生態(tài)環(huán)境規(guī)劃編制中多目標規(guī)劃模型與環(huán)境容量的研究

海瀟

摘 要：目前在部分區(qū)域環(huán)境中或者是生態(tài)環(huán)境規(guī)劃編制過程中對發(fā)展經(jīng)濟和環(huán)境保護的相互關系、并對環(huán)境空間和環(huán)境承載力等很多問題缺少非常深入的研究，因此造成規(guī)劃文本沒有足夠的科學性。某市大氣環(huán)境容量和經(jīng)濟、能源結構的發(fā)展趨勢可以通過“經(jīng)濟-能源-大氣環(huán)境”的系統(tǒng)動力學模型可以對GDP-PM2.5的達標標準進行同步預測和計算，以此來對多目標的規(guī)劃要求進行滿足，和其他罵醒和方法進行對比發(fā)現(xiàn)，“經(jīng)濟-能源-大氣環(huán)境”的系統(tǒng)動力學模型的優(yōu)點非常簡單明了。

關鍵詞：多目標；GDP；PM2.5；大氣環(huán)境容量；系統(tǒng)動力學

1 前言

從20世紀50年代西方發(fā)達國家就開始對各種生態(tài)環(huán)境規(guī)劃進行逐步制定并實施，并取得了良好的生態(tài)環(huán)境效果。從2001年一直到現(xiàn)在，我國也實施了推進生態(tài)文明建設的一系列重大措施戰(zhàn)略進行部署，《關于加快推進生態(tài)文明建設的意見》、《十三五生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》、《國家生態(tài)文明建設示范縣、市指標（實行）》等重要文件都是我國在最近幾年頒發(fā)的。生態(tài)文明建設工作引起了全國各地的高度重視。例如，2013年某省被國家環(huán)保部納入全國生態(tài)省建設試點，根據(jù)相關文件要求，全省81%以上的縣市在2030年必須要完成國家級生態(tài)市建設，其中2025年為某市建成國家級生態(tài)文明建設示范市的達標年份。可以將環(huán)境污染、保護生態(tài)從源頭控制的重要措施就是編制科學的生態(tài)-環(huán)境規(guī)劃。

2 編制對生態(tài)環(huán)境規(guī)劃需要提高科學性

為了各個省市創(chuàng)建生態(tài)省的形式和要求都能相互適應，編制生態(tài)文明建設示范市、縣的規(guī)劃目前在我國多個地區(qū)都在同步進行。從目前編制過程中的實際情況來看，提交的規(guī)劃文書質量參差不齊，要想文本編制的科學性能提升一個層次需要解決很多的問題。

2.1 環(huán)境規(guī)劃需要對上位文件進行認真貫徹

“大氣十條”、“水十條”、“土十條”已經(jīng)在《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》中完成發(fā)布，也是編制生態(tài)環(huán)境規(guī)劃的重要依據(jù)，并且對于這些文件中出現(xiàn)的要求要認真執(zhí)行，規(guī)劃地區(qū)的環(huán)境質量才能得到保證達標，對于上述文件中提出來的具體定量指標作為要實現(xiàn)的目標，需要在規(guī)劃地區(qū)的環(huán)境、生態(tài)指標體系中進行充分體現(xiàn)，而不是將目標要求非常模糊的展現(xiàn)出來。例如，對于早就公布的新的《環(huán)境空氣質量標準》中，PM2.5作為重點考察對象，但是依然有很多的規(guī)劃沒有對其進行分析和預測，這些規(guī)劃必須要納入各地空氣質量指標體系中。

2.2 環(huán)境規(guī)劃功能區(qū)劃分工作要做好

對規(guī)劃地區(qū)需要充分對國土空間開發(fā)格局、功能區(qū)的規(guī)劃需求進行論證。這個平臺主要是對后續(xù)規(guī)劃內容進行展開。對形式的開發(fā)、功能區(qū)的規(guī)劃必須要和自然地理環(huán)境形式、經(jīng)濟發(fā)展格局和行政區(qū)域劃分現(xiàn)狀兼顧起來。如果在同一個行政區(qū)內自然地理形式、經(jīng)濟發(fā)展載體能夠進行統(tǒng)一，對控制和管理排污總量是非常有利的，如果別分隸屬幾個不同的行政區(qū)，則需要對環(huán)境生態(tài)有效管理的問題進行充分考慮。

