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基于EKC曲線的渾太河流域水環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．南水北調中線干線工程建設管理局 2．中國水利水電科學研究院，		點擊數：	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研究院學報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境保護影響因素分析
張愛靜1，付意成2
(1．南水北調中線干線工程建設管理局，北京100038；2．中國水利水電科學研究院，北京100038)
摘要：環境可持續發展是研究環境庫茲涅茨曲線(EKC)學者探求的重要領域。本文基于兩種不同的EKC假定，借
助面板數據法研究了渾太河流域2003--2012年期間水環境保護與經濟社會可持續發展間的協調對應關系，分析
結果表明：①依據EKC關系曲線，水環境惡化與社會經濟發展水平提升間存在倒u形關系；②依據修改EKC關
系曲線，水環境保護的可持續性與社會經濟發展水平(HD)間存在倒U形關系，受水資源消耗、區域貿易開放
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(區域貿易開放度)、MAN(生產附加值)和MH—
D，(修正的社會經濟發展指數)的系數分別為1．988、一0．150、O．720、0．214、O．070和1．890。EKC假定、社會經濟
發展水平(HD)和可持續度是制定有效水環境保護策略的關鍵因素。
關鍵詞：環境庫茲涅茨曲線；可持續發展；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發展理念理解的t3益深入，環境狀況成為制約美麗中國建設實現與否的重
要因素。鑒此，深層次剖析環境質量狀況與社會經濟增長間的關系變得愈發重要。環境庫茲涅茨曲
線(EKC)即是該研究領域的理論假說，EKC假說一經提出，廣泛用于研究社會經濟發展與環境之間
的關系，為協調經濟發展與環境質量綜合決策提供參考。例如Song等?對中國29個省份1985--2005
年面板數據進行實證研究，表明廢氣、廢水、工業固廢排放量與GDP之間符合EKC曲線特征，存在
倒u型關系。最近研究表明區域貿易交換程度、教育和區域公平、人力資本投入、技術進步、產業
結構和城市化水平、資源消耗等也是造成環境惡化的重要因素”。。區域社會經濟發展水平(HD)一直
被視為重要的經濟增長驅動力。3。，EKC模型構建較大程度受制于HD維度變化的影響¨。。為描述區域
發展的可持續狀況，借助EKC理論和實證調查將區域經濟社會發展與曲線容量相關聯，尋求EKC曲
線內涵的應用價值。
當前，對EKC曲線的應用研究較為廣泛，但對可持續發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，用表征環境惡化狀況的環境壓力評估替代標準EKC中純環境壓力判定’51；②通過引入“資源詛
咒”假說，構建聯立模型研究EKC哺1；③改進EKC曲線(MEKC)，引入民眾福祉感方面和社會發展過
程的可持續性層面指標H。。本文提出用HD指數(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，以衡量區域經濟社會發展的可持續性。借鑒相關研究，本文采用
面板數據法對模型參數進行估算，以控制變量間的異質性和非線性?！?。在合理的測算時間內，面板數
據集維度的選擇應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，主要從事流域水質目標管理相關方面的研究。
E—mail：swffc@1 26．con
一107—
萬方數據
基于EKC曲線的渾太河流域水環境保護影響因素分析張愛靜付意成
本文利用Pedroni建議的先進協調檢驗方法對渾太河10個控制單元2003--2012年間的面板數據進
行分析，驗證社會經濟可持續發展和水環境保護間數據存在長期均衡關系。81。本文將人均GDP、水資
源消耗、區域貿易交換程度、生產附加值和修改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、區域貿易交換程度、生產附加值和污染物排放法規(RL)作為ME—
KC的解釋變量(本文將負Gs記為Gs一，為因變量)。在此基礎上，本文采用基于面板數據的最小二乘
法(FMOLS)和動態最小二乘法(DOLS)對上述兩個關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數據準備與模型搭建
2．1數據準備本文采用的數據集由渾太河流域10個控制單元(表1、圖1)在2003--2012年間的均
衡面板數據構成。為滿足流域均衡發展過程而非單純的經濟增長這一需求，在EKC和MEKC模型構
建過程中，著重考慮福祉性和可持續性兩方面。鑒于EKC與MEKC間的相互關系，本文對主要影響
因素進行闡述，便于對經濟社會發展水平和水環境保護間的關系進行分析。
①EKC：廢水排放量(c)，以f／(人·年)作為衡量單位；經濟收入(1，)，用人均實際GDP衡量；
MHDI為研究期內初始狀況與中等教育情況下產生影響的總和，但不包括收入(GDP，Y)，以免MHDI
間各因素問產生多重共線性。
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(RL)是控制污染物超標排放的重要依據。
