考虑节水减排作用的工业废水排放量驱动因子识别方法与流程

本发明涉及一种考虑节水减排作用的工业废水排放量驱动因子识别方法。

背景技术：

工业废水排放是造成我国水体污染严重因素之一。1997～2015年《中国环境统计年报》中点源废水排放量统计发现，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排作用，无法测算节水对于减排贡献。本发明针对这一技术缺陷，考虑了节水减排作用，构造了工业废水排放量恒等式，将工业废水排放量分解成排污规模、工业结构、行业用水效率和废水排放系数4个驱动因子；再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4个驱动因子贡献，无残差解释工业废水排放量变化；最后通过贡献值大小，识别关键驱动因子，揭示驱动机制。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种考虑节水减排作用的工业废水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：

一种考虑节水减排作用的工业废水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的可比价增加值gi^t、新鲜用水量wi^t和废水排放量数据，计算得到不同年份工业总体的增加值g^t、新鲜用水量w^t和废水排放量p^t，其中

(2)建立工业废水排放量驱动因子识别模型：利用如下工业废水排放量恒等式：

式中：g、w和p分别表示工业的增加值、新鲜用水量和废水排放量，下标i和t分别表示工业分行业和年份；将工业废水排放量分解成排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we和废水排放系数pe4个驱动因子的乘积：

式中：将t～t+1年期间工业废水排放量变化δp表示成4个驱动因子贡献值：

式中：δga、δgs、δwe和δpe分别为排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we和废水排放系数pe4个驱动因子的贡献值；

(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的4个驱动因子贡献值以及工业总体的4个驱动因子贡献值：

式中：δgai、δgsi、δwei和δpei分别第i个行业的排污规模、增加值比重、用水效率和废水排放系数因子贡献值，

(4)按照式(5)计算工业总体的4个驱动因子的贡献率

式中：pga、pgs、pwe和ppe分别为排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we和废水排放系数pe4个驱动因子的贡献率；

(5)按照式(6)分别计算每个行业的4个驱动因子的贡献率：

式中：pgai、pgsi、pwei和ppei分别为第i个行业的排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we和废水排放系数pe4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。

在测算出工业废水排放量4个驱动因子贡献值和贡献率后，即可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工业废水排放量变化，分析驱动机制。当因子贡献值和贡献率为负值时，表示它是抑制工业废水排放量增长的因子，简称抑制因子，反之则为推动工业废水排放量增长的因素，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排作用，通过废水排放量恒等式，提出了工业废水排放量驱动因子集；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，无残差解释排放量变化；最后通过贡献值和贡献率的绝对值大小，识别关键因子，揭示驱动机制。

附图说明

图1为实施例1山东省2002～2012年工业废水排放量驱动因子贡献值识别结果。

具体实施方式

实施例1

本工业废水排放量驱动因子识别方法，其步骤包括：

(1)获取山东省2002年、2007年和2012年24个工业行业可比价(以2010年为基准年)增加值新鲜取用水量(wi^t)、废水排放量(pi^t)，计算得到山东省2002年、2007年和2012年的可比价(以2010年为基准年)工业增加值(g^t)、新鲜取用水量(w^t)废水排放量(p^t)；

(2)建立山东省工业废水排放量驱动因子识别模型：利用如下工业废水排放量恒等式：

式中：g、w和p分别表示工业增加值、新鲜用水量和废水排放量，i和t分别表示工业行业和年份；将工业废水排放量分解成排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we和废水排放系数pe4个驱动因子：

式中：考虑这4个因子贡献，t～t+1年期间工业废水排放量变化δp表示成4个驱动因子贡献值：

式中：δga、δgs、δwe和δpe分别为排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we和废水排放系数pe4个驱动因子的贡献值；

(3)基于lmdi方法，推导出了如式(9)所示的驱动因子贡献值测算公式，利用这一公式测算24个行业4个驱动因子贡献值以及工业总体的4个驱动因子贡献值：

式中：δgai、δgsi、δwei和δpei分别第i个行业的排污规模、增加值比重、用水效率和废水排放系数因子贡献值，表1和图1中给出了2002～2007年、2007～2012年以及2002～2012年三个时期山东省工业总体的4个驱动因子贡献值。表2给出了2002～2012年期间山东省24个行业的4个驱动因子贡献值。

