(1.西北師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070;2.中國科學(xué)院 沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所 污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 沈陽 110016;3.蘭州大學(xué) 哲學(xué)社會(huì)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000;4.中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報(bào)中心,甘肅 蘭州 730000)

鹿晨昱1,王 婷1,逯承鵬2,李勇進(jìn)3,李恒吉4

(1.西北師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070;2.中國科學(xué)院 沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所 污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 沈陽 110016;3.蘭州大學(xué) 哲學(xué)社會(huì)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000;4.中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報(bào)中心,甘肅 蘭州 730000)

可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域,涉及的區(qū)域系統(tǒng)是一個(gè)以人類活動(dòng)為核心的復(fù)雜巨系統(tǒng),而系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)正是研究和處理這種動(dòng)態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)的有效工具。運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論和方法,基于Vensim軟件構(gòu)建了甘肅省慶陽市可持續(xù)發(fā)展動(dòng)態(tài)仿真模型,對其可持續(xù)發(fā)展的演化趨勢進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明：慶陽市當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境之間的發(fā)展模式是不可持續(xù)的，降低經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對自然資源的依賴程度、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,是實(shí)現(xiàn)慶陽市可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。在此基礎(chǔ)上，增加技術(shù)投資、教育投資和環(huán)保投資,通過三者間的相互影響和相互促進(jìn),才能徹底扭轉(zhuǎn)三廢排放量增加的趨勢,使經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)快速、持續(xù)、穩(wěn)定的增長,才能全面實(shí)現(xiàn)慶陽市的可持續(xù)發(fā)展。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué);可持續(xù)發(fā)展;資源;環(huán)境;慶陽市

1 前言

自20世紀(jì)80年代可持續(xù)發(fā)展概念提出以來,可持續(xù)發(fā)展得到不同領(lǐng)域眾多學(xué)者的不斷深入研究。尤其是近年來,關(guān)于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)研究得到學(xué)界的廣泛關(guān)注[1]。區(qū)域可持續(xù)發(fā)展作為可持續(xù)發(fā)展觀在區(qū)域發(fā)展中的體現(xiàn),是建立在區(qū)域資源、環(huán)境條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況等基礎(chǔ)上,具有一定結(jié)構(gòu)且能反映出特定功能與效益的動(dòng)態(tài)與開放的復(fù)雜系統(tǒng)[2]。目前在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究方面,以指標(biāo)體系法、核算體系法、數(shù)學(xué)模型等方法運(yùn)用較成熟。指標(biāo)體系法是衡量具有確定的復(fù)雜系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的良好工具,但指標(biāo)體系法在一些城市的指標(biāo)評價(jià)方面還不夠完善,尤其是在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展問題的實(shí)證研究方面,指標(biāo)體系的可操作性不強(qiáng),客觀性較差[3];而核算體系法在研究可持續(xù)發(fā)展時(shí)大多局限于經(jīng)濟(jì)活動(dòng)范圍或是單方面對實(shí)物進(jìn)行核算,方法過于單一,容易對可持續(xù)發(fā)展的一些指標(biāo)之間的關(guān)系考慮不全面[4]。相比于前兩種方法,數(shù)學(xué)模型很好地避免了前兩者的缺陷,并且可更靈活地指出區(qū)域可持續(xù)發(fā)展相應(yīng)指標(biāo)的變化趨勢,其中以系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在研究區(qū)域可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)變化趨勢方面的效果最為突出。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在研究多個(gè)處理系統(tǒng)問題的過程中具有巨大的優(yōu)勢,能夠闡明復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的行為特性,在此基礎(chǔ)上可設(shè)計(jì)和制定更有效的政策,因此已成為研究多系統(tǒng)之間關(guān)系的有效工具[5]。

