I e GTX方程與I e GT e方程：我國經(jīng)濟(jì)增長過程中SO2和COD排放分析

陸鐘武，岳 強(qiáng)

東北大學(xué)，國家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽 110819

IeGTX方程與IeGTe方程：我國經(jīng)濟(jì)增長過程中SO2和COD排放分析

陸鐘武，岳 強(qiáng)

東北大學(xué)，國家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽 110819

通過在IGT方程中引入廢物排放率(X)，建立了定量分析經(jīng)濟(jì)增長與廢物排放量之間關(guān)系的IeGTX方程與IeGTe方程，并分別給出對應(yīng)于IeGTX方程與IeGTe方程的廢物排放率年下降率的臨界值(xk)和單位GDP廢物排放量年下降率的臨界值(tek);運(yùn)用IeGTX方程與IeGTe方程分別對工業(yè)部門及全國的SO2和COD的排放量(港、澳、臺除外)進(jìn)行了分析.結(jié)果表明：2000—2006年工業(yè)SO2和COD排放率基本上逐步降低，1997—2008年單位GDP的SO2和COD排放量分別降低了61.72%和71.89%.

IeGTX方程;IeGTe方程;經(jīng)濟(jì)增長;廢物排放量;廢物排放率;單位GDP廢物排放量

經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境負(fù)荷之間關(guān)系密切［1-3］.一般情況下，經(jīng)濟(jì)增長越快，環(huán)境負(fù)荷增長也越快.如何在保持經(jīng)濟(jì)增長的同時，適度降低環(huán)境負(fù)荷，是一個非常重要的問題，這對處于經(jīng)濟(jì)快速增長的我國更顯得尤為重要.

環(huán)境負(fù)荷不僅指各種資源(含能源)的消耗量，而且也可指各種廢物產(chǎn)生量(或排放量)［1-3］.由于未將廢物的末端治理和資源化等手段考慮在內(nèi)，因此，廢物產(chǎn)生量并不等同廢物排放量.如果末端治理的效果好，那么有些廢物的產(chǎn)生量與排放量之間會有顯著差別.

為對經(jīng)濟(jì)增長過程中廢物排放量變化進(jìn)行研究，在IPAT方程基礎(chǔ)上，筆者提出了 IeGTX方程和IeGTe方程，并用這2個方程分析了我國經(jīng)濟(jì)增長過程中SO2和COD的排放(港、澳、臺除外，全文同)，以期為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會提供理論依據(jù).

1 I e GTX方程

IPAT方程也被稱為控制方程或主方程［1-12］，它是西方學(xué)者在20世紀(jì)七八十年代經(jīng)過反復(fù)討論才確定下來的，并經(jīng)過驗(yàn)證的，可準(zhǔn)確反映研究經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境負(fù)荷之間的定量關(guān)系［13］：

式中，I為環(huán)境負(fù)荷;P為人口;A為人均 GDP;T為單位GDP的環(huán)境負(fù)荷.

式(1)中的環(huán)境負(fù)荷(I)可以特指各種資源消耗量或廢物產(chǎn)生量.以能耗消耗量和SO2排放量為例，則式(1)可寫作：

IPAT方程還可寫成其他形式，如：

式中，G=P×A，為 GDP.式(2)為 IGT方程.

為研究經(jīng)濟(jì)增長過程中廢物排放量的變化，需要對IGT方程作必要的修改：

式中，Ie為廢物排放量;T為單位 GDP的廢物產(chǎn)生量;X為廢物排放率，其值為廢物排放量//廢物產(chǎn)生量，0＜X≤1.

式(3)為IeGTX方程，可用于計(jì)算各種廢物排放量.以SO2排放量為例，式(3)可寫作：

1.1 IeGTX方程的另一種形式

按照IeGTX方程，基準(zhǔn)年的廢物排放量(Ie0)為：

式中，G0，T0和 X0分別為基準(zhǔn)年的 GDP，單位 GDP廢物產(chǎn)生量和廢物排放率.

