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基于EKC曲線的渾太河流域水環(huán)境保護影響因素分析

文檔作者：張愛靜1，付意成2 文檔來源： 1．南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局 2．中國水利水電科學(xué)研究院，		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年03月05日
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第15卷第2期中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報V01．15 No．2
2017年4月Journal。f China Institute。f Water Resources and Hydropower Research April，2017
文章編號：1672—3031(2017)02—0107—09
基于EKC曲線的渾太河流域水環(huán)境保護影響因素分析
張愛靜1，付意成2
(1．南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局，北京100038；2．中國水利水電科學(xué)研究院，北京100038)
摘要：環(huán)境可持續(xù)發(fā)展是研究環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)學(xué)者探求的重要領(lǐng)域。本文基于兩種不同的EKC假定，借
助面板數(shù)據(jù)法研究了渾太河流域2003--2012年期間水環(huán)境保護與經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展間的協(xié)調(diào)對應(yīng)關(guān)系，分析
結(jié)果表明：①依據(jù)EKC關(guān)系曲線，水環(huán)境惡化與社會經(jīng)濟發(fā)展水平提升間存在倒u形關(guān)系；②依據(jù)修改EKC關(guān)
系曲線，水環(huán)境保護的可持續(xù)性與社會經(jīng)濟發(fā)展水平(HD)間存在倒U形關(guān)系，受水資源消耗、區(qū)域貿(mào)易開放
度、人均GDP水平、污染物排放總量控制等因素制約。依托最小二乘法(FMOLS)和動態(tài)最小二乘法(DOLS)，
EKC回歸方程自變量y(人均GDP)、y2、E(人均水資源消耗量)、r(區(qū)域貿(mào)易開放度)、MAN(生產(chǎn)附加值)和MH—
D，(修正的社會經(jīng)濟發(fā)展指數(shù))的系數(shù)分別為1．988、一0．150、O．720、0．214、O．070和1．890。EKC假定、社會經(jīng)濟
發(fā)展水平(HD)和可持續(xù)度是制定有效水環(huán)境保護策略的關(guān)鍵因素。
關(guān)鍵詞：環(huán)境庫茲涅茨曲線；可持續(xù)發(fā)展；污廢水排放；渾太河
中圖分類號：TV213．4 文獻標識碼：A doi：10．13244／j．cnki．jiwhr．2017．02．005
1 研究背景
伴隨著公眾對可持續(xù)發(fā)展理念理解的t3益深入，環(huán)境狀況成為制約美麗中國建設(shè)實現(xiàn)與否的重
要因素。鑒此，深層次剖析環(huán)境質(zhì)量狀況與社會經(jīng)濟增長間的關(guān)系變得愈發(fā)重要。環(huán)境庫茲涅茨曲
線(EKC)即是該研究領(lǐng)域的理論假說，EKC假說一經(jīng)提出，廣泛用于研究社會經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境之間
的關(guān)系，為協(xié)調(diào)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量綜合決策提供參考。例如Song等?對中國29個省份1985--2005
年面板數(shù)據(jù)進行實證研究，表明廢氣、廢水、工業(yè)固廢排放量與GDP之間符合EKC曲線特征，存在
倒u型關(guān)系。最近研究表明區(qū)域貿(mào)易交換程度、教育和區(qū)域公平、人力資本投入、技術(shù)進步、產(chǎn)業(yè)
