许多实证研究揭示环境Kuznets曲线假设在许多国家和地区都是成立的[1-4]。环境Kuznets曲线假设的一个基本政策含义是:经济增长不一定带来环境恶化的结果,在社会经济发展历程中,人类可以实现GDP 递增与环境负荷递减的发展状态。对于处于Kuznets 曲线“爬坡”阶段的经济增长地区,制定科学的公共政策推动Kuznets 曲线由“爬坡”阶段转为“下坡”阶段,是环境总体规划的核心任务。 珠江三角洲是一个处于Kuznets 曲线“爬坡”阶段的经济快速增长地区,该地区在近几十年经济快速增长过程中,水环境严重恶化。如何改善水环境是近些年珠江三角洲社会发展的重要议题。可以断言,在21 世纪初几十年内,珠江三角洲将实现Kuznets 曲线由“爬坡”阶段转为“下坡”阶段。陈庆秋等(2004) 推估珠江三角洲地区可能在2008 年至2018 年期间实现用水零增长。据此,陈庆[6]秋(2004)提出珠江三角洲工业节水减污近期(2010 年)战略目标为:实现工业用水零增长,工业废水中COD 排放量降至1990 的水平;珠江三角洲工业节水减污远期(2020 年)战略目标确定为:工业废水排放量降至1990 的水平,工业废水中COD 排放量降至1980 的水平。本文依据此观点,运用广东省环境统计数据和珠江流域水资源综合规划调查数据,提出了2010 年和2020 年珠江三角洲工业水环境负荷的削减目标方案。本文研究成果对于科学制定目标导向型的珠江三角洲水环境总体规划有着重要意义。
珠江三角洲是一个处于Kuznets 曲线“爬坡”阶段的经济快速增长地区,该地区在近几十年经济快速增长过程中,水环境严重恶化。如何改善水环境是近些年珠江三角洲社会发展的重要议题。可以断言,在21 世纪初几十年内,珠江三角洲将实现Kuznets 曲线由“爬坡”阶段转为“下坡”阶段。陈庆秋等(2004) 推估珠江三角洲地区可能在2008 年至2018 年期间实现用水零增长。据此,陈庆[6]秋(2004)提出珠江三角洲工业节水减污近期(2010 年)战略目标为:实现工业用水零增长,工业废水中COD 排放量降至1990 的水平;珠江三角洲工业节水减污远期(2020 年)战略目标确定为:工业废水排放量降至1990 的水平,工业废水中COD 排放量降至1980 的水平。本文依据此观点,运用广东省环境统计数据和珠江流域水资源综合规划调查数据,提出了2010 年和2020 年珠江三角洲工业水环境负荷的削减目标方案。本文研究成果对于科学制定目标导向型的珠江三角洲水环境总体规划有着重要意义。
1 工业发展情景预测
珠江流域水资源综合规划对以自然地理特征为边界圈定的水资源三级分区——珠江三角洲的社会经济发展状况进行了系统的分析,表1是珠江三角洲1980年至2000 年的工业总产值及每5 年的递增率,本文以此数据预测珠江三角洲2010 年和2020 年的工业发展情景。
注:工业总产值为2000年可比价
从表1 可以看出,珠江三角洲不同时期的工业发展速度相差较大,本项研究选择低、中、高三种工业发展速度来预测珠江三角洲2010 年和2020 年的工业发展情景。其中低速度取1980 年至2000 年期间的四个工业总产值5 年递增率的两个低值平均数,即114.71%;中速度取1980 年至2000 年期间的四个工业总产值5年递增率的平均数,即156.71%;高速度取1980 年至2000 年期间的四个工业总产值5 年递增率的两个高值平均数,即198.71%。表2 是以此三个水平的工业发展速度所预测的珠江三角洲工业发展情景。
注:工业总产值为2000年可比价
2 工业万元产值的水污染负荷
估测区域工业废水排放量和工业废水中COD 排放量,是制定工业水环境负荷削减目标方案的一项基本内容。依据工业总产值估测区域工业废水排放量和工业废水中COD 排放量有两种基本方式:其一是运用工业总产值和用水指标先确定工业用水量,然后根据用水与水污染负荷的关系,确定工业废水排放量和工业废水中COD 排放量;其二是运用环境统计数据直接确定单位工业产值的废水排放量和工业废水中COD 排放量指标,然后运用单位工业产值水污染负荷指标确定工业废水排放量和工业废水中COD 排放量。考虑到工业用水量与工业水污染负荷内在关系的复杂性,本项研究采用后一种方式。
表3 是运用2000年的环境统计数据所确定的珠江三角洲各城市工业万元产值废水排放量。本项研究选择低、中、高三种水平的工业万元产值废水排放量指标来测算珠江三角洲各年度的工业废水排放量。其中,中水平的工业万元产值废水排放量指标取2000 年珠江三角洲九城市的综合指标值,即17.5m /万元;低水平的工业万元产值废水排放量指标取珠江三角洲九城市中低于综合指标值的各城市指标的平均值,即8.5m /万元;高水平的工业万元产值废水排放量指标取珠江三角洲九城市中高于综合指标值的各城市指标的平均值,即28.5m /万元。
表4 是运用2000年的环境统计数据所确定的珠江三角洲各城市工业万元产值COD 排放量。本项研究也选择低、中、高三种水平的工业万元产值COD 排放量指标来测算珠江三角洲各年度的工业COD 排放量。其中,中水平的工业万元产值COD 排放量指标取2000 年珠江三角洲九城市的综合指标值,即4.08 kg /万元;低水平的工业万元产值COD 排放量指标取珠江三角洲九城市中低于综合指标值的各城市指标的平均值,即1.75 kg /万元;高水平的工业万元产值COD 排放量指标取珠江三角洲九城市中高于综合指标值的各城市指标的平均值,即12.79 kg /万元。
