孫穎，朱麗霞，丁秋賢，余斌

（1. 華中師范大學(xué)，a. 地理過程分析與模擬湖北省重點實驗室，b. 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079）

多目標(biāo)決策模型下洱海流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

孫穎，朱麗霞*，丁秋賢，余斌

（1. 華中師范大學(xué)，a. 地理過程分析與模擬湖北省重點實驗室，b. 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079）

欠發(fā)達(dá)地區(qū)如何在不犧牲環(huán)境的前提下發(fā)展經(jīng)濟(jì)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是關(guān)鍵。以洱海流域水環(huán)境承載力為基礎(chǔ)條件，立足“最優(yōu)化原理”，運用多目標(biāo)動態(tài)規(guī)劃模型確定流域主要污染物總量控制目標(biāo)，尋求流域社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和發(fā)展速度等在資源環(huán)境指標(biāo)約束下的最適配置。研究結(jié)果表明，平衡型增長方案是適合洱海流域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方案，既能使污染物排放量得到有效控制，又能保證近期、中期、遠(yuǎn)期經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展。根據(jù)研究結(jié)果，結(jié)合流域?qū)嶋H，制定重點產(chǎn)業(yè)、行業(yè)調(diào)整規(guī)劃，優(yōu)化集成流域三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方案，為洱海流域水環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

多目標(biāo)決策；水環(huán)境；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；水污染防治；洱海流域

孫穎， 朱麗霞， 丁秋賢， 余斌. 多目標(biāo)決策模型下洱海流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化［J］. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究， 2016， 37（2）： 247-254.

Sun Y， Zhu L X， Ding Q X， Yu B. Optimization of the industry structure based on a multi-objective decision model in Erhai watershed［J］.

Research of Agricultural Modernization， 2016， 37（2）： 247-254.

改革開放以來，伴隨人口的持續(xù)增長及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國水環(huán)境惡化問題日益顯現(xiàn)，水環(huán)境已成為制約我國經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境綜合持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。黨的十八大和十八屆三中全會提出大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的空間格局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和生活方式，從源頭上扭轉(zhuǎn)環(huán)境惡化，為人民創(chuàng)造良好的生產(chǎn)、生活環(huán)境，為全球生態(tài)安全做出貢獻(xiàn)。

國外學(xué)者于20世紀(jì)60年代就開始關(guān)注社會、經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境的協(xié)調(diào)［1］。1966-1969年里昂惕夫（Wassily Leontief）通過研究美國西部各州各產(chǎn)業(yè)部門的水資源供需問題，建立了投入產(chǎn)出分析與水資源優(yōu)化管理模型；1971年福來斯特（J. Forresters）在《世界動態(tài)學(xué)》一書中提出了“產(chǎn)業(yè)環(huán)境”的概念，主張政府在實施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的過程中要充分考慮產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的相互協(xié)調(diào)性；70年代末期起，關(guān)于水資源的研究主要集中于水資源模型最優(yōu)化的應(yīng)用研究［2-5］，如遺傳算法、基因算法、多目標(biāo)決策和系統(tǒng)動力學(xué)模型等。國內(nèi)對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與資源環(huán)境之間的關(guān)系研究主要集中于兩方面，一類是對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變的環(huán)境效應(yīng)分析［6-8］，一類是資源與環(huán)境約束下產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的研究［9-11］，但內(nèi)容主要局限于三次產(chǎn)業(yè)的“粗線條”分析，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不夠細(xì)化，如何進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)深度調(diào)整以達(dá)到環(huán)境污染少、經(jīng)濟(jì)發(fā)展好、生態(tài)效益高的系統(tǒng)分析較少。本文在借鑒前人的研究成果及對洱海流域?qū)嵉卣{(diào)研的基礎(chǔ)上，細(xì)化產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，構(gòu)建多目標(biāo)決策模型，動態(tài)地對洱海流域水環(huán)境約束下產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行研究，提出覆蓋全局并能兼顧社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水污染控制的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的參考方案，為洱海流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級過程中經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和水資源可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 洱海流域概況

洱海是云南省第二大高原淡水湖泊，位于大理白族自治州境內(nèi)，是大理市主要引用水源地，具有調(diào)節(jié)氣候，提供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水、水生生物多樣性等多種功能，是整個流域乃至大理州經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。十多年來，洱海流域三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度迅猛，尤其是第二、第三產(chǎn)業(yè)，其總產(chǎn)值分別年均增長10.5%、14.5%；盡管流域第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值年均增長6.1%，但其占地區(qū)總產(chǎn)值的比重由2000年的17.86%下降為2012年的8.57%，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸優(yōu)化。流域地區(qū)總產(chǎn)值由2000年的66.79億元增長到2012年的262.17億元，增幅達(dá)292.53%，經(jīng)濟(jì)實力得到有效提升（表1）。

表1 洱海流域三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化情況Table 1 Three industry structure changes of Erhai watershed

