北京生態(tài)文明建設(shè)有效路徑的動(dòng)力學(xué)仿真研究

楊艷紅,董欣雨,曹海青,姚翠友

(首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)管理工程學(xué)院,北京 100070)

1 引言

改革開放四十多年來,我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了舉世矚目的成就,但也付出了沉重的生態(tài)代價(jià),實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展,建設(shè)生態(tài)文明成為共識(shí)。北京作為首都,生態(tài)文明建設(shè)一直走在全國(guó)的前列,率先提出“減量發(fā)展”戰(zhàn)略,在盡可能減少消耗不可再生資源、傳統(tǒng)粗放的生產(chǎn)要素和一般自然資源的基礎(chǔ)上構(gòu)建新的發(fā)展模式,對(duì)其它城市生態(tài)文明建設(shè)具有示范和帶動(dòng)作用。

生態(tài)文明建設(shè)一直是學(xué)者們研究的熱點(diǎn),主要包括理論內(nèi)容完善[1-3]、建設(shè)質(zhì)量評(píng)價(jià)[4-6]、有效路徑[7-9]及耦合與協(xié)調(diào)發(fā)展機(jī)制[10-13]等方面。北京作為我國(guó)的首都,生態(tài)文明建設(shè)的研究比較豐富。周文華等[14]分析了北京市生態(tài)文明建設(shè)的進(jìn)程;唐承財(cái)?shù)萚15]在生態(tài)文明建設(shè)的理念下探究了北京鄉(xiāng)村生態(tài)旅游的發(fā)展方向;劉薇[16]、侯鷹等[17]、李堅(jiān)等[18]構(gòu)建了北京市生態(tài)文明評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;尹稚禎等[19]在所構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基礎(chǔ)上,對(duì)北京市生態(tài)文明建設(shè)水平進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

由于生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展方向在不同水平的城市上存在差異性,需要根據(jù)特定情況作具體分析,就北京市生態(tài)文明建設(shè)研究現(xiàn)狀來看,北京生態(tài)文明建設(shè)有效路徑的研究還有待深入。本文構(gòu)建了北京市生態(tài)文明建設(shè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系,運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型對(duì)北京市未來生態(tài)文明建設(shè)效果進(jìn)行分析,以期為北京市生態(tài)文明建設(shè)提供參考。

2 模型構(gòu)建

2.1 指標(biāo)體系

在參考相關(guān)文獻(xiàn)[8,20]的基礎(chǔ)上,并根據(jù)北京市十四五規(guī)劃綱要中提出的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo),本文將生態(tài)文明建設(shè)系統(tǒng)分為社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境四個(gè)子系統(tǒng)。生態(tài)文明建設(shè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)指標(biāo)具體參見表1。

2.2 模型構(gòu)建

生態(tài)文明建設(shè)各子系統(tǒng)之間相互作用、相互聯(lián)系。生態(tài)文明建設(shè)各子系統(tǒng)之間的關(guān)系參見圖

基于對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指標(biāo)體系和各子系統(tǒng)之間關(guān)系的分析,本文使用VENSIM PLE軟件進(jìn)行了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建。生態(tài)文明建設(shè)因果回路圖、存量流量圖的構(gòu)建參見圖2、圖3。

主要方程式如下:

1)總?cè)丝?INTEG(人口增長(zhǎng)數(shù)量,1538);

2)人口增長(zhǎng)數(shù)量=總?cè)丝?人口增長(zhǎng)率*人口調(diào)整因子;

3)就業(yè)人數(shù)=總?cè)丝?就業(yè)人數(shù)占總?cè)藬?shù)比重;

4)第一/二/三產(chǎn)業(yè)增加值=第一/二/三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)*第一/二/三產(chǎn)業(yè)單位勞動(dòng)增加值;

5)生產(chǎn)總值增量=0.7369*第一產(chǎn)業(yè)增加值+0.9818*第二產(chǎn)業(yè)增加值+0.999*第三產(chǎn)業(yè)增加值-0.1564*工業(yè)污染治理投資+81980;

6)萬元GDP能耗=能源消耗總量/生產(chǎn)總值;

7)萬元GDP用水量=用水總量/生產(chǎn)總值;

8)能源消耗總量=生產(chǎn)能源消耗量+生活能源消耗量;

9)用水總量=生活用水量+生產(chǎn)用水量;

10)生產(chǎn)能源消耗量=INTEG(生產(chǎn)能源變化量,4220.8);

11)工業(yè)廢水/廢氣/固廢治理投資=工業(yè)廢水/廢氣/固廢排放量*單位廢水/廢氣/固廢治理投資;

12)工業(yè)污染治理投資=工業(yè)廢水治理投資+工業(yè)廢氣治理投資+工業(yè)固廢治理投資。

其中,根據(jù)北京市十四五規(guī)劃綱要以及北京的非首都功能疏解政策,在模型中添加人口調(diào)整因子,對(duì)人口增長(zhǎng)數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。

3 模型檢驗(yàn)與路徑設(shè)計(jì)

