黄河流域河南段排污产业集聚与水污染耦合协调研究_焦士兴.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月水 资 源 与 水 工 程 学 报 ,收稿日期:;修回日期:基金项目:河南省高等学校重点科研项目();安阳市 年科技发展计划项目();安阳师范学院大学生创新基金项目()作者简介:焦士兴(),男,河南周口人,教授,主要从事水资源和水环境研究。:黄河流域河南段排污产业集聚与水污染耦合协调研究焦士兴,王雅思,夏 楚,王安周,李中轩,赵荣钦,林璐霜(安阳师范学院 资源环境与旅游学院,河南 安阳;洛阳市第十九中学,河南 洛阳;许昌学院城市与环境学院,河南 许昌;华北水利水电大学 测绘与地理信息学院,河南 郑州)摘 要:为加强黄河流域河南段排污产业集聚对水污染的影响研究,在构建排污产
2、业集聚和水污染系统三级评价指标体系基础上,采用耦合协调发展等模型,综合分析了排污产业集聚、水污染以及二者的耦合协调发展水平和相对发展类型。结果表明:黄河流域河南段 个市排污产业集聚程度差异明显且整体偏低,但年均增长率显著不同;水污染综合评价指数呈波动变化,区域差异明显;黄河流域河南段 个市排污产业集聚与水污染的耦合协调发展在、和 年均处于拮抗与磨合并存阶段,年则转化为拮抗阶段;相对发展类型由 年的、种类型向 年的、种类型转化。研究结果能较好地反映黄河流域河南段排污产业集聚与水污染的耦合协调关系。基于此,应推进现代化产业结构升级,大力实施区域水污染排放总量控制,坚决关停重污染企业,推动经济高质量
3、发展,逐步实现资源节约型、环境友好型社会目标。关键词:排污产业集聚;水污染;耦合协调;相对发展度;黄河流域中图分类号:;文献标识码:文章编号:(),(,;,;,;,):,(,)(,)“”,:;研究背景产业集聚对区域经济发展具有重要的促进作用,是具有显著特色的经济组织形式。但产业集聚促使企业规模扩张和能耗增加,造成流域水污染加剧;水污染又反向抑制产业集聚水平提升,因此二者存在着双向作用。产业集聚与水污染关系研究是当前热点领域,二者关系复杂,实质是产业集聚发展的环境外部性问题。年,等研究了上海市土地利用与水质的关系,认为产业集聚导致土地过度开发并引起水质下降;年,等构建了空间经济增长模型,以两个国
4、家和两个部门为例研究了产业集聚与水污染的关系,认为制造业集聚有利于减小“环境避难所”效应;年,等研究了印度工业用地与水污染的关系,表明工业用地扩张导致水质恶化。国内对该问题的研究集中于正负效应、空间耦合等方面,卢越认为海河流域污染产业集聚不利于水环境改善;王艳华等认为废水污染型产业的专业化集聚有利于发挥治污的规模效应,从而降低水污染强度;黄璨等研究表明产业集聚与水污染仅存在单向格兰杰因果关系();高爽等认为水污染与制造业集聚的空间关联性存在行业和地域差异,其中与纺织等行业的空间关联性较为显著;于慧等、张姗姗等认为排污企业集聚与水污染具有较强的正向空间耦合关系,制造业集聚会造成水环境污染。综上,
5、国内外产业集聚与水污染的研究主要集中于相互关系、空间关联性等方面,鲜有探讨二者之间的耦合协调关系。黄河流域是我国重要的经济地带,经济的发展促成产业集聚,产业集聚又加剧了流域水污染,尤其是排污工业企业集聚。河南省作为农业大省以及中原经济区核心区域,水资源需求量大且供需矛盾突出。研究黄河流域河南段的排污产业集聚对水污染的影响,有助于优化产业布局和促进水环境治理保护,从而推动黄河流域生态保护和经济高质量发展。基于此,采用耦合协调发展等模型,在综合分析排污产业集聚、水污染基础上,分析了二者的耦合协调发展水平和相对发展类型,从而为实现其耦合协调发展提供决策参考。数据来源与研究方法 研究区概况黄河自陕西省
