杨 洁,黄 蕾,李凤英,邹丽萍,费汉洵,毕 军*

(1.苏州科技学院环境科学与工程学院,江苏 苏州215011；2.南京大学环境学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏 南京 210093；3.南京信息工程大学环境科学与工程学院,江苏 南京 210044)

伴随着工业化、城市化进程的推进,我国环境污染事故频发.据不完全统计,1991～2010年平均每年发生1669起环境污染事故,有毒有害物质瞬时大量排放到环境中,造成严重的环境污染,局部区域环境质量急速下降,环境风险显著增加.通过对我国近年来环境污染事故的研究,找到污染事故发生的成因及规律,有助于环境风险管理部门有效地把握风险控制节点,优化污染事故防范措施,为环境风险防范管理提供决策依据.

针对环境污染事故时序数据,现有相关研究集中于大量的历史统计[1-8],研究事故的潜在危害及其影响因素[5],构建中国经济发展和环境污染事故发生的计量模型,分析中国环境安全的发展阶段与趋势[9],探讨不同的经济条件下影响环境污染事故发生的外部因素[10],通过突发环境污染事故的风险综合区划,揭示风险的空间分布规律[11],运用模型进行突发事故模拟,为风险规避和应急决策提供依据[12-14].目前国内尚未有学者在环境污染事故发生方面进行深入的成因分析.从研究方法看,分解分析作为定量研究各种影响因素对目标变量相对重要性的方法,为识别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)方法定量研究了经济规模效应、行业内技术效应和经济结构效应对污染排放变化的贡献率.此后分解分析方法不断改进和发展,已成为成因分析的重要方法,应用于节能减排研究领域[16-20].近年来国内学者应用该法在污染物排放[21-22]、能源消耗[23-24]与生态足迹方面[25]进行了相关研究.本文借鉴前人研究成果,试图通过构建环境污染事故频数分解模型,对中国1991～2010年环境污染事故频数变化效应进行分解和分析,考察各影响因素变化所带来的频数增量或减量效应,剖析环境污染事故发生的成因,以期为有效防范环境污染事故的发生提供理论依据.

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据“共同导致,平等分配”的原则分解剩余项[1],没有残差项,解决了残差项中存在不确定影响因素的问题.因素分解模型见式(1)～式(6).

假设V=x·y,即变量V由因素x和y决定.在时间段[0,t],变量的变化量ΔV可以根据式(1)计算:

式(1)中的y0Δx和x0Δy是因素x和y的变化各自对变量V总变化的贡献.第三项ΔxΔy是完全分解模型中的剩余量,可以采用相同的权重比例归属于因素x和因素y.其贡献来自于两因素的共同变化,只要其中的一个因素为零,另外一个因素的影响就不存在.当不存在特殊情况时,把式(1)中的第三项平均分配给因素x的贡献和因素y的贡献.因此,两因素系统的完全分解模型如下:

对象的总变化为:

两个因素的贡献(解释性效应)为:

在三因素模型V=x·y·z中,因素x、因素y和因素z变化对变量V总变化的贡献分别如下公式:

依据“共同导致、平均分配”的原则,这些相互作用将分配给每个对应的因素.开始的n项是n个因素中每一个的影响,其他项是对应于一些因素的相互作用的结果.例如,对因素i,

(2) 环境污染事故的分解模型

式中:EPt为环境污染事故频数(包括环境污染事故总频数、水环境污染事故频数、大气环境污染事故频数);Qt为t年GDP;St为t年环境污染治理投资(包括污染治理总投资、废水治理投资、废气治理投资)占GDP份额;It为单位环境污染治理投资发生的污染事故频数(包括环境污染事故总频数、水环境污染事故频数、大气环境污染事故频数),表示控制污染事故的技术水平.式(8)表示环境污染事故频数的变化来自于Qt的变化(规模效应Qeff)、St的变化(治理投资效应Seff)和It的变化(技术效应Ieff).假设基期指标(第0年)用上标0表示,第t年指标用上标t表示,则基期和第t年环境污染事故频数可分别用EP0和EPt表示,t年间环境污染事故频数变化量ΔEP(ΔQ,ΔS及ΔI,同理)为:

因子Q、S和I的变化对ΔEP的贡献(三因素的分解效应)分别为:

环境污染事故频数变化量ΔEP也即等于各种分解效应之和:

3要素变化相应引起的环境污染事故频数变化效应Qeff、Seff和Ieff若为正值,分别表示由于经济规模、污染治理投资规模和风险控制技术水平的变化导致污染事故发生的频数增加,其变化值称之为污染事故频数变化的增量效应,负值则表示减量效应.利用以上分解模型,可初步考察经济规模、治理投资规模和控制技术水平分别在不同时期对污染事故频数变化影响的方向、程度、特点及规律.