基準(zhǔn)年以后第n年的廢物排放量(Ien)為：

式中，Gn，Tn和 Xn分別為第 n年的 GDP，單位 GDP廢物產(chǎn)生量和廢物排放率.其中，Gn=G0(1+g)n，Tn=T0(1-t)n，Xn=X0(1-x)n，其中，g 為從基準(zhǔn)年后第1～n年GDP的年增長率;t為同期單位GDP廢物產(chǎn)生量的年下降率;x為同期廢物排放率的年下降率.

將Gn，Tn和Xn3個計(jì)算公式代入式(3b)中：

若已知基準(zhǔn)年的 G0，T0，X0(或 Ie0)及 g，t，x，即可按式(4a)，(4b)計(jì)算第n年的廢物排放量(Ien).

1.2 廢物排放率年下降率的臨界值

由式(4b)可導(dǎo)出廢物排放率年下降率(x)的臨界值(xk).式(4b)可改為如下形式：

由式(5)可見，Ien與Ie0之間可能出現(xiàn)3種情況.

a.廢物排放量(Ien)逐年上升：

b.廢物排放量(Ien)保持不變：

c.廢物排放量(Ien)逐年下降：

式(6b)為廢物排放量保持不變的臨界條件，從中可求得x的臨界值(xk)：

式中，xk為廢物排放率年下降率的臨界值.

以xk為判據(jù)，在經(jīng)濟(jì)增長過程中廢物排放量的變化有3種可能：若x＜xk，則廢物排放量逐年上升;若x=xk，則廢物排放量保持不變;若 x＞xk，則廢物排放量逐年下降.

為了說明GDP增速對SO2排放量的影響，舉例如下：以2005年為基準(zhǔn)年，在其后的5年內(nèi)某地單位GDP的SO2產(chǎn)生量年下降率(t)為0.04，SO2排放率年下降率(x)為0.05.則在GDP年增長率(g)分別為 0.07，0.09，0.11，0.13，0.15 和 0.17 的情況下，該地2010年的 SO2排放量比2005年增減情況見表1.

表1 GDP增速對SO 2排放量的影響Table 1 Influence on SO2 emission under different increasing rate of GDP

我國“國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的第十一個五年規(guī)劃”(以下稱為“十一五”規(guī)劃)提出，2010年主要污染物(SO2和化學(xué)需氧量)排放總量分別比2005年減少10%［14］.由表1可知，按該指標(biāo)衡量，只有g(shù)=0.07，t=0.04，x=0.05才符合要求;其他 5種情況均不可取.在上述情況下，減少SO2排放量，需調(diào)高t和x值，而調(diào)得過高又不可行.因此，實(shí)際工作的要點(diǎn)是在“十一五”規(guī)劃的指導(dǎo)下，從實(shí)際出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，將g，t和x參數(shù)匹配好.

1.3 工業(yè)部門SO2和COD排放量的分析

1.3.1 2000—2006年工業(yè)部門SO2排放量

文獻(xiàn)［15］給出了 2000—2006年工業(yè) SO2產(chǎn)生量、去除量和排放量數(shù)據(jù)，結(jié)合該階段我國工業(yè)增加值［16-17］，可由式(3)及其所引申出的一系列公式分析出同期工業(yè)部門對應(yīng)的 T，X及 t，x的變化(見表2).

表2 我國2000—2006年工業(yè)部門SO 2相關(guān)數(shù)據(jù)Table 2 Relative data on SO2 of industrial sectors in China in 2000-2006

由表1可知，由于我國2001—2002年的x＞xk，故實(shí)現(xiàn)了工業(yè)SO2排放量的下降;而在其他時段內(nèi)，均為x＜xk，致使工業(yè)SO2的排放量有所上升.

1.3.2 2000—2006年工業(yè)部門COD排放量

文獻(xiàn)［15］給出了2000—2006年工業(yè)COD產(chǎn)生量、去除量和排放量數(shù)據(jù)(見表3)，結(jié)合該階段內(nèi)我國工業(yè)增加值［16-17］，我國工業(yè)部門對應(yīng)的 T，X及 t，x的變化如表3所示.

表3 我國2000—2006年工業(yè)部門COD相關(guān)數(shù)據(jù)Table 3 Relative data on COD of industrial sectors in China in 2000-2006

由表3可知，在2000—2006年，除2005年外均實(shí)現(xiàn)了x＞xk，且x-xk的差值越大，工業(yè) COD的排放量下降得越快.

