廢水排放的省際空間效應分析

李淑煥

摘? 要：水資源對人類的重要性是不言而喻的。水污染問題的日益加重，既降低了各類環(huán)境資源的價值，又對經(jīng)濟發(fā)展和人類健康提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。該文基于2008—2017年間我國30個省份的廢水排放量的相關(guān)數(shù)據(jù)，進行空間相關(guān)性分析來探討我國省際間廢水排放的空間效應。結(jié)果發(fā)現(xiàn)我國省際間的廢水排放存在顯著的空間相關(guān)性。并在此基礎(chǔ)上為合理利用水資源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提出建議。

關(guān)鍵詞：廢水排放? Moran's I? 空間相關(guān)性分析? 可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號： X703? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）06（a）-0054-05

Analysis of the Inter-provincial Spatial Effect of Wastewater Discharge

LI Shuhuan

（Basic Teaching Department， Zhengzhou University of Industry Technology， Zhengzhou， Henan Province， 451150 China）

Abstract： The importance of water resources to mankind is self-evident. The increasing problem of water pollution not only reduces the value of various kinds of environmental resources， but also poses a serious challenge to economic development and human health. Based on the data of wastewater discharge in 30 provinces in China from 2008 to 2017， this paper analyzes the spatial correlation to explore the spatial effect of wastewater discharge between provinces in China. The results show that there is a significant spatial correlation between the discharge of wastewater between provinces in China. On this basis， some suggestions for rational utilization of water resources and sustainable development are put forward.

Key Words： Wastewater discharge; Moran's I; Spatial correlation analysis; Sustainable development

環(huán)境問題在當今已越來越受到重視，2021年4月，習近平總書記在領(lǐng)導人氣候峰會上發(fā)表講話，指出了堅持人與自然和諧共生，“萬物各得其和以生，各得其養(yǎng)以成”。大自然孕育撫養(yǎng)了人類，人類應該以自然為根，尊重自然、順應自然、保護自然。要堅持綠色發(fā)展，綠水青山就是金山銀山，保護生態(tài)環(huán)境就是保護生產(chǎn)力，改善生態(tài)環(huán)境就是發(fā)展生產(chǎn)力，讓良好的生態(tài)環(huán)境成為全球經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的支撐。而實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展中，提高水資源的集約節(jié)約利用水平也尤為重要，因此研究廢水排放的影響因素，針對問題進行調(diào)整改進，以實現(xiàn)水資源的合理利用，以保證經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。

我國學者在此方面也進行了許多研究，其中我國學者劉瑩等利用超效率SBM模型和面板Tobit模型研究了“十二五”時期我國各省級行政區(qū)工業(yè)廢水治理效率的時空特征以及影響因素[1]。陳傳龍等人利用乘性空間結(jié)構(gòu)分解分析方法對我國2021年31個省份的工業(yè)廢水排放差異的影響因素進行了分析[2]。鐘明春通過利用1995—2017年間我國省際間面板數(shù)據(jù)建立計量模型，對省際間工業(yè)廢水的排放因素進行分析[3]。

該文在前人的研究發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)上，在廢水排放中將生活廢水也考慮在內(nèi)，所以從工業(yè)廢水和生活廢水的總量考慮，同時將時空因素考慮在內(nèi)，分析我國廢水排放的空間效應。