值得關(guān)注的是，由于人口不斷增加，對自然資源的開發(fā)不斷加劇，流域富營養(yǎng)化問題日漸突出。2000年總氮（Total Nitrogen， TN）、總磷（Total Phosphorus，TP）、化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand， COD）入湖量分別達(dá)到588.70 t/a、94.70 t/a、1 874.60 t/a［12］；至2012年TN、TP、COD入湖量分別達(dá)到3 791.3 t/a、652.84 t/a、21 789.12 t/a［13-14］。在10多年里，TN、TP、COD入湖量分別增加了5.44倍、6.89倍、10.62倍。根據(jù)《云南洱海綠色流域建設(shè)與水污染防治規(guī)劃》計算結(jié)果，洱海Ⅱ類水質(zhì)特征1 964.69 m水位時水環(huán)境承載力TN為2 721.68 t/a，TP為436.25 t/a，COD為14 648.02 t/a；最低水位（1 964.30 m）時水環(huán)境承載力TN為2 545.7 t/a，TP為425.9 t/a，COD 為14 048.02 t/a。由此可見，目前洱海流域污染負(fù)荷入湖量較大，已經(jīng)超出洱海Ⅱ類水質(zhì)的水環(huán)境承載能力。通過分析，農(nóng)田徑流污染、農(nóng)村畜禽糞便、農(nóng)村生活污水和水土流失是造成洱海流域水環(huán)境污染的主要原因。從污染物入湖貢獻(xiàn)率分析，農(nóng)田徑流污染、農(nóng)村畜禽糞便、農(nóng)村生活污水和干濕沉降是TN的主要貢獻(xiàn)源，占TN入湖總量的85%；農(nóng)田徑流污染、農(nóng)村畜禽糞便、農(nóng)村生活污水和水土流失是TP的主要貢獻(xiàn)源，占TP入湖總量的85%；農(nóng)田徑流污染、農(nóng)村畜禽糞便和農(nóng)村生活污水是COD入湖負(fù)荷的主要貢獻(xiàn)源，占COD入湖總量的90%［15］（圖1）。因此，要改善流域水環(huán)境質(zhì)量，有必要對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，尤其是農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃調(diào)整。

2 研究方法和數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水環(huán)境條件是一個互動的過程，因此需要動態(tài)地考慮二者的相互制約關(guān)系。動態(tài)規(guī)劃方法是將多階段最優(yōu)決策問題分解為一系列單階段最優(yōu)決策問題，以使系統(tǒng)運行的整個過程的總效果最優(yōu)的方法?！白顑?yōu)化原理”是動態(tài)規(guī)劃的核心，其實質(zhì)是不論初始狀態(tài)（第一步?jīng)Q策）如何，以第一步?jīng)Q策所形成的階段和狀態(tài)作為初始條件來考慮時，余下的決策對余下的問題而言也必構(gòu)成最優(yōu)策略。結(jié)合洱海流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的實際情況，在水環(huán)境承載力約束條件下，區(qū)分近期（2015-2020年）、中期（2020-2025年）、遠(yuǎn)期（2025-2035年）不同的發(fā)展目標(biāo)和方向，并將“最優(yōu)化原理”應(yīng)用到動態(tài)規(guī)劃模型的設(shè)計中，改進(jìn)并構(gòu)建動態(tài)規(guī)劃模型，使模型更加符合實際。多目標(biāo)決策模型構(gòu)建如下。

圖1 洱海流域污染源入湖貢獻(xiàn)結(jié)構(gòu)圖（2000-2012）Fig. 1 Component chart of pollution contribution to lake in the Erhai watershed （2000-2012）

2.1.1 決策變量 由于漁業(yè)和林業(yè)在流域經(jīng)濟(jì)中所占比重較小且污染較少，故不將其列入產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整范圍內(nèi)。結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目標(biāo)，選取流域?qū)嶋H的種植業(yè)（X）、畜牧業(yè)（Y）、工業(yè)行業(yè)（I）和旅游業(yè)人數(shù)（T）為研究對象。選擇參與優(yōu)化的決策變量見表2。

表2 動態(tài)規(guī)劃模型的決策變量Table 2 Decision variables in dynamic programming model

2.1.2 目標(biāo)函數(shù) 在既定環(huán)境容量和現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展下，為盡可能減少經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源的污染，本文以社會經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和污染物排放量為雙重標(biāo)準(zhǔn)，建立以下五個目標(biāo)函數(shù)。通過模型的構(gòu)建及計算，實現(xiàn)資源的合理分配。

1）模型假定。由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置問題是復(fù)雜多變的，要想將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型并順利求解，就要對其進(jìn)行合理的假設(shè)。本文參考崔鳳花的研究成果［16］，提出：a. 假定每個行業(yè)只生產(chǎn)一種產(chǎn)品，即每個行業(yè)只有一個相同的投入消費結(jié)構(gòu)；b. 假定每一個行業(yè)生產(chǎn)一個單位的產(chǎn)出所需要的資源、能源消耗以及污染物的排放是不變的；c. 假定在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中投入費用為零；d. 假定在規(guī)劃期內(nèi)產(chǎn)品市場價格不變。

2）社會經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。國內(nèi)生產(chǎn)總值（Gross Domestic Product， GDP）可以描述一個地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益的增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的總規(guī)模，且不存在重復(fù)計算問題，也可以直觀方便地與世界其他地區(qū)進(jìn)行橫向比較。因此，模型選取農(nóng)業(yè)、工業(yè)、旅游業(yè)三次產(chǎn)業(yè)增加值總和最大化為目標(biāo)函數(shù)之一，以三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)最優(yōu)化為目標(biāo)之二。

