王耕，魏遼生

（1．遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心 大連 116029；2．遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 大連 116029）

1 引言

可持續(xù)發(fā)展的概念最早在1972年的聯(lián)合國人類環(huán)境研討會上正式討論，1987年世界環(huán)境與發(fā)展委員會出版的《我們共同的未來》報告將可持續(xù)發(fā)展定義為：“既能滿足當(dāng)代人的需要，又不對后代人滿足其需要的能力構(gòu)成危害的發(fā)展”。該定義被廣泛接受。我國已經(jīng)將可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略納入我國的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的長遠(yuǎn)規(guī)劃。城市作為一個地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，其可持續(xù)發(fā)展在我國可持續(xù)發(fā)展中占有重要地位。

從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，可持續(xù)發(fā)展是資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會多個系統(tǒng)相互作用、相互影響的復(fù)雜大系統(tǒng)。系統(tǒng)動力學(xué)是一門基于系統(tǒng)論，吸取反饋理論與信息論的精髓，并借助計算機(jī)模擬技術(shù)融諸家于一爐，脫穎而出的交叉新學(xué)科。系統(tǒng)動力學(xué)以結(jié)構(gòu)－功能模擬為模擬技術(shù)，能定性與定量地分析研究系統(tǒng)，是社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)復(fù)雜大系統(tǒng)的“實(shí)驗室”［1］。系統(tǒng)動力學(xué)是地理科學(xué)研究的重要方法，近年來國內(nèi)外很多學(xué)者應(yīng)用該方法建立模型，模擬區(qū)域或城市的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并提出相應(yīng)的對策和建議。如Shen Qiping等［2］建立了可持續(xù)的土地利用和香港城市發(fā)展的系統(tǒng)動力學(xué)模型，模擬比較各項政策帶來的不同動態(tài)后果，從而實(shí)現(xiàn)土地可持續(xù)利用目標(biāo)；佟賀豐等［3］以北京市為例構(gòu)建城市可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動力學(xué)模型，指出北京未來可持續(xù)發(fā)展中存在的問題并提出對策建議；張子珩等［4］以烏海市為例構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動力學(xué)模型，并根據(jù)仿真結(jié)果提出一系列可持續(xù)發(fā)展的措施；姚建、師滿江、李杰蘭、程葉青等［5－8］分別以不同區(qū)域構(gòu)建了區(qū)域可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動力學(xué)模型，通過模擬比較不同發(fā)展方案的結(jié)果給地區(qū)可持續(xù)發(fā)展決策提供參考和理論依據(jù)；許光清、宋世濤、馬國豐等［9－11］對近年國內(nèi)外關(guān)于系統(tǒng)動力學(xué)模型應(yīng)用于可持續(xù)發(fā)展的研究做了梳理總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上指出進(jìn)一步的研究方向。總結(jié)可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)動力學(xué)研究，國外研究較成熟且充分，仿真模擬效果良好。國內(nèi)研究以可持續(xù)發(fā)展評價為主流，系統(tǒng)仿真模擬分析薄弱，尤以制約性因子的情景分析為少見。目前不少學(xué)者用各種方法從不同角度對大連市的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行研究，但多以對大連市的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r的靜態(tài)評價為主［11－20］。

大連市位于中國東北遼東半島最南端，三面環(huán)海，國土面積為12 573km2，人口大約590萬。大連市是東北地區(qū)的重要沿海港口、工業(yè)、貿(mào)易和旅游城市，是中國東北重要的對外門戶。隨著沿海經(jīng)濟(jì)帶的快速發(fā)展，資源與環(huán)境等因素愈加制約大連市可持續(xù)發(fā)展，因此，研究大連市可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)，為制定可持續(xù)發(fā)展政策提供科學(xué)依據(jù)意義重大。系統(tǒng)動力學(xué)模型能夠動態(tài)的模擬可持續(xù)發(fā)展，而且可以模擬各種決策，有助于為制定可持續(xù)發(fā)展措施提供依據(jù)。本研究利用系統(tǒng)動力學(xué)Vensim 軟件，選取沿海人口、水資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展問題突出的大連市，構(gòu)建城市可持續(xù)發(fā)展模型，以水資源、環(huán)境為制約因子進(jìn)行仿真模擬，旨在完善區(qū)域可持續(xù)發(fā)展建模過程，為大連實(shí)際發(fā)展提供可借鑒的對策與建議。

