北京生態文明建設有效路徑的動力學仿真研究

楊艷紅,董欣雨,曹海青,姚翠友

(首都經濟貿易大學管理工程學院,北京 100070)

1 引言

改革開放四十多年來,我國經濟發展取得了舉世矚目的成就,但也付出了沉重的生態代價,實現科學發展,建設生態文明成為共識。北京作為首都,生態文明建設一直走在全國的前列,率先提出“減量發展”戰略,在盡可能減少消耗不可再生資源、傳統粗放的生產要素和一般自然資源的基礎上構建新的發展模式,對其它城市生態文明建設具有示范和帶動作用。

生態文明建設一直是學者們研究的熱點,主要包括理論內容完善[1-3]、建設質量評價[4-6]、有效路徑[7-9]及耦合與協調發展機制[10-13]等方面。北京作為我國的首都,生態文明建設的研究比較豐富。周文華等[14]分析了北京市生態文明建設的進程;唐承財等[15]在生態文明建設的理念下探究了北京鄉村生態旅游的發展方向;劉薇[16]、侯鷹等[17]、李堅等[18]構建了北京市生態文明評價指標體系;尹稚禎等[19]在所構建的評價指標體系基礎上,對北京市生態文明建設水平進行了評價。

由于生態文明建設的發展方向在不同水平的城市上存在差異性,需要根據特定情況作具體分析,就北京市生態文明建設研究現狀來看,北京生態文明建設有效路徑的研究還有待深入。本文構建了北京市生態文明建設系統結構指標體系,運用系統動力學仿真模型對北京市未來生態文明建設效果進行分析,以期為北京市生態文明建設提供參考。

2 模型構建

2.1 指標體系

在參考相關文獻[8,20]的基礎上,并根據北京市十四五規劃綱要中提出的經濟社會發展目標,本文將生態文明建設系統分為社會、經濟、資源、環境四個子系統。生態文明建設系統的結構指標具體參見表1。

2.2 模型構建

生態文明建設各子系統之間相互作用、相互聯系。生態文明建設各子系統之間的關系參見圖

基于對系統結構、指標體系和各子系統之間關系的分析,本文使用VENSIM PLE軟件進行了系統動力學模型的構建。生態文明建設因果回路圖、存量流量圖的構建參見圖2、圖3。

主要方程式如下:

1)總人口=INTEG(人口增長數量,1538);

2)人口增長數量=總人口*人口增長率*人口調整因子;

3)就業人數=總人口*就業人數占總人數比重;

4)第一/二/三產業增加值=第一/二/三產業就業人數*第一/二/三產業單位勞動增加值;

5)生產總值增量=0.7369*第一產業增加值+0.9818*第二產業增加值+0.999*第三產業增加值-0.1564*工業污染治理投資+81980;

6)萬元GDP能耗=能源消耗總量/生產總值;

7)萬元GDP用水量=用水總量/生產總值;

8)能源消耗總量=生產能源消耗量+生活能源消耗量;

9)用水總量=生活用水量+生產用水量;

10)生產能源消耗量=INTEG(生產能源變化量,4220.8);

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

12)工業污染治理投資=工業廢水治理投資+工業廢氣治理投資+工業固廢治理投資。

其中,根據北京市十四五規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整因子,對人口增長數量進行調整。

3 模型檢驗與路徑設計

3.1 模型檢驗

模型時間邊界為2005-2035年,時間步長為1年,其中,2005-2019年為歷史檢驗時段,2020-2035為模擬預測時段。數據主要來源于2006-2020年《中國統計年鑒》《中國環境統計年鑒》《北京統計年鑒》等。根據所建立的生態文明建設系統動力學模型,在四個子系統中選擇總人口、就業人數、生產總值、能源消耗總量、用水總量、生活污水排放和工業固廢排放7個變量對北京生態文明建設系統仿真模型結構及相互作用關系進行檢驗,結果如圖4。

所選指標的仿真值與真實值相對誤差均控制在5%左右,說明所構建的模型能夠反映北京生態文明建設系統的變化規律,可以用于預測生態文明建設未來發展趨勢。

3.2 生態文明建設路徑設計

在對模型設置的合理性進行檢驗的基礎上,結合研究區十四五規劃發展的具體要求,從四個子系統中選取第二產業單位勞動生產增加值、第三產業單位勞動生產增加值、社會就業人數占總人口比重、生產能耗變化量、人均生活能耗、人均生活用水量和萬元工業增加值固廢量等7個常量指標作為控制變量,設計出5條生態文明建設的路徑進行模擬仿真。

