動態(tài)耦合評價昆明市環(huán)境經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展

謝 凱，祝傳靜，王 凱，陳靜敏，徐希濤

(1.南瑞集團(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)有限公司，江蘇 南京 211000；2.昆明市生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650032)

0 引言

生態(tài)環(huán)境受經(jīng)濟發(fā)展的影響而急劇惡化，導(dǎo)致環(huán)境與經(jīng)濟系統(tǒng)間的耦合作用持續(xù)增強，經(jīng)濟與環(huán)境間協(xié)調(diào)程度將決定社會可持續(xù)發(fā)展?！笆濉鄙鷳B(tài)環(huán)境規(guī)劃指出：促進生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展是貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀、走可持續(xù)發(fā)展的必由之路[1]。

在大力推進生態(tài)文明建設(shè)的宏觀背景下，促使經(jīng)濟環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展是研究熱點及社會熱門話題。環(huán)境經(jīng)濟相互作用的研究中逐漸應(yīng)用許多綜合性評價模型。黃海峰等[2]應(yīng)用變異系數(shù)法評價環(huán)境經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r。喬標(biāo)等[3]利用系統(tǒng)演化動態(tài)分析城市和農(nóng)村的生態(tài)環(huán)境經(jīng)濟系統(tǒng)耦合度。張瑜英等[4]借助生態(tài)足跡模型定量分析陜西省生態(tài)承載力。劉景鋒等[5]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論研究水資源承載力。吳玉鳴等[6]運用熵值賦權(quán)法及耦合協(xié)調(diào)度模型研究經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展情況。李崇明等[7]利用灰色系統(tǒng)模型構(gòu)建綜合評價模型用于城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)發(fā)展趨勢的分析。李新杰[8]運用動態(tài)耦合評價分析河南省環(huán)境經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展情況。郭倩等[9]利用DPSIRM框架綜合評價區(qū)域水資源承載力。當(dāng)前多數(shù)研究側(cè)重于環(huán)境經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的靜態(tài)評價，環(huán)境經(jīng)濟間動態(tài)耦合度研究占比少。然而協(xié)調(diào)發(fā)展評價中的模糊性和不確定性可通過動態(tài)耦合評價解決，使評價結(jié)果的直觀性、可信度更高。

目前國內(nèi)協(xié)調(diào)發(fā)展研究大多集中于國家及省級層面，對城市的協(xié)調(diào)研究還較少且協(xié)調(diào)研究不深入。關(guān)于昆明市環(huán)境經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的研究較少，利用動態(tài)耦合評價分析昆明市環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)作用的研究更少，而昆明市作為云南省經(jīng)濟最發(fā)達且面向東南亞的主要城市，環(huán)境經(jīng)濟發(fā)展矛盾與其他城市發(fā)展具有共性?？茖W(xué)評價昆明市環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)程度，根據(jù)評價結(jié)果提出科學(xué)的發(fā)展建議，對昆明市經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

本文通過對環(huán)境經(jīng)濟系統(tǒng)動態(tài)耦合模型進行構(gòu)建，分析昆明市2010—2019年環(huán)境經(jīng)濟系統(tǒng)動態(tài)演變及耦合度。根據(jù)昆明市環(huán)境經(jīng)濟系統(tǒng)的演變過程及耦合作用關(guān)系，提出相應(yīng)的協(xié)調(diào)發(fā)展建議。

1 動態(tài)耦合評價模型

設(shè)經(jīng)濟系統(tǒng)序參量為X=(x1，x2，…，xn)，xi為經(jīng)濟發(fā)展水平及運行機制的各經(jīng)濟指標(biāo)，ai>xi>βi，i∈[i，n]；ai、βi分別為xi的上、下限值。

(1)

U1(xi)∈[0,1]。當(dāng)xi為正功效，xi>ai，U1(xi)=1；xi<βi，U1(xi)=10-6；當(dāng)xi為負(fù)功效，xi>ai，U1(xi)=10-6；xi<βi，U1(xi)=1。

經(jīng)濟系統(tǒng)有序度：

(2)

wi為xi的權(quán)重。C1(xi)∈[0，1]，序參量對經(jīng)濟有序貢獻度越高C1(xi)越大，反之則越低。

設(shè)環(huán)境系統(tǒng)序參量為Y=(y1，y2，…，yn)，依據(jù)上述算法，得環(huán)境系統(tǒng)有序度C2(Yi)∈[0，1]。

經(jīng)濟系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)間的變化為非線性變化，其方程表示為：

dx(t)/dt=f(xi)

(3)

式中：i=1，2，……，n；f是xi非線性函數(shù)。

按泰勒級數(shù)展開并省略高次項，近似表達為：

(4)

