西部地区SO2总量控制方案合理性评估

彭 艳，姚 建，李正山，张卫兵

(四川大学建筑与环境学院，成都 610065)

公平性与效率性是污染物总量控制中两个重要的决策原则。由于效率性原则分配方法片面强调整体的经济效益性，忽视了区域间客观存在的差异性，导致分配“起点不公”，最终影响到总量控制工作的顺利开展［1］。分配允许排放量本质上是确定各排污者利用环境资源的权力、确定各排污者削减污染物的义务，因此在市场经济条件下，公平原则是污染物负荷分配应遵循的首要原则［2，3］。

基尼系数法是依据公平性原则进行污染物总量控制方案制定或评估的一种方法。基尼系数 (Gini Coefficient)是经济学概念，最初由意大利经济学家基尼 (Gini)根据洛伦兹曲线提出，用来分析国民收入规模分配格局的方法，特别是用来分析居民户之间收入分配的均衡性和差异性程度［4］。发展至今，基尼系数的应用范围已不仅仅局限于经济领域，还被应用于人口、工业的地理分布及地震预测等领域［5，6］，来描述人口的地理分布集中程度、工业的地理分布集中程度、专业产品生产的集中程度以及地震活动的集中程度等等。

就环境角度而言，可采用基尼系数反映单位经济、社会或环境资源指标所负荷污染物排放强度的平等程度，即根据人口、经济和环境容量等来分配排污权，保证分配的排污权和人口、经济和环境容量等规模相匹配，基尼系数越小，单位的人口数量、经济规模或环境容量所负荷的污染物量越平等，分配越公平。但现有基尼系数法应用于大气污染物负荷分配中存在如下不足之处:

(1)评价指标少，评价体系不完善

大气污染物主要来源于工业，为推动区域经济增长，避免限制工业发展，工业产值高的地方应分配相对较高的排污许可。另一方面，开展污染物总量控制工作一定程度依赖于当地政府或企业的积极性，对于环保投资较大，环保工作成效突出的地区，应适当地分配较低的削减任务，形成激励机制，便于调动当地政府或企业的积极性。现有基尼系数法应用于大气污染物负荷分配时，采取的指标主要有:人口、GDP、排污现状和土地面积，忽略了工业产值及环保投资。

(2)环境容量指标代表性弱

基于基尼系数的大气污染物负荷分配在选取代表环境容量的指标时，大多选择土地面积，但不同的土地利用类型对大气污染物的吸收作用差异较大，简单地选取土地面积作为环境容量的代表指标，不能较准确地反映评估对象的实际情况。

(3)基尼系数计算方法误差较大

现有方法计算环境基尼系数时，大部分选择梯形面积法进行计算，即按几何图形分块近似逼近计算的方法，其所估算的基尼系数小于实际值，尤其在数据点较少时，误差较大。

(4)未对各评价指标进行权重分配

基于基尼系数进行的大气污染负荷分配是一个多指标体系，不同指标对于该评价体系公平性分配的重要性及影响程度不同，现有大气污染负荷分配基本是按不同指标同等权重处理，未进行差异化处理，与实际情况不符。

本文针对存在的问题，对现有基尼系数法进行了改良，并应用到“十二五”西部地区SO2总量控制方案的合理性评估工作中。

1 大气污染物总量控制基尼系数法改良

本文针对现有基尼系数法存在的不足，进行了如下几方面改良:

1.1 新增工业产值、农用地面积、降雨强度及环保投资4个指标，完善评价指标体系

(1)工业产值:工业生产活动是点源污染物产生的主要源头，也是我国污染物总量控制规划中调整和削减的主要对象。本文选取工业产值这个能够反映工业生产水平的典型指标，评价工业领域污染负荷分配的公平性。

(2)农用地面积:农用地包括耕地、林地、草地、农田水利用地、养殖水面等，是土地类型中吸收大气污染物的主要部分，可较为准确地反映环境大气容量的一方面。

(3)降雨强度:降雨强度是反映大气环境容量的另一个因子，降水强度对大气系统中污染物的降解和清除能力有显著影响，降水强度越高，大气系统对SO2等污染物的降解、清除能力越强。

(4)环保投资:区域差异性不仅体现在经济、资源和环境等客观条件上，也反映在对待环境保护重视的程度上。单位环保投资负荷强度高，说明当地环保投入较少;单位环保投资负荷强度低，说明当地环保投入较多。为鼓励各地区加大环保投入，对于单位环保投资负荷强度低的地区应该适当降低削减任务量。

改良后基尼系数法的评价指标体系由人口、GDP、工业产值、农用地面积、降雨强度、现状排放量、环保投资7个指标构成，相对全面地反映了社会、经济、环境、资源和管理等多个领域，且都是典型的、数据信息相对容易采集的评价指标，是关系到公平分配的基础因子。

