蒯 鵬,李 巍*,成 鋼,任貴平 (.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 00875；.山西省環(huán)境規(guī)劃院,山西 太原

030024；3.山西省臨汾市環(huán)境保護(hù)局,山西 臨汾 041000)

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在城市發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)中的應(yīng)用
——以山西省臨汾市為例

蒯 鵬1,李 巍1*,成 鋼2,任貴平3(1.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100875；2.山西省環(huán)境規(guī)劃院,山西 太原

030024；3.山西省臨汾市環(huán)境保護(hù)局,山西 臨汾 041000)

鑒于作為評(píng)價(jià)對(duì)象的城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)具有多目標(biāo)、多要素、動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)等突出的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特征,選擇和應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法開展城市發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)在理論上具有可行性和技術(shù)優(yōu)勢(shì).作為典型資源型城市的山西省臨汾市正面臨轉(zhuǎn)變發(fā)展方式和加快環(huán)境治理的緊迫要求,本文依托該市轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)工作,在全面識(shí)別和剖析城市發(fā)展要素、現(xiàn)狀問題及其成因基礎(chǔ)上,以經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排和環(huán)境改善為重點(diǎn)研究了規(guī)劃要素間的動(dòng)態(tài)反饋關(guān)系,以此構(gòu)建城市轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)SD模型,并對(duì)4個(gè)規(guī)劃替代方案進(jìn)行模擬和評(píng)價(jià).結(jié)果顯示,在環(huán)境目標(biāo)剛性約束下所有替代方案均不能實(shí)現(xiàn)人均GDP翻番的較高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)目標(biāo),其中以較強(qiáng)環(huán)境約束為特征的“方案III”具有最好的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)綜合效果.據(jù)此評(píng)價(jià)建議臨汾市應(yīng)在確保實(shí)現(xiàn)環(huán)境改善目標(biāo)的前提下主動(dòng)放緩工業(yè)增長(zhǎng)速度,同時(shí)加快以“煤焦鐵電”為代表的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整并繼續(xù)加大節(jié)能減排力度,全面提高城市可持續(xù)發(fā)展能力.

城市可持續(xù)發(fā)展；規(guī)劃環(huán)評(píng)；替代方案；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；環(huán)境約束

由于城市規(guī)劃不合理、經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式粗放、環(huán)境保護(hù)投入不足等原因,全國(guó)許多城市面臨著水土資源和能源消耗過高、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重且污染物排放量大、大氣和水環(huán)境污染突出、人居環(huán)境惡化等諸多嚴(yán)重影響和制約城市可持續(xù)發(fā)展的問題[1-2].規(guī)劃環(huán)評(píng)是對(duì)規(guī)劃實(shí)施可能造成的環(huán)境影響進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià),并提出預(yù)防或者減輕不良環(huán)境影響的對(duì)策和措施的過程[3].開展城市規(guī)劃環(huán)評(píng)對(duì)于合理規(guī)劃城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及協(xié)調(diào)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系具有重要作用.

