基于環(huán)境熵的金昌市環(huán)境-經(jīng)濟(jì)分析研究

田建榮，秦 軍

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

金昌市地處河西走廊，自然資源豐富，是中國著名的鎳都，祖國的金娃娃，但近幾年來，隨著金昌經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境兩個系統(tǒng)之間的矛盾日益凸顯。金昌市生態(tài)環(huán)境問題本身是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其牽涉的層面包含工程建設(shè)，如滑坡、崩塌、礦區(qū)植被破壞，也包括金屬冶煉等產(chǎn)生的各類生活廢氣、廢水污染等。近年，隨著市民收入的增加，對良好的生活環(huán)境更加向往，借助環(huán)境熵理論，研究金昌市工業(yè)結(jié)構(gòu)改革對金昌市干旱環(huán)境的影響機(jī)制，同時對金昌市環(huán)境-經(jīng)濟(jì)的協(xié)同性進(jìn)行分析，為地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定一定的理論基礎(chǔ)，對研究地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及升級等做出客觀評價并提供建議[1-4]。

1 區(qū)位熵理論

在熱力學(xué)中，熵是一個十分重要的狀態(tài)函數(shù)，主要用來度量系統(tǒng)的混亂程度和系統(tǒng)環(huán)境和熱相互作用下的不可用性[5]。生態(tài)學(xué)中定義：生態(tài)系統(tǒng)是復(fù)雜的，結(jié)合了自然環(huán)境、人文環(huán)境[6]。生態(tài)熵的度量由兩本分組成，自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會共同發(fā)展時形成的有形或者無形轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生不穩(wěn)定能量。生態(tài)熵有正有負(fù)，其中負(fù)熵是指生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與健康發(fā)展的能量表現(xiàn)。生態(tài)系統(tǒng)之間或者生態(tài)系統(tǒng)與人類社會之間的物質(zhì)或能量流動稱之為熵值流動。

1.1 金昌市環(huán)境熵模型構(gòu)建

1.1.1 研究所用序參量

為了更加科學(xué)的研究金昌市環(huán)境熵模型（如圖1所示），需要相關(guān)的參量來進(jìn)行數(shù)據(jù)化的描述，根據(jù)本地的實際情況，參考地方產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境系統(tǒng)，選取以下元素進(jìn)行研究：

1）環(huán)境系統(tǒng)序參量包括：廢水中化學(xué)需氧量排放量、空氣污煙（粉）塵排放量、全市廢氣中二氧化硫SO2排放量。

2）經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)序參量主要包括：金昌市人均 GDP、金昌市城鎮(zhèn)化率、金昌市二三產(chǎn)業(yè)勞動力占比、金昌市二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP的比值、金昌市工業(yè)增加值占GDP比重。

圖1 生態(tài)熵模型示意圖

1.1.2 環(huán)境熵的研究意義

文章將依照環(huán)境-經(jīng)濟(jì)協(xié)同性分析其環(huán)境熵的內(nèi)涵，環(huán)境熵值可利用環(huán)境-經(jīng)濟(jì)變化同步狀態(tài)函數(shù)表達(dá)式（EE）為：

式中，Q為污染損失熵；K為工業(yè)化水平綜合指數(shù)，Qin為環(huán)境系統(tǒng)第n年第i種序參量的熵值，αi為環(huán)境系統(tǒng)第i種序參量的危害系數(shù)權(quán)重，Ejn為經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)第n年第j種序參量的數(shù)值，βj為經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)第j種序參量的權(quán)重。

環(huán)境熵值在實際分析中的意義是：當(dāng)熵值為負(fù)時，說明城市環(huán)境質(zhì)量受到了經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展的良好影響，環(huán)境質(zhì)量得到了極大的提高；熵值為正時，說明市環(huán)境質(zhì)量受到了經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展的不良影響，環(huán)境質(zhì)量下降；當(dāng)熵值等于零時，說明城市環(huán)境質(zhì)量在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中趨于穩(wěn)定（見表1）。

表1 金昌市環(huán)境-經(jīng)濟(jì)協(xié)同函數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 金昌市環(huán)境-經(jīng)濟(jì)協(xié)同性分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

通過對2012-2018年金昌市環(huán)境質(zhì)量公報的整理獲取了研究中的環(huán)境系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)，見表2；經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)序參量數(shù)據(jù)主要通過對金昌市2012-2018年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報整理獲得，其中2013年數(shù)據(jù)缺失，使用插值獲得，見表3。