1.2 科学界定环境基尼系数合理范围

在经济学中，由于社会发展的局限性，人均收入的分配不可能完全均衡，因此基尼系数在0～0.2之间的可能性很小，故基尼系数的合理范围为0.2～0.4［7］。但在环境问题中，如果区域间没有环境资源冲突，没有不平等的前提，基尼系数有可能趋于0，吴悦颖等［8］在对7大流域水污染物总量分配方案评估中就把基尼系数的合理范围界定为0～0.2。如果区域间有跨境污染，交叉污染情况复杂，而且尚未建立区域环境冲突协调机制，存在不平等的前提，基尼系数应允许适当放大［9～11］。大气污染物常存在跨境污染，交叉污染情况复杂，且国内环境冲突协调机制尚未成熟，因此，本文将大气污染物环境基尼系数的合理范围界定为0～0.3。

1.3 利用洛伦兹曲线拟合方程计算基尼系数

为更准确地描述洛伦兹曲线和精确地估计基尼系数，本文采用谢健［12］提出的洛伦兹曲线拟合方程进行基尼系数的计算，该方程经多次实践证明，拟合效果好，具有较高的准确性。拟合方程表达式为:

洛伦兹曲线方程:

式中:Xm为按地区分组的m指标累计值占总量的比例，0≤Xm≤100%，m指标分别为:人口、GDP、工业产值、农用地面积、年均降水量、现状排放量、环保投资;Ym为Xm对应的污染物分配排放量，0≤Ym≤100%;A、α、β为系数。根据Ym和Xm的统计数据，利用最小二乘法便可估计出参数A、α、β

根据基尼系数定义，有:

式中:A为45°对角线与洛伦兹曲线之间的面积;B为对角线与折线之间面积(如图1所示)。结合(1)式，则:

式中:Β(1+α，1+β)是参数为1+α，1+β的 Β函数。Β函数可表示成Γ函数形式:

即基尼系数:

图1 SO2分配排放量洛伦兹曲线Fig.1 SO2emissions lorenz curve

1.4 对各指标权重差异化处理

大气污染负荷分配涉及到若干个指标，而不同指标对分配的重要性和影响程度不尽相同，为此，本文考虑采用采用熵值法确定各指标权重。根据信息熵原理，指标的信息熵越小，表明指标值的变异程度越大，提供的信息也越多，则其权重应越大，相反则权重越小［13～15］。假设 xi表示第i个分区内分配的污染物排放量，zij表示第i个分区内第j个指标的实际值，则第i个分区内第j个指标的单位负荷污染物量表示为:yij=xi/zij。由此，得到yij。式中 pij表示第j个指标下第i个分区值在该指标所占比重。于是，有

式中:ej表示第j个指标单位负荷污染物量的信息熵于是，得到

式中:wj表示第 j个指标权重，j=1，2，…，m。在此，m表示指标数目(m=7)。

2 西部地区SO2总量控制方案合理性评价

根据《“十二五”节能减排综合性工作方案》，到2015年，西部地区SO2排放总量控制在771.3万吨，比2010年的811.6万吨下降4.97%，“十二五”西部各地区的总量控制方案见表1。

表1 “十二五”各地区SO2排放总量控制计划Tab.1 The 12th Five－Year Plan of Regional sulfur dioxide total emission control scheme (万吨)

2.1 技术路线

利用改良基尼系数法评价SO2总量控制方案合理性的基本思路是:(1)整理相关指标及SO2总量控制方案等基础数据;(2)绘制各指标的洛伦茨曲线，绘制时应按单位指标的SO2分配排放量对数据进行由低到高排序;(3)计算各指标的基尼系数;(4)对不同指标进行权重分配;(5)计算多指标体系总的基尼系数，判断SO2总量控制方案的合理性。

根据《“十二五”节能减排综合性工作方案》，西藏、甘肃、青海及新疆四个省“十二五”期间无SO2削减任务，故本文评价范围内的西部地区总量控制方案不包含上述四个省。

2.2 西部地区“十二五”SO2分配排放量公平性分析

本文以2010年为基准年，基尼系数评价指标体系包括:人口、GDP、工业产值、农用地面积、降雨强度、现状排放量、环保投资7个指标。根据《中国统计年鉴2011》和《“十二五”节能减排综合性工作方案及各省目标》，计算得到西部各地区的7项指标值占各指标总量的比例和各地区分配SO2排放量占总分配排放量的比例，见表2。

表2 2010年西部地区各项指标比例Tab.2 Proportion of the indicators of the western regions in 2010 (%)