城市是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境子系統(tǒng)及其各種要素相互作用的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[4].城市規(guī)劃是對(duì)多目標(biāo)、多方案進(jìn)行識(shí)別和篩選的決策過程,因而在開展環(huán)評(píng)時(shí)需要充分考慮各規(guī)劃要素之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系及其系統(tǒng)綜合效應(yīng).國(guó)內(nèi)外的環(huán)評(píng)研究表明,篩選和評(píng)價(jià)替代方案是成功實(shí)施規(guī)劃環(huán)評(píng)的關(guān)鍵[5-6],但是在實(shí)踐中還存在較大的不足.劉蘭嵐等[7]通過回顧上海市 2003～2005年間的 24個(gè)規(guī)劃環(huán)評(píng)典型案例發(fā)現(xiàn),只有不到 21%的案例開展了替代方案分析,且大多只針對(duì)某個(gè)單一的環(huán)境要素.究其原因,我國(guó)當(dāng)前的規(guī)劃環(huán)評(píng)在程序上對(duì)替代方案不夠重視,導(dǎo)致在方法學(xué)上僅重視對(duì)已有方案(規(guī)劃方案或零方案)進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià),忽視對(duì)替代方案進(jìn)行篩選和模擬[8].本文選擇系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法(SD)應(yīng)對(duì)規(guī)劃的復(fù)雜性,并用于替代方案篩選.SD具有應(yīng)對(duì)非線性、高階次、多重反饋復(fù)雜事變系統(tǒng)的能力[9-10].作為一種政策模擬工具,該方法廣泛應(yīng)用于區(qū)域發(fā)展規(guī)劃[11-14]、水資源和后隨環(huán)境管理[15-18]、土地開發(fā)[10,19]、區(qū)域生態(tài)承載力研究[20]等領(lǐng)域的系統(tǒng)分析和決策過程,被認(rèn)為是解決人口、資源、環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展問題的首選方法之一[21].但是在規(guī)劃環(huán)評(píng)中的研究和應(yīng)用相對(duì)較少,并主要集中在交通運(yùn)輸[22-24]和礦區(qū)開發(fā)[25]等領(lǐng)域.

山西省臨汾市的環(huán)境污染和生態(tài)破壞較為嚴(yán)重,對(duì)城市居民健康和生態(tài)環(huán)境安全造成較大威脅.本文結(jié)合臨汾市轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃,通過系統(tǒng)分析城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、環(huán)境質(zhì)量改善等規(guī)劃要素間的動(dòng)態(tài)反饋關(guān)系,構(gòu)建臨汾轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)SD模型并對(duì)擬議的規(guī)劃替代方案進(jìn)行模擬和評(píng)價(jià),以此為規(guī)劃方案的優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù).

1 臨汾市發(fā)展概況與規(guī)劃替代方案

1.1 城市發(fā)展概況

臨汾市位于山西省西南部,下轄1區(qū)2市14縣,常住人口約415萬,是我國(guó)黃河中游、汾河下游地區(qū)的典型資源型城市.臨汾市地貌大體呈“凹”字型,兩翼山脈,中間是開發(fā)利用條件較好的平川,但面積僅占全市總面積 20275km2的19.4%.全市已探明的礦種多達(dá)41種,尤以煤、鐵資源儲(chǔ)量最為豐富,含煤地塊占全市總面積的76%,總儲(chǔ)量747億t;鐵礦探明儲(chǔ)量2.17億t,占全省的7.1%,尤其是富鐵礦,占全省的73%.

依托豐富的煤炭和其它礦產(chǎn)資源,臨汾市從傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)快速轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源開采和加工型經(jīng)濟(jì).“十五”末期,臨汾地區(qū)生產(chǎn)總值及其增速分別達(dá)到523.2億元和15.1%,成為省內(nèi)僅次于太原的第二經(jīng)濟(jì)大市;工業(yè)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?:64:30,并且形成了“煤、焦、鐵、電”四大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),產(chǎn)能分別約為 4500,4536,35815萬t和200萬kW.4大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)對(duì)全部工業(yè)增加值的貢獻(xiàn)比重高達(dá) 72%,呈現(xiàn)出“一煤獨(dú)大”的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征.