2 模型構(gòu)建

本研究采用Vensim PLE 軟件進(jìn)行建模、檢驗、模擬。任何模型都不可能和實(shí)際系統(tǒng)毫無差別，通過對大連市可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)分析，選取主要子模塊構(gòu)建模型。依據(jù)SD 建模原則和建模方法，大連市可持續(xù)發(fā)展模型由人口、水資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)四大子系統(tǒng)構(gòu)成，通過人口、水資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系連接在一起。

2．1 大連市SD 模型的數(shù)據(jù)和參數(shù)設(shè)定

大連市可持續(xù)發(fā)展SD 模型空間邊界包括6個市轄區(qū)、1個縣、3個縣級市，共12 574km2。時間邊界從2005—2020 年，其中2005—2011年間的各項數(shù)據(jù)用來校準(zhǔn)和調(diào)試模型。模型中的數(shù)據(jù)和參數(shù)主要來源于2005—2011年《大連市統(tǒng)計年鑒》和《大連市水資源公報》，部分參數(shù)和數(shù)據(jù)參考研究區(qū)域相關(guān)規(guī)劃文件。模型的參數(shù)實(shí)際上是隨時間推移而不斷變化的，但模型并非現(xiàn)實(shí)的重現(xiàn)，必須以數(shù)學(xué)方法確定其值，根據(jù)對歷史數(shù)據(jù)的觀察分析，對不同性質(zhì)的參數(shù)采用與其相適應(yīng)的方法得出。模型參數(shù)的確定主要通過以下方法得到：①利用歷史統(tǒng)計資料做算術(shù)平均數(shù)。如：多年平均水資源總量（31億m3），人均生活污水排放量（50．2t），單位綠地需水量（0．006 68億m3），單 位 廢 氣 處 理 耗 資（1．95 億元）等；②根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)合經(jīng)驗判斷，采用趨勢外推來取值，或以表函數(shù)表達(dá)。如：綠化覆蓋率年均增長（0．005），第一產(chǎn)業(yè)年均增幅（0．08），年均人口機(jī)械增長率（0．004）等；③利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)做回歸分析，用time的表函數(shù)表示。模型中時間步長用dt表示，本模型中設(shè)置dt＝1a。

2．2 大連市SD 模型的系統(tǒng)分析

2．2．1 人口子系統(tǒng)

人口子系統(tǒng)是地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。大連市2001—2011 年的數(shù)據(jù)表明：大連市人口變動的主要因素為人口遷入和人口遷出，人口平均自然增長率為0．52‰，而平均機(jī)械增長率為5．5‰，顯然機(jī)械變動是人口變動的主要因素。出生率和死亡率有所波動，但相對平穩(wěn)，機(jī)械增長率先增長后下降，在2006 年最高達(dá)到10．5‰，之后緩慢降低。人口的遷入遷出受城市引力作用，以及生活水平、環(huán)境、工作、醫(yī)療、教育等因素的影響，關(guān)系復(fù)雜，因缺乏數(shù)據(jù)本模型未做探討。城市化率呈增長趨勢，用趨勢外推法得出，在模型中用time的表函數(shù)表達(dá)。模型中出生率、死亡率和機(jī)械增長率以time的表函數(shù)表達(dá)，主要方程如下：

總?cè)丝冢絀NTEG（出生口＋機(jī)械增長人口－死亡人口，人口初值）

出生人口＝出生率×總?cè)丝?/p>

死亡人口＝死亡率×總?cè)丝?/p>

機(jī)械增長人口＝機(jī)械增長率×總?cè)丝?/p>

非農(nóng)人口＝城市化率×總?cè)丝?/p>

農(nóng)村人口＝總?cè)丝冢寝r(nóng)人口

2．2．2 經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)