③EKC和MEKC：水資源消耗量(E)用單位價值產品生產過程中消耗的水資源量表示；區域貿易
開放度(r)用中間量產生GDP百分占比衡量；生產附加值(MAN)用產生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)間存在長期關系：
C=Olo+aly+“2y 2+僅3E+s (1)
此外，Antweiler等?。認為將區域問貿易往來納入模型定量化研究具有可行性。區域貿易交換程
度對水環境的影響取決于處理水環境污染問題經驗的奏效程度。為此，學者建議考慮貿易對污染物
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)
相關研究表明，在EKC公式中添加控制變量有利于體現區域間貿易往來、制造業發展、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模型的函數形式為：
一108一
萬方數據
基于EKC曲線的渾太河流域水環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形關系，用未參與收入分配過
程的MHDI(即GDP)替換HDI，經重新擬訂后給出。此外，MHDI中沒有GDP指數，可避免y和MHDI
間對應因素的重合性。
不同于增加解釋變量，學者將HDI作為污染排放物的解釋變量，側重構建MEKC模型，甚至基
于發展概念確定倒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
環境在經濟發展水平欠佳地區不再是奢侈品，制定污染物排放總量控制政策緩解環境惡化的需求則
起主導作用；在供應方面，如果經過技術創新和生產結構(調整，污染排放量出現增長，則產業結構
轉變在經濟體系構建中發揮著重要作用。初始投資成本較高的污染減排技術能夠降低流域經濟落后
地區實施污染減排控制政策的積極性，但規?；б嫒找嬖黾訁s提升了減排技術的推廣力度，EKC
正是有效解釋上述現象的方法¨?。本文用更具功能導向性的度量對整個經濟體內污染行業的百分比
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，為了適應面向可持續發展研究框架的需要，與水環境污染相關的因變量被替換為宏觀經濟可持
續指標GS。GS指數公式表示為。6。：
GS=K一(FR一厶)(尺一g)一b(e—d) (4)
式中：K表示經濟資本投入(元)；R為水資源開采率；g為水資源恢復率；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為基礎，通常作為判定發展可持續性的依據：①GS>0一可持續性
(GS+)；②Gs=0一可持續性的最低水平；③GS<0一非可持續性(GJs一)。
基于此，污染物排放量(C)與EKC中表示的GDP(Y)間的關系可以用MEKC重新確定：將GS一用作
非可持續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指數所涉及的水資源的消耗和功能退化
值。因此，生產附加值(MAN)可能在EKC方法應用中起重要作用。為實現對經濟發展與污染間關系
進行綜合分析，基于經驗數據的MEKC函數表達形式為：
一109—
萬方數據
基于EKC曲線的渾太河流域水環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，?！疢AN。，‘+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、時間、固定產出和白噪音項；參數Otl。、OL2。、013i、a4i、Ot5i
和Ⅱ。，是分別相對于收入、收入平方、水資源消費、貿易開放度、生產附加值和MHDI的污染物長期
排放量彈性；參數盧，。、／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、貿易開放
度、生產附加值和法規的長期GS彈性。
對于式(6)和式(7)中的預計標記，標記僅，i和盧。為正，而d，i和肪i為負，這是EKC假設為真的必要
條件。由于水資源消耗增加可能擴大經濟規模并增加污廢水排放量，標記“，。和段。為正。標記d。i和盧。。
會出現正負兼有的情況，取決于地區的經濟發展水平：對于經濟社會發展水平較高區域而言，由于
淘汰某些污染密集型產品，并從環保法律較寬松的其他地區進口同類產品，該標記為負；對于經濟
社會發展水平較低區域而言，該標記為正，因為污染物比重較大的行業較多的分布在該區域舊1。
由于生產和HDI標記這兩個調節變量提高了污染物排放水平，因此，MEKC中設置的MHDl和Gs
這兩個變量可將經濟增長和水環境破壞間的因果關系與、HD維度及可持續程度結合起來。此外，用
RL表示的水環境容量總量控制是經濟增長和可持續性發展的脅迫動力。在一般情況下，有關污染物
排放總量控制的分析與RL具有內在相關性，RL是水環境污染控制的一個重要治理維度。
3計量經濟方法論
本文給出計量經濟的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據集中個別系
列的可靠性；第2步用適當的面板長期估值(如FMOLS和DOLS)建立長期關系；第3步估算闡述
Granger因果關系的面板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，檢驗統計量基于兩種假設：零假設由戰給出：Σ=盧i一1=0，備擇假設由H。給
出：一k?+l／3u一1

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