畸重的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)造成全市能耗強(qiáng)度和污染物排放量持續(xù)居高不下.其中,單位GDP能耗高達(dá)4.30tce/萬元,約為全國(guó)和山西省同期平均水平的3.5和1.5倍;SO2和煙(粉)塵排放分別超過總量控制目標(biāo)39%和80%.加之生產(chǎn)技術(shù)落后、產(chǎn)業(yè)布局不合理、環(huán)保投入不足等不利因素,使得臨汾市污染日益嚴(yán)重[26]. 根據(jù)《臨汾市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(2001-2005)》,2000年臨汾市主城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)以上天數(shù)僅有14d,且自2003年連續(xù)3年在全國(guó) 113個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市中排名最后;此外,境內(nèi)主要河流斷面均屬V類和劣V類,多處水源地水質(zhì)不達(dá)標(biāo),工業(yè)污水特別是焦化廢水不能達(dá)標(biāo)排放,煤矸石和礦渣堆置占用大片耕地并嚴(yán)重污染土壤,環(huán)境污染導(dǎo)致的居民健康風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)加大.可以說,21世紀(jì)初的臨汾市正處于環(huán)境危機(jī)邊緣.加快發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境修復(fù)和治理是臨汾市擺脫環(huán)境危機(jī)、實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急和必然選擇.

1.2 規(guī)劃目標(biāo)和替代方案

由于環(huán)境污染越來越成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵制約,城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào).本著這種新的認(rèn)識(shí)和發(fā)展理念,臨汾市轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)被確定為“轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、加快環(huán)境改善、促進(jìn)發(fā)展與保護(hù)相協(xié)調(diào)”,整個(gè)城市也被重新定位為“晉西南區(qū)域中心城市、國(guó)家級(jí)旅游城市、文化和宜居城市”.

在新的發(fā)展目標(biāo)和定位下,如何優(yōu)化調(diào)整和合理規(guī)劃城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、環(huán)境治理等關(guān)鍵任務(wù)并實(shí)現(xiàn)各要素之間的均衡協(xié)調(diào),成為了規(guī)劃編制和環(huán)評(píng)工作的重點(diǎn).對(duì)此,規(guī)劃和環(huán)評(píng)工作組經(jīng)過多次討論達(dá)成了共識(shí),即“以環(huán)境改善目標(biāo)作為主要約束條件,通過調(diào)控工業(yè)經(jīng)濟(jì)增速換取更大的環(huán)境改善空間”,并在此基礎(chǔ)上以環(huán)境目標(biāo)對(duì)工業(yè)增長(zhǎng)的約束強(qiáng)度作為主要特征變量初步形成了 4個(gè)供進(jìn)一步論證和評(píng)價(jià)的規(guī)劃替代方案(表1).

表1 臨汾市轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)替代方案Table 1 Alternatives development schemes of city transformation and development of Linfen

2 評(píng)價(jià)方法和數(shù)據(jù)來源

2.1 臨汾市轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)SD模型

圖1 經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)-能源消耗-污染排放子系統(tǒng)因果關(guān)系示意Fig.1 Cause-effect relationships among the three subsystems of economic growth, energy consumption and pollution emission

SD基于輸入、輸出分析和因果分析從系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)入手建模,通過構(gòu)建反饋回路對(duì)系統(tǒng)行為和功能進(jìn)行模擬.基本步驟包括:①明確問題,確定系統(tǒng)邊界;②開展系統(tǒng)分析;③構(gòu)建系統(tǒng)流圖、編寫方程并為參數(shù)賦值;④測(cè)試模型;⑤政策設(shè)計(jì)和評(píng)估[27-28].