自20世紀(jì)50—60年代系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的誕生,到目前系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的廣泛傳播以來,在諸多學(xué)者不斷深入研究和創(chuàng)新之下,系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在可持續(xù)發(fā)展方面取得了不少顯著的研究成果,主要集中在區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)、能源利用與管理、水資源利用、農(nóng)林業(yè)發(fā)展等方面。自Roger首次將其建立的國家能源系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型公布于眾后,運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境等相關(guān)領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展研究便掀起了熱潮[6];在研究區(qū)域協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展方面,Georgia Marromati等提出了沿海城市系統(tǒng)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法,對生態(tài)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了定義,并對連接城市系統(tǒng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的污染物與沿海生態(tài)系統(tǒng)條件進(jìn)行了分析[7];周李磊等通過構(gòu)建經(jīng)濟(jì)—資源—環(huán)境系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,針對由于城市資源耗盡和環(huán)境惡化所限制的經(jīng)濟(jì)增長問題進(jìn)行了研究,指出轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式是重慶市可持續(xù)發(fā)展的最優(yōu)方案[8];李春發(fā)等將能值分析與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法相結(jié)合,基于功能流視角將生態(tài)城市系統(tǒng)劃分為能物流、貨幣流、人口流子系統(tǒng),構(gòu)建了能值評價(jià)指標(biāo)體系與系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,指出天津生態(tài)城的最佳發(fā)展模式[9];李素峰等采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對黑龍江省的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展模式、傳統(tǒng)發(fā)展模式、準(zhǔn)綠色發(fā)展模式和綠色發(fā)展模式進(jìn)行了仿真模擬,預(yù)測了人口增長、資源消耗、環(huán)境污染與體制滯后對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的影響程度[10]。在能源利用與管理方面,Yi Hsuan Shih等通過一種新型空氣資源協(xié)同效益模型估計(jì)可持續(xù)能源政策的社會(huì)效益,并通過建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對能源節(jié)約進(jìn)行了情景模擬,提出了可持續(xù)發(fā)展的能源政策[11];肖仁俊等采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法,通過調(diào)整常量及變函數(shù)取值進(jìn)行情景模擬,確立了新疆跨越式發(fā)展下系統(tǒng)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展方案,為政府制定相關(guān)的能源產(chǎn)業(yè)政策提供了決策依據(jù)[12];李文超等通過構(gòu)建經(jīng)濟(jì)—能源—環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,對我國進(jìn)行了系統(tǒng)仿真與預(yù)測,指出改進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和改變消費(fèi)偏好有利于我國實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)—能源—環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[13]。在水資源利用方面，Rehan R等通過構(gòu)建因果回路圖和可持續(xù)發(fā)展模型對城市配水網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行了可持續(xù)發(fā)展管理,并通過系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型分析了具有實(shí)用性的防御性配水政策[14];Kim Leng Poh通過將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的有效性作為一個(gè)決策工具來幫助實(shí)現(xiàn)新加坡水資源的可持續(xù)發(fā)展管理,討論了各種投資計(jì)劃對水資源產(chǎn)生的長期影響[15];王化齊等針對水資源系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)的不確定性問題,利用模糊推理理論聚合分析了工業(yè)產(chǎn)值和人口增長速率的不確定性,引入?yún)?shù)將模糊推理理論嵌入到系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中進(jìn)行水資源系統(tǒng)模擬,指出了參數(shù)不確定性對水資源供需狀況帶來的影響[16];陳南祥、王延輝結(jié)合河南省實(shí)際情況,將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法應(yīng)用于區(qū)域水資源可持續(xù)利用研究,建立了河南省水資源系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,預(yù)測了未來幾十年河南省水資源的需求狀況,提出了較合理的水資源配置方案,以改善水資源的嚴(yán)峻形勢[17]。在農(nóng)林業(yè)發(fā)展方面,Li F J 等通過系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型確立了當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)體系的一些缺陷和不足,分析了生態(tài)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)之間的影響關(guān)系,并模擬分析了長期趨勢以及不可持續(xù)的能源結(jié)構(gòu),提出了系統(tǒng)改進(jìn)的政策,以消除農(nóng)業(yè)系統(tǒng)潛在的風(fēng)險(xiǎn)[18];李富佳等基于農(nóng)業(yè)鏈的物質(zhì)、能量流動(dòng)機(jī)理,運(yùn)用Vensim建立了EA-SD模型,量化分析和模擬了生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的綜合效應(yīng)及其演變趨勢,以利于增強(qiáng)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力[19]。