①社會總體經(jīng)濟(jì)收益最大化目標(biāo)函數(shù)：

式中：Xik表示k階段第i種種植業(yè)種植面積；Yjk表示k階段第j種畜牧業(yè)飼養(yǎng)量；Ivk表示k階段第v種工業(yè)行業(yè)凈收益；Tk表示k階段游客流量；aik表示k階段第i種種植業(yè)單位面積凈收益；ajk表示k階段第j種畜牧業(yè)單位出欄凈收益；atk表示k階段旅游業(yè)單位凈收益。

②社會總體經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

式中：cik表示k階段第i種種植業(yè)影響系數(shù)；cjk表示k階段第j種畜牧業(yè)影響系數(shù)；cvk表示k階段第v種工業(yè)影響系數(shù)；ctk表示k階段旅游業(yè)影響系數(shù)。

③污染物排放量目標(biāo)。同一地區(qū)不同的發(fā)展時期具有不同的社會生產(chǎn)力，決定了不同的資源消耗量和污染物排放量。Grossman和Krueger［17］提出經(jīng)濟(jì)增長從兩方面對環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響：一方面經(jīng)濟(jì)增長要增加投入，進(jìn)而增加資源的使用；另一方面更多產(chǎn)出也帶來污染排放的增加，當(dāng)資源供應(yīng)量無法與經(jīng)濟(jì)增長速度相匹配時，產(chǎn)出便會減少。因此，控制污染物排放量的增加對經(jīng)濟(jì)增長具有重要意義，故選取TN、TP、COD排放量最小化作為目標(biāo)函數(shù)。

①TN污染排放最小化目標(biāo)函數(shù)。根據(jù)調(diào)研得知，洱海流域工業(yè)廢水經(jīng)污水處理廠處理后，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 1998—2002）一級A標(biāo)，故在目標(biāo)函數(shù)及約束條件中沒有加入工業(yè)產(chǎn)業(yè)對總氮、總磷排放量影響（下同）［18］。

式中：Ekmn表示k階段第m種農(nóng)田的總氮源強系數(shù)；Lin表示第i種種植業(yè)總氮流失系數(shù)；Rjk表示k階段第j種畜禽的規(guī)模化養(yǎng)殖比例；Djn表示第j種畜禽的總氮排泄系數(shù)；tjk表示k階段第j種畜禽的污染物處理率；Ljn表示第j種畜牧業(yè)總氮流失系數(shù)；Ntk表示k階段旅游業(yè)單位氮排放量。

②TP污染排放最小化目標(biāo)函數(shù)。

式中：Ekmp表示k階段第m種農(nóng)田的總磷源強系數(shù)；Lip表示第i種種植業(yè)總磷流失系數(shù)；Djp表示第j種畜禽的總磷排泄系數(shù)；Ljp表示第j種畜牧業(yè)總磷流失系數(shù)；Ptk表示k階段旅游業(yè)單位磷排放量。

③COD污染排放最小化目標(biāo)函數(shù)。

式中：Ekmc表示k階段第m種農(nóng)田的總COD源強系數(shù)；Lic表示第i種種植業(yè)總COD流失系數(shù)；Djc表示第j種畜禽的總COD排泄系數(shù)；Ljc表示第j種畜牧業(yè)總COD流失系數(shù)；Cvk表示k階段第v種工業(yè)單位COD排放量；Ctk表示k階段旅游業(yè)單位COD排放量。

2.1.3 約束條件 為了更合理地確定各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，最大程度滿足資源優(yōu)化配置目標(biāo)，需要通過一定的約束條件對上述目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦拚?/p>

1）經(jīng)濟(jì)約束。經(jīng)濟(jì)增長應(yīng)該保持在合理增速范圍內(nèi)。以2000-2012年流域GDP的平均增長率預(yù)測各階段經(jīng)濟(jì)總量［19］。

式中：GDPk表示k階段流域總GDP。

2）環(huán)境約束。根據(jù)《云南洱海綠色流域建設(shè)水污染防治規(guī)劃》和《洱海流域保護(hù)治理規(guī)劃（2003-2020）》中各規(guī)劃期洱海水質(zhì)達(dá)到II-III類水的目標(biāo)要求，確定流域近期、中期、遠(yuǎn)期污染物排放閥值。

式中：TNk、TPk、TCk分別表示k階段流域允許的總氮、總磷、總COD最大排放量。

3）資源約束。①可供水量約束：用水結(jié)構(gòu)包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)生活用水等多個部分。根據(jù)《云南洱海綠色流域建設(shè)水污染防治規(guī)劃》及調(diào)研結(jié)果，洱海流域農(nóng)業(yè)用水占總用水量的60%；工業(yè)生產(chǎn)由于各產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度、工藝過程、用水管理等方面的不同也會造成大量用水；城鎮(zhèn)生活用水緊張的原因在于各用水單位對廢污水的凈化處理不到位。故將流域可供用水量作為約束條件之一。

式中：Wik表示k階段第i種種植業(yè)單位用水量；Wjk表示k階段第j種畜牧業(yè)單位用水量；Wvk表示k階段第v種工業(yè)單位用水量；Wtk表示k階段旅游業(yè)單位用水量；Wuk表示k階段流域最大供水量。

