赵黎明，肖丽丽

(天津大学管理与经济学部，天津 300072)

基于系统动力学的港口对区域经济发展的影响研究

赵黎明，肖丽丽

(天津大学管理与经济学部，天津 300072)

充分考虑并量化了港口对自然资源的消耗和对环境质量的影响，运用系统动力学方法构建港口经济贡献模型，并将其应用于天津港对天津市经济贡献的分析之中。通过基本模拟与政策模拟，对天津港2020年之前的发展状况进行了预测和分析，并提出加强环境保护与资源节约以促进港口可持续发展的建议。

系统动力学;港口经济贡献;仿真模拟;港口;政策模拟

十八大报告指出:在面对环境污染严重、资源约束趋紧、生态系统退化的严峻形势，必须树立顺应自然、尊重自然、保护自然的生态文明理念。首次将生态文明建设与经济建设、政治建设、社会建设、文化建设并列为“五位一体”，这正是生态文明建设被置于突出地位的大背景所在。因此各区域、各行业、各单位的发展必须把资源、环境、生态等问题摆在首要位置。

港口对所在城市经济的贡献一直是学术界讨论的热点。传统上的港口经济贡献研究大多只考虑了港口对城市经济发展的正面影响，忽略了港口对资源环境等方面的负面影响，没有综合、全面地评价港口对城市的贡献。近些年，也有一些研究港口对城市环境影响的文献，如王晓春［1］的《港口污染问题与对策》、姚荣等［2］的《绿色生态港口简析》、彭世银［3］的《海岸与河口的开发对生态环境的影响与对策》、袁旭梅和华艳［4］的《基于系统动力学的港城系统发展研究》、徐伯海［5］的《绿色港口的规划与布局》、梁佩晰［6］的《港口的环境保护与可持续性发展》。但环境和资源的消耗对港口经济贡献的定量研究还比较少、欠深入。因此，需要以“绿色”理念为指导，深入、系统、全面地研究港口对城市的经济贡献，以期寻求港口和城市发展之间的总体平衡，从而实现港口与城市间全面、协调、可持续发展。

本文充分考虑资源与环境的影响，特引入“港口经济消耗率”(港口经济消耗/GDP总量)变量。港口经济消耗主要包括港口水资源能源消耗费用、土地及海域资源费用、环境污染治理费用及新增环保设施总投资。正常核算下港口经济贡献扣除港口经济消耗率，得到绿色港口经济贡献率。所谓绿色贡献率，是指在“绿色”理念的指导下，把由于港口经营等经济活动对自然资源的消耗和环境质量退化纳入核算范围，也就是量化港口对自然资源的消耗和对环境质量影响，并将其从港口对城市的经济贡献中扣除［7］。以“绿色”理念为指导，研究港口对城市的经济贡献，对全面、准确地研究港口对城市的影响程度具有重要意义。

1 系统构成

从系统的角度看，港城系统由港口、区域经济、临港产业、资源与环境4个子系统构成。各子系统相互作用、相互约束、相互耦合，形成具有地域特色和特定结构、功能开放的复杂港城系统。

港口子系统对区域经济的发展起着重要作用。港口是所有生产活动的总和，包括港口基础设施及其提供的港口吞吐能力、装卸能力等，同时也包括港口所提供的一些港口服务，如港口自我投资建设能力、港口处理与获利能力及对相关产业的影响［8］。港口作为区域与外界连接的重要节点为区域经济的发展提供了重要的原材料，为国民经济发展提供了有力保障;同时，港口子系统消耗了区域内的人力、物力、自然资源等，根据自身发展状况的不同对当地经济产生正面或负面的影响。

区域经济子系统是人类利用资源与环境子系统提供的资源进行生产、分配和消费活动的系统［8］。区域经济发展为港口建设提供了必要的投资、货源与劳动力，通过这3个因素对港口生产活动产生影响。然而，区域经济的快速发展与港口及港口所连接的陆上交通密不可分，其对港口功能建设提出了质与量的要求。

临港产业子系统是依托港口而存在的特殊产业系统，是港口经济区别于其他经济增长的代表［8］。临港产业的出现会促进港口经济向更高的层次发展。随着临港工业园的出现，临港制造业兴起，势必会拉动配套产业的高需求，从而刺激区域经济发展。

资源与环境子系统为区域内一切经济活动提供了最基本的支持，是城市经济活动的支撑系统，其承载能力必须与城市经济活动所产生的对环境压力和资源压力相适应，才能保证城市经济活动的顺利进行和城市社会的持续发展。一方面促进了港口对区域经济的贡献;另一方面，港口的发展势必会消耗资源，并对环境产生水、土地占用等污染，同时也抑制了港口自身规模建设，降低了区域吸引力，限制了区域经济发展。