總體而言,區(qū)域是由人口、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境、社會(huì)等多種因素共同組成的,各因素之間相互影響,從而形成高階次、非線性復(fù)雜的動(dòng)態(tài)反饋系統(tǒng)。使用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對區(qū)域進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展研究已在我國特別是一些較發(fā)達(dá)的區(qū)域(如港口地區(qū))取得了初步性的研究成果,而對欠發(fā)達(dá)地區(qū)進(jìn)行的可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)性研究成果卻相對比較匱乏[20]。

甘肅省慶陽市礦產(chǎn)資源富集,油煤氣儲(chǔ)量豐富,不可更新資源的開采與利用是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要方式之一。然而,隨著資源耗竭,生態(tài)環(huán)境污染、社會(huì)矛盾問題凸顯等問題的頻繁出現(xiàn),使慶陽市整個(gè)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展受到了不同程度的影響?；诖?本文主要從人口、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境、社會(huì)五方面入手,通過建立慶陽市經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境之間的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,基于相關(guān)數(shù)據(jù)和Vensim軟件進(jìn)行仿真模擬,分析慶陽市可持續(xù)發(fā)展的演化趨勢,找出存在的問題并提出相應(yīng)的政策建議。通過分析研究,不但可以對慶陽市區(qū)域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)和“十三五”規(guī)劃的調(diào)控提供參考,而且能為我國其他類似區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供借鑒與啟示。

2 研究區(qū)慨況

慶陽市位于甘肅省東部(106°20′—108°45′E、35°15′—37°10′N),陜甘寧三省區(qū)的交匯處,共轄西峰、慶城、寧縣、鎮(zhèn)原、正寧、華池、合水、環(huán)縣七縣一區(qū),系黃河中下游黃土高原溝壑區(qū),地勢南低北高,海拔在885—2082m之間,四周高而中間低,群山環(huán)繞,習(xí)稱“隴東”。氣候類型為溫帶半干旱的大陸性季風(fēng)氣候,降雨量南多北少。全市總土地面積27119km2,總?cè)丝谶_(dá)262.06萬人,其中勞動(dòng)力人口180.01萬人。慶陽市是中華民族早期農(nóng)耕文明的發(fā)祥地之一,是隴東地區(qū)重要的能源化工基地,石油、天然氣和煤炭資源儲(chǔ)量豐富，僅石油資源儲(chǔ)量達(dá)28.47億t,煤炭資源覆蓋全市。在全省1428億t煤炭資源預(yù)測儲(chǔ)量中,慶陽占1342億t,占全省煤炭資源預(yù)測儲(chǔ)量的94%。慶陽市地處黃土高原,生態(tài)環(huán)境較為脆弱,環(huán)境污染、水土流失、沙漠化、水資源匱乏等問題嚴(yán)重影響和制約著慶陽的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

3 模型的構(gòu)建

3.1 構(gòu)建思路

本文針對慶陽的區(qū)域特征進(jìn)行了分析,認(rèn)為人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、資源狀況、環(huán)境保護(hù)力度、技術(shù)提升等因素是影響慶陽區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的主要原因。為了使模型更全面地體現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)律,本文在生產(chǎn)技術(shù)子系統(tǒng)、資源子系統(tǒng)、人口子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加了教育投資因子,并對模型中的一些變量進(jìn)行了調(diào)整,以利于更加全面和系統(tǒng)的分析,并對影響慶陽區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素進(jìn)行了識(shí)別(圖1)。

圖1 慶陽市可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

3.2 模型參數(shù)

本文參數(shù)值的確定主要依據(jù)相關(guān)年份的《甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《慶陽市統(tǒng)計(jì)年鑒》以及慶陽市歷年環(huán)境質(zhì)量公報(bào)等統(tǒng)計(jì)資料,并且采用慶陽市2005年的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對慶陽市進(jìn)行模擬預(yù)測。這些數(shù)據(jù)主要包括:總?cè)丝?58.58萬人、出生率13.15‰、死亡率5.79‰、勞動(dòng)力比率60.2%、地區(qū)生產(chǎn)總值143.61億元、全社會(huì)固定資產(chǎn)投資795800萬元、全年財(cái)政收入164939萬元、工業(yè)廢水排放量212.46萬t、居民生活污水排放量689萬t、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率38.24%、工業(yè)廢氣排放量215630萬標(biāo)m3、工業(yè)固體廢物排放量0.04萬t、工業(yè)固體廢物綜合利用率97.75%、全年財(cái)政支出266095萬元、技術(shù)投資2812萬元、環(huán)境治理資金13000萬元、科技投入經(jīng)費(fèi)2036萬元、教育投資46796萬元等。

