濮陽市工業污染特征與產業布局調整路徑探析

王信增，郭銳利，卓全錄，王冰

(1.濮陽市生態環境監控和應急中心，河南 濮陽 457000；2.濮陽市輻射環境安全技術中心，河南 濮陽 457000；3.河南省濮陽生態環境監測中心, 河南 濮陽 457000)

隨著社會經濟和城鎮化快速發展，工業企業造成的城市環境壓力不容忽視[1-2]，在建設美麗中國的時代背景下，緩解城市環境壓力勢在必行，而識別工業污染特征是改善城市環境質量的重要基礎[3]。通過識別城市工業污染特征，深入分析城市尺度產業布局的科學性與合理性，是開展科學治污、精準治污的必然選擇[4-5]。

近年來，關于工業污染空間格局變化特征及其影響因素的研究，已覆蓋國家、省級、流域等多個尺度[6-8]。王金南[9]通過分析黃河流域產業結構特征，總結了當前黃河流域生態保護與高質量發展面臨的重要問題，提出了新時期推進黃河共同保護和協同治理的總體思路。白璐等[3]對黃河流域60個市州主要水污染物排放量開展了現狀評價和聚類分析，得出山西、河南、山東3省的沿黃河城市在空間上表現為區域性連片污染集聚，并建議制定生態環境保護和治理策略。張偉等[10]通過明確京津冀工業源大氣污染排放空間集聚特征，為區域協同綜合治理提出了建議。由此可知，識別工業污染特征的研究方法已趨成熟，但是研究尺度較大，提出的政策建議多呈現在頂層設計層面，而在城市尺度下對鄉鎮級環境改善提出的政策性建議鮮于研究?，F基于濮陽市第二次全國污染源普查數據，使用聚類分析、核密度分析方法探尋濮陽市工業污染特征，為濮陽市產業布局調整提供技術支持。

1 研究方法

1.1 研究區概況

濮陽市位于中國河南省的東北部，黃河下游北岸，河北、山東、河南3省交界處，屬于黃河沖積平原的一部分,總面積為4 188 km2，地面海拔在48～58 m，地勢較為平坦。其轄區位于東濮凹陷之上，油氣資源豐富，因此濮陽市也是一座“因油而建、因油而興”的資源型城市，濮陽市轄濮陽縣、清豐縣、南樂縣、范縣、臺前縣和華龍區5縣1區，設有1個國家級經濟開發區、1個工業園區和1個城鄉一體化示范區。2013年，濮陽市被列為衰退型資源枯竭城市。城市的資源稟賦造就城市的經濟發展特征，化學原料和化學制品制造業與石油、煤炭及其他燃料加工業(以下簡稱石化行業)逐漸替代石油和天然氣開采業，成為濮陽市支柱行業。2020年濮陽市空氣質量綜合指數為337，全國城市排名倒數第26名，地表水水質狀況為輕度污染，生態環境狀況與人民對美好生活的向往有一定差距，與王金南[9]總結的黃河流域產業結構特點契合。

1.2 數據來源

工業企業基本信息及污染物產排量數據來自2017年濮陽市第二次全國污染源普查數據。濮陽市產業集聚區范圍根據濮陽市規劃環評報告獲取。

1.3 分析方法

1.3.1 聚類分析法

濮陽市工業企業涉及28個行業大類，覆蓋308個行業小類，現將企業數量、污染物排放總量、工業總產值、污染物排放強度作為變量因子，采用系統聚類分析對濮陽市行業大類進行聚類，選擇組間連接法，標定距離采用歐式距離，并借助SPSS軟件進行分析。

歐式距離的計算公式如下：

(1)

用二階范數可以表示為：

d(xi，xj)=‖xi-xj‖

(2)

式中：dij——歐式距離，無量綱；i,j——樣本編號，其中i≠j；k——變量數，k=1,2，…，n(n=4)；xik、xjk——變量為k的第i個、第j個樣本值[11]；d(xi，xj)——2階范數，無量綱；xi——第i個樣本的距離，無量綱；xj——第j個樣本的距離，無量綱。

1.3.2 核密度分析法

核密度分析，指使用核函數根據點或折線要素計算每單位面積的量值以將各個點或折線擬合為光滑錐狀表面的分析方法[12]。計算公式如下：

(3)

