環境承載力約束下的國家產業發展布局戰略研究

郝吉明，王金南，蔣洪強，劉年磊

（1. 清華大學環境學院，北京 100084；2. 國家環境保護大氣復合污染來源與控制重點實驗室，北京 100084；3. 環境保護部環境規劃院，北京 100012）

環境承載力約束下的國家產業發展布局戰略研究

郝吉明1,2，王金南3，蔣洪強3，劉年磊3

（1. 清華大學環境學院，北京 100084；2. 國家環境保護大氣復合污染來源與控制重點實驗室，北京 100084；3. 環境保護部環境規劃院，北京 100012）

在生態文明建設的時代背景下，科學評價資源環境承載力、開展環境承載力約束下的產業發展布局戰略對策研究是一項非常重要的基礎性工作。從環境承載力的科學內涵出發，以大氣環境容量、水環境容量、水資源承載力評價為基礎，結合主體功能區定位，針對全國以及京津冀、西北五省（自治區）等重點區域，提出了環境承載力約束下的全國產業發展、能源產業和重點區域產業布局調控戰略對策，以期為產業布局規劃提供科學指導，實現產業發展方式轉變與環境保護的“雙贏”。

環境承載力；產業發展布局；戰略任務

一、前言

改革開放以來，中國經濟社會高速發展，但過度依賴高資源消耗、高污染排放這種粗放型發展方式，環境污染和生態破壞問題突出，資源環境越來越成為經濟社會發展的瓶頸，嚴重地影響中國現代化進程。中國正處在轉變以資源環境為代價換取增長方式的發展時期。在黨和國家提出將生態文明建設納入中國特色社會主義“五位一體”總體布局的背景下，強化約束性、限制性的自上而下治理能力和治理體系建設具有緊迫的現實需求，探索研究資源環境承載力約束下的經濟發展模式無疑是一種有效合理的途徑，科學認知資源環境承載力已逐漸成為中央和地方政府確定區域戰略和政策、研制發展和布局規劃的基礎性工作[1]。

環境承載力是衡量人類經濟社會活動與自然環境之間關系的科學概念，是人類度量可持續發展和管理決策的重要依據，為產業空間布局提供了一個良好的定量化評價手段[2,3]。基于環境承載力的產業空間布局，以充分發揮區域各種資源要素的整合能力和協同效應為基礎，追求適合區域特色的產業空間組織的最佳形式和一般規律，對區域產業定位、產業空間布局具有重要的現實意義[4,5]。但目前該領域的研究成果還比較少，多數研究僅提出應以環境承載力的理念來指導產業布局，沒有定量估算環境承載力的閾值，給出基于環境承載力的產業空間布局方向和具體的調控對策。為此，本文從大氣環境容量、水環境容量、水資源承載力等領域對全國以及京津冀地區、西北五省（自治區）、內蒙古地區的環境承載力進行了評價，并結合主體功能區規劃，提出了環境承載力約束下的全國及重點區域的產業發展綠色化布局調控戰略對策。

表1 主要大氣污染物環境容量及其超載狀況

二、環境承載力評價方法與主要結果

（一）大氣環境承載力

基于第三代空氣質量模型WRF-CAMx和全國大氣污染物排放清單，設計以環境質量為約束的大氣環境容量迭代算法[6]，并以全國各省PM2.5年均濃度達到環境空氣質量標準 GB3095—2012 為目標，模擬計算了全國以及京津冀地區、西北五省（自治區）、內蒙古地區SO2、NOx、一次PM2.5及VOCs的最大允許排放量，即大氣環境容量。通過計算大氣污染物排放量與環境容量的比值（超載率）來衡量大氣環境承載狀況。需要說明的是，受數據局限性、模型計算過程的復雜性、參數選取的不確定性等因素影響，本文大氣環境容量計算結果存在一定的不確定性，尚需在進一步研究中對其不確定性進行量化研究。

主要大氣污染物環境容量及其超載狀況，如表1所示。全國層面及重點區域各項大氣污染物均處于嚴重超載狀態，超載率均在150%以上。各種污染指標中，一次PM2.5和NOx的超載程度最為嚴重，全國一次PM2.5和NOx超載率分別為259%和217%。若使大氣環境不超載，各地區相對于2013年，各項大氣污染物削減比例應在30%～75%。