②耕地總面積約束：農(nóng)田徑流污染物的排放主要取決于流域內(nèi)農(nóng)業(yè)用地方式及面積、施肥量及耕作制度等，為控制污染物排放量的增加，就有必要對流域耕地總面積上限進(jìn)行約束。同時，耕地保有量直接關(guān)系到流域糧食安全，故對流域耕地總面積下限進(jìn)行約束［20］。

式中：Xdk表示k階段流域種植業(yè)總面積下限；Xuk表示k階段流域種植業(yè)總面積上限。

4）勞動力約束。在水資源數(shù)量有限的情況下，人口和勞動力越多，對水資源的需求量越大，水資源的承載能力越低。故將流域勞動力增長作為約束條件之一。

式中：eik表示k階段第i種種植業(yè)萬元產(chǎn)值所需勞動力；ejk表示k階段第j種畜牧業(yè)萬元產(chǎn)值所需勞動力；evk表示k階段第v種工業(yè)萬元產(chǎn)值所需勞動力；etk表示k階段旅游業(yè)萬元產(chǎn)值所需勞動力；Luk表示k階段流域就業(yè)人數(shù)上限。

5）社會需求約束。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化前提是保持并改善居民生活需要。流域規(guī)劃期糧食消費按單位面積糧食產(chǎn)量與糧食規(guī)劃種植面積的乘積不小于人均糧食消費目標(biāo)與規(guī)劃期人口數(shù)的乘積進(jìn)行約束，其他農(nóng)產(chǎn)品消費按肉類、蔬菜、奶類、蛋類產(chǎn)品的單位產(chǎn)量與規(guī)劃種養(yǎng)規(guī)模的乘積不小于人均農(nóng)產(chǎn)品消費目標(biāo)與規(guī)劃期人口數(shù)的乘積進(jìn)行約束，同時參照2014年國務(wù)院頒布實施的《中國食物與營養(yǎng)發(fā)展綱要（2014-2020年）》中相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行對比研究［21］。

①糧食安全約束：

②肉類、蛋類、奶類安全約束：

式中：bik表示k階段第i種種植業(yè)單位面積產(chǎn)量；Gk表示k階段流域總?cè)丝跀?shù)；Vpk表示k階段流域人均糧食消費量；hjk表示k階段流域肉類、蛋類、奶類產(chǎn)量；Mpk表示k階段流域人均肉類、蛋類、奶類消費量。

6）變量非負(fù)約束。各變量均大于0。

2.1.4 參數(shù)、系數(shù)的確定 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個多目標(biāo)、多關(guān)聯(lián)、多約束的復(fù)雜系統(tǒng)，參數(shù)值、系數(shù)值等規(guī)劃指標(biāo)的選取具有不確定性。根據(jù)2000-2012年《大理白族自治州年鑒》中有關(guān)洱海流域（大理市和部分洱源縣）經(jīng)濟(jì)增長、人口變動狀況、畜禽養(yǎng)殖變化等資料進(jìn)行污染負(fù)荷增長驅(qū)動因子的歷史和現(xiàn)狀分析，依據(jù)大理州政府各部門提供的統(tǒng)計評估資料及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得到相應(yīng)的參數(shù)與系數(shù)。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文依托國家水體污染控制與治理科技重大專項“洱海流域社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整控污減排研究”課題，數(shù)據(jù)來源為當(dāng)?shù)馗骷壵?、管理部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)及實地調(diào)研數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 多目標(biāo)決策模型結(jié)果分析

經(jīng)過多次測算和優(yōu)化相關(guān)參數(shù)與系數(shù)，將上述模型確定的各目標(biāo)函數(shù)值輸入Lingo規(guī)劃軟件進(jìn)行求解，得到計算結(jié)果（表3），具體為高經(jīng)濟(jì)增長方案中各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值較高，污染物排放量也隨之較大。第一產(chǎn)業(yè)比重先于近期下降，但在中期有較大幅度回升，遠(yuǎn)期比重則再次回落，增長率變化不穩(wěn)定；第二產(chǎn)業(yè)比重先下降后上升，在遠(yuǎn)期一直上升到59.63%；第三產(chǎn)業(yè)比重在中期下降后于后期上升至31.19%?？傮w來說，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理且增長率變化不穩(wěn)定，由此產(chǎn)生的污染物TN、TP、COD排放總量遠(yuǎn)大于《大理州污染物排放總量控制標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的洱海Ⅱ類水質(zhì)中相應(yīng)污染物最大排放量，嚴(yán)重污染洱海水環(huán)境。

表3 三種情景方案的指標(biāo)分析結(jié)果Table 3 Indicator analysis results of three scenarios

低環(huán)境污染型是以流域控污減排作為首要目標(biāo)，同時保證經(jīng)濟(jì)增長的方案。該方案中第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)的比重都有所下降，因此污染物TN、TP、COD的排放量有較大程度的減少，但是該方案的控污減排是以犧牲經(jīng)濟(jì)增長為前提，從長遠(yuǎn)看，并不適合流域發(fā)展。

