環(huán)境基尼系數(shù)在遂寧市水污染物總量分配中的應(yīng)用

孟勤憲, 吳炳麟, 沈劍飛, 游佐佳

(遂寧市環(huán)境保護(hù)局,四川 遂寧　629000)

· 環(huán)境監(jiān)測(cè) ·

環(huán)境基尼系數(shù)在遂寧市水污染物總量分配中的應(yīng)用

孟勤憲, 吳炳麟, 沈劍飛, 游佐佳

(遂寧市環(huán)境保護(hù)局,四川 遂寧629000)

根據(jù)遂寧市“十二五”主要污染物總量削減目標(biāo)責(zé)任書要求，為公平的分配污染物目標(biāo)削減量，運(yùn)用環(huán)境基尼系數(shù)法，通過總?cè)丝?、?guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、土地面積3個(gè)指標(biāo)對(duì)遂寧市五縣(區(qū))的化學(xué)需氧量排放情況進(jìn)行公平性分析，結(jié)合線性規(guī)劃法對(duì)分配結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，并利用Visual Basic編寫出遂寧市化學(xué)需氧量排放量輔組計(jì)算程序，最終得出2015年遂寧市化學(xué)需氧量最優(yōu)的削減方案，更科學(xué)、公平、有效地分配了2015年各區(qū)縣COD的最終排放量。

基尼系數(shù)總量分配公平水污染

科學(xué)適用的總量控制技術(shù)方法是實(shí)施總量控制政策的前提和基礎(chǔ)。污染物總量的分配是總量控制的核心，初始分配又是實(shí)施總量控制的起點(diǎn),直接影響到排污許可證總量分配和總量減排工作[1]，因此選取一種基于公平和效率的總量分配方法能更好的實(shí)現(xiàn)污染物的總量減排工作?；嵯禂?shù)作為一個(gè)考察居民內(nèi)部收入分配差異狀況的分析指標(biāo)[2，3]，解決了經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)中“度”的問題，是眾多衡量收入分配不均衡性指標(biāo)和方法中最有效的工具，除了用于經(jīng)濟(jì)學(xué)社會(huì)財(cái)富分配平等狀況分析外，還可以運(yùn)用在其他學(xué)科有關(guān)分布均勻度分析的各個(gè)方面。將基尼系數(shù)法運(yùn)用于水污染物總量分配中能夠更公平性有效，有差異性且定量的對(duì)某區(qū)域污染物總量科學(xué)分配，減少因傳統(tǒng)簡(jiǎn)單平均分配引起的分配不合理現(xiàn)象。

本文以遂寧市5個(gè)縣區(qū)為評(píng)價(jià)對(duì)象，基于公平性的水污染物總量分配基尼系數(shù)的計(jì)算和分析，得出2015年遂寧市各區(qū)縣水污染物總量分配優(yōu)化方案。

1　基于基尼系數(shù)法的水污染物總量分配模型

1.1基尼系數(shù)內(nèi)涵

基尼系數(shù)由意大利統(tǒng)計(jì)學(xué)家基尼在洛倫茲曲線的基礎(chǔ)上提出，見圖1。如果洛倫茲曲線為對(duì)角線OC，則表示總量控制指標(biāo)的分配是絕對(duì)均勻的，直線OC稱為絕對(duì)均等線；如果洛倫茲曲線為拐角線ODC，則表明總量控制指標(biāo)極不均勻，拐角線ODC稱為絕對(duì)不均等。實(shí)際生活中繪制的洛倫茲曲線具有一定的彎曲度如曲線OBC被稱為實(shí)際分配曲線[4]。

(1)

式中，A:實(shí)際分配曲線與絕對(duì)均等線之間的面積;

