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Empirical Study on Water Environment in Wuhan Based on Kuznets Curve Theory
HUANG Hui-xing; HUANG Ge
摘要：基于库兹涅茨曲线理论，在调查分析武汉市经济发展与水环境现状的基础上，依据武汉市2003-2017年工业废水排放量与人均GDP为原始数据建立EKC曲线模型。实证研究发现，武汉市工业污水排放总量与人均国民生产总值之间呈现倒“N”型关系，且两个拐点分别为2008年和2009年。在研究武汉市相关政策的基礎上，针对武汉市水环境污染与经济发展的现状给出相关建议，提出可持续发展策略。
Abstract： Based on Kuznets curve theory， on the basis of investigation and analysis of Wuhan"s economic development and water environment status quo， EKC curve model is established according to Wuhan"s industrial wastewater emissions and per capita Gross Domestic Product from 2003 to 2017 as the original data. The empirical study found that the relationship between the total amount of industrial wastewater discharged and the per capita GNP in Wuhan City was inverted "N"， and the two inflection points were 2008 and 2009 respectively. Based on the study of Wuhan"s relevant policies， this paper gives relevant suggestions on the current situation of Wuhan"s water environment pollution and economic development， and puts forward sustainable development strategies.
关键词：库兹涅茨曲线;经济增长;水环境污染;实证研究
Key words： Kuznets curve;economic growth;water pollution;empirical research
中图分类号：X820.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）32-0261-04
0 引言
水自古以来就被认为是生命之源，人的身体百分之七十都是由水构成的。不仅是个体，人类群体的发展也一刻都离不开水源。我国拥有庞大的淡水资源的总量，位于世界第四位，可是庞大的人口基数使得人均淡水资源拥有量不足世界平均水平的四分之一，水资源短缺问题十分严峻。同时，随着我国经济持续高速增长，对环境也造成了难以估料的破坏，使得水环境的危机进一步加剧。自十八大提出“绿水青山就是金山银山”的理念以来，国家对环保的重视程度也越来越高。经济发展造成水环境破坏，而保护水环境势必会对经济发展起到一定的制约作用。因此，研究水环境污染与经济发展之间的关系，从而有效缓解水污染与经济发展之间的矛盾，是当下应迫切关注的话题。
