基于彈性系數(shù)的大興區(qū)環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警研究

王 妍 曾維華 吳舜澤 賈杰林

(1．北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院水環(huán)境模擬國家重點(diǎn)實驗室，北京100875;2．中國環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京100012)

基于彈性系數(shù)的大興區(qū)環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警研究

王 妍1曾維華1吳舜澤2賈杰林2

(1．北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院水環(huán)境模擬國家重點(diǎn)實驗室，北京100875;2．中國環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京100012)

在環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，選擇彈性系數(shù)對區(qū)域節(jié)能減排做預(yù)警研究，構(gòu)建基于彈性系數(shù)的區(qū)域環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警系統(tǒng)。將該預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用于實際案例中，計算了符合北京市大興區(qū)節(jié)能減排目標(biāo)要求的彈性系數(shù)區(qū)間，對區(qū)域未來的環(huán)境－經(jīng)濟(jì)狀況進(jìn)行預(yù)測和預(yù)警。在慣性發(fā)展情景下，大興區(qū)2010年和2020年環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)，節(jié)能減排達(dá)標(biāo)尚存在一定困難，其中SO2、COD排放是區(qū)域環(huán)境－經(jīng)濟(jì)安全的最大影響因素。

彈性系數(shù);環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警;節(jié)能減排

改革開放以來，伴隨我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，資源過度消耗、環(huán)境污染等問題日益突出，經(jīng)濟(jì)增長付出了沉重的環(huán)境代價。面對挑戰(zhàn)，全國上下近年來開始重視并加強(qiáng)節(jié)能減排工作，國家和地方紛紛將節(jié)能減排目標(biāo)寫入?yún)^(qū)域發(fā)展規(guī)劃。應(yīng)該認(rèn)識到，節(jié)能減排是一項長期持續(xù)的工作，僅通過規(guī)劃期末的任務(wù)目標(biāo)，難以對期限內(nèi)指標(biāo)達(dá)標(biāo)以及環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的健康運(yùn)行進(jìn)行有效的調(diào)控。建立環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警系統(tǒng)，對規(guī)劃期內(nèi)節(jié)能減排工作進(jìn)行整體的監(jiān)測與調(diào)控，對區(qū)域的健康發(fā)展有著積極的意義。

1 環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警研究綜述

早期的預(yù)警系統(tǒng)，如20世紀(jì)開始建立的水、大氣污染預(yù)警系統(tǒng)，以及全球環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)(GEMS)，是以環(huán)境質(zhì)量為監(jiān)測對象，進(jìn)行預(yù)測預(yù)警。在綜合考慮社會經(jīng)濟(jì)活動與環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，復(fù)合系統(tǒng)預(yù)警理論逐漸形成。如英國經(jīng)濟(jì)地理學(xué)家A．Schumn為首的區(qū)域?qū)W派，即從區(qū)域地理學(xué)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)學(xué)角度研究區(qū)域人口、資源、經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，建立區(qū)域可持續(xù)發(fā)展預(yù)警系統(tǒng)。