(4)按照式(10)计算4个驱动因子的贡献率

pga＝δga/δp*100.0(5)

pgs＝δgs/δp*100.0

pwe＝δwe/δp*100.0

ppe＝δpe/δp*100.0

式中：pga、pgs、pwe和ppe分别为排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we和废水排放系数pe4个驱动因子的贡献率。表3中给出了2002～2007年、2007～2012年以及2002～2012年三个时期山东省工业总体的4个驱动因子贡献率。

(5)按照式(11)计算每个行业的4个驱动因子的贡献率：

式中：pgai、pgsi、pwei和ppei分别为第i个行业的排污规模ga、工业结构gs、行业用水效率we和废水排放系数pe4个驱动因子的贡献率。表4给出了2002～2012年期间山东省24个行业4个驱动因子贡献率。

表1山东省2002～2012年工业废水排放量变化驱动因子贡献值测算结果单位：亿吨

表2山东省2002～2012年工业废水cod排放量分行业驱动因子贡献值单位亿吨

表3山东省2002～2012年工业废水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排放量分行业驱动因子贡献率单位％

在测算出工业废水排放量4个驱动因子贡献值和贡献率后，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工业废水排放量变化，分析驱动机制。当因子贡献值和贡献率为负值时，表示它是抑制工业废水排放量增长的因子，简称抑制因子，反之则为推动工业废水排放量增长的因素，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、表3和图1可知，工业行业用水效率提高和工业结构调整，抑制了工业废水排放量增加，是工业废水排放的抑制因子；在2002～2012年期间，这两个抑制因子使工业废水排放量下降了22.38亿吨和0.42亿吨，贡献率分别为-268.41％和-5.02％。而排污规模扩张、废水排放系数增大，则使得工业废水排放量增加，是工业废水排放的促进因子；在2002～2012年期间，分别使工业废水排放量增加了19.33亿吨和11.80亿吨，贡献率分别为231.87％和141.56％。这两类因子共同作用，使得2002年到2012年期间工业废水排放量增长了8.33亿吨，由10.06亿吨增至18.39万吨，增幅达82.90％。从驱动因子贡献值和贡献率的绝对值看，用水效率是主要的抑制因子，而排污规模和废水排放系数则是主要的促进因子。工业行业内部结构调整对工业废水排放影响较小。山东省下阶段应加大工业结构调整力度。

由表2和表4知，绝大部分行业的排污规模、用水效率、废水排放系数的贡献和值贡献率，以及废水排放量变化量的贡献值和贡献率均为正值。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、废水排放系数提高、废水排放量增长的状态。

通过不同行业的驱动因子贡献率对比发现，煤炭采选、食品和烟草、纺织、造纸印刷和文教体育用品、石油、炼焦和核燃料加工、化学产品等6个高耗水行业的排污规模、用水效率、废水排放系数和废水排放量贡献率超过或接近平均值4.2％，而且这6个行业的排污规模、用水效率、废水排放系数和废水排放量贡献率之和分别为81.87％、80.41％、83.86％和91.53％。这一方面说明山东省高耗水行业在用水效率提高同时，排污规模和废水排放系数增长，抵消了用水效率提高的减排作用，最终导致废水排放量仍然处于增加态势中；而且高耗水行业是用水效率提高、废水排放系数增加、排污规模扩大、工业废水排放量增加的主要原因。此外这也说明，在2002年至2012年期间，山东省对这高耗水行业加大了管理力度，这些行业用水和废水排放行为有了较大改变。在将来管理中，不应仅强调提高用水效率，还应控制规模扩张，增加废水回用，降低废水排放系数。

由于部分行业比重增加，必然导致其他行业比重降低，因此24个行业比重贡献率有正有负。对24个行业比重变化值和行业比重贡献率进行统计发现，比重增加时，行业贡献率为负，反之为正。经统计，2002到2012年期间，前述6个高耗水行业比重由46.70％降低至40.96％。6个高耗水行业中，食品烟草行业比重大幅增加，其行业比重贡献率为负值，而且达-461.27％；石油、炼焦和核燃料加工业比重也有所增加，其行业比重贡献率为-26.24％；其他4个行业比重有不同程度降低。行业比重增加、行业比重贡献率为负值的行业主要是金属制品、非金属制品、设备制造业。总体表明，山东省工业结构朝着设备制造业发展。