從臨汾市發(fā)展目標(biāo)及定位來看,GDP增長(zhǎng)速度、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)比重、環(huán)保投入及節(jié)能減排等是主要的控制因素,根據(jù)其屬性可以劃分為 3個(gè)子系統(tǒng):經(jīng)濟(jì)發(fā)展子系統(tǒng)、能源消耗子系統(tǒng)和污染物排放子系統(tǒng).其中,經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)主要變量包括:GDP增長(zhǎng)速度及其增長(zhǎng)方式如三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)比重及其調(diào)整方式等;能源消耗子系統(tǒng)和污染物子系統(tǒng)主要變量包括:主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)規(guī)模、能耗/污染物排放強(qiáng)度、節(jié)能/減排目標(biāo)完成情況等.3個(gè)子系統(tǒng)中,經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到驅(qū)動(dòng)作用,其增長(zhǎng)速度及增長(zhǎng)方式是能源消耗和污染物排放強(qiáng)度的主要影響因素,具有規(guī)模效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)[29],即:若經(jīng)濟(jì)規(guī)模越大,經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)越偏重,則能源消耗和污染物排放越大;反過來,環(huán)境質(zhì)量改變對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有明顯的反饋?zhàn)饔?例如針對(duì)環(huán)境污染提出的總量控制政策、環(huán)境準(zhǔn)入政策、結(jié)構(gòu)調(diào)整政策等,都在很大程度上制約了經(jīng)濟(jì)的無序擴(kuò)張;同時(shí),對(duì)能源子系統(tǒng)和污染物排放子系統(tǒng),提高節(jié)能減排技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)既具有技術(shù)效應(yīng),也能對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起到積極促進(jìn)作用[29].臨汾市3個(gè)子系統(tǒng)之間的反饋關(guān)系(因果關(guān)系)見圖1.基于這種因果聯(lián)系及反饋關(guān)系,建立臨汾市轉(zhuǎn)型規(guī)劃環(huán)評(píng)SD 模型,見圖 2.模型時(shí)間跨度為 2001～2010年,時(shí)間步長(zhǎng)為1年;主要方程及參數(shù)賦值見表2.

圖2 臨汾市轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)SD模型示意Fig.2 Flow chart of the Linfen PEIA SD model

SD模型流圖建立之后,需要進(jìn)行測(cè)試以評(píng)價(jià)其可用性.SD模型測(cè)試主要包括結(jié)構(gòu)測(cè)試和行為測(cè)試[23],前者以定性為主,分析模型結(jié)構(gòu)是否符合人們對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的認(rèn)知;系統(tǒng)方程是否遵守基本的物理規(guī)律等[30].結(jié)構(gòu)測(cè)試一般先由建模者根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)判斷,再提交給對(duì)真實(shí)系統(tǒng)具有直接經(jīng)驗(yàn)的專家或利益相關(guān)方檢測(cè)[31].本文中,經(jīng)多次“模擬-糾錯(cuò)-模擬”過程及專家咨詢,臨汾轉(zhuǎn)型規(guī)劃環(huán)評(píng)SD模型結(jié)構(gòu)被認(rèn)為符合系統(tǒng)邏輯及臨汾實(shí)際.行為測(cè)試以定量為主,分析模擬值與歷史觀測(cè)值的一致性[11,19,32];模型行為對(duì)結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化的靈敏性等[33-34].其中:歷史一致性測(cè)試可用判定系數(shù) R2和平均相對(duì)誤差絕對(duì)值 MARE表示;敏感性測(cè)試主要針對(duì)不確定性高的參數(shù),分析其變化對(duì)模型狀態(tài)及輸出的影響,用“綜合敏感度”表示[33].一般而言,SD模型應(yīng)具有不敏感性[34].

2.2 主要系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程及數(shù)據(jù)來源

根據(jù)圖1,臨汾市轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)SD模型包括3個(gè)子系統(tǒng)和118個(gè)變量及方程,主要方程、參數(shù)賦值見表2.水平變量初始值主要來自《臨汾市統(tǒng)計(jì)年鑒 2002》或《臨汾市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2001)》;表函數(shù)數(shù)據(jù)中2001-2005年數(shù)值主要來自《臨汾市統(tǒng)計(jì)年鑒(2000-2006)》、《臨汾市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書2001-2005》、《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒(2000-2006)》、中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站等;2006-2010年數(shù)據(jù)根據(jù)《臨汾市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》趨勢(shì)外推獲得;人口及其它領(lǐng)域能耗/污染物排放參考《臨汾統(tǒng)計(jì)年鑒》和《臨汾市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書2001-2005》獲取.

表2 臨汾市轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)SD模型主要方程、參數(shù)賦值Table 2 Main functions, parameter assignments and data sources of Linfen PEIA SD model

3 結(jié)果與討論

3.1 模型測(cè)試結(jié)果

主要分析模型行為的合理性,包括“歷史一致性測(cè)試”和“敏感性測(cè)試”.

