基于環境庫茲涅茨曲線的陜西省水環境污染與經濟發展關系分析

劉華晨

(河海大學 力學與材料學院， 江蘇 南京 211100)

0 引言

【研究意義】陜西省位于中國內陸腹地，介于105°29′～111°15′E，31°42′～39°35′N，總面積20.56萬km2。作為我國西部重要省份，2000年以來，持續推進西部大開發戰略，經濟發展不斷取得突破，但長期以來粗放型的經濟發展模式和能源化工工業為主導的產業結構，造成水資源濫用、水環境嚴重污染等問題，逐漸對經濟發展產生制約作用[1-2]，也對地區生態環境保護帶來不利影響。習近平總書記在陜西考察時強調，陜西的生態環境保護不僅關系自身的發展質量和可持續發展,而且關系到全國生態環境大局[3]。因此，需要進一步協調好經濟增長與生態環境保護的關系，推進地區綠色發展。水環境是生態環境的重要組成部分，分析水污染與經濟發展的相關性，探明經濟發展對水環境的影響，可為經濟發展規劃布局中加強水環境保護、實現兩者的協調提供一定的決策依據。【前人研究進展】吳陽等[4]通過環境庫茨涅茨曲線分析陜西省2000—2012年COD、SO2和固體廢棄物與陜西省GDP之間的關系，結果表明，陜西省在研究期內處于經濟增長而環境壓力增大階段。趙選民等[2]選取2000—2015年陜西省人均GDP與工業廢水、工業廢氣、工業廢物排放量指標構建環境庫茲涅茨曲線發現，陜西省廢水排放量在研究期內隨人均GDP的增加呈先升后降的變化趨勢，符合環境庫茲涅茨曲線的倒“U”形假設。劉燕等[5]利用陜西省商洛市2000—2015年水環境污染及經濟發展的數據,分析商洛市水污染和經濟發展的關系得出，商洛市經濟發展和水污染之間呈明顯的正相關關系，經濟發展和水環境效益之間呈負相關關系。【研究切入點】現有研究選擇的水環境污染與經濟發展評價指標不同，但對城鎮居民生活廢污水涉及較少；同時，研究期主要截至“十二五”時期，而“十三五”開始后陜西省產業結構進一步調整[5]，經濟發展和水污染情況也發生一定變化，但對這一時期陜西水環境污染和經濟發展關系的研究較少。【擬解決的關鍵問題】利用陜西省2001—2018年廢水排放數據，分析其廢水排放總量、工業廢水排放量、城鎮居民生活廢污水排放量及人均GDP的變化趨勢，并根據環境庫茲涅茨曲線理論，分別建立工業廢水排放量和城鎮居民生活廢污水排放量與人均GDP的環境庫茲涅茨曲線(EKC)模型，分析工業廢水排放量及城鎮居民生活廢污水排放量與人均GDP的相關性，為提升其經濟發展過程中的水污染治理水平，促進經濟與環境協調發展提供決策參考。

1 資料與方法

1.1 數據來源

2001—2018年陜西省廢水排放總量、工業廢水排放總量、城鎮居民生活廢污水排放總量以及人均GDP數據來自2001—2018年《陜西省統計年鑒》和《陜西省水資源公報》。

1.2 研究方法

以廢水排放量衡量陜西水污染狀況，人均GDP衡量陜西省經濟發展水平，根據GROSSMAN等[6]提出的環境庫茲涅茨曲線(Environmental Kuznets Curve，EKC)，分別構建工業廢水排放量與人均GDP，城鎮生活廢污水排放量與人均GDP的EKC模型，分析經濟發展對水環境污染的影響。線型(Linear)、二次(Quadratic)、三次(Cubic)方程[5]形式的模型如下：

