王曉燕,李克強(qiáng)*,梁生康,張 麗,2,王修林

(1.中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山東 青島 266100；2.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266100)

經(jīng)濟(jì)與環(huán)境綜合約束下的青島市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整研究

王曉燕1,李克強(qiáng)1*,梁生康1,張 麗1,2,王修林1

(1.中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山東 青島 266100；2.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266100)

針對(duì)青島市海洋環(huán)境污染控制急需轉(zhuǎn)變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重大需求,從海洋環(huán)境容量?jī)?yōu)化配置的角度出發(fā),通過建立多目標(biāo)非線性規(guī)劃模型,估算2015年青島市居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)四大污染源的化學(xué)需氧量(COD)的最大允許排放量,進(jìn)而得到優(yōu)化的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu).結(jié)果表明,相比2007年,2015年青島全市及膠州灣、萊州灣和黃海3個(gè)污染源區(qū)的COD最大允許排放量和增加值分別增大1.4～2.3倍和2.3～16.2倍.2015年,青島全市居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)的COD最大允許排放量分別為11.6×104,20.4×104,18.4×104,17.1×104t,而且四大污染源COD最大允許排放量所占比例呈現(xiàn)居民生活源和農(nóng)業(yè)源下降,工業(yè)源和服務(wù)業(yè)源上升的變化趨勢(shì).在優(yōu)化的最大允許排放量比例下,第一、二、三產(chǎn)業(yè)的增加值比例由“二三一”型轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭弧毙?同時(shí),重污染的居民生活源和農(nóng)業(yè)源的COD排放強(qiáng)度減小,全市及三個(gè)污染源區(qū)的環(huán)境基尼系數(shù)都降至“0.4”警戒線以下.說明經(jīng)過模型優(yōu)化,可在滿足環(huán)境約束的同時(shí),獲得經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng),并且產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和排污結(jié)構(gòu)均趨于合理化,結(jié)果可為青島市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供借鑒.

青島；最大允許排放量；多目標(biāo)非線性規(guī)劃；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整；排放強(qiáng)度；環(huán)境基尼系數(shù)

青島是我國(guó)重要的沿海開放城市,然而,多年來形成的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)存在著產(chǎn)業(yè)間經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出與污染排放比例極不均衡的問題,在造成局部海域污染嚴(yán)重的同時(shí),海洋環(huán)境容量等寶貴資源嚴(yán)重浪費(fèi),成為制約青島社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素,亟需探索環(huán)境經(jīng)濟(jì)約束下的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展.

在過去的幾十年中,很多數(shù)學(xué)方法被用于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)之間關(guān)系的研究中來[1-6].如王西琴等[2]基于改進(jìn)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源、污染治理投入產(chǎn)出模型,建立了區(qū)域水環(huán)境經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型和工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型.王亮等[3]采用多目標(biāo)優(yōu)化方法,將水污染物容量總量在工業(yè)行業(yè)間優(yōu)化分配,實(shí)現(xiàn)區(qū)域行業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整和資源優(yōu)化配置的協(xié)同化管理.Li等[5]應(yīng)用模糊性多目標(biāo)規(guī)劃模型對(duì)天津市化工區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化.Zhou等[6]通過建立模糊性多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃模型研究了山東省四湖流域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題.在這些數(shù)學(xué)模型中,目標(biāo)函數(shù)一般分為污染物排放量最小、污染物削減費(fèi)用最小、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值最大等幾種類型;約束條件一般包括經(jīng)濟(jì)總量,人口數(shù)量,水資源/耗水量,排放強(qiáng)度等幾個(gè)方面.

可以說,目前關(guān)于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的研究大多側(cè)重于微觀或局部工業(yè)行業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,尚沒有在宏觀層次上將農(nóng)業(yè)和居民生活納入到社會(huì)整體進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化.同時(shí),在模型約束條件的設(shè)置上,較少綜合考慮產(chǎn)/行業(yè)污染物排放強(qiáng)度和資源環(huán)境基尼系數(shù)這兩個(gè)衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展和污染排放關(guān)系的重要指標(biāo)對(duì)模型計(jì)算結(jié)果的影響.