1995年，美国经济学家库兹涅茨[1]首次提出经济发展与收入差距变化关系的倒“U”形曲线假说，因此被命名为库兹涅茨曲线。1996年Panayotou[2]借用1955年库兹涅茨界定的人均收入与收入不均等之间的倒“U”型曲线，首次将这种环境质量与人均收入间的关系称为环境库兹涅茨曲线（EKC）。后续对于EKC的研究不断。2006年，蔡珞珈等[3]研究1985-2004年湖北省工业“三废”与人均GDP的关系得出废水排放呈现“N”型关系，废气排放、固废产生与人均GDP的关系则类似于“U”型环境库兹涅茨曲线的右半部分，并没有达到转折点。2007年，胡明秀等[4]分析武汉市1991-2000年汉江武汉段及东湖水质的各项指标与武汉人均GDP的关系，得出选择不同的指标与人均GDP之间呈现不同的曲线。2008年，梁四宝[5]采集山西省1991-2006年工业三废的数据以及多项空气污染数据分别探究与人均GDP的关系，得出不同的指标使结果呈现“U”型倒“U”型“N”型等不同的类型。2016年，胡景好等[6]利用洎水河流域1997-2013年总氮、总磷的数据，得出总氮、总磷与人均GDP呈现“N”型关系。王惠等[7]利用淮河流域2005-2014年间安徽省8个地级市的人均工业废水、废气、固体废物与人均GDP的数据，分别得出人均工业废气排放量随着人均国民生产总值的增长表现出逐年递增的趋势，而人均工业废水拍放量和人均工业固废排放量与人均国民生产总值之间呈现“U”型关系。武汉市作为“中部崛起”战略的领头城市，近年来经济发展迅猛，而水环境污染问题也比较突出。因此，以EKC曲线理论分析武汉市水环境污染与经济增长之间的关系，从而给出相关指导建议，具有重要的实际意义。
1 库兹涅茨曲线理论
EKC曲线的本质具体表现为随着经济的增长，环境先遭受破坏，污染指标随经济增长而增长;随着经济的持续增长，物质条件的改善使得人们理念发生转变，开始意识到保护环境的重要性，经济增长后相应的对环境污染问题的投入也会增加，经济增长的部分发挥主导效应使污染指标反而表现为下降趋势。即环境污染与经济增长之间为倒“U”型曲线关系。但是，EKC曲线的形态并不总是保持为经典的倒“U”型，由于区域经济发展水平不同，不同地区往往有不同的表现形式。众多的研究中也出现过“N”型、倒“N”型、“U”型、倒“U”型、線型等不同形式。
正是由于地区的差异性，并不代表不符合经典倒“U”型的曲线就不是EKC曲线，相反正是存在差异性，才需结合当地特有的经济形式以及环境条件用EKC曲线进行诠释。一个地区经济的发展导致水环境污染的相关变化，其实是经济增长的那部分是造成水环境污染还是被用来缓解、改善水环境污染的问题。当经济增长所带来的收益导致水环境的污染力度大于经济增长收益中部分被用来缓解水环境的力度时，会表现为随着经济的增长水环境污染逐渐加重，反之则水环境污染逐渐降低。
2 武汉市经济与水环境现状
2.1 武汉市经济发展状况
在中国，武汉市地处优越的中心位置，位于江汉平原东部、长江和长江最大的支流汉江都贯穿武汉，水、陆交通十分便利，古来就有“九省通衢”的美称。武汉市优越的地理条件使得其经济发展迅猛，近年来一举成为中部崛起战略的领头城市。其实武汉市生产总值早在2014年就超过万亿元，成为中国“万亿”俱乐部的成员。地区生产总值位于且长期位于全国前十，2017年具武汉市统计局初步核算，武汉市地区生产总值达到13410.34亿元，按可比价格计算，比2016年增长8.0%。
2.2 武汉市工业发展状况
武汉市巨大的经济产值以及保持高速的增长率是多方产业综合的结果。武汉正处于工业化中级阶段，工业产值增长迅速，武汉市2003年至2016年工业产值表见表1所示。2012年武汉市工业总产值达到万亿水平，2013年武汉市工业中仅规模以上工业总产值就达到万亿水平。从2003年至2016年共14年期间，规模以上工业的总产值增加了约10倍。工业发展得如此迅猛必定会对环境产生一定的影响。对于水环境而言，工业发展产生的废水中含有的大量氮、磷以及重金属元素，前者会导致藻类疯长从而破坏水质，后者会使得自然水域的调节系统失效。
2.3 武汉市水污染现状
武汉市现有湖泊147个，湖泊水域纵横交错、面积广阔，水域总面积达到2187平方公里，占全市总面积的四分之一，素有“百湖之市”的美誉。总体水量大、水资源丰富不代表武汉就没有水危机，相反武汉市水污染相对严重，存在着“优于水也忧于水”的危机。2017年中全市重点检测的80个湖泊水质优于Ⅲ类的湖泊约占百分之十二，水质为Ⅳ类的约占百分之四十四，劣质Ⅴ类湖数量高达百分之十五。由此可见，武汉市水环境现状不容乐观，存在着严重的污染问题。
3 武汉市水环境实证研究
3.1 研究指标
历年来对于EKC曲线的研究表明，选取的指标不同，得到的结果会略有偏差。为了能准确衡量水环境与经济发展的关系，在借鉴前人的基础上，笔者收集并选取武汉市2003年至2017年间历年工业废水排放总量代表武汉市的水污染情况，2003年到2017年武汉市人均GDP代表武汉市经济发展水平，以此来研究武汉市水环境污染与经济发展之间的联系。