式中：f(x)——待估計的企業點x處的核密度計算函數；n——企業數；h——搜索半徑，km；x-xi——估計點到樣本xi處的距離，km；k(·)——核函數方程。

在核密度分析中，落入搜索區的點具有不同權重，靠近搜索中心的點會被賦予較大的權重，反之權重較小。在實際運用中，搜索半徑h的設置主要與分析尺度以及地理現象特點有關。較小的搜索半徑可以是密度分布結果中出現較多的高值或低值區域，而較大的搜索半徑可以在全局尺度下使熱點區域體現得更加明顯。張偉等[10]基于核密度分析研究了京津冀工業源大氣污染排放空間集聚特征；張靜等[13]基于核密度分析研究了京津冀地區工業水污染排放空間特征；張媛媛等[14]基于核密度分析研究了APEC會議前后京津冀空氣污染時空變化特征。

基于前人的研究成果，現引用核密度分析法計算濮陽市非產業集聚區污染物排放空間集聚特征，直觀反應濮陽市經濟發展水平和生態環境質量之間協調發展狀態，結合研究區域實際情況，將100 m×100 m作為基本地理單位輸出結果，搜索半徑為2 km，利用ArcGIS軟件中的核密度分析工具進行分析。

1.3.3 工業總產值污染物排放強度比對方法

從絕對排放量的角度，探尋研究區主要污染物排放類型，參考原環境保護部對“萬元工業增加值主要污染物排放強度”的定義，根據研究區實際情況，選取污染源普查數據中化學需氧量、氨氮、總氮、總磷、石油類、二氧化硫、氮氧化物、顆粒物、氨、廢氣鉛共10種污染物，將其排放量統一量綱后的加和作為行業主要污染物排放總量。同時計算不同行業的單位工業總產值污染物排放量，也稱為工業總產值污染物排放量強度[15]，計算公式為：工業總產值污染物排放量強度=行業污染物排放總量/工業總產值。工業總產值污染物排放強度越大，表明在產生同樣的效益下，該行業對環境的壓力越大，反之對環境的壓力越小。

2 結果與分析

2.1 濮陽市行業結構特征分析

濮陽市2017年納入污染源普查的工業企業共3 131家，覆蓋28個行業大類、308個行業小類。濮陽市行業類別企業數與工業總產值統計結果見圖1。行業代碼按照《2017年國民經濟行業分類》(GB/T 4754—2017)標識。由圖1可見，非金屬礦物制品業數量居行業首位，占工業企業總數的14.44%；其后依次為木材加工和木、竹、藤、棕、草制品業，農副食品加工業，紡織服裝、服飾業，金屬制品業，橡膠和塑料制品業，家具制造業，化學原料和化學制品制造業，汽車制造業，食品制造業，專用設備制造業，皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業，電氣機械和器材制造業，分別占工業企業總數的8.34%，8.34%，7.15%，6.9%，6.77%，5.69%，5.11%，4.69%，4.47%，4.22%，3.51%和3.16%，上述13個行業大類工業企業數占工業源總數的82.75%。

圖1 濮陽市行業類別企業數與工業總產值統計結果

濮陽市行業內企業數量與工業總產值線性關系不明顯。石油、煤炭及其他燃料加工業工業總產值遠高于其他行業，占濮陽市工業總產值的25.11%，其后依次為化學原料和化學制品制造業，農副食品加工業，非金屬礦物制品業，電氣機械和器材制造業，石油和天然氣開采業，食品制造業，造紙和紙制品業，電力、熱力生產和供應業，分別占工業總產值的11.81%，11.62%，8.99%，8.48%，5.11%，4.50%，4.09%，2.88%，上述9個行業大類占濮陽市工業總產值的82.59%。濮陽市支柱行業仍是石化行業，工業總產值占比36.92%，擁有最大的工業總產值份額，同時產業關聯程度高，帶動力較強，作為資源型城市，擁有良好的市場前景和發展潛力，基本符合該地區產業結構需要和產業發展規律。但是需要指出的是化工行業是對資源要求程度較高的資本密集型行業[16]，濮陽市已邁入資源枯竭型城市的衰退期，資源較為短缺，在加快資源型城市轉型的同時，推動化工行業的延鏈、補鏈、強鏈顯得尤為重要。農副食品加工業，非金屬礦物制品業2個行業工業總產值占比20.61%，且2個行業企業規模普遍較小且龍頭企業不足。

2.2 濮陽市行業污染特征分析

濮陽市主要污染物分布占比見圖2。由圖2可見，顆粒物排放量占比最高(33%)，其次為氮氧化物(29%)，然后為二氧化硫(19%)。

圖2 濮陽市主要污染物分布占比

濮陽市不同行業污染物排放量與工業總產值污染物排放量強度見圖3。

圖3 濮陽市不同行業污染物排放量與工業總產值污染物排放量強度

由圖3可見，顆粒物排放量最大的4個行業依次為非金屬礦物制品業，化學原料和化學制品制造業，石油、煤炭及其他燃料加工業和農副食品加工業，顆粒物排放總量占濮陽市顆粒物排放量的68.18%；氮氧化物、二氧化硫排放量最大的4個行業依次為非金屬礦物制品業，石油、煤炭及其他燃料加工業，電力、熱力生產和供應業、化學原料和化學制品制造業，4個行業氮氧化物、二氧化硫總排放量分別占全市排放量的72.64%，71.86%；化學需氧量最大的4個行業是石油、煤炭及其他燃料加工業，造紙和紙制品業，化學原料和化學制品制造業，皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋業，排放總量占比全市排放量的78.54%?？梢婂ш柺形廴疚锱欧帕看蟮男袠I也多為傳統高污染、高耗水行業，流域生態環境風險較高。