2 影响因素分析结果

(1) 环境污染事故

图1 1991～2010年环境污染事故频数变化的各因素效应分解Fig.1 Decomposition of the changing effect of environmental pollution accidents frequencies for different factors,1991-2010

依据环境污染事故频数分解模型,对中国1991～2010年环境污染事故频数动态变化做效应分解(按年份变动间距为1做分析),结果见图1.

从时间序列变化看,1991～2010年环境污染事故总频数(ΔEP)基本呈现逐年减少的趋势,即总频数变化率ΔEP为负值.

规模效应(Qeffect)均为正值(37～901起),1991～2010年期间,经济总量变化的贡献值为21138起,年度间变化效应均值为 279起,表明经济总量变化始终促使环境污染事故频数的增加,且贡献作用较大,若其他因素保持不变,则由于经济总量增长会导致环境污染事故频数年均增长 279起.但是随着经济增长,规模效应呈下降的趋势.2004年以来,随着经济快速增长(年均增长率为9.5%),对环境污染事故频数增长所起的促进作用在减弱,尤其是2008年以来减弱尤为明显.

污染治理投资效应值(Seffect)波动较大,在-885～692起之间,多数年份为负效应,年度间变化效应均值为-74起,说明污染治理投资效应对污染事故频数变化的贡献较小,基本表现为抑制污染事故频数增长的因素,1991～2005年之间污染事故频数变化具有一定的随机性:即 1991～2000年随着污染治理投资增长(年均增长率为14.9%),污染事故频数变化趋势为波动中逐步上升, 2001年随着污染治理投资减少(比上年减少27.1%)而大幅度降低后,至2005年又呈现上升趋势,2005年以后随着污染治理投资增长(比上年增加 48.7%)呈现下降趋势.表明污染治理投资在降低污染事故频数方面并未起到作用.1991～2010年期间,治理投资变化的贡献值为-6794起,表明其他因素保持不变,则由于治理投资增长会导致环境污染事故频数年均减少74起.

风险控制技术效应值(Ieffect)波动较大,其值在-1469～210起,多数年份为负效应,年度间变化效应均值为-344起,说明技术效应对污染事故频数变化具有较大的贡献,是污染治理投资效应的4倍左右,表现为抑制污染事故频数增长.1991～2010年期间,技术效应变化的贡献值为-16751起,表明若其他因素保持不变,则由于技术效应增长会导致环境污染事故频数年均减少344起.2001～2004年期间,对环境污染事故频数增长所起的抑制作用有增强趋势,2004年以来抑制作用呈减弱趋势.

各种因素变化产生的效应叠加使污染事故频数变化总效应呈现一定的波动态势.1991～2010年期间,3种效应变化的综合贡献值为-2406起,年度间变化效应均值为-138起,表明由于3种效应的共同作用会导致环境污染事故频数年均减少138起.

(2) 水环境污染事故

依据环境污染事故频数分解模型,对中国1991～2010年水环境污染事故频数动态变化做效应分解,结果见图2.

图2 1991～2010年水环境污染事故频数变化的各因素效应分解Fig.2 Decomposition of the changing effect of water EPAs frequencies for different factors, 1991-2010

从时间序列变化看(图2),1991～2010年水环境污染事故总频数(ΔEP)基本呈现减少的趋势,即总频数变化率ΔEP为负值.

规模效应(Qeffect)均为正值(13～476起),1991～2010年期间,经济总量变化的贡献值为11958起,年度间变化效应均值为 151起,表明经济总量变化始终促使水环境污染事故频数的增加,且贡献作用较大,若其他因素保持不变,则由于经济总量增长会导致水环境污染事故频数年均增长151起.但是随着经济增长,规模效应呈下降的趋势.1991～1994年的规模效应随经济快速增长(年均增长率为 10.2%)而不断增加, 1994～1999年的规模效应随经济增长速度的减缓(增长率从 13.1%降为 7.6%)而不断下降,2000年随经济增长速度的增快(比上年增加 8.4%),规模效应小幅上升,2004年以来,随着经济快速增长(年均增长率为 9.5%),对水环境污染事故频数增长所起的促进作用在减弱.说明随着经济的发展,水环境污染事故频数增加的幅度越来越小.