歷史一致性測(cè)試選擇 GDP、能源消耗量、SO2排放量、煙(粉)塵排放量4個(gè)指標(biāo),以模擬值與實(shí)際統(tǒng)計(jì)值(2001～2005年)相比較.結(jié)果顯示:R2值 0.801～0.988(見圖 3);MARE 值:GDP 為3.9%、能源消耗為9.4%、SO2排放量為2.8%、煙(粉)塵排放量為 6.0%.R2值較大且 MARE＜10%[32],模型歷史一致性較好.

圖3 歷史一致性測(cè)試結(jié)果Fig.3 Results of historical fit test

敏感性測(cè)試選取狀態(tài)變量4個(gè)(GDP、EC、SO2、S&D)、待調(diào)參數(shù)14個(gè),參數(shù)調(diào)整及模擬結(jié)果見圖 4.結(jié)果顯示:各參數(shù)變化的敏感度都小于1,表明模型行為對(duì)參數(shù)變化不敏感,模型輸出對(duì)參數(shù)變化不具有“彈性”[34].

綜上,從歷史一致性測(cè)試和敏感性測(cè)試來看,臨汾轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng) SD模型都能滿足要求,因而可用于進(jìn)一步的模擬分析.

圖4 敏感性分析結(jié)果Fig.4 Results of sensitivity analysis

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果與討論

利用臨汾轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃SD模型對(duì)4個(gè)規(guī)劃替代方案進(jìn)行模擬.根據(jù)規(guī)劃目標(biāo),本次模擬主要討論 4個(gè)指標(biāo):人均 GDP(GDPpc)、節(jié)能效率指標(biāo)(cEE)、SO2總量控制目標(biāo)完成率(cSO2P)和煙粉塵總量控制目標(biāo)完成率(cS&DP).其中,人均GDP反映經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),規(guī)劃中以翻番為目標(biāo);其它3個(gè)指標(biāo)反映環(huán)境改善潛力,模擬結(jié)果見表3.

表3 替代方案模擬結(jié)果(2010年值)Table 3 Simulating results for the alternatives (in 2010)

對(duì)比上述模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn):在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方面,與2005年的人均GDP(12698元/人)相比,4個(gè)替代方案分別增長(zhǎng)0.95倍、0.75倍、0.62倍和0.48倍,均不能實(shí)現(xiàn)人均 GDP翻番目標(biāo).由于人口增長(zhǎng)比較穩(wěn)定,要完成目標(biāo)只能依靠 GDP的增加,即進(jìn)一步提高GDP增長(zhǎng)率,此舉必然使能源消耗和污染物排放進(jìn)一步超標(biāo).

在能源消耗和污染物排放方面,無論是能源消耗還是 2種污染物排放,“方案Ⅰ”都超標(biāo)最多,能耗、SO2排放和煙(粉)塵排放(以下簡(jiǎn)稱“3個(gè)指標(biāo)”)分別超標(biāo)0.48倍、0.98倍和1.71倍.由于“方案Ⅰ”代表“零規(guī)劃方案”,表明若繼續(xù)按2005年的增長(zhǎng)模式發(fā)展經(jīng)濟(jì),能源消耗和污染物排放都將大大突破控制目標(biāo),必然使生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化.“方案Ⅱ”代表“臨汾轉(zhuǎn)型規(guī)劃”.與“方案Ⅰ”相比,節(jié)能減排效果均有大幅提升,但依然有所超標(biāo),3個(gè)指標(biāo)分別超標(biāo)0.09倍、0.23倍和0.18倍,表明還需要對(duì)“臨汾轉(zhuǎn)型規(guī)劃”進(jìn)一步優(yōu)化;“方案Ⅲ”在節(jié)能減排方面都能達(dá)標(biāo),不足的是人均GDP增幅略低;“方案Ⅳ”節(jié)能減排效果最優(yōu),但人均GDP也最低.