平衡增長型方案是力求經(jīng)濟(jì)增長與控污減排能夠同時兼顧的方案。在該方案下，三次產(chǎn)業(yè)的增長率相對穩(wěn)定，并適度提高了對環(huán)境污染較小的第三產(chǎn)業(yè)比重，控制了對環(huán)境有較大影響的第一、第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此污染物TN、TP和COD的排放量總體控制在洱海水環(huán)境承載力范圍之內(nèi)。經(jīng)調(diào)整后，平衡增長型方案下流域主要污染物削減率見表4。

表4 平衡增長型方案下洱海流域污染物削減率（%）Table 4 Pollutant reduction rate under balanced growth-oriented scenario of Erhai watershed （%）

綜上所述，高經(jīng)濟(jì)增長方案三次產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值較高，但盲目追求GDP的過快增長，不僅會帶來較為嚴(yán)重的環(huán)境污染，也會造成治污成本的增加，將損害洱海生態(tài)保護(hù)及流域環(huán)境治理的效果；低環(huán)境污染方案雖然可以一定程度減少污染物的排放與入湖量，但較低的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度使人口分散于農(nóng)村，不利于污染的集中治理；平衡增長型方案在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中適當(dāng)降低了第一產(chǎn)業(yè)的比重，控制了第二產(chǎn)業(yè)的增長速度，將更多的力量致力于發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，既保證了經(jīng)濟(jì)得到優(yōu)化協(xié)調(diào)發(fā)展，又有效控制了污染物的排放量。因此，洱海流域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整更適合采用平衡增長型方案。

3.2 平衡增長型方案下產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

3.2.1 農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 1）種植業(yè)。依據(jù)Lingo軟件計算結(jié)果，流域內(nèi)玉米、露地蔬菜、大蒜、薯類種植面積分別減少21.50%、86.95%、23.20%、49.15%，水稻、大麥、烤煙、茶果、大棚蔬菜種植面積分別增加35.76%、20.48%、27.16%、35.21%、70.00%（表5）。參照2014年國務(wù)院頒布實施的《中國食物與營養(yǎng)發(fā)展綱要（2014-2020年）》中相應(yīng)指標(biāo)，到2020年，全國人均全年糧食消費135 kg/人，而規(guī)劃期流域糧食產(chǎn)量增加到26.3萬t，人均糧食占有量為300 kg/人以上，能夠滿足流域居民糧食營養(yǎng)需要。

表5 平衡增長型方案下洱海流域農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果Table 5 Results of agricultural structure optimization under balanced growth-oriented scenario of Erhai watershed

2）畜牧業(yè)。由前文分析知，農(nóng)村畜禽污染是造成流域水環(huán)境污染的原因之一。因此，在污染物總量約束條件下，減少畜禽養(yǎng)殖規(guī)模是目前較為合理的選擇。在流域居民營養(yǎng)需求的約束條件基礎(chǔ)上，經(jīng)畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，肉牛、奶牛、羊的養(yǎng)殖規(guī)模分別縮減16.74%、4.56%、10.29%，生豬的養(yǎng)殖規(guī)?；颈３植蛔?，蛋禽、肉禽的養(yǎng)殖規(guī)模分別增加5.20%、14.28%。結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，畜禽污染總體消減 15.8%（表5）。

3.2.2 工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 根據(jù)模型計算結(jié)果，流域近期、中期、遠(yuǎn)期工業(yè)產(chǎn)值比基期（2012年）分別增長125.81%、185.71%、207.69%（表6）。各行業(yè)調(diào)整建議如下：將飲料制造、食品制造、農(nóng)副食品作為重點調(diào)整行業(yè)；對紡織、印刷、造紙行業(yè)采取限制發(fā)展的方式；重點支持煙草、機械、電力、建材行業(yè)；鼓勵發(fā)展生物開發(fā)產(chǎn)業(yè)、以新能源、新材料為主的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

表6 平衡增長型方案下洱海流域主要工業(yè)COD預(yù)測排放量匯總（t/a）Table 6 The emissions prediction of main industrial COD under balanced growth-oriented scenario of Erhai watershed（t/a）

3.2.3 旅游業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 根據(jù)模型計算結(jié)果，流域近期、中期、遠(yuǎn)期游客人次比基期（2012年）分別增長50%、70%、150%，總體經(jīng)濟(jì)效益分別增長155%、223%、650%，所占比重逐年增高?？梢钥闯?，旅游業(yè)的快速發(fā)展，對洱海流域的經(jīng)濟(jì)增長也會起到越來越重要的作用。因此，依托流域獨特的資源優(yōu)勢，規(guī)劃形成下關(guān)風(fēng)都、大理古都、喜洲蝴蝶情都、上關(guān)花都、洱源熱都和蒼山-洱海茶馬古道、上關(guān)-茈碧湖休閑走廊的“五都一道一廊”旅游發(fā)展區(qū)，形成人文景觀與自然景觀互補、體驗參與與靜態(tài)參觀互補、自然生態(tài)與文化生態(tài)互補，觀光旅游與專題旅游互補的旅游產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，滿足不同層次的游客需求。

