基于系统动力学模型的厦门港城耦合绿色发展研究

左世萍

(集美大学 航海学院，福建 厦门 361021)

0 引 言

有关港城绿色发展的研究最早起于Brooke，他将绿色理念运用于环境影响评估程序的构建中，并对影响港口建设的因子进行总体性的分析。杨山和潘婧根据SD原理和方法，建立港口与城市耦合的PU-SD模型，解剖港城耦合系统多重反馈机理和各系统相互作用过程。乔文怡等以连云港为例，根据SD原理和方法，建立了连云港港城耦合系统动力学模型，分析港城耦合过程中的环境污染、能源消费等问题。

1 问题描述

在港口型城市中，港口发展与城市经济密切相关，本文选择以港立市的厦门为研究对象，将绿色GDP引入系统动力学中，构建了港口城市耦合系统的SD模型，选择第二、第三产业进行研究，通过变换第二、第三产业比重、港城建设用地比例系数等参数，模拟港城耦合情况，并进行比较分析，找出影响港口城市持续发展的主要因素，以实现经济效益和环境效益利用最大化。

2 系统动力学模型构建

2.1 因果反馈分析

系统动力学是一种结构分析和功能模拟统一的仿真。根据系统分析协调原理，将港城系统分解为港口子系统、经济子系统、环境子系统和土地资源子系统4个子块，并建立因果反馈流程图(如图1)。系统流图不仅要确定状态变量、速率变量、常数等，还可以将系统结构、动态特征表示出来，各个子系统之间和子系统内部之间的具有关联作用。

图1 因果反馈流程图

2.2 系统动力学模型结构

根据港城系统的因果反馈流程图，结合系统动力学(SD)模型，从港口、经济、环境和土地资源4个方面，构建多指标评价体系，反映出港城绿色发展的耦合交互作用。

基于港口、经济、环境、土地资源子系统，构建港城可持续发展仿真模型(如图2)。模型包括4个状态变量，6个速率变量，10个辅助变量，19个参数，4个常数(港口用地供给初始值、港口通过能力初始值、城市GDP初始值、污染物量初始值)；模型由21个微分方程组成。

图2 系统流图总图

2.3 模型参数确定

本文模型以2007年为起始年份，2020年为终止年份，模拟步长设置为0.625。数据来源于《厦门经济特区年鉴》、《中国港口年鉴》、厦门市港口管理局、厦门航运交易所、厦门港务年报以及厦门环保局官网。本文基于实际数据，主要采用线性回归、算术平均等方法，对模型参数进行合理取值。

3 模拟结果与分析

产业结构调整可以有效削减污染物的排放，是绿色发展的重要驱动力。厦门市第二产业比重为47.02%，第三产业比重为51.98%。因此对二三产业比重进行调整，调整幅度为±5%，分析二三产业结构变化带来的影响。

如图3、4所示，第三产业比重增加5%、第二产业比重减少5%，厦门GDP、港口吞吐量的增长幅度都比基本模拟和三产减少5%、二产增加5%的更高。如图6所示，三产增加5%、二产减少5%，使得污染物排放量增长幅度比基本模拟要小，而当三产减少5%、二产增加5%时，污染物排放量增长幅度比基本模拟要高。

图3 产业调整-GDP变化图

图4 产业调整-港口吞吐量变化图

如图5所示，同时变换第二、第三产业比重和港口建设用地比重系数，二产减少5%、港建比重减少5%的曲线，和三产减少5%、港建比重减少5%的曲线下降幅度接近，这两条曲线均使港口用地供给下降幅度，较之基本模拟和另两条曲线而言有所减缓，而三产增加5%、港建比重增加5%的曲线走向，与二产增加5%、港建比重增加5%的曲线相差不大，其港口用地供给比基本模拟下降幅度更快。

图5 港城耦合变化图

图6 产业调整-污染物排放量变化图

综上，增加第三产业的比重，会提高GDP、吞吐量，减缓厦门港城土地资源的冲突，并且会降低污染物排放量。究其原因，是因为三大产业的货运生成系数不同，货运量与产业值相关联，通过分析可得，一产货运系数为-0.016 2，二产货运系数为-0.243，三产货运系数为1.624，显然，三产货运系数高于二产货运系数，因此加快第三产业发展，会大量的物流需求，从而货运量会增加。同时，厦门是个土地资源相对匮乏的旅游型港口城市，第三产业比重的增加，港城土地耦合，会减缓港口土地供给不断下降的趋势，并且，可以减少环境污染，实现经济的可持续发展。

4 结束语

(1)本文在环境和经济之间引入了绿色GDP，通过调控模型中各参数变化进行模拟，结果显示:①通过调整产业结构，绿色GDP得到了显著增长，呈现出高绿色经济收益的态势;②同时调整产业结构和环保投资，绿色经济收益与仅调整产业结构相差不大;③如果只调整产业污染物排放系数，污染物的排放量增加趋势减缓不明显;④在港口减排中，环境污染会降到了最低，但港口收入会减少。

(2)厦门作为一座旅游城市，在发展中应注重社会经济与生态环境的协调多赢，合理调整能源结构、经济结构和消费结构，把发挥资源优势与转变发展方式有机结合起来，打造国际航运中心、发展自由贸易区，加强与周边城市的互动，在两岸陆海联运中发挥新的更大作用。