港口是以港航及相关产业为核心的产业经济，故以上各个子系统是相辅相成、相互影响的。港口子系统的有利条件促进了港航及相关服务业、临港产业的发展，尤其是依托了海洋资源、海洋运输的临海工业及商贸的发展，而临港产业的发展必然带动区域内经济的发展，经济高速增长又很好地支撑了港口的建设与发展。可见，一个区域内港口经济的可持续发展是港口功能、区域经济、临港产业等众多子系统相互作用、协调优化的结果［9］。

2 港口经济贡献的系统动力学模型

2.1 因果关系图

系统动力学模型的基本结构为反馈结构。这种反馈结构建立在因果关系图中，下面为各子系统详细的因果分析图:

1)港口子系统(图1)。港口吞吐量的增加能拉动GDP的增加，提高区域经济的GDP总量。主要表现在:一方面加大对港口的固定资产投资力度，提高港口通过能力，增加港口的吞吐量;另一方面吸引更多的外资，提高对外贸易总额，从而促进港口吞吐量的增加。同时，港口吞吐量的增加造成港口压力的增大，因此需要通过增大固定资产投资来扩大港口的基础设施，提高港口通过能力，增加港口的吞吐量。

图1 港口子系统的因果关系反馈图

2)区域经济子系统(图2)。其一，GDP总量的增加提升了城市的综合竞争力，从而吸引更多的外资投入，增加对外贸易总额。一方面，对外贸易总额的增加会带来更大的港口需求，推动港口生产的发展，增加港口的吞吐能力，港口吞吐能力的增加势必增加港口收入，从而促进城市GDP的增加;另一方面，对外贸易总额的增加在促进港口需求增加的同时也增加了港口负荷，易造成货物积压等问题，对经济发展造成阻碍，形成一条负反馈回路。其二，港口吞吐能力的增加，可以扩大港口相关产业的就业、增加劳动者的收入、刺激消费、提高GDP总值，进而增加政府税收，提高港口相关的固定资产投资额，从而增加港口吞吐量。而固定资产投资的增加会进一步促进消费额的增长，形成良性循环。

图2 区域经济子系统的因果关系反馈图

3)临港产业子系统(图3)。港口吞吐能力的提高会促进经济发展，经济发展到一定阶段使发展临港产业具备了一定的条件，临港工业园区将开始出现，从而临港制造业接踵而至，而临港制造业的发展必然会拉动配套产业的高需求，再次刺激当地经济的发展。同时区域GDP的增长使港口吞吐量增长，从而促进就业、增加收入、刺激消费，进一步促进了当地经济的发展。

图3 临港产业子系统的因果关系反馈图

4)资源与环境子系统(图4)。港口吞吐量的增长将使水资源、土地及海域资源等自然资源减少，同时导致港口环境污染量增加，势必增加自然资源费用与环境治理费用，占用了本可以用于港口自身投资的那部分，使港口自身投资减少，建设资金减少，从而限制港口通过能力的增长，增加了港口的压力，限制了吞吐量的增长，形成一条负反馈回路。

图4 资源环境子系统的因果关系反馈图

2.2 流图设计

根据以上因果反馈关系图的详细分析，利用系统动力学Vensim软件建立港口的经济贡献模型，如图5所示。

模型的核心是确定各子系统的积累变量、流速变量、辅助变量及由它们组成的结构。在本模型中，GDP、吞吐量、港口通过能力、固定资产投资、港口压力、环境压力、资源压力为模型的积累变量，是反馈环节的积累变量;GDP增长率、通过能力增加值、固定资产增加值、港口压力增加值、资源压力增加值、环境压力增加值、吞吐量增加量、吞吐量减少量为速率变量;港口绿色经济贡献、港口经济贡献率、港口经济消耗率、港口创造GDP、港口消耗GDP、第一产业增加值、第二产业增加值、第三产业增加值、环境污染治理费用、水资源能源消耗费、土地及海域资源费用、新增环保设施总投资、环保设施投资系数、环境压力变化度等为辅助变量。

图5 港口的经济贡献模型

2.3 流图设计

1)GDP=INTEG(+GDP增加值，1701.88);

2)吞吐量减少系数=正常港口吞吐量减少系数×港口压力对吞吐量减少影响;