污染治理投资效应值(Seffect)波动较大,其值在-585～370起,多数年份为负效应,年度间变化效应均值为-65起,说明污染治理投资效应对水污染事故频数变化的贡献较小,基本表现为抑制污染事故频数增长,1991～2005年之间具有一定的随机性,即 1991～2000年随着污染治理投资增长(年均增长率为 14.9%),水污染事故频数变化趋势为波动中逐渐上升,2001年随着污染治理投资减少(比上年减少 27.1%)而大幅度降低后,至2005年又呈现上升趋势, 2005年以后随着污染治理投资增长(比上年增加 48.7%)呈现下降趋势.1991～2010年期间,治理投资变化的贡献值为-4794起,表明若其他因素保持不变,则由于治理投资增长会导致水环境污染事故频数年均减少65起.

风险控制技术效应值(Ieffect)波动较大,其值在-961～427起,多数年份为负效应,年度间变化效应均值为-175起,说明技术效应对水环境污染事故频数变化具有较大的贡献,表现为抑制污染事故频数增长.1991～2010年期间,技术效应变化的贡献值为-8720起,表明若其他因素保持不变,则由于技术效应增长会导致水环境污染事故频数年均减少175起.2001～2004年期间,对水环境污染事故频数增长所起的抑制作用有增强趋势,2007年以来抑制作用有减弱趋势.

各种因素变化产生的效应叠加使水污染事故频数变化总效应呈现一定的波动态势.1991～2010年期间,3种效应变化的综合贡献值为-1556起,年度间变化效应均值为-89起,表明由于 3种效应的共同作用会导致水环境污染事故频数年均减少89起.

(3) 大气环境污染事故

依据环境污染事故频数分解模型,对中国1991～2010年大气环境污染事故频数动态变化做效应分解,结果见图3.

从时间序列变化看(图3),1991～2010年大气环境污染事故总频数(ΔEP)基本呈现减少的趋势,即总频数变化率ΔEP为负值.

图3 1991～2010年大气环境污染事故频数变化的各因素效应分解Fig.3 Decomposition of the changing effect of air EPAs frequencies for different factors,1991 - 2010

规模效应(Qeffect)均为正值(11～293起),1991～2010年期间,经济总量变化的贡献值为7129起,年度间变化效应均值为94起, 表明经济总量变化始终促使大气环境污染事故频数的增加,且贡献作用不是很大,若其他因素保持不变,则由于经济总量增长会导致大气环境污染事效应呈下降的趋势.1991～1994年的规模效应随经济快速增长(年均增长率为 10.2%)而增加,1994～1999年的规模效应随经济增长速度的减缓(增长率从13.1%降为7.6%)而不断下降, 2000年随经济增长速度的增快(比上年增加 8.4%),规模效应小幅上升,2004年以来,经济快速增长(年均增长率为9.5%)对大气环境污染事故频数增长所起的促进作用在减弱.说明随着经济的发展,大气环境污染事故频数增加的幅度越来越小.

污染治理投资效应值(Seffect)波动较大,其值在-301～343起,年度间变化效应均值为-10起,说明污染治理投资效应对大气污染事故频数变化的贡献较小,1991～2005年之间具有一定的随机性,即1991～2000年随着污染治理投资增长(年均增长率为 14.9%),大气污染事故频数变化趋势为先减少后逐步上升,2001年随着污染治理投资减少(比上年减少 27.1%)而大幅度降低后,至 2004年又呈现上升趋势,2004年以后随着污染治理投资增长呈现下降趋势.1991～2010年期间,治理投资变化的贡献值为-1613起,表明若其他因素保持不变,则由于治理投资增长会导致大气环境污染事故频数年均减少10起.