3.3 三次產(chǎn)業(yè)環(huán)境-經(jīng)濟(jì)效益分析

萬元產(chǎn)值污染物排放量是一項環(huán)境規(guī)劃總量指標(biāo)，可用于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的環(huán)境-經(jīng)濟(jì)效益的評價標(biāo)準(zhǔn)之一［23］。如表7所示，實施平衡增長型方案后，洱海流域萬元產(chǎn)值污染物排放量得到大幅削減，結(jié)合表3，污染負(fù)荷也被控制在洱海水環(huán)境承載力的范圍內(nèi)，確保洱海水質(zhì)可以長期保持在Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

表7 平衡增長型方案下洱海流域環(huán)境-經(jīng)濟(jì)效益（基準(zhǔn)年：2012年）Table 7 Environmental-economic analysis under balanced growth-oriented scenario of Erhai watershed （based year： 2012）

4 結(jié)論

1）本文在分析洱海流域三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、水環(huán)境污染狀況的基礎(chǔ)上，考慮社會經(jīng)濟(jì)、資源利用等多方面因素，構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化模型，預(yù)測不同污染約束下洱海流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不同方案。經(jīng)過分析比較，高經(jīng)濟(jì)增長方案追求經(jīng)濟(jì)過快增長，同時造成嚴(yán)重的環(huán)境污染；低經(jīng)濟(jì)增長方案以犧牲經(jīng)濟(jì)發(fā)展為代價，并不適合流域?qū)嶋H情況；平衡增長型方案能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的雙贏。

2）在上述理論研究和實證分析的基礎(chǔ)上，提出流域三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整思路，即種植業(yè)應(yīng)鼓勵水稻、大麥、烤煙、茶果、大棚蔬菜等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時控制玉米、露地蔬菜、大蒜、薯類種植面積的擴(kuò)大；畜牧業(yè)應(yīng)擴(kuò)大蛋禽、肉禽養(yǎng)殖規(guī)模，限制肉牛、奶牛、羊等產(chǎn)業(yè)發(fā)展；重點調(diào)整飲料制造、食品制造、農(nóng)副食品、紡織、印刷等工業(yè)產(chǎn)業(yè)，扶持“低投入、低污染、低耗能、高效益”的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，培育新興產(chǎn)業(yè)集群；打造洱海旅游文化精品，促進(jìn)流域經(jīng)濟(jì)生態(tài)雙發(fā)展。

5 洱海流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整政策建議

5.1 調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因地制宜發(fā)展特色農(nóng)業(yè)

調(diào)整農(nóng)作物現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展山地高效經(jīng)濟(jì)作物，發(fā)展烤煙、特色花卉、優(yōu)勢中藥材，建設(shè)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地，扶持農(nóng)產(chǎn)品精深加工和銷售。充分發(fā)揮盆地及河谷平地優(yōu)勢，打造高、穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)業(yè)基地；利用山區(qū)地理環(huán)境的多樣性，構(gòu)建地區(qū)特色鮮明的特色生態(tài)農(nóng)業(yè)；支持優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)發(fā)展油料和茶葉等經(jīng)濟(jì)作物，打造油料與茶葉知名品牌。發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖和水產(chǎn)品加工，實施休漁、禁漁制度，控制捕撈強度。將農(nóng)業(yè)與旅游相結(jié)合，發(fā)展具有生態(tài)、民族、文化、觀光、科普等特色的旅游農(nóng)業(yè)。

優(yōu)化種養(yǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)牧結(jié)合。對大型畜禽養(yǎng)殖場要合理配套用地，“以地定畜”，使糞便就近還田。借助農(nóng)牧結(jié)合的飼養(yǎng)方式，實現(xiàn)奶牛-糞肥-飼料間的循環(huán)。改進(jìn)畜禽飼養(yǎng)方式，節(jié)糧型畜產(chǎn)品，提高規(guī)模化、集約化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，恢復(fù)和培育傳統(tǒng)牧區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力。

5.2 轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，推進(jìn)傳統(tǒng)工業(yè)向生態(tài)工業(yè)升級

根據(jù)上文分析，飲料制造、食品制造和農(nóng)副食品加工業(yè)是流域污染排放強度最大的行業(yè)，其次紡織、造紙、印刷也是污染排放強度較大的行業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)大多是流域的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，也是流域工業(yè)規(guī)劃調(diào)整的重點。在發(fā)展培植新型工業(yè)的同時，可加大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)整合和企業(yè)重組力度，實施技術(shù)改造，在減少污染排放的前提下加快這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，謀求新型工業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展；同時實施企業(yè)搬遷集聚等空間調(diào)整措施，實行園區(qū)化發(fā)展，集中和規(guī)模化治理污染。

5.3 豐富旅游產(chǎn)品，加快旅游體系建設(shè)