B:實(shí)際分配曲線與絕對(duì)不均等線之間的面積。

圖1　洛倫茲曲線Fig.1　The Lorenz curve

由定義可看出基尼系數(shù)的實(shí)質(zhì)是不均等面積在分配區(qū)域總面積所占比重，取值范圍為[0,1]，當(dāng)總量指標(biāo)分配越是趨向平等，洛倫茲曲線的弧度越小，基尼系數(shù)越小。反之，總量指標(biāo)分配趨向越不平等，洛倫茲曲線的弧度越大，基尼系數(shù)也就越大[5]。

1.2基尼系數(shù)的計(jì)算

環(huán)境基尼系數(shù)的計(jì)算方法中，可采用梯形面積法，將洛倫茲曲線下方的面積分解為若干梯形面積進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式為：

(2)

式中，Xi為控制指標(biāo)的累計(jì)百分比；Yi為污染物的累計(jì)百分比，i為分配對(duì)象的數(shù)量。當(dāng)i=1時(shí)(Xi-1，Yi-1)視為(0,0)。

1.3影響水污染物控制指標(biāo)的選擇

影響區(qū)域水污染物總量分配涉及區(qū)域自然地理環(huán)境，人口總數(shù)，人口自然增長(zhǎng)率和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值，環(huán)保投資等多方面因素[6]。這些指標(biāo)當(dāng)中，部分指標(biāo)存在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不全或難以統(tǒng)計(jì)的問題，依據(jù)典型性、易采集、易定量化、易比較等原則，最終確定總?cè)丝?、?guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、土地面積3個(gè)方面的代表性指標(biāo)，構(gòu)成水污染物總量分配中的指標(biāo)體系[7]。

2　水污染物總量分配技術(shù)路線

本文選取2011年遂寧市5個(gè)區(qū)縣環(huán)統(tǒng)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)化學(xué)需氧量總量分配的基尼系數(shù)進(jìn)行計(jì)算并逐項(xiàng)分析，見表1。分為以下幾步：

2.1根據(jù)遂寧市的實(shí)際情況，選擇總?cè)丝?、?guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、土地面積為本次評(píng)價(jià)的控制指標(biāo)體系。

2.2繪制各控制指標(biāo)的洛倫茲曲線，并計(jì)算相應(yīng)的環(huán)境基尼系數(shù)。

2.3根據(jù)遂寧市“十二五”COD減排目標(biāo)確定線性規(guī)劃最優(yōu)化模型并利用Visual Basic編寫出遂寧市化學(xué)需氧量排放量輔組計(jì)算程序，確定最優(yōu)削減方案。

3　方法應(yīng)用

3.1三項(xiàng)控制指標(biāo)的基尼系數(shù)計(jì)算

以GDP為例計(jì)算2011年基于GDP的化學(xué)需氧量排放基尼系數(shù)，見表2。

表1　2011遂寧市各指標(biāo)數(shù)據(jù)

表2　2011遂寧市各區(qū)縣單位GDP化學(xué)需氧量排放量排序及所占比例

根據(jù)公式(2)計(jì)算可得基于GDP的化學(xué)需氧量排放的基尼系數(shù)為0.18，基于人口的化學(xué)需氧量排放量的基尼系數(shù)為0.16，基于土地面積的化學(xué)需氧量排放量的基尼系數(shù)為0.15。

三項(xiàng)指標(biāo)的洛倫茲曲線如圖2，圖3，圖4所示。

圖2　基于GDP的化學(xué)需氧量排放量洛倫茲曲線Fig.2　The COD emissions Lorenz curve based on GDP

圖3　基于人口的化學(xué)需氧量排放量洛倫茲曲線Fig.3　The COD emissions Lorenz curve based on population

圖4　基于土地面積的化學(xué)需氧量排放量洛倫茲曲線Fig.4　The COD emissions Lorenz curve based on land area

3.2模型優(yōu)化

根據(jù)遂寧市“十二五”主要污染物總量削減目標(biāo)責(zé)任書要求[8]，2015年遂寧市化學(xué)需氧量控制在5.3647萬噸，對(duì)2011年化學(xué)需氧量的排放現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)整需滿足：

