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基于EKC曲线的浑太河流域水环境保护影响因素分析

文档作者：张爱静1，付意成2 文档来源： 1．南水北调中线干线工程建设管理局 2．中国水利水电科学研究院，		点击数：	更新时间： 2024年03月05日
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第15卷第2期中国水利水电科学研究院学报V01．15 No．2
2017年4月Journal。f China Institute。f Water Resources and Hydropower Research April，2017
文章编号：1672—3031(2017)02—0107—09
基于EKC曲线的浑太河流域水环境保护影响因素分析
张爱静1，付意成2
(1．南水北调中线干线工程建设管理局，北京100038；2．中国水利水电科学研究院，北京100038)
摘要：环境可持续发展是研究环境库兹涅茨曲线(EKC)学者探求的重要领域。本文基于两种不同的EKC假定，借
助面板数据法研究了浑太河流域2003--2012年期间水环境保护与经济社会可持续发展间的协调对应关系，分析
结果表明：①依据EKC关系曲线，水环境恶化与社会经济发展水平提升间存在倒u形关系；②依据修改EKC关
系曲线，水环境保护的可持续性与社会经济发展水平(HD)间存在倒U形关系，受水资源消耗、区域贸易开放
度、人均GDP水平、污染物排放总量控制等因素制约。依托最小二乘法(FMOLS)和动态最小二乘法(DOLS)，
EKC回归方程自变量y(人均GDP)、y2、E(人均水资源消耗量)、r(区域贸易开放度)、MAN(生产附加值)和MH—
D，(修正的社会经济发展指数)的系数分别为1．988、一0．150、O．720、0．214、O．070和1．890。EKC假定、社会经济
发展水平(HD)和可持续度是制定有效水环境保护策略的关键因素。
关键词：环境库兹涅茨曲线；可持续发展；污废水排放；浑太河
中图分类号：TV213．4 文献标识码：A doi：10．13244／j．cnki．jiwhr．2017．02．005
1 研究背景
伴随着公众对可持续发展理念理解的t3益深入，环境状况成为制约美丽中国建设实现与否的重
要因素。鉴此，深层次剖析环境质量状况与社会经济增长间的关系变得愈发重要。环境库兹涅茨曲
线(EKC)即是该研究领域的理论假说，EKC假说一经提出，广泛用于研究社会经济发展与环境之间
的关系，为协调经济发展与环境质量综合决策提供参考。例如Song等⋯对中国29个省份1985--2005
年面板数据进行实证研究，表明废气、废水、工业固废排放量与GDP之间符合EKC曲线特征，存在
倒u型关系。最近研究表明区域贸易交换程度、教育和区域公平、人力资本投入、技术进步、产业
结构和城市化水平、资源消耗等也是造成环境恶化的重要因素”。。区域社会经济发展水平(HD)一直
被视为重要的经济增长驱动力。3。，EKC模型构建较大程度受制于HD维度变化的影响¨。。为描述区域
发展的可持续状况，借助EKC理论和实证调查将区域经济社会发展与曲线容量相关联，寻求EKC曲
线内涵的应用价值。
当前，对EKC曲线的应用研究较为广泛，但对可持续发展条件下曲线的实用性和可操作性尚未
给出完全诠释。本文借助最新研究成果，针对以往研究中的不足之处给出改进方法：①通过改变因
变量，用表征环境恶化状况的环境压力评估替代标准EKC中纯环境压力判定’51；②通过引入“资源诅
咒”假说，构建联立模型研究EKC哺1；③改进EKC曲线(MEKC)，引入民众福祉感方面和社会发展过
程的可持续性层面指标H。。本文提出用HD指数(HDI)更换原EKC模型(GDP)的收入自变量，用实际
收入水平(Gs)替换污染物排放量，以衡量区域经济社会发展的可持续性。借鉴相关研究，本文采用
面板数据法对模型参数进行估算，以控制变量间的异质性和非线性。“。在合理的测算时间内，面板数
据集维度的选择应包括浑太河流域尽可能多的控制单元。
收稿日期：2016一12—26
基金项目：国家自然科学基金项目(51409269)
作者简介：张爱静(1986一)，女，山东招远人，博士，工程师，主要从事水环境保护与管理方面研究。
E—mail：zhangaijing@nsbd．cn
