北京生态文明建设有效路径的动力学仿真研究

杨艳红,董欣雨,曹海青,姚翠友

(首都经济贸易大学管理工程学院,北京 100070)

1 引言

改革开放四十多年来,我国经济发展取得了举世瞩目的成就,但也付出了沉重的生态代价,实现科学发展,建设生态文明成为共识。北京作为首都,生态文明建设一直走在全国的前列,率先提出“减量发展”战略,在尽可能减少消耗不可再生资源、传统粗放的生产要素和一般自然资源的基础上构建新的发展模式,对其它城市生态文明建设具有示范和带动作用。

生态文明建设一直是学者们研究的热点,主要包括理论内容完善[1-3]、建设质量评价[4-6]、有效路径[7-9]及耦合与协调发展机制[10-13]等方面。北京作为我国的首都,生态文明建设的研究比较丰富。周文华等[14]分析了北京市生态文明建设的进程;唐承财等[15]在生态文明建设的理念下探究了北京乡村生态旅游的发展方向;刘薇[16]、侯鹰等[17]、李坚等[18]构建了北京市生态文明评价指标体系;尹稚祯等[19]在所构建的评价指标体系基础上,对北京市生态文明建设水平进行了评价。

由于生态文明建设的发展方向在不同水平的城市上存在差异性,需要根据特定情况作具体分析,就北京市生态文明建设研究现状来看,北京生态文明建设有效路径的研究还有待深入。本文构建了北京市生态文明建设系统结构指标体系,运用系统动力学仿真模型对北京市未来生态文明建设效果进行分析,以期为北京市生态文明建设提供参考。

2 模型构建

2.1 指标体系

在参考相关文献[8,20]的基础上,并根据北京市十四五规划纲要中提出的经济社会发展目标,本文将生态文明建设系统分为社会、经济、资源、环境四个子系统。生态文明建设系统的结构指标具体参见表1。

2.2 模型构建

生态文明建设各子系统之间相互作用、相互联系。生态文明建设各子系统之间的关系参见图

基于对系统结构、指标体系和各子系统之间关系的分析,本文使用VENSIM PLE软件进行了系统动力学模型的构建。生态文明建设因果回路图、存量流量图的构建参见图2、图3。

主要方程式如下:

1)总人口=INTEG(人口增长数量,1538);

2)人口增长数量=总人口*人口增长率*人口调整因子;

3)就业人数=总人口*就业人数占总人数比重;

4)第一/二/三产业增加值=第一/二/三产业就业人数*第一/二/三产业单位劳动增加值;

5)生产总值增量=0.7369*第一产业增加值+0.9818*第二产业增加值+0.999*第三产业增加值-0.1564*工业污染治理投资+81980;

6)万元GDP能耗=能源消耗总量/生产总值;

7)万元GDP用水量=用水总量/生产总值;

8)能源消耗总量=生产能源消耗量+生活能源消耗量;

9)用水总量=生活用水量+生产用水量;

10)生产能源消耗量=INTEG(生产能源变化量,4220.8);

11)工业废水/废气/固废治理投资=工业废水/废气/固废排放量*单位废水/废气/固废治理投资;

12)工业污染治理投资=工业废水治理投资+工业废气治理投资+工业固废治理投资。

其中,根据北京市十四五规划纲要以及北京的非首都功能疏解政策,在模型中添加人口调整因子,对人口增长数量进行调整。

3 模型检验与路径设计

3.1 模型检验

模型时间边界为2005-2035年,时间步长为1年,其中,2005-2019年为历史检验时段,2020-2035为模拟预测时段。数据主要来源于2006-2020年《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》《北京统计年鉴》等。根据所建立的生态文明建设系统动力学模型,在四个子系统中选择总人口、就业人数、生产总值、能源消耗总量、用水总量、生活污水排放和工业固废排放7个变量对北京生态文明建设系统仿真模型结构及相互作用关系进行检验,结果如图4。

所选指标的仿真值与真实值相对误差均控制在5%左右,说明所构建的模型能够反映北京生态文明建设系统的变化规律,可以用于预测生态文明建设未来发展趋势。

3.2 生态文明建设路径设计

在对模型设置的合理性进行检验的基础上,结合研究区十四五规划发展的具体要求,从四个子系统中选取第二产业单位劳动生产增加值、第三产业单位劳动生产增加值、社会就业人数占总人口比重、生产能耗变化量、人均生活能耗、人均生活用水量和万元工业增加值固废量等7个常量指标作为控制变量,设计出5条生态文明建设的路径进行模拟仿真。

