基于SBM-Undesirable的我国废水减排潜力研究及预测

(北京交通大学 经济管理学院，北京 100044)

1 研究背景

水资源作为基础性的自然资源和决定性的战略资源，具有不可替代的珍贵性和独特性。目前，我国地表水的使用和地下水的开采已趋于饱和状态，而且面临着严重的污染治理问题[1]。日益尖锐的水资源问题已成为制约我国资源节约型、环境友好型社会建设的严重障碍[2]。提高水资源利用效率，减少水污染是我国目前亟需解决的重要问题。“十二五”期间，我国废水减排取得了可喜成绩[3]，同时进一步降低废水排放的难度也越来越大。如今我国已迈入国民经济和社会发展第十三个五年规划(以下简称“十三五”规划)的收尾阶段，废水减排目标的完成情况直接决定了“十三五”时期水资源管理力度和环境规制强度。基于上述现实问题，本文采用将污染物纳入全要素生产率框架的思想[4-5]，利用2012～2015年国内31个省份的要素投入及所对应的经济产出，并将废水排放作为产出指标，对各省废水减排潜力进行评估，并依此对国家“十三五”规划中的相关约束目标进行探讨。

减排即为节约能源和减少环境有害物排放，废水减排就是减少废水排放总量和废水中的污染物排放量。针对减排问题，许多学者从不同角度展开了卓有成效的研究，从研究内容来看，主要集中在以下两方面。

(1) 关于减排潜力的研究，普遍认为，我国目前废水处理技术相对落后，水资源污染严重[6-7]，水资源利用效率不高[8-9]，减排潜力很大[10]。

(2) 关于减排与经济增长关系的研究[11]，研究发现，长时期内采取合适的环境规制手段，通过技术创新可以实现“波特假设”[12]，实现减排目标和经济增长目标的双赢。

从研究方法来看，主要基于以下4个思路：

(1) 利用超效率SBM(Slacks Based Measure,SBM)模型测算出我国各省二氧化碳的排放效率，并在此基础上，分析各省的二氧化碳的减排潜力[13]；

(2) 运用四阶段SBM模型，对我国各省的能源效率与节能潜力进行评价[14]；

(3) 利用包含非合意性产出的松弛变量测度模型(SBM-Undesirable)，对我国全要素能源效率进行评估，并借助于减排模型对各省的减排潜力进行测算，以评价我国的节能减排潜力[15]；

(4) 在共同前沿理论框架下，利用规模方向性距离函数对我国不同工业行业的废水减排潜力进行分析[16]。

综上所述，目前学术界在定量分析我国节能减排潜力方面已经较为成熟，但在废水减排潜力方面的定量研究却较少，SBM模型在废水减排方面尚没有得到应用。因此，笔者考虑到资源能源的相似性，借鉴上述学者测算节能潜力的方法，利用包含非合意产出的SBM-Undesirable模型与发展较为成熟的减排模型，对我国废水减排潜力进行测算。围绕国家《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，考虑到减排约束中废水排放总量和废水中主要污染物排放总量减少10%的两个目标，对我国废水减排目标达成的可行性及工作开展中存在的问题进行深入分析，并根据分析结果给出相应对策建议。

2 研究模型与数据来源

在传统的径向数据包络分析(Data Envelopment Analysis,DEA)模型中[17]，对无效率程度的测量只包含了所有投入(产出)等比例缩减(增加)的部分，松弛改进的部分在效率值测量中不能得到体现。当投入或产出的松弛变量不为零时，测算效率值会被高估。非径向、非角度、基于松弛的SBM模型，可以直接将投入产出松弛量引入目标函数中[18]，能够有效解决径向DEA模型中投入和产出的松弛性问题。本文选用在SBM模型基础上发展起来的考虑了非合意性产出的SBM-Undesirable模型对我国废水减排潜力进行测算[19-20]，以使模型结果更具准确性和稳定性。

2.1 SBM-Undesirable减排模型

废水减排既包括废水的排放总量的减少，也包括化学需氧量(COD)和氨氮等废水污染物数量的降低。由于所要研究的废水排放和废水中污染物排放是生产转换过程中的非合意产出，所以在对不同省份的减排潜力进行分析时，选用了产出导向的SBM-Undesirable模型来对水资源的利用效率进行计算。其具体模型如下：