3)吞吐量增长系数=正常吞吐量增长系数×通过能力对吞吐量影响×对外贸易对港口吞吐量的影响;

4)固定资产投资系数=正常固定资产投资系数×港口压力对固定资产投资影响×港口压力变化度;

5)对外贸易额=GDP×对外贸易依存度;

6)建设资金=固定资产投资+自身投资;

7)新增环保设施总投资=港口收入×环保设施投资系数;

8)港口业增加值 =港口收入 －固定资产折旧;

9)港口创造GDP=港口业增加值+第一产业增加值+第三产业增加值+第二产业增加值;

10)港口压力=INTEG(+港口压力增加值，1);

11)通过能力与建设资金系数 =17.359－RAMP(0.29，2006，2010)－RAMP(0.04，2010，2020);

12)港口经济贡献率=港口创造GDP/GDP×100;

13)港口消耗GDP=土地及海域资源费用+新增环保设施总投资+水资源能源消耗费用+环境污染治理费用;

14)港口绿色经济贡献率=港口经济贡献率－港口经济消耗率;

15)环境压力=INTEG(+环境压力增加值，1);

16)港口经济消耗率=港口消耗GDP/GDP× 100;

17)通过能力增加值=建设资金×通过能力与建设资金系数。

3 模型在天津港的应用

本文选取了天津港2000—2010年间的数据进行实证研究。一方面检验模型的有效性，另一方面进行仿真模拟。模拟起止时间为 2000—2020年。

首先利用EViews软件确定模型中的参数，其次分别对模型进行有效性检验，最后对模型仿真运行结果进行分析，并进行政策模拟为经济发展提出建议。

3.1 模型有效性检验

为了检验模型的有效性，现将其基本模拟运行后的结果与2000—2010年的实际数值进行比较分析。

可见，本模型中的国内生产总值(GDP)和港口吞吐量的仿真结果与实际结果相比平均误差小于5%。因此，此仿真模型具有一定的可行性和有效性，能较好地模拟天津港的发展情况。

3.2 仿真方案设计

运用此模型对天津港的发展问题进行仿真模拟，可分为基本模拟和政策模拟。针对政策模拟，本文设计以下3种方案:

方案1 对正常环境压力增加系数加一个斜坡函数RAMP(0.01，2010，2020)，表示在2010—2020年期间港口的环境压力增加系数在原来的基础上逐渐增加为原来的2倍，以此来分析模型中环境压力对各个参数的影响。

方案2 随着我国社会经济发展步伐的加快，可持续发展的理念深入人心，全社会越来越注重资源节约、环境保护，因此节能减排已成为社会经济发展的准则。为更好地计量港口实施节能减排对区域经济的影响效果，特对模型中的水资源及能源消耗系数加一个斜坡函数RAMP(0.000 013 886，2010，2020)，表示在2010—2020年期间水资源及能源消耗系数逐渐降为原来的1/2;同时对环境污染治理系数增加一个斜坡函数－RAMP(0.000 011 869，2010，2020)，表示在2010—2020年期间环境污染产生系数逐渐降为原来的1/2，以此来共同模拟港口节能减排后引起的其他变量的变化。

表1 2000—2010年模型主要变量仿真结果与实际结果对比表

方案3 为保证港口的可持续发展，在实施节能减排的同时也要扩大港口环保设施的投资。为更好地对比节能减排与增加环保设施投资2种政策的作用效果，将正常环保设施投资系数增加一个斜坡函数RAMP(0.000 1，2010，2020)，表示2010—2020年期间，环保设施投资在原来的基础上逐渐增加为原来的2倍。

3.3 仿真运行结果与分析

3.3.1 基本模拟结果

模拟结果如图6～8所示。从基本模拟可以看出:2020年，天津港的吞吐量将达到9.5亿吨，港口收入265亿元，天津市GDP将达5.5万亿元，环境资源消耗总费用将达730亿元。港口绿色经济贡献率如图8所示，自2006年起有了明显的下滑趋势，至2020年将达0.602 5。造成这种结果的原因是:一方面由于自2008年起，航运业开始呈现下滑趋势，航运业的不景气给区域经济发展带来了一定的负面影响，外加其他产业经济加剧，导致港口的经济贡献率降低;另一方面随着区域经济发展，区域内产业竞争必然越来越大。对最初围绕港口而建的沿海城市而言，港口经济在区域经济的比重呈下降趋势，从而对城市经济的贡献也越来越小，同时也表明天津市的综合竞争力在增强。2020年新增环保设施总投资14亿，环境治理费用为11亿，环境压力将达2.18(2000年为1)，环境治理需要资金较大、压力较大，这无疑将给港口的发展带来更大的挑战。