以洱海流域旅游市場需求為導(dǎo)向，構(gòu)建多樣化、復(fù)合型的旅游產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)體系：一是加強旅游產(chǎn)品體系建設(shè)，做精湖泊觀光旅游、古鎮(zhèn)文化旅游、民族風(fēng)情旅游三大基礎(chǔ)旅游產(chǎn)品；做大養(yǎng)生休閑、溫泉度假、會議商務(wù)三大主題旅游精品；做強戶外運動、鄉(xiāng)村生態(tài)、宗教文化三大特色旅游產(chǎn)品。二是加強旅游產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，通過加強旅游住宿業(yè)、旅行社業(yè)、餐飲業(yè)、購物業(yè)、景觀業(yè)、文化娛樂業(yè)和旅游新興業(yè)態(tài)建設(shè)，推動大理旅游產(chǎn)業(yè)由粗放型向集約型、觀光型向休閑度假型轉(zhuǎn)變，由注重規(guī)模擴(kuò)張向擴(kuò)大規(guī)模和提升效益并重轉(zhuǎn)變，由注重經(jīng)濟(jì)功能向發(fā)揮綜合功能轉(zhuǎn)變。三是加強旅游城鎮(zhèn)體系建設(shè)，按照建設(shè)最佳旅游城市、旅游經(jīng)濟(jì)強縣、旅游名鎮(zhèn)、旅游特色村四個層次，構(gòu)建城鎮(zhèn)旅游體系，統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展。四是加強旅游公共服務(wù)體系建設(shè)，抓好游客服務(wù)中心、旅游廁所、公共標(biāo)識系統(tǒng)和自駕車營地等公共服務(wù)設(shè)施建設(shè)，形成多功能、高質(zhì)量的公共服務(wù)體系，為旅游者提供方便、快捷、舒適、安全的服務(wù)。

［1］ 陳家琦， 王浩. 水資源學(xué)概論［M］. 北京： 中國水利水電出版社，1987： 26-27.Chen J Q， Wang H. Introduction to Water Resources［M］. Beijing：China Water & Power Press， 1987： 26-27.

［2］ Asit K， Biswas. Sustainable water development for developing countries［J］. Water Resources Development， 1988， 4（4）： 232-250.

［3］ Whipple W， DuBois J D， Girgg N， et al. A proposed approach to coordination of water resource development and environmental regulations［J］. Journal of the American Water Resources Association， 1999， 35（4）： 713-716.

［4］ Rijsberman M A， van de Ven F H M. Different approach to assessment of design and management of sustainable urban water system［J］. Environment Impact Assessment Review， 2000， 20（3）：333-345.

［5］ Munther J H. Water issue in Hashemite Jordan Arab study quarterly［J］. Belmount Spring， 2000， 22（5）： 54-67.

［6］ 周景博. 北京市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及其對環(huán)境的影響分析［J］. 統(tǒng)計分析， 1999， 8（1）： 40-44. Zhou J B. The analysis was made on the impacts of evolution of the tertiary industrial structure upon environment in the city of Beijing［J］. Statistical Research， 1999， 8（1）： 40-44.

［7］ 陳楷根， 曾從盛， 陳加兵. 基于資源環(huán)境考慮的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)選擇基準(zhǔn)的探討［J］. 人文地理， 2003， 18（6）： 72-76. Chen K G， Zeng C S， Chen J B. A study on the standard of the rationality of regional industrial structure based on environments and resources［J］. Human Geography， 2003， 18（6）： 72-76.

［8］ 趙海霞， 曲福田， 諸培新. 江蘇省工業(yè)化進(jìn)程中的環(huán)境效應(yīng)分析［J］. 中國人口·資源與環(huán)境， 2005， 15（4）： 57-61. Zhao H X， Qu F T， Zhu P X. Positive analysis on environmental effects of Jiangsu Province during industrialization［J］. China Population， Resources and Environment， 2005， 15（4）： 57-61.

［9］ 蔡繼， 董增川， 陳康寧. 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與水資源可持續(xù)利用的耦合性分析［J］. 水利經(jīng)濟(jì)， 2007， 25（5）： 43-45. Cai J， Dong Z C， Chen K N. Study on coupling characteristics between sustainable utilization of water resources and adjustment of industrial structure［J］. Journal of Economic of Water Resources，2007， 25（5）： 43-45.

［10］ 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， 2000， 55（6）： 707-718. Wang X Q， Yang Z F， Liu C M. Regional economic structural adjustment and water environmental protection： A case of Guanzhong Region in Shaanxi Province［J］. Acta Geographica Sinica， 2000， 55（6）： 707-718.

［11］ 李鶴， 張平宇， 劉文新. 1990年以來遼寧省環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)度評價［J］. 地理科學(xué)， 2007， 27（4）： 486-492. Li H， Zhang P Y， Liu W X. Assessment of coordination degree between environment and economy of Liaoning Province in China during 1990-2003［J］. Scientia Geographica Sinica， 2007， 27（4）： 486-492.

［12］ 孟偉， 劉征濤， 張楠， 等. 流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)研究（Ⅱ）——水環(huán)境基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)與總量控制［J］. 環(huán)境科學(xué)研究， 2008， 21（1）： 1-8. Meng W， Liu Z T， Zhang N， et al. The study on technique of basin water quality target management Ⅱ： Water environmental criteria，standard and total amount control［J］. Research of Environmental Sciences， 2008， 21（1）： 1-8.

［13］ 孫懷英. 2008-2012年洱?？偭?、總氮變化分析［J］. 環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊， 2013， 32（4）： 56-58. Sun H Y. Change of the total phosphorus and total nitrogen of Lake Erhai in 2008-2012［J］. Environmental Science Survey， 2013，32（4）： 56-58.