（二）水環境承載力

基于《全國重要江河湖泊水功能區劃（2011—2030年》中確定的水功能分區和水質目標，建立水環境容量核算模型[7]，計算得到全國及重點區域各水功能區的化學需氧量（COD）和氨氮水環境容量，并匯總得到各控制單元、控制區、流域等不同層面的水環境容量。通過計算水污染物排放量與環境容量的比值（水環境超載率）來衡量水環境承載狀況。需要說明的是，受數據局限性、模型選擇差異性、參數選取的不確定性等因素影響，本文水環境容量計算結果存在一定的不確定性，尚需在進一步研究中對其不確定性進行量化研究。

全國主要水污染物環境容量及其超載狀況，如表2所示。全國COD和氨氮的超載率分別為210%和330%，其中海河流域超載最為嚴重，COD和氨氮的超載率分別為1 910%和3 070%；其次是淮河流域，COD和氨氮的超載率分別為1 120%和1 800%。京津冀地區COD和氨氮的超載率分別為150%和440%，其中優化開發區中的京津冀核心控制區、重點開發區中的冀中南及衡水控制區超載較為嚴重。西北五省（自治區）及內蒙古地區COD和氨氮的超載率分別為38%和87%，超載區域主要集中在黃河發展區等重點開發區。

（三）水資源承載力

從水資源及其開發利用、區域經濟發展、生態及水環境狀況三方面選取了10項具有代表性的指標，建立了水資源綜合協調度評價模型，計算并分析了全國2013年水資源綜合協調度、水資源與經濟社會發展的協調度、水資源與生態環境保護的協調度，以此表征水環境承載狀況。通過計算需水量與可供水量的比值（水資源超載率）來衡量京津冀及西部地區的水資源承載狀況。

分析顯示，南方地區水資源承載能力整體優于北方，而北方又以華北和西北最差。從流域上看，遼河、黃河和海河流域水資源承載能力最差，大部分區域水與社會經濟協調程度處于“極不匹配”狀態。西北諸河、淮河和松花江流域次之，協調程度為“基本匹配”或“不匹配”，部分地區甚至出現“極不匹配”情況。長江、西南諸河、東南諸河、珠江流域水資源承載能力較強，大部分地區協調程度達到“匹配”或“非常匹配”。

表2 主要水污染物環境容量及其超載狀況

從京津冀地區水資源承載力來看，目前京津冀地區水資源開發利用程度超過100%，水資源處于嚴重超載狀態。未來供需形勢分析結果顯示，在平水年條件下，2020年京津冀地區可供水量約2.889×1010m3，需水量達3.035×1010m3，缺水約1.46×109m3；2030年京津冀地區可供水量約3.029×1010m3，需水量達 3.171×1010m3，缺水約1.42×109m3，而且缺口主要以城鎮生活和工業剛性需求為主，缺口地區主要位于河北省。

從西部地區的五大煤電基地支撐能力來看，五大煤電基地全部都處于干旱或半干旱地區，煤電作為高用水產業受到水資源本底條件的極大制約。五大煤電基地目前以農業用水為主，占比均超過80%，農業用水擠占生態用水的情況十分普遍。此外，陜北、鄂爾多斯工業用水占比較高，需要特別關注。煤電開發水資源供需情勢分析顯示，西部地區五大煤電基地2030年可供水增量約3.06×109m3，新增煤電開發需水按限定標準新增水量約8.47×108m3，按節水先進值新增水量約5.12×108m3，無論限定值還是先進值，占可供水量增量的比例均遠超現在的煤電業用水占比。

三、環境承載力約束下的全國產業與能源布局戰略

（一）工業與農業

1. 重點整治高能耗重污染低效益產業

大氣環境容量和水環境容量核算表明，東部地區的超載率要明顯高于西部地區，西北地區的水資源承載力較低。目前東部地區重污染產業比重過高是東部地區環境超載率高的重要原因。因此，應嚴控高污染、高耗能、高耗水行業新增產能，淘汰鋼鐵、水泥、平板玻璃等重點行業落后產能。七大重點流域的干流沿岸需要控制化工、制藥、印染及有色冶煉等項目環境風險，合理布局危險化學品倉庫等設施。城市建成區內現有鋼鐵、有色金屬、造紙、印染、原料藥制造、化工等污染較重的企業應有序搬遷改造或依法關閉[8]。