結(jié)構(gòu)和城市化水平、資源消耗等也是造成環(huán)境惡化的重要因素”。。區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展水平(HD)一直
被視為重要的經(jīng)濟增長驅(qū)動力。3。，EKC模型構(gòu)建較大程度受制于HD維度變化的影響¨。。為描述區(qū)域
發(fā)展的可持續(xù)狀況，借助EKC理論和實證調(diào)查將區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展與曲線容量相關(guān)聯(lián)，尋求EKC曲
線內(nèi)涵的應(yīng)用價值。
當前，對EKC曲線的應(yīng)用研究較為廣泛，但對可持續(xù)發(fā)展條件下曲線的實用性和可操作性尚未
給出完全詮釋。本文借助最新研究成果，針對以往研究中的不足之處給出改進方法：①通過改變因
變量，用表征環(huán)境惡化狀況的環(huán)境壓力評估替代標準EKC中純環(huán)境壓力判定’51；②通過引入“資源詛
咒”假說，構(gòu)建聯(lián)立模型研究EKC哺1；③改進EKC曲線(MEKC)，引入民眾福祉感方面和社會發(fā)展過
程的可持續(xù)性層面指標H。。本文提出用HD指數(shù)(HDI)更換原EKC模型(GDP)的收入自變量，用實際
收入水平(Gs)替換污染物排放量，以衡量區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的可持續(xù)性。借鑒相關(guān)研究，本文采用
面板數(shù)據(jù)法對模型參數(shù)進行估算，以控制變量間的異質(zhì)性和非線性?！?。在合理的測算時間內(nèi)，面板數(shù)
據(jù)集維度的選擇應(yīng)包括渾太河流域盡可能多的控制單元。
收稿日期：2016一12—26
基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(51409269)
作者簡介：張愛靜(1986一)，女，山東招遠人，博士，工程師，主要從事水環(huán)境保護與管理方面研究。
E—mail：zhangaijing@nsbd．cn
通信作者：付意成(1983一)，男，山東臨胸人，博士，高級工程師，主要從事流域水質(zhì)目標管理相關(guān)方面的研究。
E—mail：swffc@1 26．con
一107—
萬方數(shù)據(jù)
基于EKC曲線的渾太河流域水環(huán)境保護影響因素分析張愛靜付意成
本文利用Pedroni建議的先進協(xié)調(diào)檢驗方法對渾太河10個控制單元2003--2012年間的面板數(shù)據(jù)進
行分析，驗證社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和水環(huán)境保護間數(shù)據(jù)存在長期均衡關(guān)系。81。本文將人均GDP、水資
源消耗、區(qū)域貿(mào)易交換程度、生產(chǎn)附加值和修改HDI(MHDI)作為EKC模型(污廢水排放量為因變量)
的解釋變量；將HDI、水資源消耗、區(qū)域貿(mào)易交換程度、生產(chǎn)附加值和污染物排放法規(guī)(RL)作為ME—
KC的解釋變量(本文將負Gs記為Gs一，為因變量)。在此基礎(chǔ)上，本文采用基于面板數(shù)據(jù)的最小二乘
法(FMOLS)和動態(tài)最小二乘法(DOLS)對上述兩個關(guān)系中的變量進行估算。9‘1”，借助基于面板向量誤
差修正模型(VECM)的Granger因果檢驗消除變量間的干擾。
2數(shù)據(jù)準備與模型搭建
2．1數(shù)據(jù)準備本文采用的數(shù)據(jù)集由渾太河流域10個控制單元(表1、圖1)在2003--2012年間的均
衡面板數(shù)據(jù)構(gòu)成。為滿足流域均衡發(fā)展過程而非單純的經(jīng)濟增長這一需求，在EKC和MEKC模型構(gòu)
建過程中，著重考慮福祉性和可持續(xù)性兩方面。鑒于EKC與MEKC間的相互關(guān)系，本文對主要影響
因素進行闡述，便于對經(jīng)濟社會發(fā)展水平和水環(huán)境保護間的關(guān)系進行分析。
①EKC：廢水排放量(c)，以f／(人·年)作為衡量單位；經(jīng)濟收入(1，)，用人均實際GDP衡量；
