中国环境科学
CHINA ENVIRONMENTAL SCIENCE
1999年　第19卷　第3期　Vol.19 No.3 1999



固体废物管理行业的环境投入产出模型及其应用
曾光明　袁兴中　张盼月　曾北危　郭怀成　Gordon G.H. Huang　L.Hemelaar
摘要：论述了在固体废物管理行业中应用环境投入产出模型的理论依据;研究了固体废物管理行业的投入产出模型的建模、展开及其预期的结果;并以长沙市为例讨论其应用.模型的结果能直接或间接反映区域经济和环境关系,为固体废物管理行业的可持续发展战略提供了一种实用的工具.
关键词：环境投入产出模型；经济与环境分析；固体废物管理
中图分类号：X3022 文献标识码：A 文章编号：1000- 6923(1999)03-0253-04
The environmental input-output model and its application to
the solid waste management sectors.
ZENG Guangming1,YUAN Xing-zhong1,ZHANG Pan-yue1,ZENG Bei-wei1,GUO Huai-cheng2,Gordon G.H.Huang3,L.Hemelaar4 
(1.Environmental Protection Research Institute,Hunan University,Changsha 410082,China；2.Environmental Science Center,Peking University,Beijing 100871,China；3.Faculty of Engineering, University of Regina, Canada S4S 0A2；4.Waste, Nieuwehaven 201,2801 CW, Netherlands). China Environmental Science. 1999,19(3)：253～ 256
Abstract：In this paper, an environmental input-output model was introduced to the regional solid waste management sectors. This model can reflect the direct and indirect relations between regional solid waste generation and the regional economy development. The results indicate that much useful information may be gained from the solution of the input-output model. The model therefore provides a useful tool for the sustainable development planning in the solid waste management service sectors.
Key words：environmental input-output model；analysis of economy and environment；solid waste management 
　　60年代以来,环境学家和经济学家开始在有关的经济模型中考虑环境因素,由此产生了环境投入产出模型及许多相关扩展模型,并被成功地应用于有关环境规划、环境经济、污染源控制等问题的分析和研究[1- 6].
　　1995年,荷兰政府NDGIC(Netherlands Directorate General of International Cooperation) 开始5年期的UWEP(Urban Waste Expertise Programme)研究计划.并于1996年10月委托湖南大学以长沙市为对象进行固体废物管理行业的环境投入产出模型的研究.本研究的重点是固体废物管理行业对经济与环境的定量贡献,研究的目的是为了使有关政府为固体废物管理行业制定更好的政策.研究成果在理论和实际上将对环境投入产出模型的发展和应用(尤其是对发展中国家固体废物管理行业方面的应用)起到一定的推动作用.
1 模型的建立
　　试图跟踪与固体废物管理行业和经济商品相关的环境商品的流动.环境投入定义为作为固体废物处理与处置结果的自然资源的消费、消耗和降解;环境产出定义为各种类型的固体废物的产生.
　　文中环境投入产出模型所使用的数学方法和矩阵的数学标记、模型说明和计算均遵循经典的投入产出模型理论和方法.模型为如下8块.
1.1 中间供给和购买(第1块)
　　这一块中包括在各经济部门之间商品的买卖和服务,用Xi表示经济行业i的总输出,可以得到：
Xi=Zi1+Zi2+…+Zin　(1)
式中:Zij(j=1,2, …,n)代表经济行业i的销售.输入对输出的比率Aij可表示为：
Aij=Zij /Xi　i,j=1,2,…n 　(2)
比率Aij为技术系数,可以用简明的矩阵表示为：
Z=A. (3)
式中: 是由Xi 矢量产生的对角矩阵; A是技术系数矩阵.
1.2 初始投入(第2块)
　　定义Y为初始投入值矩阵,W为初始投入系数矩阵,可以得到：
Y=W.　(4)
1.3 最终需求(第3块)
　　最终需求代表产业部门销售给最终使用者的产出.
f=hc+gc+in+e-im　(5)
式中:f为最终需求;hc为家庭消费; gc为政府消费; in为投资; e为进口商品的值;im为出口商品的值.
1.4 环境产出―产业部门产生的固体废物(第4块)
　　这部分表示产业部门在进行生产活动时产生的固体废物. 
O=.P Q=.R 　(6)
式中:O为产业部门产生的留在城市区的固体废物(t)产出矩阵;Q为产业部门产生的输出到研究区域外的固体废物(t)产出矩阵;P为产业部门产生的固体废物区内系数矩阵;R为产业部门产生的固体废物出口系数矩阵.
1.5 环境产出―最终消费产生的固体废物 (第5块)
　　这部分表示最终消费在进行消费活动时产生的固体废物.
M=.Pf N=. Rf 　(7)
式中:M为最终消费产生的留在城市区的固体废物(t)产出矩阵;N为最终消费产生的输出到研究区域外的固体废物(t)产出矩阵;Pf为最终消费产生的固体废物区内系数矩阵;Rf为最终消费产生的固体废物出口系数矩阵.