2 I e GT e方程

令Te=T×X，則式(3)可寫為：

式中，Te為單位GDP廢物排放量.

式(8)為 IeGTe方程.以 SO2排放量為例，式(8)可寫作：

在編制經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展規(guī)劃時，按照IeGTX方程或IeGTe方程及從它們派生出來的其他公式，反復(fù)推敲，可確定規(guī)劃期內(nèi)各種廢物排放量.

2.1 IeGTe方程的另一種形式

因 Te0=T0× X0，Ten=Tn× Xn，所以式(3a)，式(3b)可分別寫為：

式中，Te0為基準(zhǔn)年單位GDP廢物排放量;Ten為第n年單位GDP廢物排放量.其中 Gn=G0(1+g)n，Ten=Te0(1-te)n(te為在此期間單位GDP廢物排放量的年下降率)，代入式(9b)中，則有：

若已知基準(zhǔn)年的 G0，Te0(或 Ie0)及 g，te值，即可按式(10a)和(10b)計(jì)算第 n年的廢物排放量(Ien).

2.2 單位GDP廢物排放量年下降率的臨界值

由式(10b)可導(dǎo)出單位GDP廢物排放量年下降率(te)的臨界值(tek).將式(10b)寫成如下形式：

由式(11)可見，Ien與 Ie0之間可能出現(xiàn)3種情況.

a.廢物排放量(Ien)逐年上升：

b.廢物排放量(Ien)保持不變：

c.廢物排放量Ien逐年下降：

式(12b)是廢物排放量保持不變的臨界條件，從中可求得te的臨界值(tek)：

式中，tek為單位GDP廢物排放量年下降率的臨界值.

以tek為判據(jù)，在經(jīng)濟(jì)增長過程中廢物排放量的變化有3種可能：①te＜tek，廢物排放量逐年上升;②te= tek，廢物排放量保持不變;③te＞ tek，廢物排放量逐年下降.

由此可見，式(7)和(13)雖然很簡單，但對于環(huán)境治理具有十分重要的意義.

2.3 我國經(jīng)濟(jì)增長過程中SO2和COD排放量的分析

關(guān)于我國經(jīng)濟(jì)增長過程中SO2和COD排放量的分析，是圍繞公式(8)及其所引申出的一系列公式進(jìn)行的，并未涉及式(3)中廢物排放率(X).原因在于現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)資料上并沒有我國總的 SO2和COD的去除量和排放量數(shù)據(jù)，所以無法分析相應(yīng)的T，X 及 t，x.

2.3.1 1997—2008年SO2排放量分析

我國1997—2008年SO2排放量(Ie)、工業(yè) SO2和生活 SO2排放量的變化見表 4［15，18-20］.表 4中同時給出了我國在該階段的 GDP［16-17］.由圖1可知，我國經(jīng)濟(jì)增長過程中SO2排放量與工業(yè)SO2排放量變化規(guī)律相似.

表4 我國1997—2008年SO 2排放量相關(guān)數(shù)據(jù)Table 4 Relative data on SO2 emission in China in 1997-2008

我國1997—2008年104美元 GDP的 SO2排放量(Te)的變化見表5.由表5可知，我國104美元GDP的SO2排放量逐步下降，1997—2008年降低了61.72%.我國1997—2008年 GDP的年增長率(g)和104美元GDP的SO2排放量的年下降率(te)如表6所示.

圖1 我國經(jīng)濟(jì)增長過程中SO 2排放量Fig.1 SO2 emission in the process of economy growth in China

表5 我國1997—2008年104美元 GDP的 SO 2排放量Table 5 SO2 emission per ten thousand dollars in China in 1997-2008 t/(104美元)

表6 我國1997—2008年GDP的年增長率和104美元GDP的SO 2排放量的年下降率Table 6 Annual increasing rate of GDP and annual decreasing rate of SO2 emission per ten thousand dollars in China in 1997-2008%

由表 6可知，我國在 1998—1999年，2001—2002年和2007—2008年3個時段內(nèi)均為 te＞tek，實(shí)現(xiàn)了SO2排放量的下降，且te-tek值越大，SO2排放量下降得越快.其中在1998—1999年，GDP增速相對較慢，而同期 te較大，實(shí)現(xiàn)了 SO2排放量大幅下降;而在其他時段，均為 te＜tek，SO2排放量有所上升，且te-tek值越小，SO2排放量上升得越快.

