本发明涉及一种考虑节水减排和污染物治理作用的工业废水中污染物排放量驱动因子识别方法。
背景技术：
工业废水及其污染物排放是造成我国水体污染严重因素之一。依据1997～2015年《中国环境统计年报》中点源废水和主要污染物数据发现，废水排放量逐年增长，由1997年的415.7亿吨增加到2015年的734.7亿吨；其中工业废水排放量明显下降，由1997年的226.7亿吨降至2015年199.5亿吨。而点源化学需氧量(cod)排放量和氨氮排放量逐年降低。cod排放量由1997年的1757.0万吨降低到2015年的1140.4万吨，其中工业废水排放量明显下降，由1997年的226.7亿吨降至2015年199.5亿吨。虽然工业废水及其污染物排放形势有所好转，但当前，我国一些地区水环境质量差、水生态受损重、环境隐患多等问题十分突出，影响和损害群众健康，不利于经济社会持续发展。为切实加大水污染防治力度，保障国家水安全，国务院关于印发水污染防治行动计划，简称“水十条”，提出全面控制污染物排放，狠抓工业污染防治。识别影响工业废水与污染物排放驱动因子，揭示驱动机制，对于掌握未来工业废水与污染物排放变化趋势，提出合理可行的污染物控制和污染防治策略，具有重要意义。
现有研究没有考虑节水减污作用，无法测算节水对于减污贡献。本发明从污染物产生、治理与排放全过程出发，考虑节水减污作用，构造了工业废水中污染物排放量恒等式，将工业废水中污染物排放量变化分解成工业增加值、排污结构、用水效率、废水排放系数、污染物产生强度和污染物治理6个驱动因子；利用对数平均迪氏指数法(logarithmicmeandivisiaindex，lmdi)方法，推导贡献值测算公式，定量测算驱动因子贡献与节水减排、节水减污作用，无残差、定量解释污染物排放量变化贡献；通过贡献值大小，识别关键因子，揭示驱动机制。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种考虑节水减排和污染物治理作用的工业废水中污染物排放量驱动因子识别方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现，其步骤包括：
1、一种考虑节水减排和污染物治理作用的工业废水中污染物排放量驱动因子识别方法，其步骤包括：
(1)收集不同年份工业分行业可比价增加值gti、新鲜用水量wti、废水排放量pti和工业废水中污染物产生量ati、污染物排放量eti数据，计算得到不同年份工业总体的增加值gt、新鲜用水量wt、废水排放量pt和工业废水中污染物产生量at、污染物排放量et数据，其中
(2)建立工业废水中污染物排放量驱动因子识别模型：利用如下污染物排放量恒等式：
式中：g、w、p、a和e分别表示工业的增加值、新鲜用水量、废水排放量、污染物产生量和排放量，下标i和t分别表示工业行业和年份；将工业废水中污染物排放量变化分解成工业增加值ega、排污结构egs、用水效率ewe、废水排放系数epe、污染物产生强度eg和污染物治理er共6个驱动因子：
式中：
(3)基于lmdi方法，推导出如式(4)所示的驱动因子贡献值测算公式，利用这一公式测算每个行业6个驱动因子贡献值以及工业总体的6个驱动因子贡献值：
式中：δegai、δegsi、δewei、δepei、δegi和δeri分别为第i个行业的排污规模、增加值比重、用水效率、废水排放系数、污染物产生强度和污染物治理因子贡献值，egat＝gt，
(4)按照式(5)计算工业总体的6个驱动因子的贡献率
式中：pega、pegs、pewe、pepe、peg和per分别为排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we、废水排放系数pe、污染物产生强度eg和污染物治理er6个驱动因子的贡献率；
(5)按照式(6)分别计算每个行业6个驱动因子的贡献率：
式中：pegai、pegsi、pewei、pepei、pegi和peri分别为排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we、废水排放系数pe、污染物产生强度eg和污染物治理er6个驱动因子的贡献率。
工业行业分类的依据是《国民经济行业分类与代码》(gb/4754-2011)，分析过程中具体采用工业行业分类及数目，是在收集到的增加值、废水排放、污染物产生、污染物排放等数据中行业分类交集的基础上，通过行业合并确定。
在测算出工业废水中污染物排放量6个驱动因子贡献值后，通过驱动因子贡献值和贡献率大小与正负，定量地解释任意两年间污染物排放量变化，分析驱动机制。当因子贡献值和贡献率为负值时，表示它是抑制污染物排放量增长的因子，简称抑制因子，反之则为推动污染物排放量增长的因素，简称推动因子。贡献值和贡献率的绝对值大小表示抑制和推动作用的强弱。贡献值和贡献率绝对值较大的因子是主要驱动因子。
本发明方法考虑了节水减污作用，从污染物产生、治理与排放全过程出发，建立了工业废水中污染物排放量驱动因子集；利用对数平均迪氏指数法(logarithmicmeandivisiaindex，lmdi)方法，推导出了驱动因子贡献值测算公式，定量测算驱动因子贡献，完整解释灌溉用水量变化；通过贡献值大小，识别关键因子，揭示驱动机制。