研究區(qū)域工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，工業(yè)門類齊全。隨著國家進(jìn)一步實(shí)施振興東北老工業(yè)基地和遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略，大連的第二產(chǎn)業(yè)必然會進(jìn)一步增長。作為東北亞的國際航運(yùn)中心、物流中心、區(qū)域金融中心，第三產(chǎn)業(yè)在推動全市經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有很大的比重。全市GDP 由2001 年的1 242 億元增長到2011年的5 066億元，經(jīng)濟(jì)增長迅速。三次產(chǎn)業(yè)比重從2001年8．9∶46．8∶44發(fā)展到2011年的6．4∶52．1∶41．5，從中可以看出三大產(chǎn)業(yè)中第一產(chǎn)業(yè)所占比重一直較小，第二、第三產(chǎn)業(yè)所占比重較大。由于大連市的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比重很小，模型中第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增加率由表函數(shù)外部生成。工業(yè)模塊由柯布－道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)生成，柯布－道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)是于20世紀(jì)30年代由數(shù)學(xué)家柯布（C．W．Cobb）和經(jīng)濟(jì)學(xué)家道格拉斯（PaulH．Douglas）提出來的?？虏肌栏窭股a(chǎn)函數(shù)被認(rèn)為是一種很有用的生產(chǎn)函數(shù)?？虏迹栏窭股a(chǎn)函數(shù)的基本形式表示如下

式中：Y是工業(yè)總產(chǎn)值；A全要素生產(chǎn)率（TFP）；L是投入的勞動力數(shù)（單位是萬人或人）；K是投入的資本，一般指固定資產(chǎn)凈值（單位是億元或萬元，但必須與勞動力數(shù)的單位相對應(yīng)，如勞動力用萬人作單位，固定資產(chǎn)凈值就用億元作單位）；α是勞動力產(chǎn)出的彈性系數(shù)；β是資本產(chǎn)出的彈性系數(shù)（0＜α＜1，0＜β＜1）。用大連市統(tǒng)計資料進(jìn)行回歸。

回歸方程：

擬合度檢驗，擬合優(yōu)度R＝0．990 404，調(diào)整后的擬合優(yōu)度RA＝0．985 605，模型的擬合優(yōu)度比較高，說明對樣本的擬合效果比較好，模型的解釋能力比較強(qiáng)。模型通過了F檢驗，F(xiàn)＝0．000 92說明該回歸方程回歸效果顯著。資本投入和勞動力的t統(tǒng)計量的P值分別為0．001 74和0．024 236，都小于顯著性水平0．05，因此α和β的估計值都能通過t檢驗。求得A＝5．008 41，α＝0．582 231和β＝0．461 032，因為α和β分別為固定資本投入和勞動投入量對總產(chǎn)出的貢獻(xiàn)份額，所以有0＜α＜1，0＜β＜1，因此α和β的估計值可以通過經(jīng)濟(jì)意義的檢驗。

由于第三產(chǎn)業(yè)利用柯布－道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)進(jìn)行回歸后，只通過了F檢驗（F＝0．002 36）而未能通過t檢驗，所以不能用柯布－道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)表達(dá)。第三產(chǎn)業(yè)又稱服務(wù)業(yè)，與人口和人均可支配收入關(guān)系密切，用統(tǒng)計資料進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明大連市第三產(chǎn)業(yè)與人均可支配收入相關(guān)系數(shù)為0．997 6，而第三產(chǎn)業(yè)與人口的相關(guān)性不明顯。對其進(jìn)行回歸后得到第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和人均可支配收入的函數(shù)。人均可支配收入與人口和GDP 等因素有關(guān)，把人均可支配收入增加值與人均GDP 做回歸分析，得到人均GDP和人均可支配收入增加值的函數(shù)關(guān)系。第二產(chǎn)業(yè)勞動投入和資本投入經(jīng)統(tǒng)計資料趨勢外推后由表函數(shù)表達(dá)。經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)主要方程如下：

第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值＝INTEG（第一產(chǎn)業(yè)增加量，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值初始值）

第一產(chǎn)業(yè)增加量＝第一產(chǎn)業(yè)增幅×第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值

第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值＝全要素生產(chǎn)率×第二產(chǎn)業(yè)資本投入＾α×第二產(chǎn)業(yè)勞動投入＾β