1.6 环境投入―固体废物投入(第6块)
　　这部分表示产业部门用作投入的固体废物值.
S=T.　U=V.　(8)
式中:S为来源于城区的固体废物(t)投入矩阵; U为研究区域外进口的固体废物(t)投入矩阵; T为固体废物投入区内系数矩阵; V为固体废物投入进口系数矩阵.
1.7 环境投入―原材料投入(第7块)
　　这部分代表与第6块的可回收废物和有机废物等价的原材料的值,即第6块中的可回收废物和有机废物可以替换本块中的原材料.
K=B.　(9)
式中:K为原材料(t)投入矩阵;B为原材料投入系数矩阵.
1.8 就业(第8块)
　　在本模型中加入了一个社会―经济变量即就业.
L=J.　(10)
式中:L为以人数表示劳动力投入矩阵;J为劳动力投入系数矩阵.
2　模型的结果
2.1 初始模型结果
初始模型结果包括含有相关行业产出直接系数矩阵,它们是A、W、P、R、T、V、B和J矩阵,这些矩阵显示行业生产变化的影响.需要指出的是一些有关数据必须由估算得到.
2.2 中间模型结果
　　中间模型结果包括含有相关最终需求系数的矩阵,也称之为累积系数.它们是:(I-A)-1为累积技术系数,I为单位矩阵;W(I-A)-1为累积初始投入系数矩阵;(I-A)-1 P为产业部门产生的固体废物累积内部产生系数矩阵;(I-A)-1R为产业部门产生的固体废物累积出口系数矩阵;Pf为最终需求产生的固体废物内部系数矩阵;Rf为最终需求产生的固体废物出口系数矩阵;T.(I-A)-1为固体废物内部累积投入系数矩阵;V.(I-A)-1为固体废物进口累积投入系数矩阵;B.(I-A)-1为原材料累积投入系数矩阵;J.(I-A)-1为劳动力累积投入系数矩阵.
2.3 指标
　　初始和中间模型结果能被用来计算大量的指标,这些指标将提供所研究问题的答案.这些指标分成6类,包括经济、环境、社会、环境―经济、社会―经济以及社会―环境指标.由第1、2、3块的货币值计算可得到经济指标;由第4、5、6、7块的物理值计算可得到环境指标; 由第8块的物理值计算可得到社会指标;由第1、2、3块的货币值以及由第4、5、6块的物理值计算可以得到环境―经济指标;由第1、2、3块的货币值以及由第4、5、8块的物理值计算可以得到社会―经济以及社会―环境指标.
3 实例应用
3.1 长沙市物资回收行业概述
　　长沙市物资回收行业有13个国有企业,雇佣约1700个工人;这个行业的私营企业都是一些小企业,大约有1100家,每个企业有1～ 3个雇员,这些小企业的雇员主要是低收入的城市居民和城市附近的农民.长沙市物资回收部门主要包括正式收集、非正式收集、分离与处理、废纸再生业、废塑料再生业、废橡胶再生业、废钢铁再生业、废有色金属再生业、废玻璃再生业、杂骨再生业、堆肥以及其它再生业.长沙市可回收固体废物主要来源于工业固体废物和城市固体废物.
3.2 数据收集
　　所有环境投入产出模型中使用的基本数据(共2046个数据)是从长沙市地方政府的有关部门和机构中得到,一些是公开出版的,一些没有公开出版但有很高的可靠性.
　　在环境投入产出模型中,许多基本数据是不能直接得到的,有些数据虽可以直接得到但必须调整到模型所需的格式.调整主要按以下方式进行:咨询行业专家;选定同行业具有代表性的3～ 5家企业作为典型企业,通过对典型企业的调查与分析,进行行业类推;通过企业的生产工艺、产值、投入产出关系反复推算.
3.3 模型计算
　　模型和模型结果计算都在LOTUS123上进行,根据环境投入产出模型中使用的基本数据(共2046个数据),可以求出2.1、2.2和2.3中列出的初始模型结果、中间模型结果和有关计算指标.
3.4 结果与讨论
　　初始模型结果、中间模型结果和这些指标可以用来对物资回收行业作全过程的分析,这些分析包括经济、技术、社会和环境等方面.分析结果可使相关部门的决策者为固体废物管理行业、物资回收行业等制定更好的政策.
　　例如,长沙市每年由产业部门和最终需求产生的可回收固体废物的量约442569t,其中包括废纸27201t、废塑料6097t、废橡胶1850t、废钢铁57333t、废有色金属3450t、废玻璃15340t、杂骨4433t、其它可回收物191288t、有机废物135577t.从初始模型结果系数矩阵P和R及中间模型结果系数矩阵(I-A)-1P和(I-A)-1R,可以分别得到长沙市所有产业部门每万元总产出及每万元最终需求产生的留在本地和出口的固体废物的量;通过矩阵Pf 和Rf可以分别得到消耗每万元最终需求所产生的留在本地和出口的固体废物的量.通过这些矩阵,比较其它主要产业部门,还可以发现,由于长沙市的物资回收行业的总产出量较小,技术简单、管理落后、效率不高、废物产生量大以及投入的一部分可回收废物不能完全使用,该行业的废物产生系数和累积系数较高.