3.1 模型檢驗(yàn)

模型時(shí)間邊界為2005-2035年,時(shí)間步長(zhǎng)為1年,其中,2005-2019年為歷史檢驗(yàn)時(shí)段,2020-2035為模擬預(yù)測(cè)時(shí)段。數(shù)據(jù)主要來源于2006-2020年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》《北京統(tǒng)計(jì)年鑒》等。根據(jù)所建立的生態(tài)文明建設(shè)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,在四個(gè)子系統(tǒng)中選擇總?cè)丝?、就業(yè)人數(shù)、生產(chǎn)總值、能源消耗總量、用水總量、生活污水排放和工業(yè)固廢排放7個(gè)變量對(duì)北京生態(tài)文明建設(shè)系統(tǒng)仿真模型結(jié)構(gòu)及相互作用關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn),結(jié)果如圖4。

所選指標(biāo)的仿真值與真實(shí)值相對(duì)誤差均控制在5%左右,說明所構(gòu)建的模型能夠反映北京生態(tài)文明建設(shè)系統(tǒng)的變化規(guī)律,可以用于預(yù)測(cè)生態(tài)文明建設(shè)未來發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 生態(tài)文明建設(shè)路徑設(shè)計(jì)

在對(duì)模型設(shè)置的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合研究區(qū)十四五規(guī)劃發(fā)展的具體要求,從四個(gè)子系統(tǒng)中選取第二產(chǎn)業(yè)單位勞動(dòng)生產(chǎn)增加值、第三產(chǎn)業(yè)單位勞動(dòng)生產(chǎn)增加值、社會(huì)就業(yè)人數(shù)占總?cè)丝诒戎?、生產(chǎn)能耗變化量、人均生活能耗、人均生活用水量和萬元工業(yè)增加值固廢量等7個(gè)常量指標(biāo)作為控制變量,設(shè)計(jì)出5條生態(tài)文明建設(shè)的路徑進(jìn)行模擬仿真。

路徑1為保持現(xiàn)狀的發(fā)展路徑;路徑2為優(yōu)先發(fā)展經(jīng)濟(jì)的路徑,將二三產(chǎn)業(yè)單位勞動(dòng)生產(chǎn)增加值提高5%,生產(chǎn)能耗變化量和萬元工業(yè)增加值固廢量上調(diào)5%;路徑3為優(yōu)先發(fā)展社會(huì)的路徑,將社會(huì)就業(yè)人數(shù)占總?cè)丝诒戎靥岣?%;路徑4為優(yōu)先減少資源消耗、保護(hù)環(huán)境的路徑,將生產(chǎn)能耗變化量、人均生活能源消耗量、人均生活用水量和萬元工業(yè)增加值固廢量下降5%;路徑5為協(xié)調(diào)發(fā)展路徑,即綜合考慮發(fā)展經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、環(huán)境四個(gè)方面,將二產(chǎn)單位勞動(dòng)生產(chǎn)增加值下調(diào)5%、第三產(chǎn)業(yè)單位勞動(dòng)生產(chǎn)增加值上調(diào)10%,同時(shí),通過將社會(huì)就業(yè)人數(shù)占總?cè)丝诒戎靥岣?%、生產(chǎn)能耗變化量下降5%、人均生活能耗和人均生活用水下降3%、萬元工業(yè)增加值固廢量下調(diào)5%的方式來體現(xiàn)路徑發(fā)展效果。

4 仿真結(jié)果與路徑選擇

為更加直觀地展示出2005-2035年北京在5條發(fā)展路徑下的生態(tài)文明建設(shè)狀況,便于選擇最優(yōu)發(fā)展路徑,將生產(chǎn)總值、人均GDP、就業(yè)人數(shù)、萬元GDP能耗、萬元GDP用水量、生活污染量和工業(yè)固廢量七個(gè)變量的仿真結(jié)果進(jìn)行展示,進(jìn)一步分析北京市生態(tài)文明建設(shè)有效路徑,具體如圖5-圖11。