附图说明
图1为山东省2002～2012年工业废水中cod排放量变化驱动因子识别结果。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面以山东省工业废水中cod排放量为例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
(1)收集山东省2002年、2007年和2012年24个工业行业增加值
(2)建立工业废水中污染物排放量驱动因子识别模型：利用如下污染物排放量恒等式：
将工业废水中污染物排放量变化分解成工业增加值ega、排污结构egs、用水效率ewe、废水排放系数epe、污染物产生强度eg和污染物治理er6个驱动因子：
其中：
(3)基于lmdi方法，推导出如式(4)所示的驱动因子贡献值测算公式，利用这一公式测算每个行业6个驱动因子贡献值以及工业总体的6个驱动因子贡献值：
其中δegai、δegsi、δewei、δepei、δegi和δeri分别为第i个行业的排污规模、增加值比重、用水效率、废水排放系数、污染物产生强度和污染物治理因子贡献值，
(4)按照式(5)计算6个驱动因子的贡献率
式中：pega、pegs、pewe、pepe、peg和per分别为排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we、废水排放系数pe、污染物产生强度eg和污染物治理er6个驱动因子的贡献率。表3中给出了山东省2002～2007年、2007～2012年以及2002～2012年三个时期工业总体的6个驱动因子贡献率。
(5)按照式(6)分别计算每个行业6个驱动因子的贡献率：
式中：pegai、pegsi、pewei、pepei、pegi和peri分别为排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we、废水排放系数pe、污染物产生强度eg和污染物治理er6个驱动因子的贡献率。表4给出了山东省2002～2012年期间24个行业的6个驱动因子贡献率。
表1山东省2002～2012年工业废水cod排放量变化驱动因子识别结果单位万吨
表2山东省2002～2012年工业废水cod排放量驱动因子分行业贡献值单位万吨
表3山东省2002～2012年工业废水中cod排放量变化驱动因子贡献率测算结果单位：％
表4山东省2002～2012年工业废水cod排放量驱动因子分行业贡献率单位％
在测算出工业废水中污染物排放量6个驱动因子贡献值后，通过驱动因子贡献值和贡献率大小与正负，定量地解释任意两年间污染物排放量变化，分析驱动机制。当因子贡献值和贡献率为负值时，表示它是抑制污染物排放量增长的因子，简称抑制因子，反之则为推动污染物排放量增长的因素，简称推动因子。贡献值和贡献率的绝对值大小表示抑制和推动作用的强弱。贡献值和贡献率绝对值较大的因子是主要驱动因子。
由表1和表3可知，工业行业用水效率提高、污染物产生强度降低和污染物治理力度加大，抑制了cod排放量增加，是cod排放的抑制因子；在2002～2012年期间，这三个抑制因子分别使cod排放量下降了40.55万吨、20.60万吨和19.29万吨。而排污规模扩张、废水排放率增大、工业结构不合理发展，则使得cod排放量增加，是cod排放的促进因子；在2002～2012年期间，分别使cod排放量增加了34.15万吨、20.00万吨和0.75万吨。这两类因子共同作用，使得2002年到2012年期间工业废水中cod排放量下降了25.55万吨，由39.49万吨降至13.94万吨，降幅达64.7％。从因子贡献值绝对值看，用水效率、污染物产生强度和污染物治理力度是主要的抑制因子，而排污规模和废水排放率则是主要的促进因子。工业行业内部结构调整对cod排放影响很小，贡献值仅为0.75万吨，总体偏向于高污染。山东省下阶段应加大工业结构调整力度。
由表2和表4可知，绝大部分行业的排污规模、用水效率、废水排放系数、污染物产生强度、污染物治理力度5个因子以及cod排放量的贡献值和贡献率率均为正值。这说明绝大部分行业处于排污规模(行业增加值)扩张、用水效率提高、耗水数(耗水量与新鲜用水量比值)降低、废水排放系数(废水排放量与新鲜用水量比值)提高、污染物产生强度降低、污染物治理力度加大，cod排放量降低的状态。对这5个因子24个行业贡献率从大到小排序，发现造纸印刷和文教体育用品、食品和烟草、化学产品和纺织四个高污染行业的贡献率均排在前列，累积贡献率均超过了80％，而且这四个行业cod排放量贡献率也位于前列，累积贡献率超过了85％。这说明，在2002年至2012年期间，山东省对这四个高污染行业加大了管理力度，减排效果显著。
本专利实施例中以cod排放量来表征污染物的排放，在实际应用中，也可用氨氮、总磷、有机物等排放量来表征污染物的排放，获得工业废水中氨氮、总磷或有机物排放量驱动因子贡献值和贡献率。