任 静

(1.郑州科技学院 土木建筑工程学院，郑州 450064;2.商丘学院开封校区，河南 开封 475000)

前 言

河南省水资源相对匮乏，多年平均水资源总量为403.53亿m3，仅为全国水资源总量的1.43%，居全国第19位；河南省人均水资源总量为376m3，居全国第22位。河南省水资源地区分布不均，西南山丘区多，东北平原少。近几年，水质问题虽有所改善，但“水质性缺水”问题依然存在。水资源的匮乏直接制约国民经济可持续发展。

工业废水是河南省废水排放的主要排放源之一。工业废水成分复杂，毒性高，难降解，污染严重，因此，对工业废水排放的控制不容小觑。要减少工业废水排放，首先要了解工业废水的排放特征，影响工业废水排放的因素有哪些？哪些因素对工业废水的贡献量较大？

对某一指标变化的研究常采用指标分解法，指标分解法是一种研究事物变化特征及其作用机理的重要方法，可将工业废水排放变化分解为多个因素，定量的分解出各因素对工业废水排放变化的贡献度，解释工业废水排放变化的原因，指出影响工业废水排放变化的主要驱动因素，能够更深入的对工业废水减排进行研究。

指标分解法最初应用于研究能源问题，是能源与环境政策制定中被广泛接受的方法[1]。近些年逐渐被应用于碳减排领域[2～5]，并逐步拓展到工业废水排放领域[6]。本研究采用指标分解法对河南省工业废水排放进行分解，考察河南省工业废水排放特征及各因素对工业废水排放的贡献程度，揭示影响河南省工业废水排放的主要因素，为相关部门有的放矢的采取措施控制工业废水排放提供科学依据，为河南省产业转型升级，走资源友好型经济发展道路提供方法对策。

1 LMDI分解模型设计

指数分解法[7-8]可将某一指标分解为多个影响因素，研究其变化的内在机理，分为拉式指数分解法[9-10](Methods linked to Laspeyres index)和迪式指数分解法[11](Methods linked to Divisia index)。其中Ang[12]提出的对数均值迪式指数分解法(logarithmic mean Divisia index method，即LMDI法)把算数加权平均函数变为对数，可将残值完全分解，没有残值，计算误差少，计算结果更具说服力。因此借鉴LMDI分解模型，对河南省工业废水排放变化进行分解，考察河南省工业废水排放的影响因素。

LMDI模型有两种分解模型：加法模型和乘法模型。两种模型均可对指标的增量进行分解，两者相辅相成，加法模型以加和的形式对分解结果进行表示，分解出各影响因素对工业废水排放影响的绝对量；乘法模型以百分比的形式对分解结果进行表示，分解为各影响因素对工业废水排放影响的相对值。

工业废水排放量可用公式(1)表示：

(1)

式中：W为工业废水排放量；Wi为第个地区工业废水排放量；Gi为第个地区国内生产总值；Yi为第i个地区工业产值；Si为第i个地区工业产值占第i个地区国内生产总值的比重；Ii为第i个地区工业废水排放强度。

将工业废水排放分解为三个因素，即(1)地区国内生产总值，代表规模效应，反应经济规模的增大对环境压力的影响；(2)工业产值占地区国内生产总值的比重，代表结构效应；(3)地区工业废水排放强度，代表技术效应，反应产生单位工业价值所付出的环境负荷。

0-t期工业废水排放的变化可用公式(2)表示：

ΔW0-t=(ΔWact)0,t+(ΔWstr)0,t+(ΔWint)0,t

(2)

式中：W0-t表示0-t年之间的工业废水排放变化量。(ΔWact)0,t代表0-t年之间的规模效应，表示当结构效应和技术效应定量时，规模效应的变动对工业废水排放量变动产生的贡献；(ΔWstr)0,t代表0-t年之间的结构效应，表示规模效应和技术效应不变时，结构效应对工业废水排放量变动产生的贡献；(ΔWint)0,t代表0-t年之间的技术效应，表示规模效应和结构效应不变时，技术效应对工业废水排放量变动产生的贡献。

LMDI加法分解形式可用公式(3)～(5)进行表示。

(3)

(4)

(5)

LMDI模型的乘法模型可用公式(6)表示：

(6)

式中：Dtot表示工业废水排放变化率，Dact、Dstr、Dint分别表示规模效应、结构效应、技术效应。Dact、Dstr、Dint可分别分解为公式(7)～(9)：

(7)

(8)

(9)

2 结果与分析

2.1 河南省工业废水排放特征分析

2005～2017年河南省工业废水排放总量总体呈现先上升后下降的“倒U型”变化趋势，见图1。2005～2010年是工业废水排放总量的上升阶段，从2005年的12.35×108t，上升至2010年的15.04×108t，达到峰值，年均增长3.64%；之后工业废水排放总量逐年下降，到2014年降至12.80×108t，年均减少0.27×108t，说明河南省在2010年至2015年的工业废水控制措施略有成效；在2015年略有反弹，增加0.18×108t后；2016年，河南省废水排放总量急剧下降，下降了5.95倍，说明2015～2016年废水排放控制措施成效凸显。

2005～2017年河南省工业废水排放强度呈线性趋势，逐年显著降低，从2005年的22.39 t/万元降低到2017年的2.74 t/万元，降低了7.17倍，年均降低6.75%，说明排放更少的污染，创造了更高的经济价值，河南省工业用水效率在逐步提高。