經(jīng)濟系統(tǒng)F(X)與環(huán)境系統(tǒng)G(Y)演化函數(shù)為：

(5)

(6)

式中：xi，yi分別表示經(jīng)濟系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)各指標(biāo)值；ai，βi分別為兩系統(tǒng)各指標(biāo)權(quán)重。

環(huán)境系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)可耦合為環(huán)境經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)，其演化方程為：

J=dF'(X)/dt=f1(F(x),G(Y))

VJ=dJ/dt

(7)

H=dG'(Y)/dt=f2(F(x),G(Y))

VH=dH/dt

(8)

式中：J和H分別為經(jīng)濟系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)的演化狀態(tài)；VJ和VH分別為經(jīng)濟系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)的演化速度。

非線性S型發(fā)展為系統(tǒng)演化過程。由于系統(tǒng)內(nèi)外因素的影響，經(jīng)濟變化比環(huán)境更敏感，VJ快于VH，兩者間夾角θ滿足：

tanθ=VJ/VH,θ=arctan(VJ/VH)

(9)

環(huán)境經(jīng)濟系統(tǒng)的演化狀態(tài)及動態(tài)耦合度由θ的大小變化確定。整個系統(tǒng)分為低級協(xié)調(diào)共生/中度協(xié)調(diào)、高度協(xié)調(diào)-均衡發(fā)展、中度協(xié)調(diào)-制約發(fā)展、低度協(xié)調(diào)-極限發(fā)展、低度協(xié)調(diào)-極限發(fā)展。具體見表1。

表1 經(jīng)濟系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)間耦合動態(tài)模型及評判標(biāo)準(zhǔn)

2 評價指標(biāo)及數(shù)據(jù)量化處理方法

根據(jù)昆明市發(fā)展情況完成經(jīng)濟系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)的評價，經(jīng)濟系統(tǒng)評價指標(biāo)體系由人均GDP、農(nóng)村居民人均可支配收入、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、人均消費品零售總額、第三產(chǎn)業(yè)比重、固定資產(chǎn)投資增長率、GDP增長率、財政收入占GDP比重8個指標(biāo)綜合組成，環(huán)境系統(tǒng)評價指標(biāo)體系由二氧化硫累計降低率、氮氧化物降低率、化學(xué)需氧量降低率、氨氮排放量降低率、集中式飲用水源水質(zhì)達標(biāo)率、地表水達標(biāo)率、滇池綜合達標(biāo)率、主城建成區(qū)空氣質(zhì)量優(yōu)良率、可吸入顆粒物降低率、城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理率、工業(yè)固體廢物處置利用率、森林覆蓋率、城市建成區(qū)綠地面積、受保護地區(qū)占國土面積比例、單位工業(yè)增加值用水量15個指標(biāo)綜合組成，具體見表2。分析數(shù)據(jù)主要來源于2010—2019年昆明市統(tǒng)計年鑒、環(huán)境統(tǒng)計年鑒，或通過間接計算得到。環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)序參量的上、下限指標(biāo)主要參考2019、2010年各項指標(biāo)值，指標(biāo)來源參考昆明市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十三五”規(guī)劃、昆明市環(huán)境保護與生態(tài)建設(shè)“十三五規(guī)劃”，環(huán)境和經(jīng)濟序參量功效函數(shù)值按照式(1)計算，運用客觀賦權(quán)-信息熵法確定各指標(biāo)權(quán)重。

表2 昆明市環(huán)境經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價指標(biāo)取值及權(quán)重

3 昆明市環(huán)境經(jīng)濟發(fā)展水平及耦合態(tài)勢分析

2010—2019年，昆明市經(jīng)濟系統(tǒng)F(x)的發(fā)展水平由2030.25提高至5393.29，年增長率為16.56%，環(huán)境系統(tǒng)G(x)的發(fā)展水平由467.58提高至706.65，增長率為5.11%。昆明市經(jīng)濟系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平呈緩慢增長的態(tài)勢；2015年后昆明經(jīng)濟系統(tǒng)呈穩(wěn)定、增長狀態(tài)，經(jīng)濟發(fā)展水平等指標(biāo)(城鄉(xiāng)居民人均可支配收入、人均消費品零售總額、人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)比重等)對經(jīng)濟系統(tǒng)有序度貢獻均有明顯提高；環(huán)境系統(tǒng)呈穩(wěn)定、增長狀態(tài)，2010—2015年昆明經(jīng)濟快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)性污染突出、污染防治水平較低，地表水水質(zhì)、飲用水源水質(zhì)、滇池水質(zhì)的指標(biāo)功效值對環(huán)境系統(tǒng)的貢獻小，2015—2019年地表水水質(zhì)、飲用水源水質(zhì)、滇池水質(zhì)的指標(biāo)功效值大幅度提升，促使環(huán)境發(fā)展向有序方向更進。