1? 研究方法及數(shù)據(jù)準備

1.1 空間計量經(jīng)濟學的應用

在1974年5月荷蘭統(tǒng)計協(xié)會年會大會致辭時，Jean Paelinck最早提出空間計量經(jīng)濟學（Spatial Econometrics）這個名詞。它是計量經(jīng)濟的一個分支，研究的是如何在橫截面數(shù)據(jù)和面板數(shù)據(jù)的回歸模型中分析空間的相關(guān)性。其實際應用領(lǐng)域也尤為廣泛。陸文聰?shù)热诉\用空間計量經(jīng)濟學的相關(guān)理論說明了我國各省的糧食產(chǎn)量存在空間效應，并進一步分析了引起糧食生產(chǎn)區(qū)空間結(jié)構(gòu)變化的原因[4]。于江霞采用空間計量模型來分析我國公路設(shè)施的空間相關(guān)性[5]。任曉怡利用傳統(tǒng)的計量模型和空間計量模型基于2003—2012年間我國中部地區(qū)80個城市的數(shù)據(jù)，對其金融發(fā)展與產(chǎn)業(yè)發(fā)展之的關(guān)系進行分析，可以看到金融發(fā)展對中部地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的促進作用[6]。趙磊等人通過空間相關(guān)性分析和空間面板模型發(fā)現(xiàn)旅游的發(fā)展與經(jīng)濟增長之間具有顯著的空間相關(guān)性[7]。高魏利用空間計量模型分析了建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展之間顯著的空間相關(guān)性，并且也說明了一個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展對鄰近地區(qū)的建設(shè)用地的增長存在溢出效應[8]。劉秉鐮等人利用空間面板模型研究了我國交通基礎(chǔ)設(shè)施與全要素生產(chǎn)率增長之間的關(guān)系[9]。LEE J等人利用空間計量經(jīng)濟學相關(guān)理論對考察分析韓國首爾老年駕駛員發(fā)生交通事故的特點[10]。未來我國的發(fā)展中，會涉及到大量應用空間計量經(jīng)濟學建模的實際應用問題[11]。

1.2 空間效應

空間計量經(jīng)濟學的基本特征是空間效應，可以分為空間相關(guān)性和空間異質(zhì)性。空間相關(guān)性是變量間相關(guān)性在空間結(jié)構(gòu)上的體現(xiàn)，空間異質(zhì)性是描述個體間存在的差異，并指出這一差異是由于空間分布或結(jié)構(gòu)特點導致的。

1.2.1 全局空間自相關(guān)檢驗

全局空間自相關(guān)的統(tǒng)計量主要有Moran's I統(tǒng)計量和Geary's C統(tǒng)計量， 該文利用Moran's I統(tǒng)計量。

全局Moran's I統(tǒng)計量定義如下：

（1）

其中，，，即，分別為觀測值的樣本方差和樣本均值;為空間權(quán)重矩陣W中的元。

Moran's I的值在-1～+1，值大于0表示存在正相關(guān)，越接近1表示正相關(guān)的程度越強;值小于0表示存在負相關(guān)，等于0表示空間無關(guān)。

標準化后的Moran's I統(tǒng)計量為：

（2）

其中，為矩陣中行空間權(quán)重的總和，為矩陣中列空間權(quán)重的總和。

1.2.2 局部空間自相關(guān)檢驗

空間聯(lián)系的局部指標，它包括局部Moran's I統(tǒng)計量、局部Geary's C統(tǒng)計量。該文利用Moran's I統(tǒng)計量。

局部Moran's I統(tǒng)計量定義如下：

，（3）

其中，zi、zj分別為鄰近空間單元i和j的xi和xj的標準化觀測值，wij為空間權(quán)重矩陣，ii為觀測單元的i的Moran's I的計算值;，表示該觀測區(qū)域與鄰近區(qū)域具有“高-高”或“低-低”的集聚特征;，表示在觀測區(qū)域與鄰近區(qū)域具有“高-低”或“低-高”的集聚特征[12]。

1.2.3 空間權(quán)值矩陣

空間權(quán)重矩陣用來表示不同位置的空間單元的鄰近關(guān)系。其常規(guī)設(shè)定有兩種，一種是簡單的二進制鄰接矩陣，另一種是基于距離的二進制空間權(quán)重矩陣。其中基于距離的空間權(quán)重矩陣一般有兩種計算方法，即Rook賦權(quán)法和Queen賦權(quán)法。

2? 數(shù)據(jù)準備

2.1 數(shù)據(jù)的選取和處理

該文選取我國內(nèi)陸30個省市的數(shù)據(jù)，來研究廢水排放的省際空間效應。

數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》和《國家數(shù)據(jù)》，研究的時間為2008—2017年之間，在前人的研究基礎(chǔ)上，該文選取各地區(qū)人均廢水排放量（PJPF），運用ArcGIS、GeoDa軟件對數(shù)據(jù)進行處理和分析。為了更好地反映變量間的關(guān)系，將數(shù)據(jù)進行取對數(shù)處理，以消除異方差的影響。

