污染事故頻數變化總效應呈現一定的波動態勢.1991～2010年期間,3種效應變化的綜合貢獻值為-738起,年度間變化效應均值為-42起,表明由于3種效應的共同作用會導致大氣環境污染事故頻數年均減少42起.

3 分析與討論

從圖1～圖3所示的各分解因素的貢獻率情況可以看出,風險控制技術效應對中國的環境污染事故、水環境污染事故和大氣環境污染事故頻數變化的貢獻率絕對值最大,經濟規模效應次之,污染治理投資效應最小.從效應的作用方向看,經濟規模效應的貢獻率為正,表明經濟總量增長會導致環境污染事故頻數增長.而風險控制技術效應和污染治理投資效應的貢獻率都為負,表明技術效應和污染治理投資增長,會導致環境污染事故頻數降低.

風險控制技術效應是抑制污染事故頻數增加的最主要因素.大力發展及推廣應用先進技術,例如,先進的風險監控設備、配套齊全的基礎設施、有效的風險管理體系和完備的事故應急系統等,利用環境污染事故暴發過程中的多個控制節點避免環境風險轉化成現實的污染事故,是環境污染事故管理中最有效的手段.要控制環境污染事故的頻發,必須大力提高風險控制技術水平.

經濟規模效應是促進污染事故頻數增加的最主要因素.經濟快速發展、人口劇烈增長與城市快速擴張過程中,高風險行業的結構不平衡,布局不合理導致環境污染事故頻發.隨著經濟的發展,對環境污染事故頻數增長所起的促進作用在減弱.從長遠來看,經濟增長對于環境污染事故的控制,在技術進步、產業結構調整、政府環境風險管理能力的提高等方面構成強有力的支撐.這與學者對環境污染事故發生與經濟發展的動態關系的研究結果相一致,即中國環境污染事故發生并未與經濟發展完全同步變化,隨著經濟增長和經濟實力的積累,環境污染事故的發生頻數總體趨勢是不斷減少的[9].

污染治理投資效應抑制污染事故頻數增加的作用非常不明顯. 1991～2005年期間, 我國污染治理投資效應具有隨機性,環境污染事故頻數與污染治理投資效應分離,說明污染治理投資在降低污染事故頻數方面并未起到明顯作用. 2005年以后,污染治理投資效應起到一定作用.這可能與不同時期污染治理投資方向有關系,今后持續在控制環境污染事故方面進行投資是非常有必要的.

4 結論

4.1 1991～2010年期間,由于3種效應的共同作用會導致環境污染、水環境、大氣環境污染事故頻數年均分別減少138起、89起、42起.環境污染事故頻數變化是由各因素共同作用影響的結果.當各因素對事故頻數增長均構成抑制作用(即各因素目標協同一致)時,能迅速降低事故頻數的增長.

4.2 1991～2010年期間,由于經濟總量增長會導致環境污染、水環境、大氣環境事故頻數年均分別增長279起、151起和94起.但是2004年以來,隨著經濟快速增長,對環境污染事故頻數增長所起的促進作用在減弱.總體看來,該時期經濟規模增長對污染事故頻數增加起到促進作用,但隨著經濟規模的增加,經濟規模效應對污染事故頻數增加的促進作用將會減弱;從長遠來看,經濟增長對于環境污染事故的控制將構成強有力的支撐.

4.3 1991～2010年期間,由于治理投資增長會導致環境污染、水環境、大氣環境污染事故頻數年均分別減少74起、65起和10起.1991～2005年期間,環境污染事故頻數與污染治理投資分離.2005年以后污染治理投資效應起到一定作用,這可能與不同時期污染治理投資方向有關系,今后仍有必要持續在控制環境污染事故方面加大投資力度.

4.4 1991～2010年期間,由于技術效應增長會導致環境污染、水環境、大氣環境污染事故頻數年均分別減少344起、175起和127起.風險控制技術效應年平均值為負,表明技術效應變化對污染事故頻數的增加起到遏制作用,提高風險控制技術水平是減少污染事故發生的有效手段.

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