3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

區(qū)域系統(tǒng)是由人口、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境、生產(chǎn)技術(shù)等子系統(tǒng)耦合所形成的一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng),各子系統(tǒng)間相互影響、相互制約。基于慶陽市的實(shí)際情況與區(qū)域特征,本文對圖1進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析,認(rèn)為人是區(qū)域系統(tǒng)中的重要組成部分,人口出生率和死亡率受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、環(huán)境承載能力、科學(xué)技術(shù)、教育水平等影響。同時(shí),人口、資源、環(huán)境、技術(shù)創(chuàng)新以及經(jīng)濟(jì)投資等因素影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平。

經(jīng)濟(jì)是區(qū)域發(fā)展的核心部分,主要受到三次產(chǎn)業(yè)的約束。經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r是由產(chǎn)出直接反應(yīng)的,并且可通過調(diào)整經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的比例與產(chǎn)業(yè)間的投資額對其他系統(tǒng)產(chǎn)生影響。生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r隨著技術(shù)的自發(fā)增長速率、技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)年增加量的影響而發(fā)生變化,并且體現(xiàn)在生產(chǎn)技術(shù)投資中。資源是由可再生資源和不可再生資源共同組成,是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力,但會(huì)受到資源存量的限制。資源在開發(fā)過程中又會(huì)產(chǎn)生污染物,一旦污染物處理力度不夠,就會(huì)引起環(huán)境污染,導(dǎo)致人地關(guān)系不協(xié)調(diào),使人類與自然之間的矛盾愈演愈烈,不利于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的全面實(shí)現(xiàn)。

4 模型的運(yùn)行及結(jié)果分析

通過收集慶陽市相關(guān)數(shù)據(jù),使用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬預(yù)測軟件Vensim,對慶陽市可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行模擬仿真與預(yù)測。在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中輸入對應(yīng)的數(shù)據(jù),然后將模型得出結(jié)果與慶陽市實(shí)際情況進(jìn)行差距檢驗(yàn)和對比分析,當(dāng)對歷史數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果達(dá)到誤差允許的范圍內(nèi)時(shí)就開始實(shí)現(xiàn)仿真模擬。

圖2 基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果

4.1 經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境的基礎(chǔ)運(yùn)行分析

模型的運(yùn)行結(jié)果見圖2。由圖2a可知,技術(shù)投資的不斷增加,產(chǎn)出隨之先增后減,說明技術(shù)提升對經(jīng)濟(jì)發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。然而,隨著資源的不斷消耗,當(dāng)資源接近枯竭時(shí)技術(shù)投資與其他相關(guān)因素對資源的影響能力越來越弱,導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)停滯不前;人造資本也由原來的上升狀態(tài)開始緩慢下降,表明隨著資源的不斷開采,資源價(jià)值逐步轉(zhuǎn)化為人造資本。圖2b表明,資源對經(jīng)濟(jì)增長的影響極大,尤其是不可更新資源發(fā)揮主要的推動(dòng)作用。不難發(fā)現(xiàn),不可更新資源的消耗量速度明顯高于可更新資源的消耗量的速度。 隨著產(chǎn)出的逐年增加,不可更新資源存量與可更新資源存量逐年減少,說明經(jīng)濟(jì)增長主要依賴于對資源的開采利用。圖2c表明,隨著人口和產(chǎn)出的逐年增加,三廢排放量也隨之增加,環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重。這說明經(jīng)濟(jì)增長主要依賴于對資源的過度開采利用,并且是以低技術(shù)水平對資源進(jìn)行開采利用,在開采過程中只考慮到了短期利益。從長遠(yuǎn)角度來看,當(dāng)前這種發(fā)展模式是不可持續(xù)的,長此以往人地矛盾會(huì)愈發(fā)突出,人地關(guān)系徹底失調(diào)將無法避免。模型的運(yùn)行結(jié)果表明,慶陽市當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境之間的發(fā)展模式是不可持續(xù)的,經(jīng)濟(jì)增長過分依賴于自然資源。在這種發(fā)展模式下,資源消耗不斷增加,資源存量逐年減少,三廢排放量不斷增加,環(huán)境污染持續(xù)加劇,經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)必然走向崩潰。