通信作者：付意成(1983一)，男，山东临胸人，博士，高级工程师，主要从事流域水质目标管理相关方面的研究。
E—mail：swffc@1 26．con
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万方数据
基于EKC曲线的浑太河流域水环境保护影响因素分析张爱静付意成
本文利用Pedroni建议的先进协调检验方法对浑太河10个控制单元2003--2012年间的面板数据进
行分析，验证社会经济可持续发展和水环境保护间数据存在长期均衡关系。81。本文将人均GDP、水资
源消耗、区域贸易交换程度、生产附加值和修改HDI(MHDI)作为EKC模型(污废水排放量为因变量)
的解释变量；将HDI、水资源消耗、区域贸易交换程度、生产附加值和污染物排放法规(RL)作为ME—
KC的解释变量(本文将负Gs记为Gs一，为因变量)。在此基础上，本文采用基于面板数据的最小二乘
法(FMOLS)和动态最小二乘法(DOLS)对上述两个关系中的变量进行估算。9‘1”，借助基于面板向量误
差修正模型(VECM)的Granger因果检验消除变量间的干扰。
2数据准备与模型搭建
2．1数据准备本文采用的数据集由浑太河流域10个控制单元(表1、图1)在2003--2012年间的均
衡面板数据构成。为满足流域均衡发展过程而非单纯的经济增长这一需求，在EKC和MEKC模型构
建过程中，着重考虑福祉性和可持续性两方面。鉴于EKC与MEKC间的相互关系，本文对主要影响
因素进行阐述，便于对经济社会发展水平和水环境保护间的关系进行分析。
①EKC：废水排放量(c)，以f／(人·年)作为衡量单位；经济收入(1，)，用人均实际GDP衡量；
MHDI为研究期内初始状况与中等教育情况下产生影响的总和，但不包括收入(GDP，Y)，以免MHDI
间各因素问产生多重共线性。
②MEKC：人均负G．s(Gs一)；HDI表示为MHDI(包括研究周期和教育水平)，包括收入(Y)；污染
物排放总量控制法规(RL)是控制污染物超标排放的重要依据。
③EKC和MEKC：水资源消耗量(E)用单位价值产品生产过程中消耗的水资源量表示；区域贸易
开放度(r)用中间量产生GDP百分占比衡量；生产附加值(MAN)用产生GDP的百分占比衡量。
表1 浑太河流域控制单元基本信息
2．2模型搭建本文假定废水排放量(C)、收入(y)和水资源消耗量(E)间存在长期关系：
C=Olo+aly+“2y 2+仅3E+s (1)
此外，Antweiler等⋯。认为将区域问贸易往来纳入模型定量化研究具有可行性。区域贸易交换程
度对水环境的影响取决于处理水环境污染问题经验的奏效程度。为此，学者建议考虑贸易对污染物
排放量一收入水平一水资源消耗量的影响作为对计量经济估算中忽略变量偏差问题的解决方案。1⋯。涵
盖排放量(C)、收入(Y)、水资源消耗量(E)与贸易交流程度(T)的二次EKC计算公式为：
C=OLo+OLly+理2y 2+d3E+“4丁+8 (2)
相关研究表明，在EKC公式中添加控制变量有利于体现区域间贸易往来、制造业发展、社会福
祉水平的提高(例如收入分配、教育、健康)，同时对公众在公平、民主、遵纪守法和其他制度方面
的参与具有一定的正面影响’61。改进后的EKC模型的函数形式为：
一108一
万方数据
基于EKC曲线的浑太河流域水环境保护影响因素分析张爱静付意成
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)与GDP(】，’)问的倒u形关系，用未参与收入分配过
程的MHDI(即GDP)替换HDI，经重新拟订后给出。此外，MHDI中没有GDP指数，可避免y和MHDI
间对应因素的重合性。
不同于增加解释变量，学者将HDI作为污染排放物的解释变量，侧重构建MEKC模型，甚至基
于发展概念确定倒u形曲线。1⋯。本文采用MEKC替代EKC曲线主要基于两方面：在需求方面，如果
环境在经济发展水平欠佳地区不再是奢侈品，制定污染物排放总量控制政策缓解环境恶化的需求则
起主导作用；在供应方面，如果经过技术创新和生产结构(调整，污染排放量出现增长，则产业结构
转变在经济体系构建中发挥着重要作用。初始投资成本较高的污染减排技术能够降低流域经济落后
地区实施污染减排控制政策的积极性，但规模化效益日益增加却提升了减排技术的推广力度，EKC