3 工业水污染负荷削减目标方案
3.1 2010 年工业废水负荷削减目标
“2010 年实现工业用水零增长”隐含了在2010 年实现工业废水负荷零增长的含义。工业废水负荷零增长意味着以时间为自变量的工业废水负荷函数Bw(t) 的一阶导数为零。在工业总产值不断递增过程要实现Bw(t)的零增长,依赖于单位工业产值水污染负荷指标的不断递减。考虑计算时段较短,本项研究把工业总产值的递增和单位工业产值水污染负荷指标的递减近似为随时间的线性变化过程,即有下面的Bw(t)函数表达式。
Bw(t)=(I0+
△I
·t)(P0
-△P
·t)
(1
)
式中:Bw(t)为第t年的工业废水排放量;
I0 为分析起始年的工业总产值;
△I 为分析期间的工业总产值平均年递增量;
P0 为分析起始年的万元产值废水排放量;
△P 为分析期间的万元产值废水排放量平均年递增量。
根据上述Bw(t)函数式和Bw(t)一阶导数为零的条件,可以得到计算万元产值废水排放量平均年递增量△P 的下面公式:
△P =
△I
·P0/(I0+2
·△I
·t)
(2
)
取起始年为2000 年,t 为10 年,根据工业发展情景和工业万元产值废水排放量指标的低、中、高三种水平,由(2)式可以求得低、中、高三种水平的万元产值废水排放量平均年递增量△P和废水负荷削减量,计算结果见表5。
3.2 2010 年工业COD 负荷削减目标
运用上文确定的低、中、高三种水平的珠江三角洲工业发展情景和工业万元产值COD 排放量指标,可以具体量化2010 年珠江三角洲工业COD 负荷削减的战略目标:“工业废水中COD 排放量降至1990 的水平”。
3.3 2020 年工业废水负荷削减目标
2020年工业废水负荷削减的战略目标是在2010年实现工业废水负荷零增长的基础上,再将工业废水排放量降至1990 的水平,以实现珠江三角洲水生态环境的恢复。2020 年工业废水负荷削减的具体量化目标是通过比较1990 年与2020年的工业废水负荷来求得。因缺失1990 年工业废水排放量的统计数据,本项研究采用1990 年珠江三角洲工业总产值的统计数据,通过万元产值废水排放指标来估测1990 年的工业废水负荷。考虑万元产值废水排放量通常都表现出随时间逐渐减少的特征,本项研究用2000 年珠江三角洲九城市的最高工业万元产值废水排放量指标估测1990 年珠江三角洲的工业废水负荷。在计算2020 年的工业废水负荷的产生量时,万元产值废水排放量指标以实现2010 年削减目标为基础确定,也分低、中、高三种水平。2020 年工业废水负荷削减目标分析计算结果见表7。
注:(1)废水排放量指标以实现2010 年削减目标为基础确定;
(2)1990 年废水负荷用2000 年珠江三角洲九城市的最高工业万元产值废水排放量指标估测。
3.4 2020 年工业COD 负荷削减目标
“工业废水中COD 排放量降至1980 的水平”可以通过比较1980 年与2020年的工业COD 排放量负荷来进行量化。1980年工业废水中COD 排放量的统计数据缺失,在这里使用1980 年珠江三角洲工业总产值的统计数据,通过万元产值COD 排放指标来估测1980 年的工业COD 负荷。与万元产值废水排放量类似,万元产值COD 排放量通常也表现出随时间逐渐减少的特征,本项研究选用2000 年珠江三角洲九城市的最高工业万元产值COD 排放量指标估测1980 年珠江三角洲的工业COD 负荷。在计算2020 年的工业COD 负荷的产生量时,万元产值COD 排放量指标以实现2010 年削减目标为基础确定,也分低、中、高三种水平。2020年工业COD 负荷削减目标分析计算结果见表8。
注:(1)COD排放量指标以实现2010 年削减目标为基础确定;
(2)1980 年COD负荷用2000 年珠江三角洲九城市的最高工业万元产值COD排放量指标估测。
4 结语
近几十年,工业化作为珠江三角洲社会经济发展的一个重要驱动力,在推动珠江三角洲区域经济空前繁荣的同时,也造成了珠江三角洲的区域水环境状况严重恶化。在未来几十年,珠江三角洲区域经济的发展仍需要工业化过程的支撑,与此同时,改善和恢复已经严重恶化的区域水环境状况又是珠江三角洲社会发展所不可回避的挑战性任务。面对推进工业化与治理水环境的双重需求,未来几十年将是珠江三角洲实现Kuznets 曲线由“爬坡”阶段转为“下坡”阶段之发展模式转型的战略期。环境Kuznets 曲线由“爬坡”阶段转为“下坡”阶段虽然受到区域自然条件与人文条件诸多因素的制约,但是人类社会可以通过公共政策的干预,能动地缩短环境Kuznets 曲线由“爬坡”阶段转为“下坡”阶段的时间、降低倒U 型环境Kuznets曲线的峰值。珠江三角洲工业行业节水潜力较大[8],实施节水减污战略是促进珠江三角洲实现Kuznets 曲线由“爬坡”阶段转为“下坡”阶段的重要公共政策。本文基于珠江三角洲节水减污的如下战略目标:(1)在2010 年实现工业用水零增长,工业废水中COD 排放量降至1990 的水平;(2)在2020 年使工业废水排放量降至1990 的水平,工业废水中COD 排放量降至1980的水平,运用广东省环境统计数据和珠江流域水资源综合规划的调查数据,探讨了2010 年和2020年珠江三角洲工业水环境负荷削减目标的定量方案。本文的研究结论可以作为编制珠江三角洲各类水环境规划的基础技术参数。