因此,本文從環(huán)境容量的產(chǎn)業(yè)優(yōu)化分配推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的角度出發(fā),應(yīng)用多目標(biāo)非線性規(guī)劃方法,以青島陸源污染源區(qū)的居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)四大類型污染源(本文中的居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)污染源是按照經(jīng)濟(jì)活動(dòng)同質(zhì)性對(duì)陸源污染源的習(xí)慣稱謂,居民生活僅指人在住所內(nèi)的活動(dòng),而后3種類型污染源對(duì)應(yīng)于《國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》[7]中的第一、第二和第三產(chǎn)業(yè))的允許排放量最大為目標(biāo)函數(shù),以污染物排放強(qiáng)度、環(huán)境基尼系數(shù)以及環(huán)境容量、GDP和人口數(shù)量為約束條件,分別以2007年為基準(zhǔn)年和2015年為規(guī)劃年,估算了規(guī)劃年青島市四大類型污染源的 COD最大允許排放量,進(jìn)而對(duì)比分析了基準(zhǔn)年和規(guī)劃年的青島市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化,并提出了相關(guān)的調(diào)整措施與建議.

1 青島市四大類型污染源最大允許排放量估算模型

1.1 目標(biāo)函數(shù)

青島市納污海域包括膠州灣、萊州灣青島陸擾海域和黃海青島陸擾海域三個(gè)區(qū)域,與其相對(duì)應(yīng)的陸地排污區(qū)域,可分別稱為膠州灣污染源區(qū)、萊州灣污染源區(qū)和黃海污染源區(qū).模型以 3個(gè)污染源區(qū)中4大類型污染源(居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè))的 COD允許排放量為決策變量,求算其極大值.表示函數(shù)如下:

式中:m指污染源區(qū),m=1、2、3時(shí)分別指膠州灣污染源區(qū)、萊州灣污染源區(qū)和黃海污染源區(qū);k指4大類型污染源,k=1、2、3、4時(shí)分別指農(nóng)業(yè)源、工業(yè)源、服務(wù)業(yè)源和居民生活源;ACIm,k指污染源區(qū)m中污染源k的COD最大允許排放量.

1.2 約束條件

(1) 環(huán)境容量約束

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展應(yīng)在區(qū)域允許排污量范圍之內(nèi).

式中:αm指膠州灣(萊州灣/黃海)污染源區(qū)綜合入海系數(shù),主要包括污染物綜合降解系數(shù)、污水處理率、入河系數(shù)等;ACDm指膠州灣(萊州灣青島陸擾海域/黃海青島陸擾海域)的環(huán)境容量.

(2) 排放強(qiáng)度約束

污染物排放強(qiáng)度反映了新創(chuàng)造的單位經(jīng)濟(jì)價(jià)值的環(huán)境負(fù)荷大小.青島市居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)的發(fā)展應(yīng)低于各自在基準(zhǔn)年的排放強(qiáng)度,同時(shí),青島市整體陸源污染的排放強(qiáng)度也應(yīng)滿足環(huán)保部生態(tài)市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,即:

式中:VAm,k指污染源區(qū)m中污染源k的增加值;δk和δ4分別指污染源k(k=1、2、3)和居民生活源在基準(zhǔn)年的排放強(qiáng)度;δs指環(huán)保部生態(tài)市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的排放強(qiáng)度;p指青島市規(guī)劃年人口數(shù)量.