對昆明市環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)進行計算并非線性擬合其演化過程，如圖1、圖2所示，VJ和VH的演化速度利用式(7)和式(8)分別求出：

圖1 昆明市經(jīng)濟系統(tǒng)的演化過程

圖2 昆明市環(huán)境系統(tǒng)的演化過程

VJ=dJ/dt=0.6016t-855.84(R2=0.987)

VH=dH/dt=0.1685t4-1358.6t3+3×10-6t2-6×10-9t+3×10-12(R2=0.998)

式中：2010—2019年分別對應(yīng)的t取值為1～10。各年環(huán)境和經(jīng)濟系統(tǒng)的演化速度及動態(tài)耦合度由式(9)計算得出。模型計算結(jié)果顯示：2010—2011年昆明經(jīng)濟系統(tǒng)序參量與環(huán)境系統(tǒng)序參量演化速度間夾角為37°～50°，環(huán)境系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)間的耦合作用逐漸增強，為高度協(xié)調(diào)發(fā)展；2012年昆明經(jīng)濟系統(tǒng)序參量與環(huán)境系統(tǒng)序參量演化速度間夾角為3°～4°，經(jīng)濟對整個系統(tǒng)演化貢獻度小，環(huán)境資源利用不足、發(fā)展滯后，為中度協(xié)調(diào)發(fā)展(經(jīng)濟低速發(fā)展階段)；2013年昆明市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的加快、結(jié)構(gòu)型污染問題的解決有效緩解了環(huán)境與經(jīng)濟間的突出矛盾，促使環(huán)境經(jīng)濟系統(tǒng)向協(xié)調(diào)發(fā)展更進，經(jīng)濟系統(tǒng)序參量與環(huán)境系統(tǒng)序參量演化速度間夾角重回45°～46°(高度協(xié)調(diào))；2014年昆明市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整不明顯(第三產(chǎn)業(yè)比重未明顯提升)，財政收入占GDP比重下降，結(jié)構(gòu)型污染問題未得到有效解決，工業(yè)、生活污水、農(nóng)業(yè)的化學(xué)需氧量、氨氮等污染未有明顯減排且排放量有所增長，經(jīng)濟序參量對整個系統(tǒng)演化貢獻度小(中度協(xié)調(diào)發(fā)展階段)。2015年有效解決了2014年存在的問題，并提高了財政收入，經(jīng)濟系統(tǒng)序參量與環(huán)境系統(tǒng)序參量演化速度間夾角重回59°～60°(高度協(xié)調(diào))；2016—2018年昆明市財政收入占GDP比重逐年下降、結(jié)構(gòu)型污染減排不突出且有所降低，昆明經(jīng)濟系統(tǒng)序參量與環(huán)境系統(tǒng)序參量演化速度間夾角為9°～17°，經(jīng)濟序參量對整個系統(tǒng)有序演化的貢獻很小(中度協(xié)調(diào)發(fā)展)；2019年昆明市結(jié)構(gòu)型污染減排大幅度提升，經(jīng)濟系統(tǒng)序參量與環(huán)境系統(tǒng)序參量演化速度間夾角重回37°～38°(高度協(xié)調(diào))。為推動昆明環(huán)境經(jīng)濟系統(tǒng)持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，建議加大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，提高財政收入，進一步解決環(huán)境污染問題。

4 問題分析與建議

4.1 問題分析

水環(huán)境質(zhì)量提升壓力大。昆明市城市規(guī)模和人口增速明顯，人均水資源占有量不足；以往錯誤的規(guī)劃與決策，導(dǎo)致滇池面積縮小及流域生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞，森林覆蓋率下降，引起水土流失。工業(yè)用水及生活用水量方面仍較粗放，集約用水有較大的推廣空間。農(nóng)村生活污水處理率有待提升、非規(guī)模畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的污水不達標(biāo)排放。

大氣環(huán)境污染治理難度大。揮發(fā)性有機物污染排放對大氣環(huán)境的影響日益突出，由于其排放行業(yè)眾多，原料、工藝不同，排放特點大相徑庭，客觀上造成了檢測難、管控難、治理難等困難。由于拆遷、改造、新建城市建筑施工產(chǎn)生的建筑揚塵逐年增加，可吸入顆粒物、降塵污染對城區(qū)環(huán)境空氣造成的影響依然較大。

危險廢物產(chǎn)生量逐年加大，處置壓力增加。隨著人口的增長和重點醫(yī)療機構(gòu)、集鎮(zhèn)醫(yī)療設(shè)施的逐步完善，醫(yī)療固廢的產(chǎn)生量不斷增加，醫(yī)療固廢的處置壓力也逐年加大。同時，隨著城市發(fā)展，汽車維修等社會服務(wù)業(yè)發(fā)展所造成的危險廢物數(shù)量也逐年增加，處置利用壓力不斷上升。