MHDI為研究期內(nèi)初始狀況與中等教育情況下產(chǎn)生影響的總和，但不包括收入(GDP，Y)，以免MHDI
間各因素問產(chǎn)生多重共線性。
②MEKC：人均負G．s(Gs一)；HDI表示為MHDI(包括研究周期和教育水平)，包括收入(Y)；污染
物排放總量控制法規(guī)(RL)是控制污染物超標排放的重要依據(jù)。
③EKC和MEKC：水資源消耗量(E)用單位價值產(chǎn)品生產(chǎn)過程中消耗的水資源量表示；區(qū)域貿(mào)易
開放度(r)用中間量產(chǎn)生GDP百分占比衡量；生產(chǎn)附加值(MAN)用產(chǎn)生GDP的百分占比衡量。
表1 渾太河流域控制單元基本信息
2．2模型搭建本文假定廢水排放量(C)、收入(y)和水資源消耗量(E)間存在長期關(guān)系：
C=Olo+aly+“2y 2+僅3E+s (1)
此外，Antweiler等?。認為將區(qū)域問貿(mào)易往來納入模型定量化研究具有可行性。區(qū)域貿(mào)易交換程
度對水環(huán)境的影響取決于處理水環(huán)境污染問題經(jīng)驗的奏效程度。為此，學(xué)者建議考慮貿(mào)易對污染物
排放量一收入水平一水資源消耗量的影響作為對計量經(jīng)濟估算中忽略變量偏差問題的解決方案。1?。涵
蓋排放量(C)、收入(Y)、水資源消耗量(E)與貿(mào)易交流程度(T)的二次EKC計算公式為：
C=OLo+OLly+理2y 2+d3E+“4丁+8 (2)
相關(guān)研究表明，在EKC公式中添加控制變量有利于體現(xiàn)區(qū)域間貿(mào)易往來、制造業(yè)發(fā)展、社會福
祉水平的提高(例如收入分配、教育、健康)，同時對公眾在公平、民主、遵紀守法和其他制度方面
的參與具有一定的正面影響’61。改進后的EKC模型的函數(shù)形式為：
一108一
萬方數(shù)據(jù)
基于EKC曲線的渾太河流域水環(huán)境保護影響因素分析張愛靜付意成
C=OL r1+OL】Y+OL二，7一+“1E+OL4’jW4Ⅳ+d5‘HDI+s (3)
式(3)表示可借助MHDI表示污染物排放量(C)與GDP(】，’)問的倒u形關(guān)系，用未參與收入分配過
程的MHDI(即GDP)替換HDI，經(jīng)重新擬訂后給出。此外，MHDI中沒有GDP指數(shù)，可避免y和MHDI
間對應(yīng)因素的重合性。
不同于增加解釋變量，學(xué)者將HDI作為污染排放物的解釋變量，側(cè)重構(gòu)建MEKC模型，甚至基
于發(fā)展概念確定倒u形曲線。1?。本文采用MEKC替代EKC曲線主要基于兩方面：在需求方面，如果
環(huán)境在經(jīng)濟發(fā)展水平欠佳地區(qū)不再是奢侈品，制定污染物排放總量控制政策緩解環(huán)境惡化的需求則
起主導(dǎo)作用；在供應(yīng)方面，如果經(jīng)過技術(shù)創(chuàng)新和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)(調(diào)整，污染排放量出現(xiàn)增長，則產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)
轉(zhuǎn)變在經(jīng)濟體系構(gòu)建中發(fā)揮著重要作用。初始投資成本較高的污染減排技術(shù)能夠降低流域經(jīng)濟落后
地區(qū)實施污染減排控制政策的積極性，但規(guī)?；б嫒找嬖黾訁s提升了減排技術(shù)的推廣力度，EKC
正是有效解釋上述現(xiàn)象的方法¨?。本文用更具功能導(dǎo)向性的度量對整個經(jīng)濟體內(nèi)污染行業(yè)的百分比
或HD對污染的影響進行分析，即用HDI替代EKC的收入因素GDP，而其他控制變量保持不變。此
外，為了適應(yīng)面向可持續(xù)發(fā)展研究框架的需要，與水環(huán)境污染相關(guān)的因變量被替換為宏觀經(jīng)濟可持
續(xù)指標GS。GS指數(shù)公式表示為。6。：
GS=K一(FR一厶)(尺一g)一b(e—d) (4)
式中：K表示經(jīng)濟資本投入(元)；R為水資源開采率；g為水資源恢復(fù)率；FR為水資源價值(元)；．厶
為水資源開采邊際成本(元)；b為污廢水排放量的邊際成本(元)；e為污廢水排放率；d為水體對污染
自然消減率。
GJs以資源可替代性假設(shè)為基礎(chǔ)，通常作為判定發(fā)展可持續(xù)性的依據(jù)：①GS>0一可持續(xù)性