(3) 經(jīng)濟(jì)總量約束

青島市居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)污染源最大允許排放量在不超過青島市海洋環(huán)境容量且滿足排放強(qiáng)度約束的前提下,各類型污染源的增加值應(yīng)有適度增長(zhǎng),人民生活水平最終達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平,即:

式中:VAk,0、VAk分別為污染源k(k=1、2、3)在基準(zhǔn)年和規(guī)劃年的增加值;GDP0、GDP分別為青島市基準(zhǔn)年和規(guī)劃年的地區(qū)生產(chǎn)總值; GDP4,l、GDP4,h分別為最低(基準(zhǔn)年)和最高(發(fā)達(dá)國(guó)家水平)人均GDP水平;rg指青島市近10年GDP年均增長(zhǎng)率的最低值;rk,g指污染源k的增加值年均增長(zhǎng)率;t指規(guī)劃年數(shù).

(4) 居民生活約束

污染物允許排放量的分配首先要保障城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民生活的需要,而規(guī)劃年人口數(shù)量的增長(zhǎng),不能超過青島市“十二五”規(guī)劃所規(guī)定的目標(biāo).

式中:P0、P分別為青島市基準(zhǔn)年和規(guī)劃年的人口數(shù)量;rp為人口機(jī)械增長(zhǎng)率.

(5) 污染結(jié)構(gòu)約束

“環(huán)境基尼系數(shù)”將基尼系數(shù)按照其內(nèi)涵擴(kuò)展引入到污染排放與經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)的公平性中而形成的指標(biāo)[8].它可以衡量各分配對(duì)象的污染物排放量相對(duì)于其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是否公平,也可以反映區(qū)域內(nèi)行業(yè)排污結(jié)構(gòu)是否均衡[9],被經(jīng)常用于計(jì)算排污單元的污染物允許排放量的研究中來[10-11].排污結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化后,農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)污染源的環(huán)境基尼系數(shù)不應(yīng)超過國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)0.4[8],即:

式中:kλ、kθ分別指青島市k污染源的增加值累計(jì)百分比和污染物排放量累計(jì)百分比.

(6) 非負(fù)約束

在模型的優(yōu)化過程中,可能會(huì)出現(xiàn)允許一部分參數(shù)為負(fù)值的情況.這種模型在數(shù)學(xué)上可以得到允許排放量的極大值,在現(xiàn)實(shí)情況中卻不可能出現(xiàn),因而對(duì)參數(shù)進(jìn)行非負(fù)約束,即:

1.3 模型參數(shù)設(shè)置

模型參數(shù)設(shè)置如表 1所示.模型運(yùn)算的基準(zhǔn)年為2007年,規(guī)劃年為2015年.

表1 四大污染源COD最大允許排放量估算模型的參數(shù)Table 1 parameters’ values of the model of maximum permitted COD discharging amount of four kinds of pollutant sources

(1) 青島市三大納污海域的環(huán)境容量

在青島市海洋功能區(qū)劃下,膠州灣 COD環(huán)境容量為 17.5萬(wàn) t/a[12-14],萊州灣青島陸擾海域COD環(huán)境容量為0.65萬(wàn)t/a[15],黃海青島陸擾海域COD環(huán)境容量為690萬(wàn)t/a[16].

(2) 綜合入海系數(shù)

綜合入海系數(shù)主要包括污染物綜合降解系數(shù)、污水處理率、入河系數(shù)等,其中污染物綜合降解系數(shù)和入河系數(shù)主要參考文獻(xiàn)值[9,17],污水處理率主要通過污水處理廠入口和出口監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)核算而來.

(3) 排放強(qiáng)度

青島市整體及四大污染源的COD排放強(qiáng)度的上限值參考文獻(xiàn)[18-19].

(4) 人口

基準(zhǔn)年(2007)青島市人口數(shù)量以及近 10年人口平均機(jī)械增長(zhǎng)率參考《2008青島市統(tǒng)計(jì)年鑒》[20].

(5) 生產(chǎn)總值和增加值

基準(zhǔn)年青島市全市國(guó)民生產(chǎn)總值,農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)增加值及人均 GDP最低值均參考《2008青島市統(tǒng)計(jì)年鑒》[20].人均 GDP最高值則是參考國(guó)際貨幣基金組織(IMF)給出的各發(fā)達(dá)國(guó)家的人均GDP的中間值(約30000美元)折算而來[21].