路径1为保持现状的发展路径;路径2为优先发展经济的路径,将二三产业单位劳动生产增加值提高5%,生产能耗变化量和万元工业增加值固废量上调5%;路径3为优先发展社会的路径,将社会就业人数占总人口比重提高5%;路径4为优先减少资源消耗、保护环境的路径,将生产能耗变化量、人均生活能源消耗量、人均生活用水量和万元工业增加值固废量下降5%;路径5为协调发展路径,即综合考虑发展经济、社会、资源、环境四个方面,将二产单位劳动生产增加值下调5%、第三产业单位劳动生产增加值上调10%,同时,通过将社会就业人数占总人口比重提高3%、生产能耗变化量下降5%、人均生活能耗和人均生活用水下降3%、万元工业增加值固废量下调5%的方式来体现路径发展效果。

4 仿真结果与路径选择

为更加直观地展示出2005-2035年北京在5条发展路径下的生态文明建设状况,便于选择最优发展路径,将生产总值、人均GDP、就业人数、万元GDP能耗、万元GDP用水量、生活污染量和工业固废量七个变量的仿真结果进行展示,进一步分析北京市生态文明建设有效路径,具体如图5-图11。

图1 生态文明建设子系统关系图

图2 生态文明建设因果回路图

图3 生态文明建设存量流量图

图4 北京生态文明建设系统模型检验结果

图5 北京生产总值模拟结果

图5与图6显示,北京生产总值和人均GDP在2020年以前路径3数值最高,在2020年路径5反超路径3成为最优路径。可以看出,社会的不断发展使得就业人数持续上升,人口红利也有突出的表现,但随着就业人数的不断增加,社会促进经济发展的效果不再明显,而协调发展路径的优势开始显现。图7显示,在就业人数方面,按照各路径的发展趋势,路径3的就业人数最多,其次是路径5,两条路径的就业人数明显高于路径1、路径2和路径4。图8显示,从万元GDP能耗模拟结果来看,在2019年以前,万元GDP能耗最低路径为路径3,2019年路径5超过路径3成为最优路径,此外,在2021年,路径1超过路径2成为数值最高的路径。从长远来看,协调发展路径优于其它路径,优先发展社会的路径也在短期内对资源利用效率的提高有推动作用。图9显示,从万元GDP用水量模拟结果来看,在2019年以前,路径3为万元GDP用水量最低路径,2019年路径5超过路径3成为最优路径。可以看出,路径5相较于路径3有更高的活力,在协调发展路径下,更有利于资源的节约。图10显示,从生活污染量的模拟结果来看,路径4的生活污染量最少,其次为路径5,远低于其它三条路径。图11显示,2019年以前,路径3的工业固废量最低,路径5其次,2019年时协调发展路径成为工业固废排放量最低路径,路径4超过路径3成为次低路径,原因是最初随着社会的发展和产业结构的调整,第二产业就业人数减少,二产产值的减少导致工业固废量的降低,而在后期保护环境和协调发展的路径优势显现。

图6 北京人均GDP模拟结果

图7 北京就业人数模拟结果

图8 北京万元GDP能耗模拟结果

图9 北京万元GDP用水量模拟结果

图10 北京生活污染量模拟结果

图11 北京工业固废量模拟结果

5 结论与建议

本文在分析北京生态文明建设现状和社会经济发展水平的基础上,选取系统主要指标并绘制因果回路图和存量流量图,构建北京生态文明建设系统动力学模型,设置了维持现状、社会优先、经济优先、环境优先和协调发展5条发展路径,模拟并对比不同路径下北京市未来生态文明建设效果,得到如下结论:路径5对北京生态文明建设的社会子系统、经济子系统、资源子系统和环境子系统均具有较强的促进作用;路径3也在生态文明建设各子系统中表现出了较强的活力,路径4在节约资源、保护环境方面优势明显,路径1和路径2则略显不足。

根据研究结论,结合北京实际情况,本文提出以下建议:

1)社会、经济、资源和环境必须协调发展。通过对各子系统的分析,可以看出协调发展路径的优势巨大,在提高经济发展水平的同时,促进北京就业人数的增加,同时设置并严格控制资源消耗上线、环境质量底线,加强环境污染处罚力度,在生产和生活过程中降低废物排放,实现北京经济高速增长与生态文明建设双赢。

2)优化产业结构,增加就业岗位,促进北京经济生态高质量发展。根据本文的分析结果,促进北京就业人数的增加,推进就业也对生态文明建设有较强的促进作用,因此,要积极推动社会发展,促进北京就业岗位的增加。

3)提高资源利用效率,树立绿色发展理念。资源利用效率的提高能够缓解经济发展给资源和环境造成的压力,减少污染物的排放,应鼓励企业推进绿色技术的应用,优化产业结构。同时,应注重公民在生态文明建设中的主人翁地位,在建立公民绿色发展理念的基础上,鼓励公众依法行使环境举报权,对于有碍生态文明建设进程的行为进行检举和监督。