Yi=β0+β1Xi+ui,i=1,2，…,n

Yi=β0+β1Xi+β2Xi2+ui,i=1,2，…,n

Yi=β0+β1Xi+β2Xi2+β3Xi3+ui,i=1,2，…,n

式中，Yi表示廢水排放量，Xi表示人均GDP，μi為隨機誤差項，β0為常數項，β1、β2、β3分別為回歸系數。使用SPSS，采用普通最小二乘法分別對上述模型進行參數估計，計算各模型的R2、Sig值和F值，根據檢驗結果選擇擬合度最佳的模型，并使用MATLAB繪制其擬合曲線。

2 結果與分析

2.1 2001—2018年陜西省廢水排放量與人均GDP變化趨勢

從表1看出，截止2018年，陜西省廢水排放總量達12.592億t，相較于2001年的10.982億t增長14.67%，2001—2018年期間整體上處于小幅波動增長過程。工業廢水排放量變化在此期間分為2個階段，2001—2015年呈波動下降趨勢，2015年達最小值，為4.06億t，減少約46.07%；2015—2018年，排放量逐年增加，增長31.53%。研究期內城鎮居民生活廢污水排放量整體上呈持續增加趨勢，2003—2009年排放量由2.677億t增長至4.501億t，增長約68.14%，增長速率較快；2009—2018年，由4.501億t增長至5.352億t，增長約18.91%，增長較緩慢。

表1 2001—2018年陜西省廢水排放總量、工業廢水排放量、城鎮居民生活廢污水排放量與人均GDP

陜西省人均GDP自2001年起呈指數級增長，由2001年的5 506元至2018年的6 347 7元，增長率高達1 052.87%。

2.2 廢水排放量與人均GDP的相關性

2.2.1 工業廢水排放量與人均GDP的相關性 從表2可知，3個方程的Sig值均為0.000(<0.050)，均通過檢驗。Quadratic和Cubic方程的R2分別為0.880和0.884，均大于Linear方程的0.777，而Quadratic方程的F值為55.123，大于Cubic的35.558，表明Quadratic方程的擬合結果更優，因而以其作為工業廢水排放量與人均GDP的EKC模型擬合方程。

表2 工業廢水排放量與人均GDP的模型模擬結果

如圖1所示，工業廢水排放量與人均GDP的二次回歸曲線與傳統的倒“U”形環境庫茲涅茨曲線相反，呈正“U”形，即工業廢水排放量隨人均GDP的增加呈先降后升的變化趨勢。結合表1數據看，2001—2015年，陜西省工業廢水排放量逐年下降，人均GDP逐年上升；2015年后，工業廢水排放量與人均GDP均逐年上升。究其原因，由于陜西地處我國中西部，經濟發展較東部沿海省份較為緩慢，三大產業的結構仍處于調整階段，逐步由低級向高級演進[4]，自2000年起，工業廢水排放量逐年下降；2015年后，由于陜西省為我國西部大開發的重點省份，工業、建筑業逐步發展，產能結構進一步調整[5]，工業廢水排放量開始增加。因此，不可忽略工業快速發展帶來的環境污染，需要制定完善的管理政策、加大廢污水排放治理力度，保證工業的穩定發展與水環境安全的協調共進[6]。

圖1 工業廢水排放量與人均GDP的二次回歸曲線

2.2.2 城鎮居民生活廢污水排放量與人均GDP的相關性 從表3可知，3個方程的Sig值均<0.050，均通過檢驗。Quadratic和Cubic的R2均為0.828且大于Linear方程的0.826，而Quadratic方程的F值為36.152，大于Cubic方程的22.498，表明Quadratic方程的擬合結果更優，因而以其作為城鎮居民生活廢污水排放量與人均GDP的EKC模型擬合方程。

表3 城鎮居民生活廢污水排放量與人均GDP的模型模擬結果

如圖2所示，模型的擬合曲線呈倒“U”形(由于統計數據的有限性，僅顯示出曲線的左半側)，與傳統的環境庫茲涅茨曲線符合。雖然城鎮居民生活廢污水排放量隨人均GDP的增加而增加，但其增長趨勢逐步減小，并將隨人均GDP的增加達到峰值。之后，按照倒“U”形曲線的右半側判斷，未來城鎮居民生活廢污水排放量將隨人均GDP的增加逐漸減少，即在理論上可通過經濟增長加強對城鎮居民生活廢污水處理的相關投入，進而為水環境保護提供更好的支持[2]。