1.4 模型求解

利用MATLAB優(yōu)化工具箱中的fgoalattain函數(shù)構(gòu)建多目標(biāo)非線性規(guī)劃模型,模型求解采用中型規(guī)劃算法(Medium-scale algorithm),主要涉及基于映射牛頓法的置信域算法(subspace trust region method based on the interior-reflective Newton method;Trust- region-reflective method)、有效集算法(Active-set method)、內(nèi)點(diǎn)算法(Interior-point method)和序列二次規(guī)劃法(Sequential quadratic programming; SQP)等算法[22-23].

模型運(yùn)算時(shí),2015年各項(xiàng) GDP數(shù)值均折算為2007年可比價(jià)格,使得規(guī)劃年價(jià)估算值與基準(zhǔn)年數(shù)值具有可比性.

2 結(jié)果與分析

2.1 基準(zhǔn)年和規(guī)劃年青島市四大污染源 COD最大允許排放量比較

由表2可見,2015年青島全市、膠州灣污染源區(qū)、萊州灣污染源區(qū)和黃海污染源區(qū)COD最大允許排放量分別是2007年的1.6倍、1.4倍、2.0倍和2.3倍,這表明經(jīng)模型優(yōu)化后,各污染源區(qū)的海洋環(huán)境容量利用率提高了.

表2 2007和2015年青島全市及其3個(gè)污染源區(qū)四大污染源COD最大允許排放量Table 2 The maximum permitted COD discharging amount of four kinds of pollutant sources in Qingdao and its three pollutant-discharging districts in 2007 and 2015

圖1 2007和2015年青島全市及其3個(gè)污染源區(qū)四大污染源的COD最大允許排放量及比例構(gòu)成Fig.1 The maximum permitted COD discharging amount and proportion of four kinds of pollutant sources in Qingdao and its three pollutant-discharging districts in 2007 and 2015

從圖1可見,相比2007年,2015年四大污染源COD最大允許排放量所占比例呈現(xiàn)居民生活和農(nóng)業(yè)污染源下降,工業(yè)和服務(wù)業(yè)污染源上升的變化趨勢(shì).具體來講,對(duì)于居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)和服務(wù)業(yè)污染源的COD排放比例,從2007年到2015年,青島整體由 35.5%:51.4%:6.3%:6.9%調(diào)整為17.2%:30.1%:27.3%:25.4%.膠州灣污染源區(qū)由36.1%:50.1%:7.2%:6.6%調(diào)整為24.0%:36.3%: 22.3%:17.5%.萊州灣污染源區(qū)由 24.5%:72.8%: 0.7%:2.0%調(diào)整為4.0%:32.5%:24.1%:39.4%.黃海污染源區(qū)由 42.8%:37.9%:7.3%:12.1%調(diào)整為12.4%:15.0%:40.5%:32.1%.

2.2 基準(zhǔn)年和規(guī)劃年青島市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化分析

如表3所示,2015年,青島全市、膠州灣污染源區(qū)、萊州灣污染源區(qū)和黃海污染源區(qū)增加值分別是2007年的3.2倍、2.3倍、16.2倍和2.8倍,這表明經(jīng)模型優(yōu)化后,青島可以在滿足環(huán)境約束的同時(shí),獲得經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng).