綜合分析認(rèn)為,4個(gè)替代方案中,“方案Ⅲ”更具有優(yōu)勢(shì).該方案能夠完全實(shí)現(xiàn)既定的節(jié)能減排要求,在一定程度上提高了資源環(huán)境對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相對(duì)承載能力,且并未過分削弱經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的水平.據(jù)此提出規(guī)劃優(yōu)化調(diào)整建議,主要包括適當(dāng)放緩全市GDP尤其是工業(yè)產(chǎn)值的增速,GDP增速控制在10%以下;加快淘汰落后產(chǎn)能,近期落后產(chǎn)能淘汰率應(yīng)達(dá)到 85%以上;優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),煤、焦、鐵、電四大傳統(tǒng)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)對(duì)工業(yè)增加值貢獻(xiàn)率降低到50%以下;加大節(jié)能減排力度,能源消耗強(qiáng)度降低 30%,SO2和煙(粉)塵排放強(qiáng)度降低 40%;加大環(huán)保投入并加快環(huán)保基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),環(huán)保投資占GDP的比重達(dá)到2.5%以上.

值得注意的是,規(guī)劃方案在制定和實(shí)施的過程中,往往有許多不確定性;而SD方法最主要的功能是對(duì)不同子系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)反饋關(guān)系進(jìn)行分析和模擬[27],因而將SD方法引入城市發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)還需要與不確定性分析相結(jié)合.本文主要考慮未來的政策選擇路徑,通過定義不同環(huán)境約束梯度和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)梯度來設(shè)置規(guī)劃指標(biāo)(表 1),在一定程度上反映了規(guī)劃的不確定性.但要充分的考慮不確定性,還需要更多的理論和方法支持,這是當(dāng)前規(guī)劃環(huán)評(píng)工作的難點(diǎn)之一[35],需要進(jìn)一步的深入研究.

4 結(jié)語(yǔ)

作為典型資源型城市,山西省臨汾市正面臨轉(zhuǎn)變發(fā)展方式和加快環(huán)境治理的緊迫要求.依托該轉(zhuǎn)型發(fā)展目標(biāo),本研究系統(tǒng)分析了經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、環(huán)境治理之間的因果聯(lián)系及反饋關(guān)系,在此基礎(chǔ)上建立臨汾轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃環(huán)評(píng)SD模型;同時(shí),以環(huán)境目標(biāo)對(duì)工業(yè)增長(zhǎng)的約束強(qiáng)度作為主要特征變量建立從“弱約束”到“強(qiáng)約束”4個(gè)替代方案.SD模型模擬顯示:在環(huán)境目標(biāo)剛性約束下所有替代方案均不能實(shí)現(xiàn)人均 GDP翻番的較高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)目標(biāo);綜合評(píng)比下以較強(qiáng)環(huán)境約束為特征的“方案III”具有最好的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)綜合效果.據(jù)此本評(píng)價(jià)建議從GDP增長(zhǎng)速度、落后產(chǎn)能淘汰率、“煤、焦、鐵、電”四大傳統(tǒng)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)占工業(yè)比重、能源消耗強(qiáng)度、SO2和煙(粉)塵排放強(qiáng)度及環(huán)保投資占 GDP的比重等多個(gè)角度對(duì)臨汾轉(zhuǎn)型發(fā)展規(guī)劃出優(yōu)化調(diào)整,以此全面提高臨汾市可持續(xù)發(fā)展能力.

[1] 齊 力,梅林海.工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境污染的關(guān)系研究 [J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì), 2008,8:149-153.

[2] 黃群慧.中國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程:階段、特征與前景 [J]. 經(jīng)濟(jì)與管理,2013,27(7):4-11.

[3] HJ/T130-2003 規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則(試行) [S].