(GS+)；②Gs=0一可持續(xù)性的最低水平；③GS<0一非可持續(xù)性(GJs一)。
基于此，污染物排放量(C)與EKC中表示的GDP(Y)間的關(guān)系可以用MEKC重新確定：將GS一用作
非可持續(xù)性的度量取代因變量(污染物排放物量C)，用HDI替代GDP(Y)。另外，與經(jīng)典EKC模型中
簡單考慮的污染物排放量相比，MEKC分析的附加值為GS指數(shù)所涉及的水資源的消耗和功能退化
值。因此，生產(chǎn)附加值(MAN)可能在EKC方法應(yīng)用中起重要作用。為實現(xiàn)對經(jīng)濟發(fā)展與污染間關(guān)系
進行綜合分析，基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的MEKC函數(shù)表達形式為：
一109—
萬方數(shù)據(jù)
基于EKC曲線的渾太河流域水環(huán)境保護影響因素分析張愛靜付意成
GS一=／3。+／3．·HDI+／3，·HDI 2+盧3·丁+盧4·MAN+盧，·尺L+肛(5)
廣義層面表示EKC和MEKC的最終函數(shù)形式將分別由式(6)和式(7)給出：
C。．￡=ao．。+OLl．?！甕i，￡+d2，i’t，2f+d3，i’Ei，￡+OL4，。。t，￡+d5，。’MAN。，‘+OL6，i’MHDIi，t+每，￡(6 J
GS。．￡一=盧o．。+盧1．i‘HDIi．f+盧2，i‘HDl。，。2+／33，?！瓻i，。+盧4，。。丁。，￡+盧5，?！甅AN。，f+肛i，： (7)
式中：i、t、OLoi和盧m、占和肛分別表示地區(qū)、時間、固定產(chǎn)出和白噪音項；參數(shù)Otl。、OL2。、013i、a4i、Ot5i
和Ⅱ。，是分別相對于收入、收入平方、水資源消費、貿(mào)易開放度、生產(chǎn)附加值和MHDI的污染物長期
排放量彈性；參數(shù)盧，。、／3：i、／33。、盧4。、盧5。和盧6i是分別相對于HDI、ⅣD，平方、水資源消耗、貿(mào)易開放
度、生產(chǎn)附加值和法規(guī)的長期GS彈性。
對于式(6)和式(7)中的預(yù)計標記，標記僅，i和盧。為正，而d，i和肪i為負，這是EKC假設(shè)為真的必要
條件。由于水資源消耗增加可能擴大經(jīng)濟規(guī)模并增加污廢水排放量，標記“，。和段。為正。標記d。i和盧。。
會出現(xiàn)正負兼有的情況，取決于地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平：對于經(jīng)濟社會發(fā)展水平較高區(qū)域而言，由于
淘汰某些污染密集型產(chǎn)品，并從環(huán)保法律較寬松的其他地區(qū)進口同類產(chǎn)品，該標記為負；對于經(jīng)濟
社會發(fā)展水平較低區(qū)域而言，該標記為正，因為污染物比重較大的行業(yè)較多的分布在該區(qū)域舊1。
由于生產(chǎn)和HDI標記這兩個調(diào)節(jié)變量提高了污染物排放水平，因此，MEKC中設(shè)置的MHDl和Gs
這兩個變量可將經(jīng)濟增長和水環(huán)境破壞間的因果關(guān)系與、HD維度及可持續(xù)程度結(jié)合起來。此外，用
RL表示的水環(huán)境容量總量控制是經(jīng)濟增長和可持續(xù)性發(fā)展的脅迫動力。在一般情況下，有關(guān)污染物
排放總量控制的分析與RL具有內(nèi)在相關(guān)性，RL是水環(huán)境污染控制的一個重要治理維度。
3計量經(jīng)濟方法論
本文給出計量經(jīng)濟的3步式實證方法：第1步用一組面板單位根檢驗來探討面板數(shù)據(jù)集中個別系
列的可靠性；第2步用適當?shù)拿姘彘L期估值(如FMOLS和DOLS)建立長期關(guān)系；第3步估算闡述
Granger因果關(guān)系的面板VECM。
3,1面板單位根檢驗分析本文為評估變量的可靠性，對三種類型的面板單位根進行檢驗計算。采
用公式為?1：
％+1
形。一rv叫+Σ』B“艤。，t-j+i。(8)
，=1
在式(8)中，檢驗統(tǒng)計量基于兩種假設(shè)：零假設(shè)由戰(zhàn)給出：Σ=盧i一1=0，備擇假設(shè)由H。給
出：一k?+l／3u一1

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