第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值＝人均可支配收入×0．100 56－216．7

人均可支配收入＝INTEG（人均可支配收入增加，人均可支配收入初始值）

人均可支配收入增加＝人均GDP×368

人均GDP＝總產(chǎn)值／總?cè)丝?/p>

總產(chǎn)值＝第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值＋第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值＋第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值

2．2．3 水資源子系統(tǒng)

水是一個城市發(fā)展和人民生活的重要條件，大連市三面環(huán)海，地處遼東半島最南端，獨(dú)特的地理條件使其成為水資源嚴(yán)重短缺的城市，人均水資源不足全國人均量的1／4，水資源成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。大連市水資源系統(tǒng)由生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水4 個模塊構(gòu)成。多年平均水資源總量為32 m3。農(nóng)業(yè)用水量受耕地面積、灌溉水有效利用率、當(dāng)年降水情況等因素影響，由于數(shù)據(jù)有限，農(nóng)業(yè)用水量由耕地面積和單位耕地需水量決定，不考慮其他因素，單位耕地需水量由表函數(shù)外生。工業(yè)用水由工業(yè)產(chǎn)值和單位工業(yè)產(chǎn)值耗水量決定，單位工業(yè)產(chǎn)值耗水量隨時間序列變化較大，故采用表函數(shù)外生。生活用水由農(nóng)村生活用水和城市生活用水構(gòu)成，農(nóng)村人均生活用水有增長趨勢，但變化不大，用常數(shù)表示，城市人均用水變化明顯，呈增加趨勢，由表函數(shù)外生。生態(tài)用水情況比較復(fù)雜，難以統(tǒng)計，這里以城市綠地需水代替。城市綠地需水量由綠地面積和單位綠地需水量決定，綠地面積由城市綠化覆蓋率和建成區(qū)面積決定。水資源子系統(tǒng)主要方程如下：

總需水量＝生活用水量＋工業(yè)需水量＋農(nóng)業(yè)需水量＋城市綠地需水量

生活用水＝農(nóng)村人口×農(nóng)村人均用水量＋非農(nóng)人口×城市人均用水量

工業(yè)需水量＝第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值×單位工業(yè)產(chǎn)值耗水量

農(nóng)業(yè)需水量＝單位耕地需水量×耕地面積耕地面積＝INTEG（耕地面積增加量，耕地面積初始值）

耕地面積增加量＝耕地面積×耕地面積增加率

城市綠地需水量＝綠地面積×單位綠地需水量

綠地面積＝建成區(qū)面積×城市綠化覆蓋率

2．2．4 環(huán)境子系統(tǒng)

環(huán)境子系統(tǒng)中環(huán)境污染主要為廢水、廢氣和固體廢棄物所造成的，從污染源來分又分為生產(chǎn)和生活兩方面。由生產(chǎn)造成的污染中第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù)難以獲得，所以只采用工業(yè)污染數(shù)據(jù)。生活中產(chǎn)生的污染物中廢氣排放量缺少統(tǒng)計數(shù)據(jù)難以計算，故廢氣產(chǎn)生量只采用工業(yè)廢氣數(shù)據(jù)。廢氣污染物主要包括二氧化硫、二氧化氮、粉塵等，大連市的能源以煤炭為主，本文用二氧化硫作為廢氣指標(biāo)。污染物的治理受環(huán)保投資、技術(shù)和城市污染物治理基礎(chǔ)設(shè)施治污能力等因素影響，因為數(shù)據(jù)限制這里只考慮環(huán)保投資的影響，環(huán)保投資由總產(chǎn)值和環(huán)保投資占GDP比例決定。環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)為污染物生產(chǎn)量除去污染物治理量后的污染物排放量來體現(xiàn)。單位工業(yè)產(chǎn)值產(chǎn)廢水量、單位工業(yè)產(chǎn)值產(chǎn)固廢量、單位工業(yè)產(chǎn)值產(chǎn)廢氣量、人均生活污水排放量、人均生活固廢產(chǎn)量、單位固廢處理耗資和單位廢氣處理耗資采用多年平均值，單位廢水處理耗資變化較大，所以由表函數(shù)外生。環(huán)境子系統(tǒng)主要方程如下：