图6 港口吞吐量模拟结果

图7 GDP模拟结果

图8 港口绿色经济贡献率模拟结果

3.3.2 政策模拟结果

1)随着经济社会的发展，生产所积累的污染物逐渐增多，人们对环境质量的要求越来越高，港口的环境压力也越来越大，从而导致环境投资、资源消耗总费用增多，经济贡献率降低。因此，在港口发展的过程中一定要注重环境保护，尽量减少环境污染物排放量，提高单位环境资源消耗带来的经济贡献，从而保证港口的“绿色”可持续发展。

2)由方案2和方案3的模拟结果可以看出:节能减排和增加环保设施投资都可以提高绿色港口的经济贡献率。但由图9可知:节能减排的影响大于环保设施投资所带来的影响。因此，随着社会经济逐渐发展，环境日益脆弱，资源日益稀缺，天津港在大量投入高效污染处理设施的同时，更应该注意资源的节约，提高能源的利用效率，做好能源的综合利用，节约水资源，引进清洁能源，改善作业工艺，减少环境污染物的排放量。

图9 4种方案的港口绿色经济贡献率对比曲线

4 结束语

本文充分考虑了港口对城市发展的正、负面效应，通过对港口、区域经济、资源环境、临港产业4个子系统之间的内部结构及相互关系，运用系统动力学构建了港口经济贡献模型。以天津港为例进行案例研究，并以此验证模型的有效性。检验表明:此模型可以很好地模拟港口与城市经济的运行，纵向模拟港口经济各项指标以及相关政策的调整。从仿真模型运行结果及数据的综合分析可以得出:为保证港口的“绿色”可持续发展，在港口经营政策上，实施节能减排比单方面扩大环保设施投资的实施效果更好，更能提高港口的“绿色经济贡献率”。因此，在港口未来的发展中应充分考虑资源与环境的约束力，加强环境保护与资源节约的理念。通过环保投资渠道的多元化、环境治理力量的多元化，充分吸收社会资金参与环保设施建设，使港口和城市形成协调、可持续发展的状态。

［1］ 王晓春.港口污染问题与对策［J］.黑龙江环境通报，2005(3):81－90.

［2］ 姚荣，陈晓峰，张娜.绿色生态港口简析［J］.人民长江，2003(5):28－30.

［3］ 彭世银.海岸与河口的开发对生态环境的影响与对策［J］.科技进步与决策，2002(1):42－43.

［4］ 袁旭梅，华艳.基于系统动力学的港城系统发展研究［J］.科技管理研究，2009(12):184－186.

［5］ 徐伯海.绿色港口的规划与布局［J］.中国水运，2007 (4):12－13.

［6］ 梁佩晰.港口的环境保护与可持续性发展［J］.珠江水运，2006(8):32－34.

［7］ 赵伟娜，王诺.港口对城市的绿色经济贡献率［J］.水运管理，2007(10):10－13.

［8］ 侯剑.基于系统动力学的港口经济可持续发展［J］.系统工程理论与实践，2010(1):56－61.

［9］ Yochum G R.Static and changing port economic impacts［J］.Maritime Policy Management，1998(2):25－31.

(责任编辑 刘 舸)

Port Impact Studies on Regional Economic Development Based on System Dynamics

ZHAO Li－ming，XIAO Li－li
(School of Management and Economy，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Taking account of and quantifying the consumption of natural resources and the impact of environmental quality，we built the model of the port economic contribution based on the system dynamics.And the model was applied to the Tianjin port.Through the basic and policy simulation，we analyzed and predicted the development of the Tianjin Port before 2020 to promote the sustainable development of port.

system dynamics;the port economic contribution;simulation;port;policy simulation

O21;F015

A

1674－8425(2014)07－0116－07

10.3969/j.issn.1674－8425(z).2014.07.023

2013－09－06

赵黎明(1951—)，男，北京人，博士，教授，主要从事区域经济研究、技术经济及管理、企业战略研究方面的研究;通讯作者肖丽丽(1988—)，女，天津人，硕士，主要从事区域经济研究，技术经济及管理、企业战略研究方面的研究。

赵黎明，肖丽丽.基于系统动力学的港口对区域经济发展的影响研究［J］.重庆理工大学学报:自然科学版，2014(7):116－122.

format:ZHAO Li－ming，XIAO Li－li.Port Impact Studies on Regional Economic Development Based on System Dynamics［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(7):116－122.