图1 2005～2017年河南省工业废水排放总量变化趋势Fig.1 Changes of total industrial wastewater discharges in Henan Province from 2005～2017

2.2 河南省重点行业工业废水排放特征

为了了解河南省各行业的废水排放特征，对河南省重点行业废水排放进行筛选。对2011～2017年河南省各行业工业废水统计分析发现，造纸和纸制品业，煤炭开采和洗选业，化学原料和化学制品制造业，农副食品加工业，酒、饮料和精制茶制造业、纺织业，皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业，医药制造业，电力、热力生产和供应业，食品制造业这十个行业是河南工业废水排放较多的行业，所以选择这十个行业作为河南省重点行业废水排放分析对象进行分析研究。

对重点行业的废水排放量进行统计分析，见图2。可以得到，重点行业的废水排放量之和占工业废水排放总量的80%以上，其中，制造业和能源开采业是河南省工业废水的主要排放源。造纸和纸制品、煤炭开采和洗选业、化学原料和化学制品制造业是废水排放大户，占工业废水排放量的50%左右，要控制河南省工业废水排放，重点应减少这三个行业的废水排。其中，造纸和纸制品业废水排放量逐年减少，平均每年降低16.04%，2011～2012年废水排放量排名第一，到2015年已经降到第三名。从国家环保部发布的《环境统计年报》了解到，全国范围内造纸和纸制品业的废水排放量近几年都有所降低，并且废水中所含的化学需氧量等污染物也在降低，说明造纸和纸制品业的整体行业技术水平逐步提高；煤炭开采和洗选业废水排放量占工业废水排放总量的比例逐年升高，从2013年开始，成为河南省废水排放第一大户，河南省应将煤炭开采和洗选业的废水排放作为废水排放控制的重中之重，加大治理力度，提高排放标准，防止该行业废水排放量继续增大。

图2 重点行业工业废水排放量占工业废水排放总量的比例Fig.2 The proportion of main industrial wastewater discharge in total industrial wastewater discharge

2.3 河南省工业废水排放成因及分解分析

将河南省工业废水排放变化分解为规模效应，结构效应，技术效应，利用LMDI分解模型进行分解，得到河南省工业废水排放总量变化及各效应分解贡献值，见下表。由下表可见，2005～2015年工业废水排放量累计增加0.63×108t，增加5.12%，其中规模效应对工业废水排放增加具有正效应，使工业废水排放总量累计增加15.84×108t，增加249.5%，说明经济规模的扩张是河南省工业废水排放增加的主要原因，因此要控制工业废水排放，关键是遏制经济规模的无限制增长；结构效应和技术效应对工业废水排放增加具有负效应，分别使工业废水排放减少0.92×108t和14.29×108t，分别使工业废水降低7.03%和67.65%，是抑制工业废水排放增加的主要原因，即调整工业产值在总产值的比重和行业废水排放的分配，提高工业用水效率，是降低工业废水排放的主要手段。

“十一五”期间(2006～2010年)，工业废水排放量持续增长，累计增加2.02×108t，其中规模效应使工业废水排放增加8.75×108t，结构效应使工业废水排放增加0.72×108t，而技术效应使工业废水排放减少7.45×108t；“十二五”期间(2010～2015年)，工业废水排放量逐步降低，累计减少0.89×108t，其中规模效应使工业废水排放增加4.26×108t，结构效应和技术效应分别使工业废水排放减少1.82×108t和3.33×108t。

表 工业废水排放总量变化及各效应分解贡献值Tab. The change of industrial wastewater discharge and decomposition contribution of each effect

图3 工业废水排放总量变化及各效应加法分解贡献值Fig.3 The change of industrial wastewater discharge and additive decomposition contribution of each effect

如图3所示，从三个效应对工业废水排放量变化的年度间影响看，技术效应对工业废水排放增量的影响波动性较大，并且与工业废水排放变化的总效应的波动性有类似的变化走势，说明工业废水排放量的变化受技术效应的影响较大，行业工艺技术的进步，工业用水效率的提高，对于降低工业废水排放起着至关重要的作用；结构效应对工业废水排放增量的影响逐渐由负效应向正效应转变，说明结构效应对于减少工业废水排放的影响在逐步发挥效果，但其数值相对于技术效应的贡献值较小，对减少工业废水排放的贡献不大，在短期内对减少工业废水排放效果不明显，要想减少工业废水排放归根结底还是从技术手段着手；规模效应对工业废水排放增量的影响从2005～2015年一直是正效应，且影响较大，虽在2008～2009年有较大幅度的下降，但在2009～2010年又反弹回去，之后逐年有下降趋势，说明经济规模的扩张是工业废水增加的最主要的原因。

3 结 论

3.1 2005～2017年河南省工业废水排放总量总体呈现先上升后下降的“倒U型”变化趋势。

3.2 制造业和能源开采业是工业废水主要排放源。其中煤炭开采和洗选业废水排放占工业废水排放总量的比例逐年升高，是河南省废水排放第一大户。

3.3 2005～2015年工业废水排放量累计增加0.63×108t，其中规模效应贡献值为15.84×108t，贡献率249.5%，结构效应贡献值为-0.92×108t，贡献率7.03%，技术效应贡献值为-14.29×108t，贡献率为-67.65%。

3.4 河南省工业废水排放总量增加的主要原因是经济规模的扩张，技术效应是工业废水排放减少的关键因素。