[4] 張 妍,楊志峰,李 巍.城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中互動(dòng)關(guān)系的測(cè)度與評(píng)價(jià) [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2005,5(7):1734-1740.

[5] Anne Steinemann. Improving alternatives for environmental impact assessment [J]. Environmental Impact Assessment Review,2001,21(1):3-21.

[6] Branko Konti?, Davor Konti?. A viewpoint on the approval context of strategic environmental assessments [J]. Environmental Impac t Assessment Review, 2012,32(1):151–155.

[7] 劉蘭嵐,楊 凱,徐啟新,等.規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)有效性研究 [J].環(huán)境保護(hù), 2006,23(12):63-66.

[8] Olivia Bina, Wu Jing, Lex Brown, et al. An inquiry into the concept of SEA effectiveness: Towards criteria for Chinese practice [J]. Environmental Impact Assessment Review, 2011,31(6):572-581.

[9] Jay W Forrester. Counterintuitive behavior of social systems[EB/OL]. http://constitution.org/ps/cbss.pdf, 2013-06-20.

[10] 周玉剛,臧淑英.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在土地資源研究中的應(yīng)用——以大慶市地區(qū)為例 [J]. 國(guó)土與自然資源研究, 2008,35(2):35-37.

[11] Guana Dongjie, Gao Weijun, Su Weici et al. Modeling and dynamic assessment of urban economy–resource–environment system with a coupled system dynamics – geographic information system model [J]. Ecological Indicators, 2011,11(5):1333–1344.

[12] Fong Wee-Kean, Matsumoto Hiroshi, Lun Yu-Fat. Application of System Dynamics model as decision making tool in urban planning process toward stabilizing carbon dioxide emissions from cities [J].Building and Environment, 2009,44(7):1528–1537.

[13] Shi Tian, Gill Roderic. Developing effective policies for the sustainable development of ecological agriculture in China: the case study of Jinshan County with a systems dynamics model[J] .Ecological Economics, 2005,53(2):223–246.

[14] 張 妍,于相毅.長(zhǎng)春市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)環(huán)境影響的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化模擬研究 [J]. 經(jīng)濟(jì)地理, 2003,23(5):681-690.

[15] Saysel A K, Barlas Y, Yenigun O. Environmental Sustainability in an Agricultural Development Project: A System Dynamics Approach [J]. Environmental Management, 2002,64(3):247-260.

[16] Ines Winz, Gary Brierley, Sam Trowsdale. The Use of System Dynamics Simulation in Water Resources Management [J]. Water Resour Manage, 2009,23(7):1301–1323.

[17] 蘇 瓊,秦華鵬,趙智杰.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)流域供需水平衡及水質(zhì)改善的影響 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2009,29(7):767-772.

[18] 張 波,王 橋,李 順,等.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的松花江水污染事故水質(zhì)模擬 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2007,27(6):811-815.

[19] Shen Qiping, Chen Qing, Tang Bo-sin,et al. A system dynamics model for the sustainable land use planning and development [J].Habitat International, 2009,33(1):15–25.

[20] 韋 靜,曾維華.生態(tài)承載力約束下的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)態(tài)模擬——以博鰲特別規(guī)劃區(qū)為例 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2009,29(3):330-336.

[21] 方創(chuàng)琳.區(qū)域發(fā)展規(guī)劃論 [M]. 北京:科學(xué)出版社, 2000.

[22] Chen Chong, Shao Li-guo, Xu Ling, et al. A case study predicting environmental impacts of urban transport planning in China [J]. Environ Monit Assess, 2009,157(1-4):169–177.

[23] 劉 慧,郭懷成,盛 虎,等.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在空港區(qū)域規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2012,32(5):933-941.

[24] 徐 凌,陳 沖,尚金城.大連國(guó)際航運(yùn)中心建設(shè) SEA 的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究 [J]. 地理科學(xué), 2006,26(3):351-357.

[25] 趙 蕾.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究 [D].西安:西安科技大學(xué), 2009.