表3 2007和2015年青島全市及其3個(gè)污染源區(qū)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)的增加值Table 3 The value added of agriculture, industry and service of Qingdao and its three pollutant-discharging districts in 2007 and 2015

由圖 2可見,青島市第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)的增加值構(gòu)成比例由 2007年的 5.0%:54.1%: 40.9%,調(diào)整為2015年的1.6%:43.6%:54.8%.各污染源區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)與青島全市類似,即第一產(chǎn)業(yè)比重下降,第二和第三產(chǎn)業(yè)比重上升.對(duì)于第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)的比例構(gòu)成,從2007年到2015年,膠州灣污染源區(qū)由4.5%:55.4%:40.1%調(diào)整為 2.0%:44.8%:53.2%.萊州灣污染源區(qū)由14.6%:52.2%:33.2%調(diào)整為1.1%:50.9%:48.0%.黃海污染源區(qū)由 4.1%:50.1%:45.8%調(diào)整為 1.1%: 29.1%:69.8%.

上述分析表明,從2007年到2015年,經(jīng)過模型優(yōu)化,青島市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由“二三一”型調(diào)整為“三二一”型,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨向合理.根據(jù)《青島市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要》[24],到十二五規(guī)劃末(2015年),第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)的增加值比例將達(dá)到 3%:45%:52%;而本文優(yōu)化計(jì)算結(jié)果顯示:青島市第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)的增加值比例將由2007年的5.0%:54.1%:40.9%,調(diào)整為2015年的 1.6%:43.6%:54.8%,說明本文計(jì)算結(jié)果在優(yōu)化行業(yè)污染源排污結(jié)構(gòu)的同時(shí),可以滿足青島市政府的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃要求,基本合理.

圖2 2007和2015年青島全市及其三個(gè)污染源區(qū)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)的增加值及比例構(gòu)成Fig.2 The added value of agriculture, industry and service industry in Qingdao and its three pollutant-discharging districts in 2007 and 2015

2.3 基準(zhǔn)年和規(guī)劃年青島市四大污染源 COD排放強(qiáng)度和污染結(jié)構(gòu)變化分析

如表4所示,2015年,青島全市四大污染源排放強(qiáng)度基本呈現(xiàn)“高值下降、低值上升”的變化趨勢(shì).具體地講,基準(zhǔn)年污染物排放強(qiáng)度高的居民生活源和農(nóng)業(yè)源的COD排放強(qiáng)度分別由19.6和106.8kg/萬(wàn)元下降到15.6和100.0kg/萬(wàn)元;基準(zhǔn)年污染物排放強(qiáng)度低的工業(yè)源和服務(wù)業(yè)源的 COD排放強(qiáng)度分別由1.2和1.7kg/萬(wàn)元上升到3.3和2.4kg/萬(wàn)元.

由圖3可以看出,相比2007年,2015年青島全市及各污染源區(qū)的環(huán)境基尼系數(shù)降低至小于或接近 0.40的臨界值.具體來講,從 2007年到2015年,青島全市、膠州灣污染源區(qū)、萊州灣污染源區(qū)、黃海污染源區(qū)的環(huán)境基尼系數(shù)分別由0.74降低到0.39;由0.75降低到0.51;由0.83降低到 0.42;由0.67降低到0.38.表明經(jīng)過模型優(yōu)化,青島市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)更趨合理.

表4 2007和2015年青島全市及其3個(gè)污染源區(qū)四大污染源的COD排放強(qiáng)度Table 4 The COD intensities of four kinds of pollutant sources in Qingdao and its three pollutant-discharging districts in 2007 and 2015

圖3 2007和2015年青島全市及其3個(gè)污染源區(qū)的環(huán)境基尼系數(shù)的比較Fig.3 Comparison of environmental Gini coefficients of Qingdao and its three pollutant-discharging districts in 2007 and 2015

2.4 不同初始值對(duì)模型運(yùn)算結(jié)果的影響

將不同年份(1980、1988、1995、2000和2005)的青島市居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)污染源COD排放量、增加值等參數(shù)值作為基準(zhǔn)年數(shù)據(jù),代入模型進(jìn)行運(yùn)算,求得一系列規(guī)劃年 4大類型污染源的 COD最大允許排放量,然后應(yīng)用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)、相似性指數(shù)(SI)和相關(guān)系數(shù)(r)分別進(jìn)行度量.其中,RSD用來表示模型數(shù)值運(yùn)算的不確定性,其值越小,表示不確定性越小.SI[25]和r用來表示計(jì)算結(jié)果的結(jié)構(gòu)一致性,其值越大,表示不同基準(zhǔn)年數(shù)據(jù)計(jì)算同一規(guī)劃年的計(jì)算結(jié)果的結(jié)構(gòu)越一致.相似性指數(shù)采用反余弦公式表示,其定義如下:

式中:CS表示實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)參考向量的夾角余弦,本文中指各個(gè)基于不同初始值的模型計(jì)算結(jié)果與多個(gè)基于不同初始值的模型計(jì)算結(jié)果的平均值的參考向量的夾角余弦.

結(jié)果顯示:以不同初始值計(jì)算得到的規(guī)劃年青島市居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)污染源的最大允許排放量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在 0.28%～22.46%之間,平均為 14.89%±9.93%,說明模型利用不同初始值計(jì)算規(guī)劃年四大污染源的最大允許排放量,結(jié)果在數(shù)值上具有較小的不確定性.r值為0.98±0.01(P=0.01),SI值為0.93±0.03,均大于0.9,進(jìn)一步表明模型利用不同初始值計(jì)算規(guī)劃年四大污染源的最大允許排放量,結(jié)果在污染排放結(jié)構(gòu)上具有較好的一致性.

3 青島市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整措施和建議

依據(jù)以上模型優(yōu)化結(jié)果,結(jié)合《青島市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》,對(duì)青島市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和調(diào)整,本文提出以下幾點(diǎn)措施與建議:

(1) 農(nóng)業(yè)源:積極發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè),科學(xué)施用肥料;積極發(fā)展規(guī)模飼養(yǎng),嚴(yán)格養(yǎng)殖場(chǎng)的環(huán)境管理;積極探索畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞尿處理的新技術(shù),做到畜禽糞便的資源化利用.

(2) 工業(yè)源:繼續(xù)通過關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)等方式淘汰低產(chǎn)值、高排污的老工業(yè)基地;對(duì)于新工業(yè)基地,應(yīng)提高行業(yè)準(zhǔn)入門檻,從源頭控制高排放強(qiáng)度行業(yè)的發(fā)展.同時(shí),應(yīng)著力打造高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和先進(jìn)制造業(yè)并大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),減少污染物排放.

(3) 服務(wù)業(yè)源和居民生活源:對(duì)于服務(wù)業(yè),應(yīng)在提高傳統(tǒng)服務(wù)業(yè)的規(guī)模和污水集中處理率的同時(shí),鞏固社會(huì)服務(wù)業(yè),引導(dǎo)壯大生產(chǎn)服務(wù)業(yè)和流通服務(wù)業(yè)等現(xiàn)代服務(wù)業(yè).對(duì)于居民生活源,應(yīng)在提高居民節(jié)約用水意識(shí)的同時(shí),進(jìn)一步提高污水的回收率和集中處理率,進(jìn)行污水深度處理,切實(shí)減少居民生活源的污染物排放總量.

4 結(jié)論

4.1 經(jīng)模型優(yōu)化后,相對(duì)于基準(zhǔn)年(2007),規(guī)劃年(2015)青島全市生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)COD最大允許排放量共提高了 62%;并且生活和農(nóng)業(yè)污染源 COD最大允許排放量所占比重下降,而工業(yè)和服務(wù)業(yè)污染源COD最大允許排放量所占比重上升.

4.2 經(jīng)模型優(yōu)化后,規(guī)劃年青島全市國(guó)民生產(chǎn)總值達(dá)到基準(zhǔn)年的 3.2倍,且呈現(xiàn)第一產(chǎn)業(yè)比重下降,第二和第三產(chǎn)業(yè)比重上升的變化趨勢(shì);基準(zhǔn)年COD排放強(qiáng)度高的生活源和農(nóng)業(yè)源,其COD排放強(qiáng)度下降,基準(zhǔn)年污染物排放強(qiáng)度低的工業(yè)源和服務(wù)業(yè)源,其COD排放強(qiáng)度上升;從2007年到2015年,青島市及各污染源區(qū)的環(huán)境基尼系數(shù)都降至低于或接近0.40的臨界值,表明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨于合理.