［14］ 衛(wèi)志宏， 楊振祥， 呂興菊， 等. 洱海動態(tài)水環(huán)境容量模擬研究［J］.生態(tài)科學(xué)， 2013， 32（3）： 282-289. Wei Z H， Yang Z X， Lü X J， et al. Modeling study of dynamic environmental capacity of Erhai Lake［J］. Ecological Science，2013， 32（3）： 282-289.

［15］ 李璇. 水環(huán)境約束下洱海流域農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整研究［D］. 武漢： 華中師范大學(xué)， 2012. Li X. The research of Erhai Basin's agricultural development plan based on the foundation of water resources carrying capacity［D］. Wuhan： Central China Normal University， 2012.

［16］ 崔鳳花. 環(huán)境、資源約束下產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化模型分析——以嘉峪關(guān)市嘉北工業(yè)區(qū)為例［D］. 蘭州： 蘭州大學(xué)， 2009. Cui F H. Analisis of the industrial structure adjustment and optimization of model under environment， resources constraint：Jiayuguan City in the north industrial area as an example［D］. Lanzhou： Lanzhou University， 2009.

［17］ Grossman G M， Krueger A B. Economic growth and the environment［J］. The Quarterly Journal of Economic， 1995， 110（2）： 353-377.

［18］ 云南洱海流域水污染綜合防治“十二五”規(guī)劃［R］. 大理白族自治州人民政府， 2012. Erhai Lake basin in Yunnan Province "Twelfth Five-year" planning for the prevention and control of water pollution［R］. Dali Bai Narionality Autonomous Prefecture， 2012.

［19］ 衛(wèi)蓉. 水資源約束下的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究［D］. 北京： 北京交通大學(xué)， 2008. Wei R. Optimization of the industrial structure subjected to the water resources［D］. Beijing： Beijing Jiaotong University， 2008.

［20］ 劉繼展， 李萍萍. 江蘇太湖地區(qū)多目標(biāo)的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究， 2009， 30（2）： 175-178. Liu J Z， Li P P. Multi-objective optimization of agricultural structure in Tai Lake Region in Jiangsu Province［J］. Research of Agricultural Modernization， 2009， 30（2）： 175-178.

［21］ 龔琪， 王雅鵬， 董利民. 基于云南洱海流域水污染控制的多目標(biāo)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究［J］. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究， 2010， 31（4）：475-478. Gong Q， Wang Y P， Dong L M. Multi-objective optimization of agricultural industrial structure based on water pollution control in Erhai Basin in Yunnan Province［J］. Research of Agricultural Modernization， 2010， 31（4）： 475-478.

［22］ 馬國霞， 於方， 曹東， 等. 中國農(nóng)業(yè)面源污染物排放量計算及中長期預(yù)測［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報， 2012， 32（2）： 489-497. Ma G X， Yu F， Cao D， et al. Calculation of agricultural non-point source pollution emission in China and its long-term forecast［J］. Acta Scientiae Circumstantiae， 2012， 32（2）： 489-497.

［23］ 王顏齊， 郭翔宇. 黑龍江省農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的多方案分析［J］. 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃， 2008， 29（5）： 18-21. Wang Y Q， Guo X Y. Analysis of multi-schemes for optimization of agricultural structure of Heilongjiang Province［J］. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning， 2008，29（5）： 18-21.

（責(zé)任編輯：王育花）

Optimization of the industry structure based on a multi-objective decision model in Erhai watershed

SUN Ying， ZHU Li-xia， DING Qiu-xian， YU Bin

（1. Central China Normal University， a. Hubei Key Laboratory for Geographical Process Analysis & Simulation，b. School of Urban and Environmental Science， Wuhan， Hubei 430079， China）

How to optimize the industrial structure without slowing down the development speed and increasing pollution is a key issue for the underdeveloped areas. Based on the water carrying capacity in Erhai watershed and the optimization theory and applying a multi-objective dynamic programming model， this paper seeks to identify the total amount target of major pollutants and the optimal resource distribution model to balance both social economic structure and economic development. Results show that the balanced growth-oriented scenario is suitable for socioeconomic development program in Erhai watershed， in which not only the emissions of pollutants can be effectively controlled， but also the economic stability and development can be maintained in short， medium and long terms. This research provides a theoretical support for sustainable development policies of Erhai region such as establishing leading industries， improving industry structural adjustment， enhancing industry integrations， etc.

multi-objective decision model； water environment； industrial structure； water pollution control； Erhai watershed

The National Water Pollution Control and Treatment Science and Technology Major Project （Erhai Lake Part） （2013ZX07105-005-04）

ZHU Li-xia， E-mail： julia1108@mail.ccnu.edu.cn

10 April， 2015； Accepted 21 September， 2015

F127

A

1000-0275（2016）02-0247-08

10.13872/j.1000-0275.2016.0013

國家水體污染控制與治理科技重大專項洱海項目（2013ZX07105-005-04）。

孫穎（1989-），女，河南鶴壁人，碩士研究生，主要從事城市與區(qū)域經(jīng)濟(jì)方面的研究，E-mail：sunying0412@163.com；

朱麗霞（1969-），女，湖北陽新人，博士，副教授，主要從事城市與區(qū)域經(jīng)濟(jì)方面的研究，E-mail：julia1108@mail.ccnu.edu.cn。

2015-04-10，接受日期：2015-09-21