表2 金昌市環(huán)境系統(tǒng)序參量（單位：萬t）

表3 金昌市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)序參量（單位：萬t）

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

由于數(shù)據(jù)單位的不同，本著消除其影響，首先通過下面公式對環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的序參量值進(jìn)行了無量綱化處理。

式中：Xin為i項第n年標(biāo)準(zhǔn)值，xi為第i項平均值，Si為第i項序標(biāo)準(zhǔn)差。

2.2.2 金昌市環(huán)境系統(tǒng)序參量危害系數(shù)權(quán)重

熵值表示生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能量表現(xiàn)，但無法全面顯示環(huán)境參量的影響效應(yīng)，本研究將通過引入危害系數(shù)計算危害系數(shù)權(quán)重。由于金昌市污染主要以鎳、鐵、銅多金屬冶煉為主，主要能源為煤炭[7-8]，借鑒其他學(xué)者的研究成果[9],確定SO2危害度為15，空氣污煙（粉）塵危害系數(shù)為26，廢水中化學(xué)需氧量為13。

根據(jù)公式計算金昌市環(huán)境序參量危害系數(shù)權(quán)重，具體數(shù)據(jù)見表4：

表4 金昌市環(huán)境系統(tǒng)危害系數(shù)權(quán)重

由表4可以看出：空氣污煙（粉）塵對金昌環(huán)境質(zhì)量的危害影響最大，其次是SO2，最后是廢水中化學(xué)需氧。

2.2.3 金昌市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)序參量權(quán)重計算

根據(jù)信息熵基本原理，采用熵權(quán)法（公式1）確定經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)序參量的權(quán)重，見表5。

表5 金昌市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)熵權(quán)重

2.3 金昌市環(huán)境熵分析

對2012-2018年金昌市環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)合表5環(huán)境系統(tǒng)各序參量危害權(quán)重和熵權(quán)法確定的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)權(quán)重，然后通過公式（1）來確定金昌市工業(yè)化水平綜合指數(shù)、污染損失火用和環(huán)境熵[10]。

2.3.1 金昌市工業(yè)化水平

從圖2可看出，2012-2014金昌市工業(yè)化水平平穩(wěn)發(fā)展，2015-2016年金昌市加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，第三產(chǎn)業(yè)比重加大，2017-2018年金昌市轉(zhuǎn)型成功向好，工業(yè)化水平也迅速提升，二三產(chǎn)業(yè)比例均衡，單產(chǎn)業(yè)倚重度降低。

圖2 金昌市工業(yè)化水平圖

2.3.2 金昌市環(huán)境熵分析

從圖3可看出，2012-2014金昌市的環(huán)境未發(fā)生明顯改變，從表2可看出環(huán)境中各類污染較為嚴(yán)重，同時對比表4，金昌的經(jīng)濟(jì)發(fā)展未能得到提升，有下降趨勢，故經(jīng)濟(jì)對環(huán)境的協(xié)調(diào)較弱，2015-2016年，尤其2016年，金昌市加大環(huán)保投入和加強(qiáng)污染治理力度，水污染需氧量、二氧化硫、煙粉排放量得到了極大的限制，環(huán)境得到發(fā)展的同時，經(jīng)濟(jì)同時發(fā)展，2017-2018年經(jīng)濟(jì)環(huán)境協(xié)同提升。

圖3 金昌市環(huán)境熵評價圖

3 結(jié)論

1)本文環(huán)境熵的原理出發(fā)，以2012-2018年間金昌市環(huán)境和經(jīng)濟(jì)相關(guān)參數(shù)為依據(jù)，深入研究了金昌市經(jīng)濟(jì)增長和工業(yè)結(jié)構(gòu)對環(huán)境的影響機(jī)制，通過對權(quán)重系數(shù)和環(huán)境熵值的計算，分析研究了金昌市環(huán)境-經(jīng)濟(jì)的協(xié)同性。通過對結(jié)果分析，筆者認(rèn)為2012-2014年間，金昌市環(huán)境經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)水平較差，但2015年起，金昌加大了環(huán)境方面的管理和投入，同時進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)調(diào)整，環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)水平。

2)2018年來，金昌市工業(yè)化水平急劇增強(qiáng)，環(huán)境熵值也持續(xù)上升，由此可見，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展未能和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，建議相關(guān)部門加強(qiáng)環(huán)境管理，提高環(huán)保投入。

3)本文研究中缺少一定的環(huán)境參量，有不足之處，但由于環(huán)境熵評價系統(tǒng)理論的充分性，本次研究對后期的地區(qū)發(fā)展建設(shè)有一定的指導(dǎo)作用。