廢水排放量＝廢水產(chǎn)生量－廢水處理量

固廢排放量＝固廢產(chǎn)生量－固廢處理量

廢氣排放量＝廢氣產(chǎn)生量－廢氣處理量

廢水產(chǎn)生量＝工業(yè)廢水＋總?cè)丝凇寥司钗鬯欧帕?/p>

固廢產(chǎn)生量＝工業(yè)固廢＋總?cè)丝凇寥司罟虖U產(chǎn)量

廢氣產(chǎn)生量＝第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值×單位工業(yè)產(chǎn)值產(chǎn)廢氣量

工業(yè)廢水＝第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值×單位工業(yè)產(chǎn)值產(chǎn)廢水量

工業(yè)固廢＝第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值×單位工業(yè)產(chǎn)值產(chǎn)固廢量廢水處理量＝環(huán)保投資／單位廢水處理耗資固廢處理量＝環(huán)保投資／單位固廢處理耗資廢氣處理量＝環(huán)保投資／單位廢氣處理耗資環(huán)保投資＝總產(chǎn)值×環(huán)保投資占GDP比重

2．3 模型的有效性檢驗

系統(tǒng)動力學(xué)模型的適用性與一致性的檢驗過程包括許多測試方法與技巧。它們可劃分成4組：模型結(jié)構(gòu)的適合性檢驗、模型行為的適用性檢驗、模型結(jié)構(gòu)與實(shí)際系統(tǒng)的一致性檢驗以及模型行為與實(shí)際系統(tǒng)的一致性檢驗［1］。通過驗證，本模型通過了Vensim 軟件的模型結(jié)構(gòu)的適合性檢驗、模型行為的適用性檢驗、模型結(jié)構(gòu)與實(shí)際系統(tǒng)的一致性檢驗。對于模型行為與實(shí)際系統(tǒng)的一致性檢驗，本研究選取總?cè)丝诤涂偖a(chǎn)值指標(biāo)的2005—2011年的實(shí)際數(shù)據(jù)對其進(jìn)行檢驗。結(jié)果表明，總?cè)丝谀M的相對誤差介于－0．6%～0．6%；總產(chǎn)值模擬的相對誤差介于－2．7%～2．7%（表1）。從表1可以看出，模擬數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)有很好的擬合，可以進(jìn)行實(shí)際仿真模擬（圖1和圖2）。

表1 模型有效性檢驗數(shù)值

圖1 有效性檢驗（人口）

圖2 有效性檢驗（總產(chǎn)值）

3 模擬結(jié)果和情景分析

用系統(tǒng)動力學(xué)專用模擬分析軟件Vensim PLE 5．9，在模型中輸入相應(yīng)大連市統(tǒng)計數(shù)據(jù)，經(jīng)過對模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的調(diào)整改進(jìn)，模型模擬結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)的誤差通過檢驗后，開始對大連市可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行仿真模擬，并利用軟件對模型一些重要控制性參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到不同的發(fā)展情景，進(jìn)行情景分析。

3．1 可持續(xù)發(fā)展模型基礎(chǔ)模擬分析

大連市可持續(xù)發(fā)展SD模型經(jīng)過運(yùn)行之后，得出各項指標(biāo)數(shù)據(jù)。其中總?cè)丝诔手鹉暝黾于厔?，總?cè)丝谠?015年將達(dá)到604．7萬人，2020年將達(dá)到629．3萬人。根據(jù)《大連市城市總體規(guī)劃（2009－2020）》中的估計，2020年，大連市人口規(guī)模將達(dá)到950萬人，從模型中可以看出人口規(guī)模在控制范圍內(nèi)。人口增長中機(jī)械增長依舊占主導(dǎo)地位。