2.2 全局空間自相關(guān)分析

計算全局Moran's I，對我國30個省市的人均廢水排放進行空間相關(guān)性檢驗，得到表1數(shù)據(jù)。

由表1中結(jié)果顯示，每個年份的Moran's I均大于0小于1，并且均通過了5%的顯著性檢驗，說明省際之間的廢水排放存在正的空間相關(guān)性，也即我國內(nèi)陸30省市的廢水排放量的空間分布并不是獨立的或隨機的。同時從表中數(shù)據(jù)還可以看到，在2008—2012年間Moran's I呈現(xiàn)上升趨勢，2012—2015年間趨于平穩(wěn)，在2015年后不斷下降，因此選取分斷點處的相應年份即2008年、2012年、2015年和2017年的數(shù)據(jù)為例進行分析，用Moran's I散點圖說明局部空間特征。

2.3 局部空間自相關(guān)分析

Moran's I散點圖常用作衡量局部的空間特征，數(shù)據(jù)落在Moran's I散點圖的1、3象限時說明觀測區(qū)域之間具有正的空間相關(guān)性，數(shù)據(jù)落在第2象限、第4象限時說明觀測區(qū)域之間具有負的空間相關(guān)性。并且在第1象限說明觀測值高的區(qū)域被高值區(qū)域所包圍（高-高），第2象限說明觀測值低的區(qū)域被高值區(qū)域所包圍（低-高），在第3象限說明觀測值低的區(qū)域被低值區(qū)域包圍（低-低），第4象限說明觀測值高的區(qū)域被低值區(qū)域所包圍（高-低）。

觀察散點從圖1到圖4可以發(fā)現(xiàn)，我國30個省市的散點大落在第1象限、第3象限，說明我國省際之間廢水排放量存在較強的空間正相關(guān)性。并且在這4個時間節(jié)點上江蘇、上海、浙江、福建等數(shù)據(jù)落在第1象限，說明這些地區(qū)的廢水排放量較高，并且被高值所包圍。新疆、青海、四川、云南等省份落在第3象限，說明其廢水排放量相對較低，并且被低值所包圍。

現(xiàn)對2008年、2012年、2015年和2017年分別進行局部空間自相關(guān)分析，分別給出了圖5到圖8的LISA聚類圖。

從LISA聚類圖可以看到，我國大部分省域的廢水排放之間的局部空間效應并不顯著。在通過顯著性檢驗的地區(qū)，江蘇、上海、浙江、福建這些地區(qū)呈現(xiàn)出顯著的高-高的空間集聚，新疆、青海、四川、云南這些地區(qū)呈現(xiàn)出顯著的低-低的空間集聚，這也與散點圖觀察得出的結(jié)論相一致。也表明了我國部分省域廢水排放的局部空間效應影響著全國的空間效應，其局部效應只存在少數(shù)部分地區(qū)。

3? 結(jié)語

該文基于2008—2017年這一期間我國30個省市的人均廢水排放量，對其進行全局空間相關(guān)性和局部空間相關(guān)性分析，可以發(fā)現(xiàn)，這一時期我國30個省市間的廢水排放量存在空間正相關(guān)。并且在進一步的局部空間相關(guān)性檢驗中，可以發(fā)現(xiàn)部分省域的廢水排放呈現(xiàn)出高-高和低-低的空間集聚，其中出現(xiàn)高-高的集聚地區(qū)，其主要為東部沿海地區(qū)，這些地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，城市化水平較高，人口密集，生活廢水及工業(yè)廢水排放量較大，廢水排放量存在很強的空間正相關(guān)，低-低的集聚地區(qū)主要集中在我國西部地區(qū)，這些地區(qū)大都經(jīng)濟欠發(fā)達，城市化水平相對較低，加之部分地區(qū)氣候干旱降水稀少等特點，也使得廢水排放相對較少。總之城市在發(fā)展時，既要兼顧經(jīng)濟又要保護環(huán)境，各城市之間要加強互動合作，注重節(jié)能清潔產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加大廢水凈化設(shè)備的投入。該文只進行了省際之間的廢水排放的空間效應分析，并沒有進一步討論影響廢水排放的具體因素，今后可在此基礎(chǔ)之上，建立空間劑量計學中的相關(guān)模型做進一步分析。

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