基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的廈門(mén)港城耦合綠色發(fā)展研究

左世萍

(集美大學(xué) 航海學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021)

0 引 言

有關(guān)港城綠色發(fā)展的研究最早起于Brooke，他將綠色理念運(yùn)用于環(huán)境影響評(píng)估程序的構(gòu)建中，并對(duì)影響港口建設(shè)的因子進(jìn)行總體性的分析。楊山和潘婧根據(jù)SD原理和方法，建立港口與城市耦合的PU-SD模型，解剖港城耦合系統(tǒng)多重反饋機(jī)理和各系統(tǒng)相互作用過(guò)程。喬文怡等以連云港為例，根據(jù)SD原理和方法，建立了連云港港城耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析港城耦合過(guò)程中的環(huán)境污染、能源消費(fèi)等問(wèn)題。

1 問(wèn)題描述

在港口型城市中，港口發(fā)展與城市經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)，本文選擇以港立市的廈門(mén)為研究對(duì)象，將綠色GDP引入系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中，構(gòu)建了港口城市耦合系統(tǒng)的SD模型，選擇第二、第三產(chǎn)業(yè)進(jìn)行研究，通過(guò)變換第二、第三產(chǎn)業(yè)比重、港城建設(shè)用地比例系數(shù)等參數(shù)，模擬港城耦合情況，并進(jìn)行比較分析，找出影響港口城市持續(xù)發(fā)展的主要因素，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益利用最大化。

2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

2.1 因果反饋分析

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一種結(jié)構(gòu)分析和功能模擬統(tǒng)一的仿真。根據(jù)系統(tǒng)分析協(xié)調(diào)原理，將港城系統(tǒng)分解為港口子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)和土地資源子系統(tǒng)4個(gè)子塊，并建立因果反饋流程圖(如圖1)。系統(tǒng)流圖不僅要確定狀態(tài)變量、速率變量、常數(shù)等，還可以將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)特征表示出來(lái)，各個(gè)子系統(tǒng)之間和子系統(tǒng)內(nèi)部之間的具有關(guān)聯(lián)作用。

圖1 因果反饋流程圖

2.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型結(jié)構(gòu)

根據(jù)港城系統(tǒng)的因果反饋流程圖，結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SD)模型，從港口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和土地資源4個(gè)方面，構(gòu)建多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，反映出港城綠色發(fā)展的耦合交互作用。

基于港口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、土地資源子系統(tǒng)，構(gòu)建港城可持續(xù)發(fā)展仿真模型(如圖2)。模型包括4個(gè)狀態(tài)變量，6個(gè)速率變量，10個(gè)輔助變量，19個(gè)參數(shù)，4個(gè)常數(shù)(港口用地供給初始值、港口通過(guò)能力初始值、城市GDP初始值、污染物量初始值)；模型由21個(gè)微分方程組成。

圖2 系統(tǒng)流圖總圖

2.3 模型參數(shù)確定

本文模型以2007年為起始年份，2020年為終止年份，模擬步長(zhǎng)設(shè)置為0.625。數(shù)據(jù)來(lái)源于《廈門(mén)經(jīng)濟(jì)特區(qū)年鑒》、《中國(guó)港口年鑒》、廈門(mén)市港口管理局、廈門(mén)航運(yùn)交易所、廈門(mén)港務(wù)年報(bào)以及廈門(mén)環(huán)保局官網(wǎng)。本文基于實(shí)際數(shù)據(jù)，主要采用線性回歸、算術(shù)平均等方法，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行合理取值。

3 模擬結(jié)果與分析

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整可以有效削減污染物的排放，是綠色發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。廈門(mén)市第二產(chǎn)業(yè)比重為47.02%，第三產(chǎn)業(yè)比重為51.98%。因此對(duì)二三產(chǎn)業(yè)比重進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整幅度為±5%，分析二三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化帶來(lái)的影響。

如圖3、4所示，第三產(chǎn)業(yè)比重增加5%、第二產(chǎn)業(yè)比重減少5%，廈門(mén)GDP、港口吞吐量的增長(zhǎng)幅度都比基本模擬和三產(chǎn)減少5%、二產(chǎn)增加5%的更高。如圖6所示，三產(chǎn)增加5%、二產(chǎn)減少5%，使得污染物排放量增長(zhǎng)幅度比基本模擬要小，而當(dāng)三產(chǎn)減少5%、二產(chǎn)增加5%時(shí)，污染物排放量增長(zhǎng)幅度比基本模擬要高。

圖3 產(chǎn)業(yè)調(diào)整-GDP變化圖

圖4 產(chǎn)業(yè)調(diào)整-港口吞吐量變化圖

如圖5所示，同時(shí)變換第二、第三產(chǎn)業(yè)比重和港口建設(shè)用地比重系數(shù)，二產(chǎn)減少5%、港建比重減少5%的曲線，和三產(chǎn)減少5%、港建比重減少5%的曲線下降幅度接近，這兩條曲線均使港口用地供給下降幅度，較之基本模擬和另兩條曲線而言有所減緩，而三產(chǎn)增加5%、港建比重增加5%的曲線走向，與二產(chǎn)增加5%、港建比重增加5%的曲線相差不大，其港口用地供給比基本模擬下降幅度更快。

圖5 港城耦合變化圖

圖6 產(chǎn)業(yè)調(diào)整-污染物排放量變化圖

綜上，增加第三產(chǎn)業(yè)的比重，會(huì)提高GDP、吞吐量，減緩廈門(mén)港城土地資源的沖突，并且會(huì)降低污染物排放量。究其原因，是因?yàn)槿螽a(chǎn)業(yè)的貨運(yùn)生成系數(shù)不同，貨運(yùn)量與產(chǎn)業(yè)值相關(guān)聯(lián)，通過(guò)分析可得，一產(chǎn)貨運(yùn)系數(shù)為-0.016 2，二產(chǎn)貨運(yùn)系數(shù)為-0.243，三產(chǎn)貨運(yùn)系數(shù)為1.624，顯然，三產(chǎn)貨運(yùn)系數(shù)高于二產(chǎn)貨運(yùn)系數(shù)，因此加快第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，會(huì)大量的物流需求，從而貨運(yùn)量會(huì)增加。同時(shí)，廈門(mén)是個(gè)土地資源相對(duì)匱乏的旅游型港口城市，第三產(chǎn)業(yè)比重的增加，港城土地耦合，會(huì)減緩港口土地供給不斷下降的趨勢(shì)，并且，可以減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)本文在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)之間引入了綠色GDP，通過(guò)調(diào)控模型中各參數(shù)變化進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示:①通過(guò)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，綠色GDP得到了顯著增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出高綠色經(jīng)濟(jì)收益的態(tài)勢(shì);②同時(shí)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和環(huán)保投資，綠色經(jīng)濟(jì)收益與僅調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相差不大;③如果只調(diào)整產(chǎn)業(yè)污染物排放系數(shù)，污染物的排放量增加趨勢(shì)減緩不明顯;④在港口減排中，環(huán)境污染會(huì)降到了最低，但港口收入會(huì)減少。

(2)廈門(mén)作為一座旅游城市，在發(fā)展中應(yīng)注重社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)多贏，合理調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)，把發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)與轉(zhuǎn)變發(fā)展方式有機(jī)結(jié)合起來(lái)，打造國(guó)際航運(yùn)中心、發(fā)展自由貿(mào)易區(qū)，加強(qiáng)與周邊城市的互動(dòng)，在兩岸陸海聯(lián)運(yùn)中發(fā)揮新的更大作用。