圖3 降低經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)資源性的模擬結(jié)果

4.2 降低經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對自然資源依賴的結(jié)果分析

綜上所述,慶陽市經(jīng)濟(jì)增長主要依賴于對資源的開采利用。為了進(jìn)一步論證經(jīng)濟(jì)是否受到資源、環(huán)境的影響以及相互之間的關(guān)系,同時(shí)為了再一次論證慶陽市目前可持續(xù)發(fā)展面臨的處境,將模型生產(chǎn)函數(shù)中的資源指數(shù)降低為圖2中基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果的1/4,同時(shí)增加人力資本指數(shù)和人造資本指數(shù)到模擬可實(shí)現(xiàn)的范圍,結(jié)果見圖3。通過降低資源指數(shù)值,即減少經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對自然資源的依賴程度,模型的運(yùn)行結(jié)果與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果相比有所不同。圖3a表明,技術(shù)投資增加使經(jīng)濟(jì)到2050年一直保持增長的趨勢,但增長速度與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果有所放慢。圖3b表明,降低經(jīng)濟(jì)增長對自然資源的依賴程度后,不可更新資源消耗量仍高于可更新資源消耗量,自然資源枯竭的趨勢不可避免,但與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果相比,自然資源枯竭的時(shí)間有所減緩。圖3c表明,污染排放量仍呈上升趨勢,環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化,但與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果相比,三廢排放量增加的速度有所降低,環(huán)境質(zhì)量惡化的速度得到了一定減緩。模擬結(jié)果表明,轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式既能有效減緩資源枯竭的時(shí)間,又有助于環(huán)境質(zhì)量的提升,最終對經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長具有較好的促進(jìn)作用,從而能促進(jìn)慶陽市向可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)演進(jìn)。

圖4 增加環(huán)保投資的模擬結(jié)果

4.3 單方面增加環(huán)保投資對環(huán)境的影響分析

圖4a中的環(huán)境指標(biāo)變化表明,通過單方面增加環(huán)保投資并不能使三廢排放量停止增長,但與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果相比可使三廢排放量的增長速度得到一定程度的降低,使環(huán)境質(zhì)量得到提升和改善。圖4(b)中的產(chǎn)出表明,隨著環(huán)保投資增加,產(chǎn)出與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果相比得到了持續(xù)穩(wěn)定的增長,且一直保持增長趨勢。因此,增加環(huán)保投資有助于污染排放量減少，環(huán)境質(zhì)量提高，經(jīng)濟(jì)保持持續(xù)穩(wěn)定增長,最終有利于慶陽市可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)。

4.4 單方面增加教育投資對環(huán)境的影響分析

圖5a的環(huán)境指標(biāo)變化表明,隨著教育投資的增加,教育質(zhì)量得到提高,有利于幫助提高當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護(hù)意識(shí)。盡管并不能使三廢排放量完全停止增長,但與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果相比可使三廢排放量的增長速度得到一定程度的降低,從而使環(huán)境質(zhì)量得到提升和改善。圖5b的產(chǎn)出表明,隨著教育投資的增加,有利于增強(qiáng)人們的資源節(jié)約及合理利用的意識(shí),有助于提高資源利用效率。產(chǎn)出與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果相比,不僅沒有降低,還在一定程度上得到了較為明顯的增加。總之,教育投資的增加使人口素質(zhì)得到了提高,進(jìn)而影響到人力資本的增加。隨著人力資本的增加,創(chuàng)新意識(shí)、環(huán)保意識(shí)及可持續(xù)發(fā)展意識(shí)也就會(huì)增強(qiáng)。單方面增加教育投資,有助于幫助減少污染排放量 ,提高環(huán)境質(zhì)量,同時(shí)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步增長,最終有利于慶陽市區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)。