(1)

(2)

式中,APi,t(Actural Pollution)是样本点上的实际污染排放量，万t;APi,t(Target Pollution)代表前沿面上目标点的污染排放量，万t。APi,t值越高，则表示该地区t时间的污染排放量过度，也可以表示该省份的减排潜力越大。

根据基于产出角度的SBM-Undesirable模型，可以计算出在每个DMU中的目标污染排放值TP；在此基础上，结合实际污染排放量AP，就可以测算出各省份的减排潜力APP。

2.2 数据来源

鉴于是在“十二五”规划完成的基础上探究“十三五”规划的废水减排目标能否实现，同时考虑到数据的可获性与代表性，因此将研究区间定为2012～2015年。SBM-Undesirable模型中的投入指标包括资本投入、劳动力投入和水资源投入；产出指标包含经济产出和环境产出2个方面。

经济产出指标以各省份每年的地区GDP表示，环境产出包括各省废水排放总量和反映废水污染的化学需氧量和氨氮排放量3项指标(主要考虑水资源利用中的污染等非合意产出)。各项指标的原始数据均来源于中华人民共和国统计局官网和《中国统计年鉴》。

3 各省废水减排潜力和重点区域分析

3.1 废水排放量减排潜力与重点区域评价

根据上文给出的减排公式，可以计算出各省份可减少的废水排放总量、减排潜力以及该省份当年废水可减排量占全国的比重，同时也可以计算出各省份废水中可减少的COD排放量和氨氮污染物排放量。具体数据如表1和表2所示。

表1 各省份废水排放量减排潜力及其所占比重Tab.1 Waste water emission reduction potential and its proportion in each province

分析表1可知，观测期间我国废水减排潜力较高，有宁夏、新疆、江西、广西、黑龙江、海南、云南这7个省份的年均废水减排潜力超过了1/3；其中，废水减排潜力最大的为宁夏(其3 a的废水减排潜力平均为35%)。这说明上述省份同北京、天津等位于前沿面的省份相比较，其经济生产活动偏向粗放型，不注重水资源的有效利用和环境保护，废水减排具有较大的潜力。从废水可减排量的规模来看，河南、山东、浙江、湖南、四川这5个省份是“废水排放量减排大户”，观测期间，可减少的废水排放量占全国的比重都超过了5%，属于废水排放重点监控的地区；从时间层面来看，2012～2015年间，我国的废水减排潜力分别为21%，24%，27%和27%，这表明我国在水资源利用过程中，废水排放量并没有随着经济生活方式的提高而出现递减的趋势，即两者的库尔涅茨拐点还没有出现，我国在废水减排治理方面还需要加大力度。

3.2 废水污染物减排潜力与重点区域评价

为了更好地研究我国水资源污染情况，除对废水排放总量减排潜力进行分析外，本文还选取了废水污染物中较有代表性的COD排放量和氨氮排放量来进行研究。2012～2015年间，我国各省份的COD和氨氮排放的减排潜力、可减少的COD排放量和可减少的氨氮污染物排放量如表2所示。

分析表2可知，废水污染物减排潜力较大的有宁夏、新疆、江西、广西等省份，观测期间，其年均废水污染物的减排潜力超过了1/3。从COD污染物可减排量的规模来看，黑龙江与山东这两个省份是“COD污染物减排大户”，其在观测期间的年均COD污染物可减排量均超过了45万t，在全国COD污染物可减排量中占比大于7%。从可减少的氨氮污染物排放量规模来看，湖南和河南两省值得被重点关注，这两个省份观测期间的年均氨氮污染物可减排量均超过了4.5万t，在全国氨氮污染物可减排量中占比大于7%。这反映出我国各省的经济运行方式和管理能力存在着较大的空间差异性，实施“一刀切”的水资源管理制度不具有现实可操作性。

表2 各省份可减少的COD和氨氮污染物排放量Tab.2 Emissions of COD and ammonia pollutants from different provinces