2. 強化產業調整和特別污染排放限值管理

環境容量利用率不足50%的地區，在滿足行業排放標準的情況下適度發展有本地優勢的產業；對于環境容量利用率在80%～100%的地區，應及時進行預警并做出產業調整引導方案或行業排放標準方案，為后續發展預留空間。同時，鼓勵發展信息網絡、國家電網、全國油氣管路運輸、生態環保、清潔能源、海陸空交通、油氣及礦產資源保障等項目。鼓勵發展信息化物流和倉儲業、先進技術裝備制造業、計算機軟硬件及服務業。大力發展節水高效現代農業、低耗水高新技術產業以及生態旅游業。運用行業排放標準推進產業技術進步和綠色化水平。對于優化開發區和重點開發區，應穩步推進產業超低排放標準，建議直接排入自然水體的污水氨氮排放標準調整為1.5 mg/L；對于農產品主產區和重點生態保護區，重點提高畜禽養殖的污染排放限制標準。

3. 農業布局應綜合考慮水資源承載力和水資源效率

農業水資源配置與布局是我國水資源配置的關鍵問題。農業布局應以農牧業與水土資源之間的匹配為前提。農業水資源主要配置思路應集中于調整農業結構、轉變農業增長方式，調整種植結構，提高水分生產效率，推進生物節水戰略。

（二）煤炭開發利用

1. 加強西部地區水資源和水系統建設，保障西部地區煤炭產能

根據西部地區水資源、生態環境的承載力約束，重點建設一批大型、特大型礦井群，優先建設優質動力煤煤礦、特大型現代化露天煤礦、煤電和煤炭轉化一體化項目。在水權配置上對中西部煤炭資源開發予以保證，在用水政策上予以傾斜。中西部煤炭資源開發地區在加強水資源和水系統建設的同時，完善礦區（尤其是西北地區）管水、用水、節水的法律法規和標準，規范礦區取水、用水行為，從水資源保護、水資源配置、礦井水處理與綜合利用等方面制定嚴格的準入條件，鼓勵通過水權置換增加用水量。

2. 推進西北煤炭產業的科學開發，發展綠色開采技術

各煤炭主產區應根據科學開發的主要制約因素，發展充填開采、保水開采等綠色技術與裝備。統籌水資源、煤炭資源、環境條件等因素，按照煤炭豐富地區優先發展的原則，加強煤炭產業基地的建設。根據各地區水、大氣環境容量，資源賦存條件、工業與社會發展現狀及趨勢，科學合理進行煤炭生產布局，實現煤炭由“以需定產”轉變為“以環境容量定產”。

3. 發展現代煤化工必須堅持量水而行，環保優先，綠色和可持續發展

首先，發展現代煤化工產業可以部分替代我國石油以及天然氣消費量，促進石化行業原料的多元化，為國家能源安全提供戰略支撐以及應急保障；其次，煤化工應在水資源許可的地區開展項目建設，需根據可供水量的潛力分析及評估合理規劃煤化工產業的發展規模。發展煤化工必須堅持嚴格的環保標準，對于缺少納污水體或納污水體不能接受廢水排放的，應嚴格落實水功能區域限制納污紅線；對于有納污水體條件的，應嚴格執行污水達標排放標準。統籌考慮環境容量、資源條件、生態安全、交通運輸等因素，科學合理布局示范項目。根據資源環境承載力，按照能源保障、運輸、加工能力安排資源開發規模和產業布局，推進園區化、基地化的可持續發展模式[9]。

4. 降低區域煤炭總量，實施煤炭消費等量替代，嚴格煤炭利用的污染物排放限值

一是控制煤炭消費總量。在一定污染治理水平、能源效率水平下，應控制煤炭最大允許消費量，以實現空氣質量、污染物總量控制以及節能目標。二是優化煤炭消費布局。根據污染物擴散、稀釋、自凈能力的空間差異性，約束、控制煤炭消費區域以及重點耗煤行業的分布，從而有效指導耗煤產業的空間布局，確保區域大氣環境達到空氣質量限值要求。三是調整煤炭消費結構。考慮不同行業的煤炭利用效率、污染物排放控制水平以及監管條件等方面的差異性，調整煤炭消費總量在不同行業間的分配。四是提高煤炭利用水平。通過提高燃煤技術、污染物排放控制技術與管理水平，降低生產單位產品的煤炭消費量與污染物排放量。