圖 2 城鎮居民生活廢污水排放量與人均 GDP的二次回歸曲線

3 結論與建議

3.1 結論

2001—2018年，陜西省廢水排放總量整體上小幅波動增長，工業廢水排放量呈先降后升的變化趨勢，城鎮居民生活廢污水排放量持續上升但增長緩慢。從工業廢水排放量和城鎮居民生活廢污水排放量與人均GDP的關系曲線模型分別得出，研究期內陜西省工業廢水排放量與其人均GDP的關系曲線呈正“U”形，并非傳統的倒“U”形環境庫茨涅茲曲線；城鎮居民生活廢污水排放量與人均GDP的關系曲線呈倒“U”形，與傳統的倒“U”形環境庫茨涅茲曲線相符。分階段看，在2015年前，陜西省經濟發展中工業的發展相對較慢，工業廢水排放量并未隨人均GDP的增加而增加；此后，隨著工業的快速發展，工業廢水排放量與人均GDP呈現相同的增長趨勢。城鎮生活廢污水排放量則在研究期內持續隨人均GDP的增加而增加。綜合看，研究期內陜西省經濟發展增大了對水環境的壓力，水污染狀況隨經濟發展而加劇。與經濟發展水平較高的省份[7]相比，陜西省仍處在經濟發展模式的調整和轉型時期，尚未進入經濟發展帶動環境治理，為環境治理提供更多經濟支持的階段。

水環境污染和經濟發展受各種因素影響，單一的水環境污染和經濟發展指標可能對構建的環境庫茲涅茨曲線模型造成影響[8]。本研究由于統計數據的有限性，對水環境污染與經濟發展狀況之間關系的分析存在一定局限性。今后需結合多種因素，利用更多不同層面的水環境污染和經濟發展數據進行更深入和系統的分析。

3.2 建議

1) 摒棄“污染在先，治理在后”的傳統觀念，加強生態文明法制建設。完善管理系統以及環境立法，發揮制度優勢，制定相應的獎懲機制及水污染防治政策，并健全各項法律法規和政策的實施。同時，將減排環保任務下分至各個市縣，對排放超標的市縣加征超標排污費；對超額完成減排任務的市縣給予獎勵補貼，調動各地區的環保積極性。各地政府要發揮引領作用，帶領企業產業調整、升級改造，減少廢水排放。

2) 提高生產工藝，改進污水處理技術[9]。在工業生產中推進生產工藝改善，升級生產線，提高原材料利用率，對具有嚴重污染性的原材料物盡其用，減少或盡量不使用非必須材料，同時，嚴格把控生產過程中、過程后的排污情況，提高水資源重復利用率，不僅可降低生產成本，也可減少污水排放。另外，改進污水處理技術，發展高效污水處理系統，如對城鎮居民生活廢污水可在傳統的A/O法、SBR法或氧化溝法等水污染處理方法上進一步研發和應用更有效的污水處理技術。

3) 優化產業結構，推動低碳發展。陜西省作為西部大開發的重點地區之一，應加強供給側結構性改革，實現規模和產業轉型升級的硬約束，促進經濟結構的調整和升級[2]，大力發展綠色低碳產業[10]，使用可再生新能源代替傳統煤炭、石油。同時，對傳統產業進行綠色改造，以科技發展帶動產業結構轉型，形成人與自然和諧共處的健康發展格局。

4) 加強生態文明建設，提高居民環保意識。對工業廢水最主要排放單位的企業，環保部門應積極引導企業建立綠色環保企業文化；對于居民，作為城鎮居民生活廢污水的主要產生群體，應加強環保宣傳，增強居民參與環保的意識，引導其積極主動參與政府環保工作的實施。另外，針對陜西省生態環境相對脆弱的現實，引導居民形成綠色消費的意識，自覺進行綠色消費，踐行低碳生活。