[1] Bisdorff R, Laurent S. Industrial linear optimization problems solved by constraint logic programming [J]. European Journal of Operational Research, 1995,84:82-95.

[2] 王西琴,楊志峰,劉昌明.區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整與水環(huán)境保護(hù)——以陜西關(guān)中地區(qū)為例 [J]. 地理學(xué)報(bào), 2000,55(6):707-718.

[3] 王 亮,張宏偉,岳 琳.水污染物總量行業(yè)優(yōu)化分配模型研究[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2006,8(1):59-63.

[4] O’Regan B, Moles R. Using system dynamics to model the interaction between environmental and economic factors in the mining industry [J]. Journal of Cleaner Production, 2006,14:689-707.

[5] Li Y F, Li Y P, Huang G H, et al. Modeling for Environmental-Economic Management Systems under Uncertainty [J]. Procedia Environmental Sciences, 2010,2:192-198.

[6] Zhou M, Chen Q, Cai Y L. Optimizing the industrial structure of a watershed in association with economic-environmental consideration: an inexact fuzzy multi-objective programming model [J]. Journal of Cleaner Production, 2013,42:116-131.

[7] 中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類 [S]. 2002.

[8] 王金南,逯元堂,周勁松,等.基于GDP的中國(guó)資源環(huán)境基尼系數(shù)分析 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2006,26(1):111-115.

[9] 孟 偉.流域水污染物總量控制技術(shù)與示范 [M]. 北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2008.

[10] Cho J H, Lee J H. Multi-objective Waste Load Allocation Model for Optimizing Waste Load Abatement and Inequality Among Waste Dischargers [J]. Water, Air, and Soil Pollution, 2014,225(3): 1-17.

[11] Sun T, Zhang H W, Wang Y, et al. The application of environmental Gini coefficient (EGC) in allocating wastewater discharge permit: The case study of watershed total mass control in Tianjin, China [J]. Resources, Conservation and Recycling, 2010,54:601-608.

[12] 李克強(qiáng).膠州灣主要化學(xué)污染物海洋環(huán)境容量研究——在多介質(zhì)海洋環(huán)境中主要遷移-轉(zhuǎn)化過程-三維水動(dòng)力輸運(yùn)耦合模型建立與計(jì)算 [D]. 青島:中國(guó)海洋大學(xué), 2007.

[13] 喬旭東.膠州灣排污管理區(qū)及其主要排?；瘜W(xué)污染物分配容量的準(zhǔn)確計(jì)算研究 [D]. 青島:中國(guó)海洋大學(xué), 2009.

[14] 漢紅燕.膠州灣陸源污染物排?？偭靠刂菩姓^(qū)量化管理研究[D]. 青島:中國(guó)海洋大學(xué), 2010.

[15] Zhao Xixi, Wang Xiulin, Shi Xiaoyong, Li Keqiang, Ding Dongsheng. Environmental capacity of chemical oxygen demand in the Bohai Sea: modeling and calculation [J]. 中國(guó)海洋湖沼學(xué)報(bào)(英文版), 2011,1:46-52.

[16] 錢國(guó)棟.青島市陸源污染物排放總量控制網(wǎng)絡(luò)化綜合管理平臺(tái)總體框架設(shè)計(jì)研究 [D]. 青島:中國(guó)海洋大學(xué), 2012.

[17] 張 俊,余宗蓮,王城見,孫保權(quán).大沽河干流青島段水環(huán)境容量研究 [J]. 青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2003,33(5):665-670.