圖1 生態(tài)文明建設(shè)子系統(tǒng)關(guān)系圖

圖2 生態(tài)文明建設(shè)因果回路圖

圖3 生態(tài)文明建設(shè)存量流量圖

圖4 北京生態(tài)文明建設(shè)系統(tǒng)模型檢驗(yàn)結(jié)果

圖5 北京生產(chǎn)總值模擬結(jié)果

圖5與圖6顯示,北京生產(chǎn)總值和人均GDP在2020年以前路徑3數(shù)值最高,在2020年路徑5反超路徑3成為最優(yōu)路徑。可以看出,社會(huì)的不斷發(fā)展使得就業(yè)人數(shù)持續(xù)上升,人口紅利也有突出的表現(xiàn),但隨著就業(yè)人數(shù)的不斷增加,社會(huì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的效果不再明顯,而協(xié)調(diào)發(fā)展路徑的優(yōu)勢(shì)開始顯現(xiàn)。圖7顯示,在就業(yè)人數(shù)方面,按照各路徑的發(fā)展趨勢(shì),路徑3的就業(yè)人數(shù)最多,其次是路徑5,兩條路徑的就業(yè)人數(shù)明顯高于路徑1、路徑2和路徑4。圖8顯示,從萬元GDP能耗模擬結(jié)果來看,在2019年以前,萬元GDP能耗最低路徑為路徑3,2019年路徑5超過路徑3成為最優(yōu)路徑,此外,在2021年,路徑1超過路徑2成為數(shù)值最高的路徑。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,協(xié)調(diào)發(fā)展路徑優(yōu)于其它路徑,優(yōu)先發(fā)展社會(huì)的路徑也在短期內(nèi)對(duì)資源利用效率的提高有推動(dòng)作用。圖9顯示,從萬元GDP用水量模擬結(jié)果來看,在2019年以前,路徑3為萬元GDP用水量最低路徑,2019年路徑5超過路徑3成為最優(yōu)路徑?？梢钥闯?路徑5相較于路徑3有更高的活力,在協(xié)調(diào)發(fā)展路徑下,更有利于資源的節(jié)約。圖10顯示,從生活污染量的模擬結(jié)果來看,路徑4的生活污染量最少,其次為路徑5,遠(yuǎn)低于其它三條路徑。圖11顯示,2019年以前,路徑3的工業(yè)固廢量最低,路徑5其次,2019年時(shí)協(xié)調(diào)發(fā)展路徑成為工業(yè)固廢排放量最低路徑,路徑4超過路徑3成為次低路徑,原因是最初隨著社會(huì)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,第二產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)減少,二產(chǎn)產(chǎn)值的減少導(dǎo)致工業(yè)固廢量的降低,而在后期保護(hù)環(huán)境和協(xié)調(diào)發(fā)展的路徑優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)。

圖6 北京人均GDP模擬結(jié)果

圖7 北京就業(yè)人數(shù)模擬結(jié)果

圖8 北京萬元GDP能耗模擬結(jié)果

圖9 北京萬元GDP用水量模擬結(jié)果

圖10 北京生活污染量模擬結(jié)果

圖11 北京工業(yè)固廢量模擬結(jié)果

5 結(jié)論與建議

本文在分析北京生態(tài)文明建設(shè)現(xiàn)狀和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的基礎(chǔ)上,選取系統(tǒng)主要指標(biāo)并繪制因果回路圖和存量流量圖,構(gòu)建北京生態(tài)文明建設(shè)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,設(shè)置了維持現(xiàn)狀、社會(huì)優(yōu)先、經(jīng)濟(jì)優(yōu)先、環(huán)境優(yōu)先和協(xié)調(diào)發(fā)展5條發(fā)展路徑,模擬并對(duì)比不同路徑下北京市未來生態(tài)文明建設(shè)效果,得到如下結(jié)論:路徑5對(duì)北京生態(tài)文明建設(shè)的社會(huì)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、資源子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)均具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用;路徑3也在生態(tài)文明建設(shè)各子系統(tǒng)中表現(xiàn)出了較強(qiáng)的活力,路徑4在節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境方面優(yōu)勢(shì)明顯,路徑1和路徑2則略顯不足。

根據(jù)研究結(jié)論,結(jié)合北京實(shí)際情況,本文提出以下建議:

1)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境必須協(xié)調(diào)發(fā)展。通過對(duì)各子系統(tǒng)的分析,可以看出協(xié)調(diào)發(fā)展路徑的優(yōu)勢(shì)巨大,在提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的同時(shí),促進(jìn)北京就業(yè)人數(shù)的增加,同時(shí)設(shè)置并嚴(yán)格控制資源消耗上線、環(huán)境質(zhì)量底線,加強(qiáng)環(huán)境污染處罰力度,在生產(chǎn)和生活過程中降低廢物排放,實(shí)現(xiàn)北京經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)與生態(tài)文明建設(shè)雙贏。

2)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),增加就業(yè)崗位,促進(jìn)北京經(jīng)濟(jì)生態(tài)高質(zhì)量發(fā)展。根據(jù)本文的分析結(jié)果,促進(jìn)北京就業(yè)人數(shù)的增加,推進(jìn)就業(yè)也對(duì)生態(tài)文明建設(shè)有較強(qiáng)的促進(jìn)作用,因此,要積極推動(dòng)社會(huì)發(fā)展,促進(jìn)北京就業(yè)崗位的增加。

3)提高資源利用效率,樹立綠色發(fā)展理念。資源利用效率的提高能夠緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展給資源和環(huán)境造成的壓力,減少污染物的排放,應(yīng)鼓勵(lì)企業(yè)推進(jìn)綠色技術(shù)的應(yīng)用,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。同時(shí),應(yīng)注重公民在生態(tài)文明建設(shè)中的主人翁地位,在建立公民綠色發(fā)展理念的基礎(chǔ)上,鼓勵(lì)公眾依法行使環(huán)境舉報(bào)權(quán),對(duì)于有礙生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程的行為進(jìn)行檢舉和監(jiān)督。