圖5 增加教育投資的模擬結(jié)果

4.5 單方面增加技術(shù)投資對環(huán)境的影響分析

圖6a的環(huán)境指標(biāo)變化表明,隨著技術(shù)投資增加,與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果相比,三廢排放量增長有所減緩,后期幾乎停止增長,說明技術(shù)投資提高了污染物治理水平,使環(huán)境質(zhì)量得到提升和改善。圖6b的產(chǎn)出表明,技術(shù)投資增加對產(chǎn)出也有較明顯的影響。隨著技術(shù)投資的增加,使資源開采利用的效率得到提高,產(chǎn)出隨之增加。與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果相比,增長速度更快,大約在2044年左右到達(dá)頂峰。自此之后,由于資源開采量不斷增加,資源存量相應(yīng)減少,而慶陽市的經(jīng)濟(jì)增長主要依賴于資源,因此產(chǎn)出將出現(xiàn)下降趨勢,開始迅速減少。總之,技術(shù)投資增加能使技術(shù)創(chuàng)新意識(shí)和技術(shù)水平得到增強(qiáng),提高資源開發(fā)利用水平和污染物治理水平,能有效的減少污染物排放量,促進(jìn)環(huán)境質(zhì)量的提高并幫助經(jīng)濟(jì)在短期內(nèi)保持增長。但僅從單方面增加技術(shù)投資,仍無法扭轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)最終走向崩潰的結(jié)果,也無法改變區(qū)域系統(tǒng)不可持續(xù)的發(fā)展態(tài)勢。

圖6 增加技術(shù)投資的模擬結(jié)果

4.6 增加技術(shù)、教育、環(huán)保投資對環(huán)境的影響分析

單方面增加環(huán)保投資、技術(shù)投資和教育投資,均可以在一定程度上促進(jìn)慶陽市的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程,但各有利弊,且效果并不夠突出。因此，將三種方式結(jié)合,同時(shí)增加環(huán)保、技術(shù)和教育投資,然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真模擬分析。圖7a的環(huán)境指標(biāo)變化表明,同時(shí)增加技術(shù)投資、教育投資和環(huán)保投資,將會(huì)徹底扭轉(zhuǎn)三廢排放量增加的趨勢,使三廢排放量呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢,各類污染物排放量顯著減少,環(huán)境質(zhì)量得到了顯著的提升與改善。圖7b的產(chǎn)出表明,隨著三類投資的增加,產(chǎn)出增長速度更快,與基礎(chǔ)運(yùn)行結(jié)果相比,產(chǎn)出得到了較為明顯的增加。結(jié)果表明,將三種策略進(jìn)行綜合實(shí)施,通過三者間的相互影響和相互促進(jìn),對慶陽市人地關(guān)系實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)具有較大的推動(dòng)作用,能夠有效地促進(jìn)慶陽市區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的全面實(shí)現(xiàn)。

圖7 增加技術(shù)投資、教育投資、環(huán)保投資的模擬結(jié)果

5 結(jié)論與討論

本文通過生產(chǎn)函數(shù)將資源、環(huán)境、技術(shù)、人口等子系統(tǒng)與產(chǎn)出子系統(tǒng)聯(lián)系起來,構(gòu)建了慶陽市可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,并分別針對6類不同的發(fā)展模式開展了相應(yīng)的情景模擬和仿真預(yù)測,包括基礎(chǔ)運(yùn)行、降低經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對資源的依賴程度、增加環(huán)保投資、增加技術(shù)投資、增加教育投資以及同時(shí)增加這三類投資。