分别计算各单位指标负荷的SO2分配排放量，并将结果按由小到大的顺序将8个地区进行排序。依据排序，以人口、GDP、工业产值、农用地面积、降雨强度、现状排放量、环保投资的累计百分比作为横坐标，累计SO2分配排放量作为纵坐标，绘制相应的洛伦茨曲线。各指标对应的洛伦茨曲线见图2。

根据洛伦茨关系曲线，由式 (1)、(2)计算出西部地区各指标的SO2分配排放量基尼系数Gj，见表3。

表3 西部地区各指标SO2分配排污量的基尼系数GjTab.3 The Gini coefficient of SO2emission distribution of each indicator in western

根据式 (3)、(4)计算出各指标信息熵权重，见表4。

表4 西部地区各指标信息熵权重Tab.4 The information entropy weights of each indicator in western

图2 西部地区各指标SO2分配排放量洛伦茨曲线Fig.2 Lorenz curve of SO2emission distribution of each indicator in western area

由上述计算结果可知，西部地区“十二五”SO2总量分配方案总的基尼系数为0.33。

3 分析与讨论

由表3可知，评价指标体系中GDP－SO2分配排污量基尼系数、工业产值－SO2分配排污量基尼系数、现状排污量－SO2分配排污量基尼系数均低于0.3，属于合理范围内，西部各地区SO2的排放量分配方案基于经济规模及现状排放量较为公平。这主要由于“十二五”西部各地区SO2的分配排放量与GDP、工业产值及现状排污强度的顺序大致对应，其中四川、内蒙古、陕西3个地区GDP占西部地区评价范围GDP的55.69%，工业产值占西部地区评价范围的48.83%;现状排放量占西部地区评价范围的48.82%，SO2分配排放量占西部地区评价范围的48.89%。同时，根据表4可知，7个评价指标中现状排放量的信息熵权重低至0，即SO2的分配排放量与现状排放强度相符性最高，“十二五”西部各地区SO2排放量分配方案中受现状排放量影响最为明显。

评价指标体系中人口－SO2分配排污量基尼系数、农用地面积－SO2分配排污量基尼系数、降雨强度－SO2分配排污量基尼系数均高于0.3，超出了合理范围，西部各地区SO2的排放量分配方案基于人口、大气环境容量及环保投资出现一定程度的不公平。这主要因为“十二五”西部各地区SO2的分配排放量与以上各指标的排序有一定出入，较为典型的有:内蒙古人口比例占西部地区评价范围的8.12%，农用地面积比例占41.03%，年均降水量比例占5.99%，内蒙古具有人口规模较小，降雨量较少但农用地面积较多的特点，根据分配原则，人口规模小、降雨量较少的地区应该分配较少的允许排放量，但农用地面积多的地区应该分配较多的允许排放量。内蒙古地区分配到了21.47%的SO2排放量，与人口规模、降雨量及农用地面积比例都存在较大出入，这与内蒙古自身的地域特点有关。由表3可知，西部地区代表人口规模和大气环境容量的基尼系数的超出合理范围的程度不高于10%，同时由于部分地区的地域特点复杂，故人口及环境容量的基尼系数可近似合理，无须较大调整。

环保投资－SO2分配排污量基尼系数为0.43，远超出“警戒线”0.3。这主要是由于“十二五”西部各地区SO2排放量分配方案制定中，未对各地区的环保投资情况加以重视，陕西废气治理的环保投资比例占西部地区评价范围内的39.65%，而分配到的SO2排放量仅为13.94%。环保投资基本不受地区的地域特点限制，故环保投资基尼系数属于相对容易调整的指标，西部地区“十二五”SO2总量分配方案的总基尼系数为0.33，超出合理范围，要降低总的基尼系数，可优先考虑环保投资并结合各地区实际情况，对分配方案进行基尼系数进行一定的调整。

4 结论

(1)为提高大气污染负荷分配结果的公平性，利用农用地面积、降雨强度代替土地面积作为环境容量的代表指标，新增工业产值及环保投资2个评价指标，使得评价指标体系更为全面。评价指标信息熵权的引入，体现了不同指标在公平分配过程中重要性程度的差异，使得评价体系更符合实际情况。西部地区的SO2总量控制方案的合理性评估实例的研究，证明了该指标体系的有效性、合理性。

(2)根据大气污染物的特点，将基尼系数的合理范围界定为0～0.3，更符合大气污染物负荷分配的实际情况，提高了基尼系数合理性判断依据的科学性。

(3)利用拟合性较高的洛伦兹曲线方程计算基尼系数，有效地克服了梯形面积法误差较大的弊端，提高了计算结果的准确性。

(4)“十二五”西部各地区SO2排放量分配方案的基尼系数超出了合理范围，存在一定的不公平，降低基尼系数，可优先考虑针对西部各地区环保投资情况，对分配方案进行基尼系数进行优化。

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