路徑1為保持現狀的發展路徑;路徑2為優先發展經濟的路徑,將二三產業單位勞動生產增加值提高5%,生產能耗變化量和萬元工業增加值固廢量上調5%;路徑3為優先發展社會的路徑,將社會就業人數占總人口比重提高5%;路徑4為優先減少資源消耗、保護環境的路徑,將生產能耗變化量、人均生活能源消耗量、人均生活用水量和萬元工業增加值固廢量下降5%;路徑5為協調發展路徑,即綜合考慮發展經濟、社會、資源、環境四個方面,將二產單位勞動生產增加值下調5%、第三產業單位勞動生產增加值上調10%,同時,通過將社會就業人數占總人口比重提高3%、生產能耗變化量下降5%、人均生活能耗和人均生活用水下降3%、萬元工業增加值固廢量下調5%的方式來體現路徑發展效果。

4 仿真結果與路徑選擇

為更加直觀地展示出2005-2035年北京在5條發展路徑下的生態文明建設狀況,便于選擇最優發展路徑,將生產總值、人均GDP、就業人數、萬元GDP能耗、萬元GDP用水量、生活污染量和工業固廢量七個變量的仿真結果進行展示,進一步分析北京市生態文明建設有效路徑,具體如圖5-圖11。

圖1 生態文明建設子系統關系圖

圖2 生態文明建設因果回路圖

圖3 生態文明建設存量流量圖

圖4 北京生態文明建設系統模型檢驗結果

圖5 北京生產總值模擬結果

圖5與圖6顯示,北京生產總值和人均GDP在2020年以前路徑3數值最高,在2020年路徑5反超路徑3成為最優路徑?？梢钥闯?社會的不斷發展使得就業人數持續上升,人口紅利也有突出的表現,但隨著就業人數的不斷增加,社會促進經濟發展的效果不再明顯,而協調發展路徑的優勢開始顯現。圖7顯示,在就業人數方面,按照各路徑的發展趨勢,路徑3的就業人數最多,其次是路徑5,兩條路徑的就業人數明顯高于路徑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成為最優路徑,此外,在2021年,路徑1超過路徑2成為數值最高的路徑。從長遠來看,協調發展路徑優于其它路徑,優先發展社會的路徑也在短期內對資源利用效率的提高有推動作用。圖9顯示,從萬元GDP用水量模擬結果來看,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成為最優路徑?？梢钥闯?路徑5相較于路徑3有更高的活力,在協調發展路徑下,更有利于資源的節約。圖10顯示,從生活污染量的模擬結果來看,路徑4的生活污染量最少,其次為路徑5,遠低于其它三條路徑。圖11顯示,2019年以前,路徑3的工業固廢量最低,路徑5其次,2019年時協調發展路徑成為工業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的發展和產業結構的調整,第二產業就業人數減少,二產產值的減少導致工業固廢量的降低,而在后期保護環境和協調發展的路徑優勢顯現。

圖6 北京人均GDP模擬結果

圖7 北京就業人數模擬結果

圖8 北京萬元GDP能耗模擬結果

圖9 北京萬元GDP用水量模擬結果

圖10 北京生活污染量模擬結果

圖11 北京工業固廢量模擬結果

5 結論與建議

本文在分析北京生態文明建設現狀和社會經濟發展水平的基礎上,選取系統主要指標并繪制因果回路圖和存量流量圖,構建北京生態文明建設系統動力學模型,設置了維持現狀、社會優先、經濟優先、環境優先和協調發展5條發展路徑,模擬并對比不同路徑下北京市未來生態文明建設效果,得到如下結論:路徑5對北京生態文明建設的社會子系統、經濟子系統、資源子系統和環境子系統均具有較強的促進作用;路徑3也在生態文明建設各子系統中表現出了較強的活力,路徑4在節約資源、保護環境方面優勢明顯,路徑1和路徑2則略顯不足。

根據研究結論,結合北京實際情況,本文提出以下建議:

1)社會、經濟、資源和環境必須協調發展。通過對各子系統的分析,可以看出協調發展路徑的優勢巨大,在提高經濟發展水平的同時,促進北京就業人數的增加,同時設置并嚴格控制資源消耗上線、環境質量底線,加強環境污染處罰力度,在生產和生活過程中降低廢物排放,實現北京經濟高速增長與生態文明建設雙贏。

2)優化產業結構,增加就業崗位,促進北京經濟生態高質量發展。根據本文的分析結果,促進北京就業人數的增加,推進就業也對生態文明建設有較強的促進作用,因此,要積極推動社會發展,促進北京就業崗位的增加。

3)提高資源利用效率,樹立綠色發展理念。資源利用效率的提高能夠緩解經濟發展給資源和環境造成的壓力,減少污染物的排放,應鼓勵企業推進綠色技術的應用,優化產業結構。同時,應注重公民在生態文明建設中的主人翁地位,在建立公民綠色發展理念的基礎上,鼓勵公眾依法行使環境舉報權,對于有礙生態文明建設進程的行為進行檢舉和監督。