根据统计学原理，由于对原始数据进行取对数处理不会改变数据的性质和相关关系，但变量的尺度得到了压缩，数据将更加平稳，也能消弱模型的共线性、异方差性等问题，具有一定的优势。因此对工业污水排放总量以及人均GDP数据采用对数变换，能更加便捷地统计推断并得到数据之间的关系。工业污水排放总量以及人均GDP数据具体数据见表2所示，缺失的数据采用“*”表示，后经spss软件自动拟合处理并排除。
3.2 公式选取
3.2.1 模型构造
对于环境库兹涅茨曲线的研究公式，目前主要有线性、二次，三次等，为了保证所选模型能够准确表征两者之间的关系，依次构建模型，见式（1）至式（3）所示。
式中：Yi表示武汉市历年工业污水排放量，Xi表示武汉市历年人均GDP，a0表示常数项，b1，b2，b3代表回归系数，εi代表误差项。
3.2.2 模型拟合度检验
利用spss数据分析软件，对武汉市2003-2017年工业废水排放总量和人均GDP进行了数据拟合，拟合结果见表3所示。三种模型的可决系数（R2）分别为0.834，0.834，0.986，采用三次方程模型拟合结果的显著性最高。因此选用三次方程模型作为此次研究的模型。
3.2.3 模型显著性检验
对拟合度最高的三次模型，利用spss分析软件对曲线进行回归检验，检验结果见表4所示，结果显示模型在0.0001的误差内显著，显著性表示使用该三次曲线模型能够很好的表现水污染与经济之间的关系。
3.3 EKC曲线形式多样性
根据所用三次模型：
当回归系数b1，b2，b3的取值符号不同时，EKC曲线所展示出的形态也不同，根据三次函数的性质可知：
当b1≠0时，b2=b3=0，此时二次项以及三次项皆无，三次模型转换为一次线性模型。即b1>0时，环境与经济的关系表现为正相关，代表经济越好水环境污染越严重，b1<0时，水环境与经济的关系表现为负相关，代表经济越好水环境污染越少。
当b3=0时，此时无三次项，模型转换为二次函数模型。即b2>0时，水环境与经济呈现“U”型关系，代表随着经济的不断增长水环境污染会经历先减少后变多的情况，而b2<0时，水环境与经济的关系呈现倒“U”型关系，即为典型的环境库兹涅茨曲线，代表随着经济的不断增长水环境污染会经历先严重后逐步改善的过程。
当回归系数都不为0时，此时模型表现为三次函数的形态，即b1>0，b2<0，b3>0时环境与经济呈现“N”型关系，代表随着经济的发展水环境污染会经历先严重后改善再严重的过程;而b1<0，b2>0，b3<0时水环境与经济呈现倒“N”型关系，代表随着经济的发展水环境污染会经历先减少后增多再减少的一个过程。
3.4 曲线分析
3.4.1 曲线形式
利用spss软件进行曲线拟合，算出回归系数以及常量的值，见表5所示。
各系数的显著性表现皆良好。将数据代入式（3），结果见式（4）所示：
对原数据散点图以及拟合结果所得三次曲线进行绘制，结果见图1所示。
由图1可见，曲线拟合结果与实际数据的轨迹吻合度很高，这再次说明了所选模型能够很好的表现出水污染与经济增长的关系。设拐点的横坐标分别为lnXm，lnXn（lnXm<lnXn）倒“N”型关系说明武汉市的水环境污染与武汉市经济增长的关系主要表现为：
整体表现为：随着经济持续增长，水环境污染指数呈现整体下降趋势。
阶段性表现为：第一阶段（lnX<lnXm），随着武汉市经济的增长武汉市水环境的污染指标在逐渐降低，但是降低速率在逐渐减小;第二阶段（lnXm<lnX<lnXn），随着武汉市经济的继续增长武汉市水污染指标开始上升，但是增长的幅度以及速率很小;第三阶段（lnX>lnXn），随着武汉市经济持续增长，武汉市的水环境污染指标反而出现下降，并且下降速率增大。显然，这样的结论与倒“U”型形态的传统EKC曲线并不相符。
3.4.2 数学分析
为详细分析曲线的成因，对曲线进行数学分析。对式（4）进行简化，以P表示武汉市工业废水排放总量的对数值（lnY），Q表示武汉市人均GDP的对数值（lnX），简化结果见式（5）所示。
对式（5）进行求导，以求得拐点对应的年份，求导结果见式（6）所示。
令式（6）为零则能够得到式（4）图像的两个拐点lnXm，lnXn的值，lnXm=1.469，lnXn=1.566即对应的人均GDP为Xm=4.345，Xn=4.787。