正是有效解释上述现象的方法¨⋯。本文用更具功能导向性的度量对整个经济体内污染行业的百分比
或HD对污染的影响进行分析，即用HDI替代EKC的收入因素GDP，而其他控制变量保持不变。此
外，为了适应面向可持续发展研究框架的需要，与水环境污染相关的因变量被替换为宏观经济可持
续指标GS。GS指数公式表示为。6。：
GS=K一(FR一厶)(尺一g)一b(e—d) (4)
式中：K表示经济资本投入(元)；R为水资源开采率；g为水资源恢复率；FR为水资源价值(元)；．厶
为水资源开采边际成本(元)；b为污废水排放量的边际成本(元)；e为污废水排放率；d为水体对污染
自然消减率。
GJs以资源可替代性假设为基础，通常作为判定发展可持续性的依据：①GS>0一可持续性
(GS+)；②Gs=0一可持续性的最低水平；③GS<0一非可持续性(GJs一)。
基于此，污染物排放量(C)与EKC中表示的GDP(Y)间的关系可以用MEKC重新确定：将GS一用作
非可持续性的度量取代因变量(污染物排放物量C)，用HDI替代GDP(Y)。另外，与经典EKC模型中
简单考虑的污染物排放量相比，MEKC分析的附加值为GS指数所涉及的水资源的消耗和功能退化
值。因此，生产附加值(MAN)可能在EKC方法应用中起重要作用。为实现对经济发展与污染间关系
进行综合分析，基于经验数据的MEKC函数表达形式为：
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万方数据
基于EKC曲线的浑太河流域水环境保护影响因素分析张爱静付意成
GS一=／3。+／3．·HDI+／3，·HDI 2+卢3·丁+卢4·MAN+卢，·尺L+肛(5)
广义层面表示EKC和MEKC的最终函数形式将分别由式(6)和式(7)给出：
C。．￡=ao．。+OLl．。‘Yi，￡+d2，i’t，2f+d3，i’Ei，￡+OL4，。。t，￡+d5，。’MAN。，‘+OL6，i’MHDIi，t+每，￡(6 J
GS。．￡一=卢o．。+卢1．i‘HDIi．f+卢2，i‘HDl。，。2+／33，。‘Ei，。+卢4，。。丁。，￡+卢5，。‘MAN。，f+肛i，： (7)
式中：i、t、OLoi和卢m、占和肛分别表示地区、时间、固定产出和白噪音项；参数Otl。、OL2。、013i、a4i、Ot5i
和Ⅱ。，是分别相对于收入、收入平方、水资源消费、贸易开放度、生产附加值和MHDI的污染物长期
排放量弹性；参数卢，。、／3：i、／33。、卢4。、卢5。和卢6i是分别相对于HDI、ⅣD，平方、水资源消耗、贸易开放
度、生产附加值和法规的长期GS弹性。
对于式(6)和式(7)中的预计标记，标记仅，i和卢。为正，而d，i和肪i为负，这是EKC假设为真的必要
条件。由于水资源消耗增加可能扩大经济规模并增加污废水排放量，标记“，。和段。为正。标记d。i和卢。。
会出现正负兼有的情况，取决于地区的经济发展水平：对于经济社会发展水平较高区域而言，由于
淘汰某些污染密集型产品，并从环保法律较宽松的其他地区进口同类产品，该标记为负；对于经济
社会发展水平较低区域而言，该标记为正，因为污染物比重较大的行业较多的分布在该区域旧1。
由于生产和HDI标记这两个调节变量提高了污染物排放水平，因此，MEKC中设置的MHDl和Gs
这两个变量可将经济增长和水环境破坏间的因果关系与、HD维度及可持续程度结合起来。此外，用
RL表示的水环境容量总量控制是经济增长和可持续性发展的胁迫动力。在一般情况下，有关污染物
排放总量控制的分析与RL具有内在相关性，RL是水环境污染控制的一个重要治理维度。
3计量经济方法论
本文给出计量经济的3步式实证方法：第1步用一组面板单位根检验来探讨面板数据集中个别系
列的可靠性；第2步用适当的面板长期估值(如FMOLS和DOLS)建立长期关系；第3步估算阐述
Granger因果关系的面板VECM。
3,1面板单位根检验分析本文为评估变量的可靠性，对三种类型的面板单位根进行检验计算。采
用公式为⋯1：
％+1
形。一rv叫+Σ』B“舣。，t-j+i。(8)
，=1
在式(8)中，检验统计量基于两种假设：零假设由战给出：Σ=卢i一1=0，备择假设由H。给
出：一k⋯+l／3u一1

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