2.3 環(huán)境規(guī)劃需要對環(huán)境容量進行科學測算

測算環(huán)境容量的過程非常復雜和繁瑣，不同條件下的環(huán)境容量之需要通過連續(xù)大量的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和科學合理的測算模式才能進行初步確認。雖然容量測算非常的復雜，但它是一個不能忽略的方法，這也是后續(xù)減排過程中的基礎工作。目前在我國各地，有很多的地級市都存在霧霾嚴重的現(xiàn)象，而各地的編制并沒有對霧霾實行控制和規(guī)劃措施。對于PM2.5的大氣污染治理至少要在地級市以上的城市進行控制，其中包括收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，對源清單、源開展解析工作，預測當?shù)氐拇髿猸h(huán)境面積需要和實際排放量相比較，才能提出一個具體可行的減排目標方案和措施，并納入相關規(guī)劃表明達標年份。

2.4 環(huán)境規(guī)劃需要建立環(huán)境-經(jīng)理的多目標規(guī)劃模型

協(xié)調經(jīng)濟和環(huán)境實現(xiàn)共同發(fā)展是環(huán)境規(guī)劃的本質工作，復雜、目標多和非線性是研究對象的主要特點，需要建立合理的環(huán)境-經(jīng)濟多目標規(guī)劃模型并且對各種發(fā)展模式展開討論、協(xié)調、優(yōu)化環(huán)境和經(jīng)濟關系，是非常有必要做的一項工作。在“指標”下將假設想象、建議和意見以及項目根據(jù)一定的邏輯順序進行堆放明顯是不夠的，對于他們之間的關系以及相互作用如果不經(jīng)過系統(tǒng)的評估計算就沒有科學性、系統(tǒng)性和可行性。只有將經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護統(tǒng)籌兼顧，才能對目標和允許排放污染量進行合理的規(guī)劃和確認，所以環(huán)境、生態(tài)建設項目庫才能進行有效制定，這對提高節(jié)能減排、治理污染的能力以及節(jié)約成本的意義非常大。政府基金、生態(tài)補償資金是有限的，因此對于重大項目的可行性論證是有必要進行加強的。

3 分析環(huán)境容量測算以及多目標規(guī)劃建模困難原因

3.1 對環(huán)境容量不容易進行測算

例如現(xiàn)在計算大氣環(huán)境容量，一方面，對于存在的環(huán)境統(tǒng)計、檢測數(shù)據(jù)等問題不好獲取，以及部分歷史數(shù)據(jù)并不完善等問題；另一方面，由于復合型空氣污染的AEC的特征是PM2.5，所以并不適合使用傳統(tǒng)的理化進行計算。例如在計算某種污染物的大氣環(huán)境容量時A-P值法被廣泛使用，但是它是一種只適合燃煤燃燒排放的單一污染物容量而不是復合型污染物的計算方法，。后來被氣象部門廣泛使用于空氣質量的預警預報就是后來出現(xiàn)的第三代空氣質量模型，以及短時間內的預測PM2.5大氣容量。因為要實現(xiàn)預測，需要對排放數(shù)據(jù)、污染排放源頭以及氣象數(shù)據(jù)進行大范圍采集并計算，而且工作成本比較高，因此它并不適合長期使用。這些都是造成AEC分析困難的原因。

3.2 多目標規(guī)劃模型比較復雜

兼顧環(huán)境和經(jīng)濟是環(huán)境-生態(tài)多目標規(guī)劃模型的主旨，這個系統(tǒng)是將復雜的人工和生態(tài)相結合，環(huán)境、經(jīng)濟、社會、技術等幾種因素都涉及到了規(guī)劃決策問題。在規(guī)劃模型過程中，如果在目標函數(shù)和約束條件表達式中至少存在一種關于決策變量的非線性關系式，就可以將這種數(shù)學規(guī)劃問題稱作非線性規(guī)劃問題。

一般情況下非線性關系屬于一種復雜多樣的關系，因此其解答過程要比線性問題困難很多。所以非線性關系不像線性規(guī)劃那樣存在一種普通使用的解答方法。現(xiàn)在，非線性除了在特殊條件下通過解析的方法來解答，有很大一部分的非線性規(guī)劃都是通過數(shù)值法的方式來進行求解過程。非線性規(guī)劃通過數(shù)值法求解計算方式可以分為兩大類：第一就是通過逐步線性逼近的思想方式進行計算，就是利用線性規(guī)劃方法來得出非線性規(guī)劃最好的解答方式；第二是通過直接搜索的思想，就是將在局部范圍內非線性函數(shù)具備的某些特征，通過不斷的對其搜索計劃的目標值進行改進來確定迭代程度，為其提供最好的解答方法來滿足局部需要。