故此对照表2可以得知，两个拐点分别在2008年左右以及2009年左右。武汉市的水环境污染指标在2008年到2019年这一段时间内有小幅度的增加，而在2008年前以及2008年后武汉市的水环境污染一直在随着武汉市经济的发展而改善。2003年到2017年共15年的时间，武汉市的人均GDP指标增长了将近6倍，而水污染指标降低了近3倍。
3.4.3 曲線成因分析
随着武汉市经济的增长，治理污水、保护水环境的重要性也不言而喻，武汉市人民政府大力出台了治污政策以及管控污水排放的政策。据笔者初步统计，2013年到2018年间武汉市各级政府机构关于污水治理、管控等相关方面的政策规定文件达百项以上。
在拐点之前。武汉市严格控制“小造纸，小水泥，小火电”等企业，对某些污染严重的企业直接做了吊销执照的处理。2007年武汉市出台了《武汉市节能减排综合性工作方案》，提出了对主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。2008年武汉市又出台《武汉市建设领域节能减排工作实施方案》要求武汉市各区建设完善的污水处理厂。2008年，2009年连续两年实施污染物总量减排的方案，并且2009年要求各区加快建设污水处理厂。具体措施的出台使得在2007年到2009年这段环境恶化期内，武汉市水环境污染表现出了恶化期经历时间短、恶化程度轻的现象。
在拐点之后。武汉市度过了水环境污染加重的时期，根据EKC曲线的理论武汉市的水环境质量将会得到持续改善。环境不会无端改善，这与武汉市在此期间继续严抓水环境污染有很大的关系。2011年武汉市环保局出台《武汉市2011年整治违法排污企业保障群众健康环保专项行动工作方案》，对武汉市的违法排污企业进行大力整治。2015年武汉市《武汉市主城区污水收集与处理专项规划》出台，对武汉市的治污工作进行了整体规划。2017年武汉市又提出了“四水共治”的战略目标。可见武汉市对于水污染的重视程度有所提高。目前武汉市污水治理也在不断创新与改革中，今年武汉市进行了国内首个基坑降水管道临时排水试验。
各项政策的出台和治污措施的落实，在一定程度上保障了武汉市在经济持续增长的同时，水生态环境也不断改善。
4 措施建议
武汉市的水环境与经济发展的库兹涅茨曲线不是经典的倒“U”型形态，这说明武汉市有着自己独特的经济发展与水环境的关系，根据EKC曲线经典倒“U”型结构而提出的“先发展，后治理”的观点，并不符合武汉市的发展规律。因此，针对武汉市经济增长的特点，对于水环境污染的治理提出以下几点建议：
坚持持续治污。将治污工作当成日常事务进行。根据笔者对武汉市2003年到2017年共15年的数据得出的EKC曲线能够反映这15年间的武汉市水环境污染与经济增长的关系，并能根据后续曲线对武汉市经济持续增长后的水环境污染情况进行简单预测。但是这个预测具有一定的局限性，受政策、经济、技术等影响，武汉市的环境库兹涅茨曲线有可能会呈现出不同的结构。所以应持续治污，防止出现水环境污染与经济增长的EKC曲线关系节点。
着力全面治污。根据武汉市2003年到2017年的工业废水排放总量来表征武汉市水环境的整体概况具有一定的局限性。这也是环境库兹涅茨曲线所存在的局限性，所以仅仅以笔者上述研究结论而认为武汉市水环境污染会持续的改善的观点也是不对的，从整体性着手，工业以外的对于水环境造成的污染也需大力整治。
转型绿色投资。减少对污染程度高、发展力度小、人民需求小的企业的投资;转而增大对高新技术产业和一些污染相对较少的企业的投资。
发展循环经济。采用科技手段，推进污染大的企业向绿色环保型企业转变，建立起循环型的工业体系。
健全法律法规。通过建立健全相应的水环境治理的法律法规，加强监管力度，使得EKC曲线能够持续的朝经济增长水环境污染程度减轻的方向发展。
5 结语
通过选取武汉市2003年至2017年工业废水排放总量和人均GDP作为研究库兹涅茨曲线的指标，得出武汉市水环境污染与经济发展呈倒“N”型关系，不符合传统的倒“U”型结构。库兹涅茨曲线的地域差异在武汉市表现为随着经济的发展水环境污染整体性改善，阶段性加深，而水环境污染的改善并不会随着经济的增长而自发改善，如果只注重经济的发展而不对水环境的变化产生任何的管制措施，那么水环境的破坏将严重阻碍经济发展，所以武汉市应注重发展与环境的关系，在保证发展的前提下，控制水环境污染，走可持续发展之路。
参考文献：
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作者简介：黄慧星（1999-），男，湖北洪湖人，本科，研究方向为工程造价。