我國環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)的預(yù)警研究是在環(huán)境預(yù)測和評價的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的［1］。陳國階等就環(huán)境質(zhì)量的狀態(tài)、變化趨勢和變化速度展開預(yù)警研究［2］，并在后期將預(yù)警模型運(yùn)用于生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的預(yù)警中［3］。傅伯杰對生態(tài)環(huán)境預(yù)警的意義和目的做出定義，他認(rèn)為生態(tài)環(huán)境預(yù)警狀態(tài)就是生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)不協(xié)調(diào)發(fā)展的狀態(tài)，警情考查的是以承載力、穩(wěn)定性、緩沖力、生產(chǎn)力和調(diào)控力為表現(xiàn)的區(qū)域持續(xù)發(fā)展的能力［4－5］。在此基礎(chǔ)上，我國現(xiàn)有的環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警研究大多采用了可持續(xù)發(fā)展預(yù)警的思路:在預(yù)警指標(biāo)上，綜合考查環(huán)境污染、環(huán)境保護(hù)與治理和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方方面面［6－7］;在預(yù)警模型上，往往首先需要對復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)狀況進(jìn)行評價，由評價指數(shù)及其正常分布范圍給出預(yù)警結(jié)果［8－9］。此類研究的指標(biāo)眾多，而除評價指數(shù)外，單個指標(biāo)的預(yù)警意義并不明確;警限的劃分多源于類比研究，缺少區(qū)域針對性和環(huán)境管理調(diào)控意義。相比之下，一些運(yùn)用單指標(biāo)的環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警研究表現(xiàn)出更好的操作性和針對性。韓振宇等將能源彈性系數(shù)運(yùn)用于大氣環(huán)境的預(yù)警研究中［10］，通過對比得出我國能源消費(fèi)彈性系數(shù)的正常值為0．5，而超過正常值30%(即K=0．8)持續(xù)3年以上，則意味著能源消耗與GDP關(guān)系不和諧，并以該值為區(qū)域能源與大氣環(huán)境污染宏觀控制的預(yù)警警限。

2 基于彈性系數(shù)的區(qū)域環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)路線圖

根據(jù)我國目前環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警研究現(xiàn)狀，結(jié)合節(jié)能減排對預(yù)警提出的要求，本文構(gòu)建了基于彈性系數(shù)的環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警系統(tǒng)，其特點(diǎn)表現(xiàn)在:

(1)采用彈性系數(shù)作為預(yù)警指標(biāo)，其環(huán)境與經(jīng)濟(jì)意義明確，提高了預(yù)警的可操作性;

(2)將是否滿足節(jié)能減排目標(biāo)要求作為衡量區(qū)域環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)預(yù)警狀態(tài)的主要標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)警結(jié)果對于區(qū)域節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)有重要的指導(dǎo)意義。

2．1 預(yù)警指標(biāo)——彈性系數(shù)

彈性系數(shù)的概念來自于經(jīng)濟(jì)學(xué)，即一變量的微小增長率對另一變量的微小增長率之比。在環(huán)境領(lǐng)域，彈性系數(shù)(K)可以用來表示經(jīng)濟(jì)增長一個百分點(diǎn)所對應(yīng)的自然資源消耗(或單位污染物排放)的增長量，其大小反映經(jīng)濟(jì)增長對資源環(huán)境的依賴關(guān)系。以能源消費(fèi)彈性系數(shù)為例，其值越大，能源消耗速度越快、消耗量越高;相應(yīng)地，大氣污染物排放量越大，對大氣環(huán)境的污染就越重，能源與環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展就越不和諧。

按照節(jié)能減排的考察內(nèi)容，從能耗、水資源消耗量、SO2與COD排放量四個方面設(shè)置預(yù)警指標(biāo)，包括:

2．2 預(yù)警界限的確定

本文將環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)預(yù)警區(qū)間按照理想、無警、低警、中警和巨警五種狀態(tài)進(jìn)行劃分。

圖1 環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警的警區(qū)與界限

對于能耗、水耗，采用單位GDP消耗量為約束的指標(biāo)，其區(qū)間劃分如圖1(a)所示。理想狀態(tài)下，彈性系數(shù)為負(fù)，相當(dāng)于環(huán)境庫茲涅茨曲線的雙贏階段，即經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時環(huán)境得以改善;而通過技術(shù)進(jìn)步或加大環(huán)保力度和投資，在某一時期內(nèi)也可以實現(xiàn)向理想狀態(tài)的突越式發(fā)展。由區(qū)域在一定時期內(nèi)的節(jié)能減排目標(biāo)相應(yīng)地可以得出彈性系數(shù)的最高(X2)和最低值(X1)。無警狀態(tài)下，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，能夠最大程度的滿足節(jié)能減排要求;低警狀態(tài)是實現(xiàn)節(jié)能減排最低要求的臨界狀態(tài);對于不能實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，但環(huán)境負(fù)荷增長速度仍小于經(jīng)濟(jì)增長速度的，作出中警預(yù)警反應(yīng)。彈性系數(shù)大于1時，經(jīng)濟(jì)增長是以高污染和高消耗為代價，呈巨警預(yù)警。對于SO2和COD排放，采用總量約束的指標(biāo)，其區(qū)間劃分稍作調(diào)整，如圖1(b)所示。