非金屬礦物制品業污染物排放總量最大，主要污染物種類為顆粒物，工業總產值污染物排放量強度為45.64 t/億元，行業最高。其次是石油、煤炭及其他燃料加工業和化學原料、化學制品制造業，污染物排放種類較多，涉及廢水廢氣，但工業總產值污染物排放量強度分別為11.45，15.25 t/億元，這可能與企業規模，污染治理設施齊全有關。而電力、熱力生產和供應業的主要污染物排放量排名第4，主要種類為二氧化硫與氮氧化物，工業總產值污染物排放量強度為34.35 t/億元，排名第3。非金屬礦物制品業和石油、煤炭及其他燃料加工業是濮陽市廢氣污染物的主要來源，石油、煤炭及其他燃料加工業與農副食品加工業是濮陽市廢水污染物的主要來源。

為對濮陽市所有行業提出合理性建議，將企業數量、污染物排放總量、工業總產值、污染物排放強度作為變量因子對28個行業大類進行聚類分析，行業結構系統聚類分析結果見圖4。由圖4可見，將28個行業分為4類(圖中紅線與黑線的交匯點)。第1類的主要特征是企業數量、污染物排放總量、工業總產值、污染物排放強度4項指標都高，僅包含非金屬礦物制品業，這類行業多為中小微型規模的建材企業[17]。第2類的主要特征是工業總產值最高，排放量較大，污染物排放強度較低，行業類別主要包含石化行業和農副食品加工業，這類行業是濮陽市支柱行業。第3類行業主要特征是污染物排放量較大、企業數量較多，工業總產值仍有貢獻的行業，主要包括電力、熱力生產和供應業、食品制造業、木材加工和木、竹、藤、棕、草制品業等行業，多為傳統污染行業。第4類行業主要特征是污染物排放強度較低，包括電氣機械和器材制造業、石油和天然氣開采業、專用設備制造業等，這類企業產品附加值較低，屬勞動密集型行業。

圖4 行業結構系統聚類分析結果

2.3 濮陽市工業污染空間分布特征分析

識別工業污染空間分布特征是精準治污、精準管控的基礎，以鄉鎮(辦)為基礎單元，統計鄉鎮(辦)轄區內污染物產排量，濮陽市污染物產生、排放總量分布見圖5。由圖5可見，污染物產生量低于802.37 t的鄉鎮(辦)共72個，占所有鄉鎮(辦)的80%，污染物產生量僅占濮陽市污染物產生總量的2.29%。污染物產生量前10的鄉鎮(辦)，都屬于產業集聚區，污染物產生量占濮陽市污染物產生總量的95.49%。污染物排放量低于58.04 t的鄉鎮(辦)63個，占所有鄉鎮(辦)的70%，污染物排放量僅占全市排放總量的12.8%。污染物排放量前10的鄉鎮，其污染物排放量占濮陽市污染物排放總量的67.69%，其中7個鄉鎮屬于產業集聚區，產業集聚區污染物排放量占濮陽市排放總量的63.05%?？梢?，產業集聚區是污染物產排的重要區域，是挖掘污染物減排的關鍵，而非產業集聚區污染物產生量僅占濮陽市污染物產生總量的4.51%，但污染物排放量占濮陽市污染物排放總量的36.95%，這說明非產業集聚區企業污染物排放除去率低，需要在考慮經濟和環境協調發展的同時精準治污、差異化治污。

圖5 濮陽市污染物產生、排放總量分布

借助ArcGIS軟件的自然斷點法將污染物排放量密度圖與鄉鎮尺度工業總產值分布圖疊置，得到濮陽市非產業集聚區鄉鎮(辦)工業總產值與企業污染物排放量密度空間耦合分布(圖6)。

