王田雨，赵 华

(中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221000)

基于SD模型的煤炭资源型城市城镇化发展与产业转型研究：以徐州市沛县为例

王田雨，赵 华

(中国矿业大学环境与测绘学院，江苏 徐州 221000)

城镇化是现代化的重要标志，它是一个综合概念，不仅包括人口向城镇的集聚、城镇人口比例的上升和农村人口比例的下降，也包括国民经济中农业比例的下降和二、三产业份额的增长以及生产要素向城镇的聚集。资源型城市由于依靠单一的资源开发模式，造成三次产业结构失衡、产业链条短、产品单一，因此在城镇化的进程中具有其特殊性。本文借助于系统动力学模型，将传统城镇化研究与煤炭资源型城市产业转型纳入统一框架综合分析，以徐州市沛县为例进行实证研究，得出城镇化率与第三产业产值占GDP的比重具有同步变化趋势的结论，为产业转型政策创新和城镇化发展方向提供定量参考和决策依据。

煤炭资源型城市；城镇化；产业转型；SD模型；沛县

20世纪以来，“三农四矿”问题成为政府和学者关注的重点，从最初矿业城市的界定，主要以矿业经济在城市社会经济发展中的影响和指标比例作为依据[1-2]、到研究矿业城市的生命周期[3-4]，矿业城市在发展的过程中，也伴随着包括主导产业衰退、就业矛盾突出、城市财政困难、社会福利保障不足、基础设施建设落后、城市功能不健全、生态环境恶化、城市竞争力较弱等问题[5-7]。随着矿业城市社会经济矛盾日益加剧，走可持续发展的道路逐渐成为国内学者研究的重点[8-10]。

20 世纪 50 年代以来，矿业城市的产业转型成为新一轮研究热潮，产业转型时涉及到社会、经济、环境、体制等多方面的综合性难题[11-13]，关于矿业城市的产业转型问题也一直是各个国家重点研究的方向。目前国内外学者对矿业城市的研究多集中在矿业城市的概念、界定标准、特征、现状问题以及矿业城市产业转型和可持续发展对策等方面[14-18]，专门针对矿业城市城镇化问题的研究并不多见，而将城镇化水平与产业发展作为一个系统进行综合研究的更是较少。鉴于此，将传统城镇化研究与煤炭资源型城市产业转型纳入统一框架综合分析，即将三次产业发展状况、土地承载力以及人口、社会发展作为一个整体系统进行综合分析，选取徐州市沛县进行仿真研究，为产业转型政策创新和城镇化发展方向提供定量参考和决策依据。

1 系统动力学模型构建

1.1 明确建模目的

运用系统动力学方法研究资源(煤炭)、人口、经济、土地等因素之间的因果反馈关系，建立各变量间的关系方程，构建煤炭资源型城市城镇化发展的SD模型，对煤炭资源型城市城镇化的发展仿真模拟研究。

1.2 系统边界的确定

煤矿区是以煤炭产业为主导的作业区和生活区，及通过辐射作用而形成的一定范围内的经济与行政区，是由以资源、经济、人口、土地等为因素为核心的资源子系统、经济子系统、社会子系统和承载力子系统耦合构成的。以矿区生态系统的四个子系统为系统界限，选取煤炭资源为资源子系统主要决策变量、三次产业产值为经济子系统主要决策变量、总人口为社会子系统主要决策变量、粮食单产和耕地面积为承载力子系统主要决策变量。假定系统结构与行为由系统界限内部因素决定；系统外部环境不受内部因素控制，即对系统结构与行为没有本质影响。

1.3 模型构建

基于系统边界假设，运用系统动力学方法设计的模型，研究煤炭资源型城市城镇化发展模式(SD流程图见图1，模型变量说明见表1)。结合模型指标的输出需要，选取表示水平变量积累状态的7个流位变量(L)，包括第一产业产值、第二产业产值、第三产业产值、煤炭产量、耕地面积、粮食单产和总人口；7个表示水平变量变化速率的流率变量(R)，包括第一产业增长量、第二产业增长量、第三产业增长量、原煤年产量、耕地面积变化量、粮食单产增加量、自然增长人数；23个辅助变量(A)；5个常量(C)。

图1 沛县城镇化SD模型

表1 沛县模型变量列表

序号变量名变量类型变量单位序号变量名变量类型变量单位1总人口L104人22耕地面积比例A2自然增长人数R104人23采取塌陷地复垦面积Chm23自然增长率A24损毁系数C4粮食总需求At25经济承载力A104人5粮食消费水平Ct26城镇居民人均消费支出A元6土地生产承载力A104人27农村居民人均消费支出A元7土地综合承载力A104人28城镇化率A8综合承载力差A104人29平均消费支出A元9粮食单产Lt/hm230固定资产投资A108元10粮食总产量At31固定资产投资比例A11粮食播种面积Ahm232GDPA108元12复种指数C33第一产业产值L108元13耕地面积Lhm234第二产业产值L108元14人均耕地面积Ahm235第三产业产值L108元15粮食单产增加量Rt36第一产业增长量R108元16单产增长率A37第二产业增长量R108元17耕地面积变化量Rhm238第三产业增长量R108元18耕地面积变化率A39第一产业增长率A19损毁耕地面积Ahm240第二产业增长率A20采煤破坏和占压土地面积Ahm241第三产业增长率A21原煤年产量R104t42原煤总产量L104t

2 沛县城镇化与产业转型实证分析

2.1 研究区概况

沛县位于徐州市西北部，苏、鲁、豫、皖四省交界之地，总面积1576km2。沛县是江苏省煤炭生产基地、华东地区煤炭基地的重要组成部分，探明煤炭储量为24亿t。“十一五”以来，煤炭行业实现国税收入年均增长27.95%，占税收收入的55%以上。按照当前煤炭开采计划，2030年所有矿井关闭，产业结构调整和资源枯竭型城市转型迫在眉睫。