2．3 預(yù)警信號的輸出

仿照經(jīng)濟(jì)預(yù)警的信號系統(tǒng)，對各指標(biāo)的警情，從理想到巨警狀態(tài)，分別以藍(lán)、綠、黃、橙、紅燈標(biāo)示。

按以下方法綜合各預(yù)警指標(biāo)的信息，得出區(qū)域綜合預(yù)警信號。

給每一個燈號區(qū)間賦以燈值r，燈值r與指標(biāo)值x相對應(yīng)。以能耗和水耗彈性指標(biāo)為例，其對應(yīng)關(guān)系見公式(1)。

其中ω為權(quán)重，取1/n。根據(jù)R的數(shù)值，即可得到區(qū)域綜合預(yù)警信號。

3 大興區(qū)環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警案例研究

3．1 研究區(qū)概況

大興區(qū)地處北京市南部，是距市區(qū)最近的平原區(qū)，北連豐臺、朝陽二區(qū)，西隔永定河與房山區(qū)相望，東與通州區(qū)毗鄰，南與河北省的廊坊市、固安縣、涿州市接壤?？偯娣e1 036km2，常住人口 91．9萬。2007年地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)達(dá)到193．7億元，比2006年增長14．7%。

在北京城市總體規(guī)劃中，大興被賦予首都城市發(fā)展新區(qū)的功能，是北京未來面向區(qū)域發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)?！洞笈d新城規(guī)劃(2005－2020年)》將該區(qū)發(fā)展目標(biāo)定位為:北京面向環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈和南部廣大腹地的橋頭堡，綜合型新興產(chǎn)業(yè)基地和宜居宜業(yè)型新城。然而在擁有區(qū)域發(fā)展良好機(jī)遇的同時，區(qū)內(nèi)面臨重大的資源與環(huán)境問題，特別表現(xiàn)在水資源短缺，能源供給不足，環(huán)保歷史欠賬較多，節(jié)能減排壓力較大等方面。大興區(qū)為社會經(jīng)濟(jì)制定發(fā)展戰(zhàn)略的同時，也提出了區(qū)域環(huán)境保護(hù)與節(jié)能減排目標(biāo)。

3．1．1 區(qū)域發(fā)展目標(biāo)

“十一五”期間，大興區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值增長目標(biāo)為15%－20%。根據(jù)《大興區(qū)2008－2010年節(jié)能減排規(guī)劃》，2010年全區(qū)萬元地區(qū)生產(chǎn)總值能耗比“十五”期末降低20．82%，萬元GDP水耗比“十五”期末降低47．86%;SO2削減比例為10．1%，從2008－2010年其削減量分別為656，610，805t;COD 削減比例為 22．8%，從2008 －2010年其削減量分別為 2 392t，2 122t，2 466t。

3．1．2 環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展趨勢

采用一定數(shù)學(xué)模型對慣性情景下，即不考慮新增環(huán)保工程措施與替代方案，大興區(qū)未來能源消耗、水資源消耗和污染物排放量進(jìn)行預(yù)測。2005－2020年大興區(qū)環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各項指標(biāo)如表1所示［14］。

表1 大興區(qū)環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展趨勢

3．2 預(yù)警分析

3．2．1 預(yù)警指標(biāo)

按照公式(1)(2)計算得到各預(yù)警指標(biāo)的數(shù)值，如表2所示。其中，在2010和2020年，采用平均增長速度法計算彈性系數(shù)［15］，如公式(3)。