[18] 王曉燕.基于污染物總量控制的青島市結(jié)構(gòu)減排研究——行業(yè)污染源排放強(qiáng)度準(zhǔn)入基準(zhǔn)建立和分配容量估算 [D]. 青島:中國(guó)海洋大學(xué), 2012.

[19] 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部.生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo) [Z]. 2008.

[20] 青島統(tǒng)計(jì)年鑒 [M]. 北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2008.

[21] 國(guó)際貨幣基金組織.世界經(jīng)濟(jì)展望 [R]. 2013.

[22] 李 明.詳解 MATLAB在最優(yōu)化計(jì)算中的應(yīng)用(配視頻教程).北京:電子工業(yè)出版社, 2011:74-262.

[23] 龔 純,王正林.精通MATLAB最優(yōu)化計(jì)算(第2版).北京:電子工業(yè)出版社, 2012:85-210.

[24] 青島市人民政府.青島市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃剛要 [R]. 2011.

[25] Millie D E, Schofield O M, Kirkpatrick G J, el a1. Detection of harmful algal blooms using photopigments and absorption signatures: A case study of the Florida red tide, Gymnodinium breve [J]. Limnology and Oceanography, 1997,42:1240-1251

Industrial structure adjustment of Qingdao under the comprehensive constraint of economy and environment.

WANG Xiao-yan1, LI Ke-qiang1*, LIANG Sheng-kang1, ZHANG Li1,2, WANG Xiu-lin1
(1.Department of Chemistry and Chemical Engineer, Ocean University of China, Qingdao 266100, China；2.College of Environmental Science and Technology, Ocean University of China, Qingdao 266100, China). China Environment Science, 2014,34(10)：2714～2720

Qingdao is in need of industrial structure adjustment to control ocean pollution. Thus, the industrial structure of this city was optimized by calculating the maximum permitted chemical oxygen demand (COD) discharging amounts from households, agriculture, industries, and services in 2015 with the use of a multi-purpose nonlinear programming model. Results indicate that the maximum permitted COD discharging amount and gross domestic product (GDP) of the whole city and three pollutant-discharging districts (i.e., Jiaozhou Bay, Laizhou Bay, and Huanghai Sea) in 2015 increased by 1.4times to 2.3times and by 2.3times to 16.2times, respectively. The maximum permitted COD discharging amount of households, agriculture, industries, and services in Qingdao and the three pollutant-discharging districts were 11.6 × 104, 20.4 × 104, 18.4 × 104, and 17.1 × 104tons, respectively. The percentage of maximum permitted COD discharging amount of the four industries showed that the household and agriculture percentages decreased, whereas those of industry and service increased. Under the optimized proportion of maximum permitted discharging amount of pollutants, the service GDP of Qingdao, rather than the industry GDP, comprised the largest proportion of total GDP. The COD pollution intensity of households and agriculture decreased. The Gini coefficients of the whole city and the three pollutantdischarging districts were below the warning value of 0.4. The above results suggested that the coordination of economic development and environmental regulation could be achieved by using the proposed model, which provided a basis for the industrial structure adjustment in Qingdao.

t：Qingdao；maximum permitted discharging capacity；multi-goal nonlinear programming；industrial structure adjustment；pollution intensity；environmental Gini coefficient

X321

：A

：1000-6923(2014)10-2714-07

王曉燕(1981-),女,內(nèi)蒙古烏蘭察布人,中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士研究生,主要從事排海污染物總量控制、環(huán)境評(píng)價(jià)和環(huán)境準(zhǔn)入基準(zhǔn)研究.發(fā)表論文2篇.

2014-02-10

青島市民生計(jì)劃項(xiàng)目(11-2-3-66-nsh,11-2-1-18-hy);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)(201362014);海域使用金使用項(xiàng)目(江蘇省重點(diǎn)海域海洋環(huán)境容量研究)

* 責(zé)任作者, 副教授, likeqiang@ouc.edu.cn