风险控制技术效应值(Ieffect)波动较大,其值在-363～153起,多数年份为负效应,年度间变化效应均值为-127起,说明技术效应对大气污染事故频数变化具有较大贡献,表现为抑制污染事故频数增长的因素.1991～2010年期间,技术效应变化的贡献值为-6254起,表明若其他因素保持不变,则由于技术效应增长会导致大气环境污染事故频数年均减少127起.2001～2006年期间,对大气环境污染事故频数增长所起的抑制作用有增强趋势,2006年以来抑制作用有减弱趋势.

各种因素变化产生的效应叠加使大气污染事故频数变化总效应呈现一定的波动态势.1991～2010年期间,3种效应变化的综合贡献值为-738起,年度间变化效应均值为-42起,表明由于3种效应的共同作用会导致大气环境污染事故频数年均减少42起.

3 分析与讨论

从图1～图3所示的各分解因素的贡献率情况可以看出,风险控制技术效应对中国的环境污染事故、水环境污染事故和大气环境污染事故频数变化的贡献率绝对值最大,经济规模效应次之,污染治理投资效应最小.从效应的作用方向看,经济规模效应的贡献率为正,表明经济总量增长会导致环境污染事故频数增长.而风险控制技术效应和污染治理投资效应的贡献率都为负,表明技术效应和污染治理投资增长,会导致环境污染事故频数降低.

风险控制技术效应是抑制污染事故频数增加的最主要因素.大力发展及推广应用先进技术,例如,先进的风险监控设备、配套齐全的基础设施、有效的风险管理体系和完备的事故应急系统等,利用环境污染事故暴发过程中的多个控制节点避免环境风险转化成现实的污染事故,是环境污染事故管理中最有效的手段.要控制环境污染事故的频发,必须大力提高风险控制技术水平.

经济规模效应是促进污染事故频数增加的最主要因素.经济快速发展、人口剧烈增长与城市快速扩张过程中,高风险行业的结构不平衡,布局不合理导致环境污染事故频发.随着经济的发展,对环境污染事故频数增长所起的促进作用在减弱.从长远来看,经济增长对于环境污染事故的控制,在技术进步、产业结构调整、政府环境风险管理能力的提高等方面构成强有力的支撑.这与学者对环境污染事故发生与经济发展的动态关系的研究结果相一致,即中国环境污染事故发生并未与经济发展完全同步变化,随着经济增长和经济实力的积累,环境污染事故的发生频数总体趋势是不断减少的[9].

污染治理投资效应抑制污染事故频数增加的作用非常不明显. 1991～2005年期间, 我国污染治理投资效应具有随机性,环境污染事故频数与污染治理投资效应分离,说明污染治理投资在降低污染事故频数方面并未起到明显作用. 2005年以后,污染治理投资效应起到一定作用.这可能与不同时期污染治理投资方向有关系,今后持续在控制环境污染事故方面进行投资是非常有必要的.

4 结论

4.1 1991～2010年期间,由于3种效应的共同作用会导致环境污染、水环境、大气环境污染事故频数年均分别减少138起、89起、42起.环境污染事故频数变化是由各因素共同作用影响的结果.当各因素对事故频数增长均构成抑制作用(即各因素目标协同一致)时,能迅速降低事故频数的增长.

4.2 1991～2010年期间,由于经济总量增长会导致环境污染、水环境、大气环境事故频数年均分别增长279起、151起和94起.但是2004年以来,随着经济快速增长,对环境污染事故频数增长所起的促进作用在减弱.总体看来,该时期经济规模增长对污染事故频数增加起到促进作用,但随着经济规模的增加,经济规模效应对污染事故频数增加的促进作用将会减弱;从长远来看,经济增长对于环境污染事故的控制将构成强有力的支撑.

4.3 1991～2010年期间,由于治理投资增长会导致环境污染、水环境、大气环境污染事故频数年均分别减少74起、65起和10起.1991～2005年期间,环境污染事故频数与污染治理投资分离.2005年以后污染治理投资效应起到一定作用,这可能与不同时期污染治理投资方向有关系,今后仍有必要持续在控制环境污染事故方面加大投资力度.

4.4 1991～2010年期间,由于技术效应增长会导致环境污染、水环境、大气环境污染事故频数年均分别减少344起、175起和127起.风险控制技术效应年平均值为负,表明技术效应变化对污染事故频数的增加起到遏制作用,提高风险控制技术水平是减少污染事故发生的有效手段.

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