四、環境承載力約束下的重點區域產業發展布局戰略

（一）京津冀地區

（1）基于大氣環境容量約束，在工業領域，進行能源整體優化調整，鼓勵和推薦利用天然氣和電力等能源，嚴格推行企業技術減排舉措，限制高污染產品數量。對鋼鐵、水泥、玻璃以及非金屬等產業采取“促減控整”措施改善工藝技術，逐漸降低產能。重點發展太陽能和生物能等新能源產業，發展新型智能化裝備制造業，培育電子信息、生物制藥和新型材料等產業。在民用領域，增強民用能源基礎設施建設，改善民用基礎設備，增加煤炭高污染能源獲取難度，增強煤制氣和天然氣的利用和供給量。在交通領域，持續鼓勵新能源汽車發展，嚴格控制汽車數量增長速度，嚴格督導汽車尾氣減排設備的配置，提升汽油和柴油的品質。在發電領域，繼續鼓勵火電廠大氣污染技術減排，不再增加大型火電廠建設。在供熱領域，繼續對供熱設備進行大氣污染物技術改造，增設天然氣集中供熱廠。

（2）基于水環境容量約束，根據億元國內生產總值的污染物排放量，對印染紡織、皮革和造紙行業（COD為49～66 t/億元，氨氮為2.2～4.9 t/億元）采取整個行業關閉轉移的政策；對石化、食品和制藥行業（COD為10～15 t/億元，氨氮為1～2 t/億元）也可以采取整個行業關閉轉移的政策，或者采取行業化清潔生產改造、污水處理工藝改進等措施，尤其是對污水直接排入地表水比例僅為16%的制藥行業，進行行業化清潔生產改造、污水處理工藝改進是重要的發展方向。

（3）基于水資源承載力約束，根據用水效率，京津冀地區可以大致分為兩個梯隊：第一梯隊地區為北京和天津，水資源利用效率水平整體達到或接近發達國家水平；第二梯隊為河北省，水資源利用效率整體水平不高。河北省未來需要進行產業結構調整以實現水資源與經濟的可持續發展：①在三大產業層面，應大力發展第三產業，調整、提高第二產業，限制第一產業；②應調整農業種植結構，發展旱作農業，改目前冬小麥、夏玉米一年兩熟制為種植棉花、玉米、花生、雜糧等農作物一年一熟制，并結合畜牧養殖業發展，支持發展青貯玉米、苜蓿等作物；③應支持電子信息及電氣等技術密集型的新興行業發展，限制、轉移石化及冶金等傳統行業發展；④促進第三產業逐步向高端化發展，由以批發零售、餐飲等傳統服務行業為主轉變為以技術性、知識性強的金融保險、科學研究等現代服務業為主。

（二）西北五省（自治區）及內蒙古地區

（1）基于大氣環境容量約束，根據西北五省（自治區）及內蒙古地區大氣污染物排放容量及地廣人稀的特點，在工業領域，充分利用當地天然氣改善能源結構，督促企業增設技術減排設備，限制高耗能低產值產品數量；水泥行業為該地區的重要污染行業，應采取嚴格提升工藝降低產能措施；煤化工和煉焦等污染凸顯，應緩慢推進煤化工行業的進程，嚴格控制煤煉焦產量。在民用領域，采用降低民用減排型燃煤設備價格和補助等措施進行燃煤減排，逐步增加煤制氣和天然氣消費占比。在交通領域，嚴格執行燃油車的國家和地方標準，推廣天然氣和新能源汽車。在發電領域，對老舊火電廠進行技術改造，逐步控制火電廠規模和數量，在天然氣富余地區增設天然氣電廠對外輸電，增加太陽能電廠和風電廠來減小外輸供電壓力。在供熱領域，對供熱設備進行技術改造，增加天然氣供熱廠，鼓勵太陽能、地熱等采熱。

（2）基于地表水環境容量約束，根據西北五省（自治區）及內蒙古地區的地表水環境容量利用程度特點，合理布局產業。主要排污行業是金屬冶煉、采礦、石化、化工、食品、造紙六大行業，占工業總產值的73%，COD排放量占區域排放總量的92%，氨氮排放量占區域排放總量的95%。根據億元GDP的污染物排放量，在環境容量超載區域，對于化工、食品和造紙行業采取整個行業關閉或轉移的政策；在還有剩余環境容量的區域，對金屬冶煉和石化行業可以采取行業化清潔生產改造、污水處理工藝改進等措施。重點生態保護區可以加快發展符合主體功能規劃的經濟產業，以實現在不破壞生態環境的前提下更快地發展經濟。