6、渭南市潼关县流入河南省境内,依次流经三门峡、洛阳、济源、焦作、郑州、新乡、开封、濮阳 个市,是中下游流域中唯一同时具有中游、下游双重属性的流域段,面临着经济发展和水污染的双重压力。世纪 年代黄河两岸布局的化工厂、造纸厂等造成了流域的严重污染,尤其是近年来产业集聚、人类活动等原因,导致黄河流域河南段已经成为高耗能、高污染企业较为集中的区域之一。黄 河 流 域 河 南 段 年 总 人 口 约 为 ,占河南省总人口的 ;年 总量约为 元,占河南省比重为,黄河流域河南段作为关键的经济带和文化带,在黄河国家战略中具有重要的地位。数据来源研究数据来源于河南统计年鉴(年),包括排污产业集聚、水污染两个指标层
7、以及食品、纺织行业等 个系统层,涉及饮料酒产量、塑料制品产量、粗钢产量、化肥施用折纯量、人均日生活用水量、固定资产投资等 项具体指标,缺失数据采用均值法进行插补。研究方法 指标体系构建污染物排放超标是水质恶化的主要原因,排污产业集聚与水污染关系密切。工业污染主要集中于食品、饮料、造纸等少数污染密集型行业,污染源为直接排入河道的工业废水,考虑黄河流域河南段 市的资源禀赋、产业基础等,确定食品、纺织等 类行业中饮料酒产量等 个指标计算排污产业集聚评价指数。水污染按照来源分为农业、工业和生活水污染,其中农业污染是水体富营养化的重要原因,污染源为化肥污染等;工业污染物排放超标是水质下降的主要原因,涉及
8、工业废水排放总量等指标;生活污水主要与人口密度、生活用水量有关,故选取化肥施用折纯量等 个指标来计算水污染评价指数。基于此,在遵循科学性、系统性、普遍性与可行性等原则基础上,结合相关研究构建了排污产业集聚和水污染两 水 资 源 与 水 工 程 学 报 年个系统的三级指标评价体系。排污产业集聚和水污染指标评价体系如表 所示。采用 的双变量 相关性分析,对评价指标之间可能存在的共线性和内生性问题进行检验。结果表明,不同年份的评价指标均能通过共线性检验,因此指标构建及选取较为合理。表 黄河流域河南段排污产业集聚和水污染指标评价体系目标层系统层指标层指标单位指标功效权重排污产业集聚食品、纺织行业能源、
9、化工行业冶金、造纸行业饮料酒产量 畜肉制品产量 纱产量 原煤产量 塑料制品产量 农用化肥折纯量产量 原铝产量 粗钢产量 种有色金属产量 机制纸及纸板产量 水污染农业水污染工业水污染生活水污染化肥施用折纯量 节水灌溉机械套 畜禽养殖头数 工业废水排放总量 固定资产投资元 人口密度人 人均日生活用水量 注:为利于排污产业集聚和水污染系统耦合协调分析,指标功效均采用负向指标计算(节水灌溉机械、固定资产投资除外);畜禽养殖采用猪当量计算,计算公式见参考文献。熵值法计算权重熵值法是根据指标数量值对系统的影响来确定权重。权重是以系统整体最优化作为出发点,权衡各指标在评价系统中的作用和贡献,权重越大表明在构
10、建体系中的作用越大,反之则越小。熵值法权重计算方法如下:()()()()式中:为城市第项指标的比重;、分别为第 项指标熵值、差异系数;为指标权重;为指标标准化数值;、分别为城市数量、指标数量。综合评价模型综合评价可反映排污产业集聚和水污染的整体水平。依据指标标准化处理值及其权重,测算排污产业集聚与水污染系统综合评价指数,计算方法如下:()()式中:为综合评价指数,、含义同上。耦合协调发展模型耦合协调发展模型反映了排污产业集聚与水污染的协调发展关系,耦合协调度可以更精准地反映两个系统的整体协同效应。为研究排污产业集聚与水污染的相对发展状况,引入相对发展度。耦合协调度和相对发展度的计算方法如下:(
11、)()()()()()式中:为耦合度;为排污产业集聚与水污染总的综合评价指数,反映了二者的协同效应;、分别为排污产业集聚与水污染之间的耦合协调度、相对发展度。、分别为排污产业集聚、水污染的综合评价指数;为调节系数,因有两个系统,故 ;、为特殊贡献权重,取 。参考耦合协调度及相对发展度研究成果,确定产业集聚与水污染耦合协调发展类型及特征,如表 所示。结果与分析 排污产业集聚综合评价为确定研究期内黄河流域河南段 个市排污产业集聚状况,采用综合评价模型得到综合评价指数,结果见图。图 年黄河流域河南段 个市排污产业集聚综合评价指数由图可见,黄河流域河南段个市排污产业集聚差异明显,年均综合评价指数排序为