表2 2006－2020年預(yù)警指標(biāo)數(shù)值

3．2．2 預(yù)警界限

根據(jù)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，計算出節(jié)能減排最低和最高要求下，各預(yù)警指標(biāo)所對應(yīng)的數(shù)值，以確定警限，如表3所示。

表3 指標(biāo)預(yù)警限值

3．2．3 預(yù)警信號輸出

輸出大興區(qū)環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警信號，如表4所示。

表4 大興區(qū)環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警信號圖

3．2．4 預(yù)警結(jié)果分析

2006－2008年間，大興區(qū)環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)基本上處于低警預(yù)警區(qū)間。在慣性情景下，2010和2020年的情況并未得到較大改善，環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于實現(xiàn)節(jié)能減排最低要求的臨界狀態(tài)。

其中，大興區(qū)能耗彈性系數(shù)較為穩(wěn)定，2006－2020年均處于無警區(qū)間，能夠滿足大興區(qū)節(jié)能降耗的目標(biāo)要求。未來，通過實施農(nóng)村節(jié)煤工程、提高行業(yè)用能效率以及加強(qiáng)房地產(chǎn)用能控制等措施，能夠保證該指標(biāo)的良好狀態(tài)。

水資源短缺是制約大興區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。一方面在節(jié)水水平不高，用水效率低的現(xiàn)狀下，區(qū)域節(jié)水潛力大、效果明顯，在一些年份中水耗彈性系數(shù)呈負(fù)值，進(jìn)入理想?yún)^(qū)間;但指標(biāo)波動較大，一些年份的預(yù)警值跌入低警至中警區(qū)間。這種波動說明大興區(qū)節(jié)水工程和措施尚不完善，有待進(jìn)一步提高其水資源綜合利用的能力。

污染物排放是影響大興區(qū)環(huán)境－經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)安全的主要因素。在“十一五”初期，COD彈性大于1，呈巨警狀態(tài);隨著減排工程的實施，污染物排放下降，指標(biāo)有所好轉(zhuǎn);但2006－2008年SO2與COD彈性均未達(dá)到總量減排的目標(biāo)要求。按照慣性發(fā)展預(yù)測，在現(xiàn)有減排措施和力度下，未來SO2與COD彈性的警情將進(jìn)一步惡化:污染物排放量出現(xiàn)上升，預(yù)警指標(biāo)進(jìn)入中警區(qū)間;2010年SO2彈性大于1，呈巨警。污染物排放彈性指標(biāo)的惡化反映了大興區(qū)減排工作的巨大壓力，而單純的工程減排對污染物排放增長的控制有限。針對區(qū)域能源結(jié)構(gòu)不合理、利用效率低，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面低耗型產(chǎn)業(yè)發(fā)展不足的現(xiàn)狀，從根本上展開結(jié)構(gòu)減排是大興區(qū)實現(xiàn)減排目標(biāo)的重要保證。

4 結(jié)語

借鑒彈性系數(shù)，構(gòu)建環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警指標(biāo)體系;以區(qū)域節(jié)能減排要求考核各指標(biāo)的預(yù)警狀態(tài)，從而建立基于彈性系數(shù)的環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警系統(tǒng)方法與框架。該套預(yù)警系統(tǒng)指標(biāo)意義明確，能夠直接為節(jié)能減排和環(huán)境管理服務(wù)。其預(yù)警結(jié)果對于識別區(qū)域節(jié)能減排現(xiàn)狀、目標(biāo)完成情況，制定相應(yīng)對策有良好的指導(dǎo)作用。

目前，環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警領(lǐng)域指標(biāo)和方法眾多。運(yùn)用彈性系數(shù)進(jìn)行預(yù)警在以下方面還需要繼續(xù)探討和完善:①進(jìn)一步完善彈性系數(shù)進(jìn)行環(huán)境－經(jīng)濟(jì)預(yù)警的機(jī)理研究;②加強(qiáng)實證研究，繼續(xù)從指標(biāo)靈敏性，預(yù)警結(jié)果對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)政策的反饋影響等方面考察該方法的適用性和科學(xué)性。