2.3.2 1997—2008年COD排放量分析

我國 1997—2008 年 COD 排放量見表 7［15，18-20］.

圖2反映了我國經(jīng)濟(jì)增長過程中 COD，工業(yè)COD和生活COD排放量的變化.由圖2可知，我國COD與工業(yè) COD排放量的變化規(guī)律相似;生活COD排放量基本呈緩慢上升的趨勢，只在2007和2008年有所降低.

表7 我國1997—2008年COD排放量相關(guān)數(shù)據(jù)Table 7 Relative data on COD emission in China in 1997-2008 104 t

我國1997—2008年104美元 GDP的 COD排放量(Te)的變化如表8所示.由表8可知，Te逐步降低，1997—2008年降低了 71.89%.我國 1997—2008年GDP的年增長率(g)和104美元 GDP的COD排放量年下降率(te)如表9所示.由表9可知，我國在 1997—2008年，2000年 和 2004—2006年3個時段內(nèi)均有 te＜tek，故 COD排放量有所上升;但在其他時段內(nèi)均有 te＞tek，實(shí)現(xiàn)了 COD排放量的下降.其中 1998—1999年，GDP增速相對較慢，而該時段的 te較大，實(shí)現(xiàn)了 COD排放量大幅下降.

圖2 我國經(jīng)濟(jì)增長過程中COD的排放量Fig.2 COD Emission in the process of economy growth in China

表8 我國1997—2008年104美元GDP的COD排放量Table 8 COD emission per ten thousand dollars in China in 1997-2008 t/(104美元)

表9 我國1997—2008年GDP的年增長率和104美元GDP的COD排放量的年下降率Table 9 Annual increasing rate of GDP and annual decreasing rate of COD emission per ten thousand dollars in China in 1997-2008%

3 結(jié)論

a.通過在IGT方程中引入廢物排放率(X)，進(jìn)而在經(jīng)濟(jì)增長與廢物排放量之間建立起了定量關(guān)系;給出了分別對應(yīng)于 IeGTX方程和 IeGTe方程的廢物排放率和單位GDP廢物排放量年下降率的臨界值;IeGTX方程或IeGTe方程及從它們派生出來的公式，在建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的過程中，將極具實(shí)用價值.

b.我國2000—2006年工業(yè) SO2和 COD排放率逐步降低;1997—2008年，104美元GDP的 SO2排放量降低了61.72%，單位GDP的COD排放量降低了71.89%.

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IeGTX Equation and IeGTeEquation：Analysis of SO2and COD Emissions during Economic Growth in China

LU Zhong-wu，YUE Qiang
SEPA Key Laboratory on Eco-Industry，Northeastern University，Shenyang 110819，China

By introducing the waste emission rate X into the IGT equation，this paper established the IeGTX equation and IeGTeequation for quantitatively analyzing the relationship between economic growth and waste emissions.The critical values of annual decreasing ratio of waste emission rate(expressed as xk)and annual decreasing ratio of waste emission per unit GDP(expressed as tek)were given corresponding to the IeGTX equation and IeGTeequation，respectively.SO2and COD emissions(not including the Hongkong，Macao and Taiwan area)in the industrial sector as well as total SO2and COD emissions in China were analyzed by the IeGTX equation and IeGTeequation，respectively.The following results were obtained： emission rates of industrial SO2and COD emissions in China gradually reduced during the period 2000-2006，and SO2emissions per unit GDP and COD emissions per unit GDP decreased 61.72%and 71.89%，respectively，from 1997-2008.

IeGTX equation;IeGTeequation;economic growth;waste emission;waste emission rate;waste emission per unit GDP

X22

A

1001-6929(2010)09-1101-07

2010-05-12

2010-06-26

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2008ZX07208-001)

陸鐘武(1929-)，男，上海人，中國工程院院士，教授，博導(dǎo)，主要從事工業(yè)生態(tài)學(xué)和冶金熱能工程研究，luzw@smm.neu.edu.cn.

(責(zé)任編輯：孫彩萍)