12、郑州市第 期 焦士兴,等:黄河流域河南段排污产业集聚与水污染耦合协调研究()洛阳市()新乡市()焦作市()济源市()开封市()濮阳市()三门峡市()。郑州市的排污产业集聚程度最高,这是由于丰富的自然资源、便利的交通为产业发展提供了优越条件,且通过多项措施不断优化经济发展环境,促进了产业集聚区的发展;三门峡市污染性产业集聚程度最低,原因在于该市矿产资源日渐枯竭导致产业集聚基础薄弱,环境可持续竞争指数偏低。黄河流域河南段 个市排污产业集聚综合评价指数整体偏低,原因在于区域以传统产业发展为主,产业创新能力相对薄弱。黄河流域河南段 个市排污产业集聚综合评价指数年均增长率显著不同。相邻年份增长率平均值排
13、序为新乡市()焦作市()济源市()开封市()洛阳市()三门峡市()郑州市()濮阳市()。郑州等 个市排污产业集聚综合评价指数呈增长态势,濮阳市则呈下降态势。其中新乡市增长幅度最大,排污产业集聚程度降低,这与以制造业为传统支柱产业、创新能力不足以及有待改造升级等有关;濮阳市则呈现负增长,排污产业集聚程度逐渐增大,归因于濮阳市作为资源型城市,石油产业仍然是全市的支柱产业,且化工产业发展迅速等;其余 个市则介于新乡市和濮阳市之间。表 排污产业集聚与水污染耦合协调类型与阶段划分耦合协调度 相对发展度 类型耦合协调发展特征耦合协调发展阶段 产业集聚滞后于水污染,系统趋于退化 产业集聚同步于水污染,系统趋
14、于优化拮抗 产业集聚超前于水污染,系统趋于退化 产业集聚滞后于水污染,系统趋于退化 产业集聚同步于水污染,系统趋于优化磨合 产业集聚超前于水污染,系统趋于退化 产业集聚滞后于水污染,系统趋于退化 产业集聚同步于水污染,系统趋于优化协调 产业集聚超前于水污染,系统趋于退化 水污染综合评价根据综合评价模型,计算得到 年黄河流域河南段 个市水污染综合评价指数及其变化趋势,并将其分为波动增长和波动下降两类,结果见图。由图 可见,年黄河流域河南段 个市水污染综合评价指数呈波动变化,其中,郑州、洛阳、开封 个市呈波动增长态势(图();焦作、三门峡、新乡、济源、濮阳 个市呈波动下降态势(图()。图 年黄河流
15、域河南段 个市水污染综合评价指数及其变化趋势 开封市水污染综合评价指数增长幅度最大,由 年的 增长到 年的 ,原因在于期间开封市实施了水污染防治攻坚方案,排查整治了有色金属、造纸等行业,推进了企业清洁化生产、开展了重点流域综合整治,水污染治理效果显著。新乡水污染综合评价指数下降幅度最大,由 年 水 资 源 与 水 工 程 学 报 年的 下降到 年的 ,水污染的严重性进一步加剧,原因在于该市污水处理技术和设施相对落后,工业废水排放不达标。年我国颁布了环境保护“十二五”规划,郑州、洛阳、开封 个市加强了重点区域水污染防治,有效控制了污染程度的加剧;其余 个市工矿企业结构单一、技术较落后,产生了大量
16、污水、废水并不断渗入地下水。年黄河流域河南段 个市水污染综合评价指数区域差异明显。年均值排序为开封市()洛阳市()郑州市()三门峡市()济源市()新乡市()焦作市()濮阳市()。开封市实施的“一渠六河”连通治理工程,尤其是地表水专项治理措施明显改善了水环境,使水污染综合评价指数处于较高水平;濮阳市水污染综合评价指数最小,主要原因是该市依靠石化工业发展、节水治污资金不足、污水处理能力偏低,从而加剧了水环境污染。郑州、洛阳、三门峡、开封和济源等 个市水污染综合评价指数平均值均大于 ,原因在于城市水污染治理技术及政策体制逐渐成熟,水环境逐渐得到改善;新乡、焦作、濮阳 个市水污染综合评价指数平均值则小
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