2.2 数据处理

GDP、三次产业产值及从业人员数量、人口数量、耕地面积、粮食产量、煤炭产量等数据来源于2001～2014年《沛县统计年鉴》、《中国人口和就业统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》；播种指数、从业人口比例等采用平均值法计算得到；人均消费支出、粮食单产等采用SPSS软件进行回归分析和移动平均法计算得到。

2.3 结果分析

以2000年为基期年，模拟2016～2020年的变化态势和演变规律。

2.3.1 有效性检验

为检验模型与真实情况的吻合程度，借助于历史检验的方法，从真实性和有效性两个方面入手，检验模型所模拟的信息与行为是否能反应系统实际的特征和变化规律。

以2000年为基准年，以1年为步长，对2000～2013年沛县总人口、二产业和三产业产值、原煤年产量四个主要变量仿真。计算其相对误差，相对误差=(真实数据-仿真数据)/ 真实数据×100%，结果取绝对值。检验结果见表2。一般认为，系统仿真模拟误差小于5%即为可靠的系统。从表2中可以看出，仿真模拟误差全部低于5%，反应了本模型模拟系统行为能够较好的模拟系统的真实行为。

2.3.2 仿真结果分析

应用Vensim PLE软件进行模型运算，2016～2020年主要指标体系预测结果见图2～5。

1)由图2可知，原煤年产量呈下降趋势，从2016年的1 148.61万t减少到2020年的806.05万t，虽然煤炭近二十年以来在促进地方经济发展中具有显著的支柱作用，但我们也应当注意到煤炭属于资源型产业，受资源储量限制较大，短期内带来的经济效益不意味着长期来看也能持续发展。由统计数据得出，自2010年以来，沛县煤炭年产量呈下降趋势，闭矿现象较为普遍。因此，为避免“矿竭城衰”现象的发生，政府应该合理规划，坚持可持续发展战略，打破产业结构的单一，谋求城市产业结构调整的新思路。

表2 历史检验结果表

图2 2016～2020年沛县原煤年产量预测结果图

图3 2016～2020年沛县GDP与固定资产投资预测结果图

图4 2016～2020年沛县三次产业发展预测结果图

图5 未来五年沛县人口与承载力预测结果图

2)由图3可知，沛县的GDP和固定资产投资保持同步变化趋势，逐年递增。GDP从2016年的726.364亿元增加到2020年的1 259.05亿元；固定资产投资从2016年的449.903亿元增加到2020年的764.244亿元，未来发展的宏观经济条件较好。

3)由图4可知，在图2所示的形势下，沛县第三产业所占比重将在2017年超过第二产业，且赶超尺度逐年增大。第三产业所占比重由2016年的44%上升到2020年的50.6%，第二产业由2016年的45%下降到2020年的41.6%，同时，由预测结果可知，沛县城镇化率与第三产业所占比重保持同步变化趋势，城镇化率由2016年的53.6%上升到2020年的59.6%。表明第三产业的发展是煤炭资源型城市城镇化进程的主要推动力。

4)由图5可知，沛县的总人口增长速率平缓，2016年为131.59万人，预计到2020年为135.19万人。土地综合承载力在2016年为147.54万人，可以承载现状消费水平的人口数量，以及现状强度的活动规模。且土地承载率的增长速度大于人口增长的速度。

3 结 论

将传统城镇化研究与煤炭资源型城市产业转型纳入统一框架综合分析，选取徐州市沛县开展定量化仿真预测研究，得出如下结论。

1)在目前煤炭资源衰竭期和城镇化快速发展的背景下，煤炭资源型城市在发展过程中面临两大问题：一是要避免“矿竭城衰”现象的发生；二是要保证城镇化健康快速的发展。

2)系统仿真预测表明，在生态本底较好的煤炭资源型城市，如沛县，延续现有的发展模式，即经济发展的动力逐渐向第三产业过渡，有利于实现其经济社会的可持续发展。

3)沛县城镇化率与第三产业比率发展曲线具有同步变化趋势，第三产业的发展是处于煤炭资源衰竭期的资源型城市城镇化发展的主要推动力。

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Study on economic transformation and urbanization development of coal resources cities based on the SD model: Peixian county is taken as an example

WANG Tianyu, ZHAO Hua

(School of Environment & Spatial Informatics，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221000，China)

Urbanization is an important symbol of modernization. It is a comprehensive concept, including not only the population mass to urban as well as the increase of urban population and the decline of rural population, but also includes the decline of agricultural proportion in the national economy and the growth of the secondary and tertiary industry share as well as the factors of production to the town. Resource-based cities rely on a single resource development pattern, which caused the imbalance of the three industries structure, the industry chain is short and the product is single. Therefore, it has its particularity in the process of urbanization. In this paper, by means of system dynamics model, putting the traditional urbanization research and comprehensive analysis of coal industry transformation of resources city into a unified framework, Peixian county is taken as an example for empirical research. It is concluded that the urbanization rate and the tertiary industry output value as a share of GDP has the similar trend of synchronization, which provide quantitative reference and decision-making basis for industry transformation policy innovation and the development direction of urbanization.

coal resources city; urbanization; industrial transformation; the SD model; Peixian county

2016-06-04

校级大学生创新计划项目资助(编号：X1029015175)；国土资源部公益性行业专项经费项目资助(编号：201211050)

王田雨(1995-)，女，山东潍坊人，本科生，主要从事土地价格和土地复垦与生态重建方面的科研工作。

赵华(1977-)，男，江苏泰州人，博士研究生，主要从事土地规划、土地复垦与生态重建领域的教学与研究。

F293

A

1004-4051(2017)05-0064-05