農(nóng)業(yè)投入品和農(nóng)田廢棄物管制存在土壤污染風(fēng)險。農(nóng)業(yè)土地利用及生產(chǎn)技術(shù)水平較低，土地利用效益未達到最大化。農(nóng)藥、化肥等農(nóng)業(yè)投入品使用量較大，但缺乏科學(xué)配方施肥用藥，農(nóng)藥和化肥利用率不高，易造成土壤污染，也給區(qū)域地下水和周邊地表水帶來較大污染壓力。農(nóng)膜回收率極低，現(xiàn)狀地膜覆蓋后大部分未及時清理或隨意堆放，造成農(nóng)業(yè)環(huán)境污染。

4.2 對策與建議

加強昆明治理區(qū)及生態(tài)恢復(fù)區(qū)的整治，控制用水總量，優(yōu)化結(jié)構(gòu)用水。根據(jù)昆明市評估合理分區(qū)，推進治理區(qū)的污染治理防控及生態(tài)修復(fù)工作，提高生態(tài)恢復(fù)區(qū)植被覆蓋率。在各行業(yè)(農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)等)提倡節(jié)約用水，使節(jié)水風(fēng)氣深入人心，提高水資源利用率；推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)政策的優(yōu)化、生態(tài)環(huán)保型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。穩(wěn)步推進水源區(qū)水質(zhì)保護力度，加強流域水環(huán)境網(wǎng)格化與網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)管、健全水環(huán)境檢測系統(tǒng)。加快排水管網(wǎng)建設(shè)，完善新建區(qū)域及農(nóng)村污水管網(wǎng)的建設(shè)，提升城鄉(xiāng)污水處理效率。

持續(xù)加強及深化大氣污染防治攻堅戰(zhàn)。以環(huán)境空氣質(zhì)量為底線，制定并嚴(yán)守生態(tài)環(huán)境準(zhǔn)入清單，大力優(yōu)化產(chǎn)業(yè)、能源、交通、用地結(jié)構(gòu)，堅持創(chuàng)新驅(qū)動推進環(huán)境保護技術(shù)，對以PM2.5、臭氧“雙控雙減”為核心的揮發(fā)性有機物和氮氧化物區(qū)域?qū)嵤﹨f(xié)同減排。科學(xué)建立并實施區(qū)域大氣污染聯(lián)防聯(lián)控, 實行碳排放總量控制，推進碳排放提前達峰。努力打造“綠色物流區(qū)”，推廣新能源車，實現(xiàn)區(qū)域車輛和非道路移動機械清潔化。精細化管控城市揚塵，加強及深化城鄉(xiāng)廢氣治理，爭取在科研及管理能力、臭氧污染管控、非道路源管控等方面有所突破，確保并提升昆明市環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比例。

強化固體廢物監(jiān)管。加強推進固廢源頭減量和資源化利用、生活垃圾高質(zhì)量分類的實施，制定并實施“無廢城市”行動計劃。

加強農(nóng)業(yè)非點源控制。改變土地利用方式，杜絕污染物產(chǎn)生，新增收儲土地產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整；調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，將農(nóng)藥施用量大的作物逐步調(diào)整為使用量少的作物，改變種植作物品種、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)；發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、化肥減量化和種植制度優(yōu)化等農(nóng)業(yè)方式削減源頭污染物產(chǎn)量。

農(nóng)業(yè)面源污染治理工作持續(xù)開展。加強對廢舊農(nóng)膜和農(nóng)藥包裝等農(nóng)業(yè)廢棄物進行回收處置和資源化利用；繼續(xù)推進農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境治理項目(農(nóng)田退水水質(zhì)監(jiān)測站點建設(shè)服務(wù))，完成水質(zhì)監(jiān)測任務(wù)；加強對農(nóng)業(yè)投入品的監(jiān)管，做好源頭管控，重點針對農(nóng)藥經(jīng)營單位，堅決打擊經(jīng)營假劣農(nóng)藥和高毒高殘留農(nóng)藥的行為。加強對轄區(qū)內(nèi)蔬菜產(chǎn)區(qū)禁用、限用農(nóng)藥檢查指導(dǎo)，大力推廣高效低毒農(nóng)藥推廣應(yīng)用，有效控制減少農(nóng)業(yè)面源污染源。同時，做好田間農(nóng)藥使用情況調(diào)查，做好產(chǎn)地蔬菜農(nóng)藥殘留監(jiān)測工作，指導(dǎo)種植者合理使用農(nóng)藥。