4 我国废水减排目标的可行性分析

通过对表1和表2的数据进行整理汇总，得出了2012～2015年间我国废水减排潜力和减排量，结果如表3所示。

分析表3可知，对于减排量和减排潜力，我国在2012～2015年间平均每年可减少的废水排放量在178.46亿t左右，废水排放减排潜力约为25.18%，4 a平均每年可减少的COD和氨氮污染物排放量约为632万t和65万t，减排潜力分别为27.27%和27.05%。这说明通过提高技术水平，在现有的投入产出水平下，废水排放量、COD排放量和氨氮污染物排放量分别可以降低25.18%,27.27%和27.05%。利用表3中的数据，对我国“十三五”规划中减排目标实现的可能性进行预测，预测结果如表4所示。

表3 2012～2015年我国废水减排量与减排潜力Tab.3 Wastewater emission reduction quantityand potentialin 2012～2015 years

表4 不同情景假设下的我国废水减排情况Tab.4 Wastewater emission reduction under different scenarios

分析表4可知，针对减排目标来说，废水中主要污染物的排放量得到了有效控制。2012～2015年间的COD排放量和氨氮污染物排放量相比于2011年逐年降低，2015年COD和氨氮污染物排放量比2011年分别降低了11.1%和11.7%，废水中主要污染物数量的控制取得了明显效果。但在观测期间废水排放总量却不降反升，2015年，废水排放总量比2011年增加了11.5%，说明废水排放总量减排之路压力巨大。

考虑到各省经济生活发展的实际差异，分别按照:“实际废水排放总量”“COD污染物减排量”和“氨氮污染物减排量”占“全国废水排放总量”“COD污染物可减排总量”和“氨氮污染物可减排总量”的10%和20%两种情况进行了情景假设。以2015年为例，废水排放总量为7 353 226.8万t，COD与氨氮排放量分别为2 223.5万t和229.9万t。

根据表4可知，2015年全国废水可减排量为2 002 865.5万t，全国COD与氨氮污染物可减排量分别为638.8万t和65.9万t。在情景1完成当年可减排10%的情况下，COD排放量和氨氮排放量在2011年的基础上分别下降了35.1%和13.6%，废水排放总量增加了8.5%；在情景2完成当年可减排的20%的情况下，COD排放量和氨氮排放量在2011年的基础上分别下降了16.2%和16.8%，废水排放总量增加了5.5%。从这个角度来讲，“十三五”规划中制定的到2020年废水中主要污染物排放量减少10%的目标在理论上是可以实现的，而废水排放总量下降的目标很难完成。

通过上述分析可以发现，我国“十三五”规划中，对于减少废水中主要污染物排放量的目标，在调整用水结构、提高废水处理效率的努力下，是可以实现的，但废水排放量减排与经济增长目标存在着冲突。仅仅通过行政手段来实现废水减排目标，往往会造成减排不经济的结果。在这种情况下，为实现废水减排目标而耗费大量财政资源和社会交易成本，不利于经济发展。

5 结论和建议

本文基于SBM-Undesirable模型，对2012～2015年间我国31个省份的废水减排潜力进行了测算，并在此基础上对“十三五”规划中的废水减排目标进行了分析，从而得出如下结论。

(1) 我国废水减排潜力较高，不同省份的废水减排潜力存在着较大的差异。宁夏、新疆、江西、广西、黑龙江、海南以及云南这7个省份的废水减排潜力超过了1/3。

(2) 不同省份的废水减排规模存在着较大差异，河南、山东、浙江、湖南、四川这5个省份具有较大的废水排放量减排规模，黑龙江、山东2个省份是“化学需氧量污染物减排大户”，湖南、河南2个省份的氨氮污染物减排值得重点关注。

(3) “十三五”规划中制定的到2020年主要污染物排放量减少10%的目标，在理论上是完全可以实现的，但是废水排放总量下降的目标较难完成。

针对以上结论，特提出如下建议和相应措施。

(1) 各省份应根据产业布局和生态建设的实践制定出具有针对性的废水减排措施，结合自身废水减排潜力和技术能力，在兼顾经济增长和民生需要的同时，制定相应的水环境规章制度和政策。

(2) 不同区域应统筹协调区域废水减排策略，在水环境监控的实践中，考虑到河流上下游、左右岸的利益诉求，统筹协调区域内的水环境控制，利用技术和管理经验外溢效应带动整个区域的协同发展。

(3) 充分利用各主体的内在经济驱动机制实现废水减排的中长期目标。遵循市场经济规律，精心设计水资源和水生态的交易机制，发挥各主体的内在经济驱动效应，以顺利实现全国水资源的双控目标和三条红线目标。