（3）基于水資源承載力約束，以西北地區水資源為主要約束條件，主要用水控制集中于農業用水，推廣農業節水，壓縮農業用水比例，以農業用水的壓縮保證生態用水、工業用水；工業應采用節水工藝，適度發展。為支撐未來西北煤電基地開發，并保護區域生態環境不受破壞，必須壓縮農業用水比例，采取“農業綜合節水—水權有償轉換—工業高效用水”的模式，發展節水、高效的特色農業，提高用水效率，嚴格控制灌溉面積的無序擴張，以農業節水轉換工業使用，保障工業發展。陜北、鄂爾多斯工業用水所占比例較高，未來需要進行產業結構調整，清退轉移能源行業外其他高耗水行業，嚴格管控能源行業發展，同時需進一步強化能源生產節水，積極采用先進的用水工藝。

五、結語

生態文明建設必須符合可持續的國土空間管控，特別是主體功能區和生態環境空間要求。目前，環境承載力已經成為我國經濟社會可持續發展的主要瓶頸。產業布局作為經濟發展的重要方面，同時也受到環境承載力的約束，環境承載能力的強弱決定了一個地區的產業類型以及產業布局的形式。本研究從大氣環境容量、水環境容量以及水資源承載力角度出發，對全國以及京津冀地區、西北五省（自治區）、內蒙古地區進行了環境承載力評價，根據“創新、協調、綠色、開放、共享”發展理念，結合主體功能區定位要求，探索性地提出了全國、能源資源及重點區域產業發展綠色化布局策略，對于促進全國及重點區域轉變經濟發展方式、優化國土空間開發格局、實現可持續發展具有重要的指導意義。

致謝

本文為中國工程院咨詢項目“生態文明建設若干戰略問題研究（二期）”課題二的核心內容之一，參加本課題研究的主要專家有：王浩、李陽、曲久輝、李政、程一步、單保慶、許嘉鈺、馬靜、褚俊英、李偉起、溫勝芳、鄧偉、吳劍等，在此一并致謝!

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[8] 中華人民共和國國務院. 國務院關于印發水污染防治行動計劃的通知 [EB/OL]. (2015-04-02) [2017-03-29]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-04/16/content_9613.htm.The State Council of the PRC. Circular on the issuance of action plans for water pollution control by the State Council of the PRC[EB/OL]. (2015-04-02) [2017-03-29]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-04/16/content_9613.htm.

[9] 中國石油和化學工業聯合會. 現代煤化工“十三五”發展指南[EB/OL]. (2016-04-06) [2017-03-31]. http://www.coalchem.org.cn/dujia/html/800214/173156.html.China Petroleum Chemical Industry Federation. Modern coal chemical industry “13th Five-Year” development guide [EB/OL].(2016-04-06) [2017-03-31]. http://www.coalchem.org.cn/dujia/html/800214/173156.html.

Strategies for Industrial Development Layout in China within the Constraints of Environmental Carrying Capacity

Hao Jiming1,2, Wang Jinnan3, Jiang Hongqiang3, Liu Nianlei3
(1. School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. State Environmental Protection Key Laboratory of Sources and Control of Air Pollution Complex, Beijing 100084, China; 3. Chinese Academy of Environmental Planning,Beijing 100012, China)

Under China’s goal of ecological civilization construction, research into strategies for industrial development layout within the constraints of the environmental carrying capacity has become increasingly important. Based on China’s atmospheric and water carrying capacities, its water resources, and the positions of its main functional zones, this paper puts forward strategies for the layout of industrial development in China’s industry, energy industry, and key regional industries under the constraints of the nation-wide environmental carrying capacity and the carrying capacities of Beijing-Tianjin-Hebei (Jingjinji), the five northwestern provinces and autonomous regions, and other key areas. These strategies provide scientific guidance for industrial layout planning and for the achievement of a successful combination of industrial development and environmental protection.

environmental carrying capacity; industrial development layout; strategic task

X32

A

2017-06-20；

2017-07-25

王金南，環境保護部環境規劃院，研究員，研究方向為環境規劃與政策；E-mail: wangjn@caep.org.cn

中國工程院咨詢項目“生態文明建設若干戰略問題研究（二期）”(2015-ZD-16)；國家自然科學基金項目“區域空氣質量管理機制創新研究”(71433007)

本刊網址：www.enginsci.cn

DOI 10.15302/J-SSCAE-2017.04.004