圖3給出了大連市經(jīng)濟(jì)模塊的主要數(shù)據(jù)變化趨勢。到2020年，大連市總產(chǎn)值將達(dá)到11 745億元，第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將分別達(dá)到4 800 億元和6 387 億元。其中第一產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)值依舊很小，第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值所占比例較大。2011年3次產(chǎn)業(yè)的比例為6∶49∶45，2020年三次產(chǎn)業(yè)比重將達(dá)到5∶41∶54，其中第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在2015年開始超越第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值。人均GDP 由2011 年的8．38萬元增長到2020年的18．6萬元?！洞筮B市十二五規(guī)劃》中到2015年總產(chǎn)值要達(dá)到10 000億元，而模型模擬中到2019年總產(chǎn)值達(dá)到10 000億元，當(dāng)調(diào)整全要素生產(chǎn)率為7 時，這一發(fā)展目標(biāo)在2015 年能夠完成。為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，需要優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，在振興老工業(yè)的基礎(chǔ)上，注重技術(shù)創(chuàng)新，依靠高新技術(shù)大力發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)；大力發(fā)展服務(wù)業(yè)，提高第三產(chǎn)業(yè)比重；同時要提高居民收入水平和改善生活質(zhì)量，使發(fā)展成果惠及民眾。

圖3 基礎(chǔ)運(yùn)行時的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化

大連市2020年總用水量將增加到24．3億m3，已經(jīng)占到多年平均水資源總量的76%，水資源供需矛盾愈加凸顯。各用水部門用水變化如圖4所示，其中生活用水和工業(yè)用水增長明顯，農(nóng)業(yè)用水和城市綠地用水增幅較小。

圖4 基礎(chǔ)運(yùn)行時的水資源指標(biāo)

當(dāng)環(huán)保投資占GDP 比重取多年平均值0．010 89時，若按當(dāng)前的環(huán)保投資力度，只有固體廢物的排放量能得到有效控制，廢水和廢氣排放量將不斷上升，到2020 年未經(jīng)處理而排放的廢水將達(dá)到1．29億t，廢氣將達(dá)到18．4萬t。由此帶來的環(huán)境問題將非常嚴(yán)重，環(huán)境惡化將對人的生產(chǎn)生活帶來很多負(fù)面影響。

3．2 情景分析

模型的建立是基于各種假設(shè)條件下才成立的，相對于預(yù)測來說，研究系統(tǒng)動力學(xué)模型中的動態(tài)行為關(guān)系才是建模的主要目的。選擇靈敏度較高的政策參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，產(chǎn)生不同的模擬情景，分析某個特定政策的作用。通過基礎(chǔ)模擬，可以看出大連市當(dāng)前的環(huán)保投資力度是不能滿足未來的發(fā)展需求的，大連市的水資源供需矛盾也將越來越凸顯，大連市可持續(xù)發(fā)展受環(huán)境污染和水資源供給制約。這里就逐步增加環(huán)保投資力度和不限制用水發(fā)展以及節(jié)約用水發(fā)展作為未來政策變量，進(jìn)行情景分析。

3．2．1 環(huán)保投資的決策分析

從上面的基礎(chǔ)模擬已經(jīng)可以看出，按照當(dāng)前的環(huán)保投資力度是不能夠使大連市的環(huán)境達(dá)標(biāo)的，尤其是廢氣和廢水的治理。我國近年來雖然環(huán)保投資總額不斷增加，而環(huán)保投資占GDP的比重卻增加不明顯，環(huán)保預(yù)算投入占GDP比重較低，為控制環(huán)境污染政府將計劃加大環(huán)保投入。根據(jù)國際經(jīng)驗，為遏制環(huán)境惡化的趨勢，必須保證使環(huán)境保護(hù)投資占當(dāng)年本國GDP的1%～1．5%；要使環(huán)境逐步改善，環(huán)保投資須占當(dāng)年本國GDP 的2%～3%。因此，將模型中的環(huán)保投資占GDP比例從0．010 89分別增加到0．012 5和0．015進(jìn)行情景模擬，得到相應(yīng)的運(yùn)行結(jié)果。

當(dāng)環(huán)保投資占GDP比重為0．012 5時，如圖5所示。因為固體廢物的排放量在環(huán)保投資占GDP比重為0．010 89時的基礎(chǔ)運(yùn)行下已經(jīng)得到了有效的控制，而且現(xiàn)實(shí)中城市的固體廢物也相對比較容易集中處理，所以圖中不再顯示固體廢物指標(biāo)。結(jié)果顯示，當(dāng)環(huán)保投資比重增加到0．012 5時，廢水排放量已經(jīng)可以控制在0．5億t以下，廢氣排放量先增加后減少，在2013年達(dá)到峰值13．3萬t，廢氣污染物雖在之后的時間上逐漸減少，但在此期間廢氣污染是很嚴(yán)重的。