通過將一系列相互聯(lián)系的階段活動組成的過程就是動態(tài)規(guī)劃。多階段決策最優(yōu)化的目標就是要將活動過程中的總體效果達到最優(yōu)狀態(tài)。每個階段中都是有相關聯(lián)系的，本階段過程中的決策執(zhí)行力會直接對下一階段的決策情況產生影響，導致影響到總體決策。決策者不僅要將本階段的情況考慮到更應該考慮的就是決策全局優(yōu)點。

經(jīng)濟、社會、環(huán)境等多方面都會涉及到環(huán)境問題，也需要實現(xiàn)很多目標。多目標決策分析和對傳統(tǒng)的單向目標進行優(yōu)化，最大的區(qū)別就是在其決策問題過程中存在很多相互沖突的目標。在決策多目標問題過程中，一梯解結構可以通過一組意義比較明確的多個沖突目標來進行表達。通過對以上概念進行敘述，以下兩個問題都可以通過各種數(shù)學、計算機等技術來進行處理：全部非劣解或者是部分非劣解可以通過建立的多個目標找出來；將非劣解集中起來選擇合適的“非劣解”可以通過決策者對目標函數(shù)的意愿偏好來對一些程序識別進行設計。

4 測算環(huán)境容量和多目標規(guī)劃案例

將PM2.5作為特征的復合型空氣污染，以某市為例子，建立一個“經(jīng)濟-能源-大氣環(huán)境”多目標繪畫的系統(tǒng)動力學模型：實現(xiàn)了同步測算GDP-PM2.5作為約束的環(huán)境容量與環(huán)境經(jīng)濟發(fā)展趨勢，和其他多目標規(guī)劃模型相比，系統(tǒng)動力學本身存在的優(yōu)勢特別的明顯。

（1）AECC包括線性和隱性質量兩個部分。維持當前環(huán)境質量狀況的實際能力就是隱性部分，比如經(jīng)濟狀況、產業(yè)結構和能源結構、技術水平以及自然資源、環(huán)保投入、地理氣候條件等因素。隱性部分的綜合性外在表現(xiàn)可以將部分環(huán)境壓力的累計削減量進行抵消，不但可以將因為經(jīng)濟增長而造成的污染排放量進行削減，還能對比原來容量多出來的存量進行削減。其中包含GDP、一產、二產、三產產值以及煤炭、石油、天然氣和新能源小分量等8項隱性；還包括SO2，NOX，VOC，一次PM2.5，一次PM10和NH3

國家最關心的內容就是產業(yè)結構、能源結構對改善環(huán)境起到了什么重大意義。在本案例匯總設定的8想隱性指標對這個指標進行了直接反映。實際上還有好多的隱性指標知識不能全部一一列舉出來。模型越復雜就證明設置的變量越多，因此設置的變量需要和GDP、PM2.5等核心變量建立成能夠進行量化的動態(tài)關系。

（2）經(jīng)濟、能源、環(huán)境是SD模型包含的3個子系統(tǒng)，從變量功能類型來看他們分為狀態(tài)變量、速率變量以及輔助變量、敞亮、調控變量等5類。

GDP按照一定的增長率增長，通過醫(yī)院GDP排放量比例系數(shù)來看，直接導致了污染物排放量持續(xù)增長，通過對污染物排放量和PM2.5總量之間的關系系數(shù)進行衡量，引發(fā)了PM2.5污染濃度增長的情況。為了提高環(huán)境質量減少排放，在模型中可以通過3中控制措施來進行體現(xiàn)。（1）產業(yè)結構可以通過調整一產、二產、三產GDP的增長率，將GDP的產污比例進行改變；（2）能源消費結構可以通過減少單位GDP的污染增量以及對各能源增長率來進行調整；（3）末端治理可以通過設定減排因子來完成。

5 結束語

相對于傳統(tǒng)的理化方法，系統(tǒng)動力學模型對于復雜系統(tǒng)內部的理化過程一顆不去進行探究，只要對年均統(tǒng)計和檢測數(shù)據(jù)進行合理有效的使用，從事物的外在表現(xiàn)作為始點開始出發(fā)，去對比較復雜的對象的內在邏輯聯(lián)系進行探索。

以PM2.5作為特征的復合型污染，是各種污染物組合形成的，只要各種污染物之間所占比例能處于基本穩(wěn)定的情況，由于在不同的時間段，不同的減排情景和減排力度已經(jīng)達到了環(huán)境容量，但是最終的環(huán)境容量結果基本上是相同的，這一結果為政府采取環(huán)保措施、實行環(huán)境管理明確的方向。

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