由圖6可見，濮陽市非產業集聚區污染物排放量密度值大多低于1.26 t/(億元·km-2)。

圖6 濮陽市非產業集聚區鄉鎮(辦)工業總產值與企業污染物排放量密度空間耦合分布

結合濮陽市經濟狀況，將非產業集聚區鄉鎮(辦)分為4種類型。經濟貢獻與污染物排放耦合典型鄉鎮代表見表1。

由表1可見，高經濟貢獻-污染物排放高值區屬于排污企業密集且對工業總產值較大的區域，涉及的鄉鎮主要為八公橋鎮、柳屯鎮、戶部寨鎮等，這類區域多表現為未形成產業集聚區的行業集聚地或某個大型企業所在地，鄉鎮應加強污染物集中治理水平，實行嚴格的排污管控，利用現有行業集聚的空間分布優勢，提高準入標準，最終形成特色產業集聚區，規范管控[18-19]。高經濟貢獻-污染物排放低值區多集中在市、縣建成區周邊，專用設備制造業、電氣機械和器材制造業、印刷和記錄媒介復制業等低污染物排放強度行業較多，這類區域企業污染本身較少，由于緊鄰市、縣建成區，環境管制較嚴，污染治理水平較高，應持續保持并提升環境質量水平。低經濟貢獻-污染物排放高值區多為沿黃河鄉鎮，這些區域工業企業較少，多以非金屬礦物制品業為主，規模小，分布散亂，受環境政策管制較強。建議因地制宜，可以通過資源優化的方式提高企業集聚度，加強污染物的集中治理水平，培育龍頭企業，增強市場競爭力。低經濟貢獻-污染物排放低值區可以大致分為2個部分，一是市建成區街道辦，二是遠離建成區與外省市接壤的鄉鎮。市建成區街道辦仍應嚴格按照有關規定執行污染物排放管控要求，禁止損害生態服務功能的開發建設活動。其他鄉鎮在引入項目時，需要限值污染性企業，強化環境準入條件，在保持環境質量的同時，提高經濟收入。

表1 經濟貢獻與污染物排放耦合典型鄉鎮代表

3 結論及建議

3.1 結論

(1)濮陽市工業企業覆蓋28個行業大類，308個行業小類。非金屬礦物制品業等13個行業大類工業企業占全市工業總數的82.75%。但是行業內企業數量與工業總產值線性關系不明顯，石化行業仍是濮陽市支柱行業，工業總產值占比36.92%。

(2)顆粒物、氮氧化物、二氧化硫、化學需氧量4項污染物排放量占濮陽市工業污染源排放總量的93%，其中以顆粒物排放量占比最高。非金屬礦物制品業，石油、煤炭及其他燃料加工業是濮陽市廢氣污染物的主要來源，石油、煤炭及其他燃料加工業與農副食品加工業是濮陽市廢水污染物的主要來源。

(3)產業集聚區污染物產生量占濮陽市污染物產生總量的95.49%，污染物排放量占濮陽市排放總量的63.05%，是污染物產排的主要區域，有巨大的減排潛力。非產業集聚區污染物產生量僅占濮陽市污染物產生總量的4.51%，但污染物排放量占濮陽市污染物排放總量的36.95%，是精準治污、科學治污的重點。

3.2 建議

(1)濮陽市工業結構存在非金屬礦物制品業企業規模小，分布散、數量多，石化行業特色不突出，無龍頭企業引領的特點，應重新整合轄區非金屬礦物制品業，繼續做強石化行業，兼顧發展污染物排放強度低的行業，這也是濮陽市工業發展目標的重要內容之一。積極采用高新技術和先進適用技術，加大對石化行業的改造提升力度[20]，切實做到延鏈補鏈強鏈，再造傳統支柱產業新優勢。同時將非金屬礦物制造業作為重點改造提升產業，淘汰落后產能，實施嚴格的資源利用、環境影響評價制度，從源頭減少落后產能，從源頭減少污染的產生[21]。

(2)應因地制宜，政策引導，發揮中小企業自主能動性，提升環境質量。通過企業兼并、重組或聯合的方式改造成正規的大企業，從而污染物可以達標排放，也可以鼓勵企業拆解產業鏈，選擇擅長的某個環節，做精做深，在減少污染環節的同時，提高企業競爭力。另一方面通過提高入園標準，從源頭控制污染，實現資源最大化利用，同時合理配置資源，實現原料供應渠道的“綠色”，加大綠色化工過程的應用，實現工藝設計的“綠色”，使用新型催化劑、低毒原料，實現生產過程“綠色”的方式建設綠色產業集聚區。

(3)生態環境數據具有高維度、高復雜性、高不確定性3個特性，特別是第二次全國污染源普查數據，普遍存在“數據豐富而信息匱乏”的問題，本研究成果對挖掘鄉鎮發展潛力、優化城市產業布局、改善城市環境質量有重要的現實意義，可為其他地市提供參考。接下來可深入研究廢水、廢氣污染物空間分布格局，行業污染物排放特征，為政府部門調整規劃工業和重點治理廢氣、廢水污染區提供依據。