當(dāng)環(huán)保投資占GDP 比重為0．015時如圖6所示。廢水排放量已經(jīng)可以完全達(dá)到零排放，而廢氣排放量依舊是先增加后減少，在2013 年達(dá)到峰值5．3萬t，但是廢氣排放量的增幅卻相對比較平緩，而之后減少的趨勢卻非常明顯，在2016年就可以達(dá)到廢氣的零排放。

圖5 環(huán)保投資比重為0．012 5時環(huán)境指標(biāo)變化

圖6 環(huán)保投資比重為0．015時環(huán)境指標(biāo)變化

增加環(huán)保投資投入的運(yùn)行結(jié)果表明，加大環(huán)保投資力度，大連市的環(huán)境污染將會得到有效的控制。隨著人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污染物勢必會繼續(xù)增加，以當(dāng)前環(huán)保投資占GDP 的比重已不能滿足大連市的可持續(xù)發(fā)展要求，須盡快把環(huán)保投資比例提升到1．5%，才能基本控制環(huán)境污染。而且模型中的環(huán)境數(shù)據(jù)僅是可統(tǒng)計到的，第三產(chǎn)業(yè)的廢水廢氣、汽車尾氣等很多難以統(tǒng)計的污染物排放也是環(huán)境污染的重要組成部分，所以模型中的零排放并不代表環(huán)境污染已完全治理。社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段以后，居民的物質(zhì)需求得到一定滿足，對環(huán)境質(zhì)量的要求就會越來越高，城市所采用的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)也會越來越嚴(yán)格，如近年對霧霾天氣的倍加關(guān)注，政府也在空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中增加了PM2．5 值檢測，因此面對更高的環(huán)境質(zhì)量要求也必須加大環(huán)保投資力度。對于大連市，模型中1．5%的投資比例雖能滿足需求，但實(shí)際上是不夠的，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展所遺留下的環(huán)境問題需要更多治理資金，所以大連市環(huán)保投資比例應(yīng)提高到2%～3%，并力爭達(dá)到3%以上。

3．2．2 水資源供給情景分析

水資源模塊參數(shù)將分別在不考慮水資源限制情況下和降低用水標(biāo)準(zhǔn)情況下進(jìn)行模擬分析。當(dāng)不考慮水資源限制情況時，經(jīng)濟(jì)發(fā)展加速，全要素生產(chǎn)率調(diào)整為7，農(nóng)村人均用水量增加到60m3，城市人均用水量增加到原來的1．4倍，單位耕地需水量增加的原來的1．3倍，單位綠地需水量增加到0．008 億m3／km2。降低用水標(biāo)準(zhǔn)時，農(nóng)村人均用水量增加到50m3，城市人均用水量降低至原來的0．8 倍，提高灌溉用水效率，單位耕地需水量降低到原來的0．8倍，提高工業(yè)用水效率，到2020 年萬元工業(yè)產(chǎn)值耗水降低為11m3。調(diào)整水資源參數(shù)后各情況下總需水量運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。

圖7 調(diào)整水資源參數(shù)后各情景下總需水量變化

圖7中基礎(chǔ)運(yùn)行代表基礎(chǔ)運(yùn)行時總需水量，情況1為不考慮水資源限制情況下的總需水量，情況2為降低用水標(biāo)準(zhǔn)時的總需水量，水資源總量為多年平均值32億m3。當(dāng)不考慮水資源限制情況下發(fā)展時，總需水量一直高于基礎(chǔ)運(yùn)行時的總需水量8億～13億m3，而且相距越來越大，到2019年時總需水量就已經(jīng)超過多年平均水資源總量，水資源將會透支。而在降低用水標(biāo)準(zhǔn)后，總需水量明顯低于基礎(chǔ)運(yùn)行時的總需水量，而且總需水量的增幅也相對較平緩，在2020 年時總需水量達(dá)到20億m3，在10年中只增加了5m3，但從長遠(yuǎn)來看32億m3的水資源總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠支撐大連市的可持續(xù)發(fā)展。