[26] 維基百科.Linfen [EB/OL]. http://en.wikipedia.org/wiki/Linfen 2013-06-20.

[27] 鐘永光,賈曉青,李 旭,等.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) [M]. 北京:科學(xué)出版社,2008.

[28] 福 特.環(huán)境模擬:環(huán)境系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型導(dǎo)論 [M]. 唐海萍,史培軍,譯.北京:科學(xué)出版社, 2009.

[29] 毛顯強(qiáng),宋 鵬,李麗萍,等.出口退稅政策調(diào)整的環(huán)境經(jīng)濟(jì)影響分析 [J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2012,6:119-131.

[30] Hassan Qudrat-Ullah, Baek Seo Seong. How to do structural validity of a system dynamics type simulation model: The case of an energy policy model [J]. Energy Policy, 2010,38(5):2216–2224.

[31] Luna-Reyes L F, Andersen D L. Collecting and analyzing qualitative data for system dynamics: methods and models [J].Sytem Dynamics Review, 2003,19(4):271-296.

[32] Zhao Xu, Volker Coors. Combining system dynamics model, GIS and 3D visualization in sustainability assessment of urban residential development [J]. Building and Environment., 2012,47:272-287.

[33] Wei Shouke, Yang Hong , Song Jinxi, et al. System dynamics simulation model for assessing socio-economic impacts of different levels of environmental flow allocation in the Weihe River Basin, China [J]. European Journal of operational Research,2012,221(1):248–262.

[34] 蘇懋康,王浣塵.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的敏感度分析 [J]. 系統(tǒng)工程,1988,6(4):7-12.

[35] Yi Liu, Jining Chen, Weiqi He, et al. Application of an uncertainty analysis approach to strategic environmental assessment for urban plan [J]. Environ. Sci. Techno, 2010,44(8):3136-3141.

An application of system dynamics model into strategic environmental assessment of urban planning: a case study of Linfen city

KUAI Peng1, LI Wei1*, CHENG Gang2, REN Gui-ping3
(1.School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China；2.Shanxi Academy of Environmental Planning, Taiyuan 030024, China；3.Linfen Environmental Protection Bureau, Linfen 041000, China). China Environmental Science, 2014,34(5)：1347～1354

Regarding the obvious features of multi-objectives, multi-elements and dynamic interlinks presented by urban complex system of society, economy and environment, the system dynamics (SD) method might be of great potential when applied into planning environmental impact assessment (PEIA) of urban plans due to the good theoretic feasibility and technical advantages. As a typical resource-based city in Shanxi province, Linfen was soliciting an imperative development transition and environmental treatment. Here, based on a comprehensive analysis of key development elements, current problems and driving factors of the city, the dynamic feedback relationships were first screened out among economic development, industrial restructure, energy saving and emission reduction, and environmental improvement. And then, a SD model was built up to simulate and assess the four proposed planning alternatives of urban transformation and development of Linfen. The results showed that if the maximum environmental restrains were employed, all the four alternatives would not be able to fulfill the planned growth targets featured by doubled per capita GDP. If the harder environmental restrains were adopted, the alternative III among the four would produce the best integrative effects on environment and economy of the city. Accordingly, the PEIA recommended the city to ensure the planned environmental improvements by slowing down the economic growth, restructuring the main industries represented by coal, coke and iron productions and power generations, strengthening energy saving and emission reduction, and lifting urban capacity of sustainable development.

urban sustainable development；plan environmental impact assessment；alternatives；system dynamics model；environmental constraints

2013-07-08

中國(guó)清潔發(fā)展機(jī)制基金贈(zèng)款項(xiàng)目(1213075)

* 責(zé)任作者, 教授, weili@bnu.edu.cn

X32

A

1000-6923(2014)05-1347-08

蒯 鵬(1982-),男,湖北隨州人,北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院士研究生,主要從事戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)價(jià)和生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究.