(編輯:李 琪)

［1］陳治諫，陳國階．環(huán)境影響評價的預(yù)警系統(tǒng)研究［J］．環(huán)境科學(xué)，1992，13(4)．

［2］陳國階．對環(huán)境預(yù)警的探討［J］．重慶環(huán)境科學(xué)，1996，18(5):1－4．

［3］劉邵權(quán)，陳國階，陳治諫．農(nóng)村聚落生態(tài)環(huán)境預(yù)警——以萬州區(qū)茨竹鄉(xiāng)茨竹五組為例［J］．生態(tài)學(xué)報，2001，21(2):295－301．

［4］傅伯杰．區(qū)域生態(tài)環(huán)境預(yù)警的原理與方法［J］．資源開發(fā)與保護(hù)，1991，7(3):138－141．

［5］傅伯杰．區(qū)域生態(tài)環(huán)境預(yù)警的理論及其應(yīng)用［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1993，4(436－439)．

［6］李俊紅，劉樹楓，袁海林．淺談環(huán)境預(yù)警指標(biāo)體系的建立［J］．西安建筑科技大學(xué)學(xué)報，2000，32(1):78－81．

［7］顏衛(wèi)忠．環(huán)境預(yù)警指標(biāo)體系研究［J］．長沙電力學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2002，17(3):87－90．

［8］于文金，鄒欣慶．江蘇海岸帶新興開發(fā)區(qū)環(huán)境預(yù)警模式研究［J］．長江流域資源與環(huán)境，2007，16(6):775－780．

［9］蘇振民，林炳耀．城市的可持續(xù)發(fā)展警度——以南京為例［J］．中國人口·資源與環(huán)境，2006，16(3):103－106．

［10］韓振宇，姜華，陳波洋等．區(qū)域能源與大氣環(huán)境污染宏觀控制預(yù)警指標(biāo)研究［J］．環(huán)境科學(xué)研究，2006，19(5):25－29．

［11］北京市大興區(qū)區(qū)域戰(zhàn)略環(huán)境影響報告書［R］．北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，2010．

［12］蘇璟，譚忠富，嚴(yán)菲．能源消費(fèi)彈性系數(shù)計算方法及其實例分析［J］．中國能源，2008，30(8):26－29．

Elastic Coefficient－Based Warning System for the Environment-economic System of Daxing District

WANG Yan1ZENG Wei-hua1WU Shun-ze2JIA Jie-lin2
(1．School of Environment，State Key Laboratory of Water Enviornment Simulation，Beijing Normal Uinversity，Beijing 100875，China;2．Chinese Academy for Enviornment Planning of the State Enviornment Protection Administration，Beijing 100012，China)

In the environment-economic system，elastic coefficient was selected for early warning of energy saving and emission reduction，and an elastic coefficient-based warning system was set up．In the example of Daxing district of Beijing，the extent of elastic coefficient was calculated based on the request of saving and reduction of the district．In the scenario of inertial development，the environment-economic system of Daxing would be in critical state in 2010 and 2020．It would be difficult to meet the saving and reduction goal，and SO2and COD emission would be the biggest factor that threatens the security of the district．

elastic coefficient;environment-economic early warning;energy saving and emission reduction

X196

A

1002－2104(2011)03專－0562－04

2011-02-26

王妍，碩士生，主要研究方向為環(huán)境評價、規(guī)劃與管理。

曾維華，教授，博導(dǎo)，主要研究方向為環(huán)境系統(tǒng)工程、環(huán)境規(guī)劃與管理、水資源與水環(huán)境。

國家973課題(編號:2010CB955903－7);國家863課題(編號:2007AA06A404－06)。