(1)2015年化學(xué)需氧量排放量較2011年削減5.4%。

(2)各區(qū)縣化學(xué)需氧量削減比例控制在2%～7%之間。

(3)控制指標(biāo)基尼系數(shù)之和最小。

3.3削減方案優(yōu)化及結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算方法，利用Visual Basic編寫出遂寧市COD排放量計(jì)劃輔組計(jì)算程序，在程序中可以輸入遂寧市5區(qū)縣的人口、GDP、土地面積和計(jì)劃基準(zhǔn)排放量如圖5所示，然后按照排放縮減計(jì)劃設(shè)定出全市計(jì)劃縮減排放量和區(qū)縣的最大和最小縮減排放量。程序會(huì)采用試算法，在區(qū)縣計(jì)劃的最大最小排放量范圍中，計(jì)算出復(fù)合全市計(jì)劃排放量的所有區(qū)縣排放量組合，并同時(shí)計(jì)算出所有組合情況下的人口、GDP和土地面積基尼系數(shù)，最后按照基尼系數(shù)總和最小原則，選取基尼系數(shù)總和最小的一種區(qū)縣排放組合作為最后的排放縮減計(jì)劃值。如圖6所示，原排放量為2011年遂寧市各區(qū)縣COD排放量，計(jì)劃排放量為2015年遂寧市各區(qū)縣COD削減后的目標(biāo)排放量，此排放量是滿足2015年化學(xué)需氧量排放量較2011年削減5.4%基礎(chǔ)上，三個(gè)影響因子基尼系數(shù)和最小(人口基尼系數(shù)0.075， GDP基尼系數(shù)0.11，土地面積基尼系數(shù)0.15)。即2015年遂寧市各區(qū)縣化學(xué)需氧量排放的分配較公平的排放結(jié)果。

圖5　Visual Basic 計(jì)算界面Fig.5　Visual Basic interface

圖6　2015年遂寧市各區(qū)縣COD排放量及各指標(biāo)基尼系數(shù)Fig.6　COD emissions and index Gini coefficients of Suining City in 2015

4　結(jié)　論

4.1本文應(yīng)用環(huán)境基尼系數(shù)對(duì)水污染物總量指標(biāo)分配方案的公平合理程度進(jìn)行了量化，綜合考慮總?cè)丝凇?guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、土地面積3個(gè)因素，使分配削減方案的環(huán)境基尼系數(shù)不超過合理范圍且之和最小，這一方法得出的分配結(jié)果較傳統(tǒng)總量分配方案更加公平透明合理，為總量減排及排污許可證發(fā)放提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.2水污染物總量分配方案受水污染物環(huán)境容量，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平，人口的制約，本文中3個(gè)影響因素對(duì)水污染物排放的影響并不是相等的，不同因素對(duì)排放量影響程度不同，因此還可以考慮給各個(gè)分配指標(biāo)賦予相應(yīng)權(quán)重[9]，使總量分配方案更符合實(shí)際情況。

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Application of Environmental Gini Coefficient in Total Water Pollutants Allocation in Suining City

MENG Qin-xian,WU Bing-lin,SHEN Jian-fei,YOU Zuo-jia

(SuiningEnvironmentalProtectionBureau,Suining,Sichuan629000,China)

According to the requirement of the main pollutants total reduction target responsibility book in Suining city during the “Twelfth Five Year Plan”, and for the sake of, fair distribution of pollutants reduction, this paper used environmental Gini coefficient method, analyzed the fairness of COD emissions of five district in Suining City from the total population, GDP and land area 3 aspects. Combining with the linear programming method to optimize the allocation result, and use Visual Basic to compile Suining COD emissions auxiliary calculating program to obtain the optimal COD reduction scheme. The chemical oxygen demand emission load were allocated to each county scientifically and fairly in 2015.

The Gene coefficient; the total amount allocation; fair; water pollution

2014-07-07

孟勤憲(1983-)，女，四川廣元人，2010年畢業(yè)于西南交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)專業(yè)，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境管理。

X832

A

1001-3644(2015)01-0074-04