　　长沙市在生产过程中使用相当于原材料的可回收固体废物的量约234150t,其中包括废纸13067t、废塑料701t、废橡胶946t、废钢铁39460t、废有色金属3278t、废玻璃3878t、杂骨1400t、其它可回收物165700t、有机废物5720t.在生产过程使用相应的原材料中可回收固体废物所占份额分别为废纸23.23%、废塑料4.34%、废橡胶1.61%、废钢铁12.92%、废有色金属16.11%、废玻璃7.47%、有机废物8.94%.从系数矩阵T和V,可以分别得到所有产业部门每万元总产出长沙市本地和进口的可回收固体废物的投入的量;从系数矩阵T.(I-A)-1和V.(I-A)-1,可以分别得到长沙市所有产业部门生产每万元最终需求的本地和进口固体废物的累积投入的量.这些结果从不同方面描述了长沙市在生产过程中使用相对于原材料的可回收固体废物的量, 表明可回收固体废物已经是长沙市的一种重要资源.
　　长沙市再生工业的总产出是12294.2万元(1994年),再生工业的收入(包括税收、补贴、工资和毛利)是3097.7万元.矩阵W和W.(I-A)-1分别为初始投入系数矩阵和累积初始投入系数矩阵.从这两个矩阵中可得到所有固体废物管理行业每万元产出的税收和补贴以及每生产万元最终需求的税收和补贴,由此可知,长沙市相对于其它产业固体废物管理行业的税收是比较低的而补贴是较高的.结果还表明,长沙市固体废物管理行业已享受了一定的优惠政策,相关的指标也说明了相同的结论.
　　长沙市再生行业总雇员约2258人.每万元产出的平均劳动力投入为0.18人.从矩阵J和 J.(I-A)- 1可以分别得到所有再生行业每万元产出的雇佣工人数和每生产万元最终需求的累积雇佣工人数.长沙市物资回收行业该数据高于除农业外的所有其它行业,可为长沙市该行业提供了很多就业机会,但也同时说明该行业劳动密度大、技术含量低.
4　结　语
　　研究了应用于固体废物管理行业的环境投入产出模型、模型的展开以及预期的结果,并以长沙市物资回收行业为例,定量地研究了物资回收行业对城市环境和经济的贡献等.
　　环境投入产出模型为固体废物管理行业的环境―经济分析提供了一个较合适的框架.环境产出代表固体废物产生的量,环境投入代表消耗环境资源的量.环境产出与固体废物管理行业的产生比率有关,环境投入与固体废物产生相关的自然资源的消耗有关(由此固体废物管理行业对环境产生的直接与间接影响在这个模型中被反映为环境投入).模型的结果能直接或间接反映区域经济和环境的关系,为固体废物管理、物资回收等行业制定政策提供了一种实用的工具.
基金项目：荷兰政府NDGIC(Netherlands Directorate General of International Cooperation) 资助的UWEP(Urban Waste Expertise Programme)国际合作项目;教育部优秀年轻教师基金资助项目
作者简介：曾光明(1962-),男,湖南华容人,博士,湖南大学环境保护研究所教授、博士生导师,主要从事环境工程中的新理论、新方法、新技术及新工艺的研究工作.已主持包括国家自然科学基金项目、国际合作项目在内的18余项课题.其中“中国龙舟文化旅游开发区暨中国岳阳南湖旅游度假区区域环境规划研究”获机械工业部科技进步二等奖、“湖南凌津滩库区造纸废水对水质的影响及治理措施研究”获机械工业部科技进步三等奖及“河流水质不确定性的数学模拟研究”获水利部科技进步三等奖.出版专著2本,发表论文80余篇. 
作者单位：曾光明1,袁兴中1,张盼月1,曾北危1, 郭怀成2,Gordon G.H. Huang3, L.Hemelaar4 (1.湖南大学环境保护研究所,湖南 长沙410082；2.北京大学环境科学中心,北京100871；3.Faculty of Engineering,University of Regina, Canada S4S 0A2；4.Waste,Nieuwehaven 201, 2801 CW, Netherlands)
参考文献：
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[2]Huang G H,Anderson W P,Baetz B W.Environmental input-output analysis and its application to regional solid-waste management planning [J].Journal of Environmental Management, 1994,42(1):63- 79.
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[5]王健民,钱兴福,尹章士等.产品实物型投入－转化－产出全平衡模型的建立及应用 [J].环境科学,1987, 8(3):2- 7.
[6]李嘉正,左玉辉.投入产出分析在污染物发生系统研究中的应用 [J].城市环境与城市生态, 1990,3(4):28- 31.
收稿日期：1998-09-17