本文得到以下結(jié)論:①慶陽市當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境之間的發(fā)展模式是不可持續(xù)的,經(jīng)濟(jì)增長過分依賴于自然資源,尤其是不可更新資源。在這種發(fā)展模式下,隨著經(jīng)濟(jì)的增長,資源消耗不斷增加,資源存量逐年減少,“三廢”排放量不斷增加,環(huán)境污染持續(xù)加劇,使經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到資源、環(huán)境的影響越來越嚴(yán)重,導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)增長速度逐漸減緩并出現(xiàn)衰退,最終經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)必然走向崩潰。②降低經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對自然資源的依賴程度,轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,不僅能有效減緩資源枯竭的速度,還能提升環(huán)境質(zhì)量。雖然短期內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長速度有所降低,但最終對經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長具有較好的促進(jìn)作用,能幫助慶陽市向可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)演進(jìn)。這些還需要綜合使用其他方案與政策,彼此聯(lián)系與配合,才能真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。③單方面增加環(huán)保投資、技術(shù)投資和教育投資均可在一定程度上促進(jìn)慶陽市的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程,但各有利弊,綜合效果不夠突出。技術(shù)和投資增加,能使技術(shù)創(chuàng)新意識(shí)和技術(shù)水平得到增強(qiáng),提高資源開發(fā)利用的水平和污染物的治理水平,有助于污染排放量減少,環(huán)境質(zhì)量提高和短期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)增長。但單方面增加技術(shù)投資,不能扭轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)崩潰的最終結(jié)果,也無法改變區(qū)域系統(tǒng)不可持續(xù)的發(fā)展態(tài)勢。教育投資增加,使人口素質(zhì)得到提高,有助于增強(qiáng)人的創(chuàng)新意識(shí)、環(huán)保意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展意識(shí),促進(jìn)慶陽市區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)。但教育投資帶來的效果是長期積累的過程,不可能一蹴而就。增加環(huán)保投資有利于提高污染治理水平,促進(jìn)污染物排放量減少和環(huán)境質(zhì)量提高,有助于經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長,但無法使“三廢”排放量停止增長或出現(xiàn)下降。因此,只有綜合使用三種策略,即同時(shí)增加技術(shù)投資、教育投資和環(huán)保投資,通過三者間的相互影響和相互促進(jìn),才能徹底扭轉(zhuǎn)“三廢”排放量增加的趨勢,使經(jīng)濟(jì)得到快速、持續(xù)、穩(wěn)定增長,最終才能有效促進(jìn)慶陽市人地關(guān)系的協(xié)調(diào)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的全面實(shí)現(xiàn)。

綜上所述,在發(fā)展過程中慶陽市應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,走循環(huán)經(jīng)濟(jì)之路,通過優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級,降低經(jīng)濟(jì)發(fā)展對自然資源的依賴程度。同時(shí),要高度重視技術(shù)、環(huán)保和教育投入,最終才能提高資源的利用效率,減少環(huán)境污染,改善環(huán)境質(zhì)量,促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與自然環(huán)境的和諧發(fā)展,全面實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

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LU Chen-yu1,WANG Ting1,LU Cheng-peng2,LI Yong-jin3,LI Heng-ji4

(1.College of Geography and Environment Science,Northwest Normal University,Lanzhou 730070,China;2.Key Laboratory of Pollution Ecology and Environmental Engineering,Institute of Applied Ecology,CAS,Shenyang 110016,China;3.College of Philosophy and Sociology,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China;4.Lanzhou Literature and Information Center,CAS，Lanzhou 730000,China)

Sustainable development was a hot research area.The corresponding regional system was a large complex system which took human activity as the core.System dynamics was an effective simulation tool to study and process the dynamic and complex system.In this paper,the theory and method of system dynamics was employed.Based on the vensim software,the dynamic simulation model of sustainable development was built in Qingyang City.Then the evolvement trend of sustainable development was simulated and analyzed.The results showed that the current development mode of economy,resources and environment in Qingyang City was not sustainable.In order to achieve the sustainable development,it was necessary to reduce the dependence of economic system on natural resources and change the economic development mode.It was also necessary to increase the technology investment,education investment and environmental protection investment at the same time.Then the increasing trend of pollution emission could be changed completely.So the economic growth could be rapid,sustainable and steady.Finally,the sustainable development could be achieved in Qingyang City.

system dynamics;sustainable development;resource;environment;Qingyang

2016-11-25；

2016-12-17

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):41261112、41561110、41471116);甘肅省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):1304FKCA067)資助。

及通訊作者簡介：鹿晨昱(1981-),男,甘肅省蘭州人,博士,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事區(qū)域可持續(xù)發(fā)展方面的研究。

F061.3；F224.12

A

1005-8141(2017)01-0020-07