大連市的總供水中，地表水占到70%以上，地下水占20%左右，中水回用、海水淡化供水不到10%。地下水超采，地下水位下降，導(dǎo)致海水入侵是一直困擾大連市的問題。解決水資源問題的方法基本上是開源和節(jié)流。受自然條件影響，大連市地表徑流短小、狹窄，而且多為季節(jié)性河流，調(diào)蓄能力低，不利于地表水的集中利用。降水和徑流在年內(nèi)分布不均勻，而且也經(jīng)常出現(xiàn)連續(xù)豐水年和連續(xù)枯水年，加大了水資源的開發(fā)利用難度。目前大連市已經(jīng)基本建成現(xiàn)代化城市供水體系，境內(nèi)河流水量控制利用已達(dá)40%以上，水資源開發(fā)程度已經(jīng)接近極限?；谝陨戏治鲩_源的方法只能通過境外跨流域調(diào)水、中水回用和海水淡化3 個方面實(shí)行。大連市已經(jīng)建成了大伙房水庫輸水工程，引洋入連供水工程也在建設(shè)中，加快和完善調(diào)水工程建設(shè)能對大連市可持續(xù)發(fā)展提供有效幫助。從歷史數(shù)據(jù)來看，中水回用和海水淡化供水雖然不足總供水的10%，但是其水量和所占比重一直增加明顯，這兩種對策的水資源的開發(fā)潛力巨大，依靠技術(shù)和政策大力發(fā)展中水回收和海水淡化產(chǎn)業(yè)，對大連市可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。另外，大連市三面環(huán)海，部分產(chǎn)業(yè)可以直接利用海水進(jìn)行生產(chǎn)活動，2010年大連市工業(yè)取水中海水占了34．55%，一些無需一定使用淡水的工業(yè)可以盡可能使用海水，也能緩解水資源供需矛盾。從節(jié)流方面來講，提高各部門用水效率，形成節(jié)約型社會也是促進(jìn)大連市可持續(xù)發(fā)展的必要措施。社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展所造成的水污染嚴(yán)重制約著水資源的可利用性，防治污染，提高水質(zhì)將有效改善大連市的水資源短缺情況。

4 結(jié)束語

系統(tǒng)動力學(xué)是能借助計算機(jī)模擬達(dá)到定性和定量相結(jié)合地研究處理復(fù)雜系統(tǒng)問題的學(xué)科，其善于解決多變量、高階次、多回路和非線性的復(fù)雜系統(tǒng)問題的特點(diǎn)有利于研究可持續(xù)發(fā)展問題。

文章基于Vensim 軟件構(gòu)建的大連市可持續(xù)發(fā)展模型模擬結(jié)果表明：

（1）大連市的人口增長較慢，人口數(shù)量在控制范圍之內(nèi)；

（2）模擬中的經(jīng)濟(jì)增長落后于規(guī)劃目標(biāo)，為求經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，需要優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，在振興老工業(yè)的基礎(chǔ)上，注重技術(shù)創(chuàng)新大力發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，提高居民收入水平和改善生活質(zhì)量促進(jìn)服務(wù)業(yè)發(fā)展；

（3）環(huán)境系統(tǒng)中以當(dāng)前的環(huán)保投資力度是無法滿足未來環(huán)境要求的，污染將愈來愈嚴(yán)重，必須加大環(huán)保投資力度，把環(huán)保投資占GDP 比重提升到1．5%能夠基本控制污染，但要達(dá)到改善環(huán)境質(zhì)量的目標(biāo)就需要把環(huán)保投資比重提升到2%～3%；

（4）大連市面臨的水資源問題將會越來越嚴(yán)峻，到2020年總需水量占到多年平均水資源總量的76%，其中工業(yè)需水和生活需水增幅最大，在不考慮水資源限制的情況下發(fā)展，水資源在2019年就會透支，而降低用水標(biāo)準(zhǔn)能明顯緩解水資源供需矛盾，但從長遠(yuǎn)來看水資源問題依舊突出，大連市必須從開源、節(jié)流、提高水質(zhì)量等多方面采取措施才能保證大連市的可持續(xù)發(fā)展。

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