纪广月

（广东工商职业技术大学，广东 肇庆 526020）

0 引言

近几年来，随着我国城市化的发展，生态环境问题已成为越来越突出的社会问题.生态环境已经成为制约中国城市化发展的主要因素之一.作为珠三角主要城市的肇庆随着城市化的发展，环境问题日趋突出，已影响到了肇庆的可持续发展.面对生态系统退化的严峻形势，生态城市建设显得尤为重要，需对肇庆生态城市建设作进一步的探讨，寻求一条建设生态城市有效道路.肇庆生态城市建设路径研究能够为肇庆生态城市建设提供决策依据，对把肇庆建成宜居生态城和肇庆的可持续发展具有很强的理论和现实意义.

生态城市系统[1]是由人口、社会、经济、资源、环境等五个相互区别又相互联系的子系统相结合构成的体系，在研究方法上，主要有灰色预测和神经系统结合的预测方法[2]、主成分分析法[3]、层次分析法[4]等.目前，已有学者对云南玉溪市、湖南衡阳、天津市、青岛市、杭州市等地[5-10]的城市生态建设路径进行了研究，但鲜有利用系统动力学的方法对城市生态建设路径进行研究.系统动力学方法主要依据系统内部诸因素之间形成的各种反馈环进行建模，同时搜集与系统行为有关的数据进行仿真.

本文根据肇庆生态城市发展现状，采用系统动力学方法[11]，构建肇庆生态城市系统动力学模型，并利用此模型对肇庆生态城市系统进行仿真，根据仿真结果对不同路径进行分析，最后选取肇庆生态城市建设最优路径.为肇庆市及其他城市的生态城市建设提供理论依据.

1 肇庆生态城市发展现状分析

截至2016年，肇庆市经济、社会、资源、环境等方面存在的问题如下：经济方面，从数据上看，肇庆市经济发展从较高速的增长期，逐渐转入中高速增长周期，GDP增速存在明显放缓的迹象，并且区域发展不平衡；社会方面，由于肇庆市公共服务供给总量不足，并且均等化水平较低，因此造成民生建设存在不少短板；资源方面，2016年总用水量19.19亿立方米，同比下降6%.全年单位GDP能耗下降5.35%.规模以上工业综合能源消费量为601.48万吨标准煤（当量值），累计下降5.00%.全社会用电量159.31亿千瓦时，增长4.6%.环境方面，可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮三项指标均达到国家大气环境质量二级标准；全市主要江河湖库水环境质量保持优良，全市平均灰霾天气日数49天，比上年减少11天.2016年城镇污水处理率达88.4%；全市森林覆盖率达到70.56%.全市共有国家级自然保护区1个，面积1155公顷.人均公园绿地面积26.74平方米[12].环境治理虽然取得了一定成绩，但是还存在着部分环境难点问题亟待解决，相比省内其他城市，肇庆市空气质量在全省排名仍然靠后.

2 肇庆生态城市系统构成及各子系统的构成要素

生态城市系统是一个大系统，根据生态学理论[13]，可以把肇庆生态城市系统划分为五个子系统，分别为：人口子系统、社会子系统、经济子系统、资源子系统、环境子系统.图1为肇庆生态城市系统的组成内容和形式.

图1 肇庆生态城市系统结构

根据肇庆生态城市系统组成及相应构成要素，分别选择各子系统的变量.变量指标体系是由各子系统的状态变量、速率变量和其他变量构成，构成见表1.

表1 各子系统变量指标体系

续表

3 流程图的绘制及系统动力学模型的构建和检验

3.1 绘制系统流程图见图2.

图2 肇庆生态城市建设流程

3.2 根据所选取的各子系统相关变量，构建系统动力学模型

根据对肇庆生态城市建设系统的研究，按照各子系统中的变量得出的主要方程如下：

1）GDP＝INTEG（GDP 增长量，2084）

2）GDP增长量＝GDP*GDP增长率

3）二氧化硫排放减少量＝工业烟（粉）尘去除率＋污染治理资金/1500

4）二氧化硫排放增加量＝工业二氧化硫*0.08

5）二氧化硫排放总量＝INTEG（二氧化硫排放增加量-二氧化硫排放减少量，

6）人均GDP＝GDP/总人口

7）人均公共绿地面积＝林地面积/总人口

8）人均水资源蕴藏量＝水力资源蕴藏量/总人口

9）人均耕地面积＝耕地面积/总人口

10）亿元GDP固体废物排放量＝工业固体产生总量/GDP

11）千人拥有卫生技术人员数＝总人口/1000＋1

12）单位GDP能耗＝能源消耗总量/GDP

13）工业COD＝废水中COD排放总量*1.7

14）工业固体产生总量＝INTEG（工业固体废物增加量-工业固体废物减少量，200）

15）工业固体废物减少量＝工业固体废物处置率＋工业固体废物综合利用率＋污染治理资金/300

16）工业固体废物增加量＝工业固体废物产生量*0.1

17）工业废气排放减少量＝污染治理资金/200

18）工业废气排放增加量＝（工业烟（粉）尘排放量+工业氮氧化物+氮氧化物排放总量）*1.2

19）工业废气排放总量＝INTEG（工业废气排放增加量-工业废气排放减少量，350）

20）废水中COD排放减少量＝污染治理资金/100

21）废水中COD排放增加量＝废水中氨氮排放总量*1.3

22）废水中COD排放总量＝INTEG（废水中COD排放增加量-废水中COD排放减少量，360）

23）废水排放总量＝INTEG（废水排放总量增加量-废水排放总量减少量，120）

24）废水排放总量减少量＝污染治理资金/50

25）废水排放总量增加量＝工业废水＋工业氨氮*1.6

26）总人口＝INTEG（自然增长量，402）

27）林地面积＝INTEG（林地面积增加量，1500）

28）林地面积增加量＝林地面积增加速率*林地面积

29）水力资源蕴藏增加量＝水资源蕴藏量增加速率*水力资源蕴藏量-第一产业产值*0.04

30）水力资源蕴藏量＝INTEG（水力资源蕴藏增加量，1000）

31）污染治理资金＝GDP*环保投入占GDP比例

32）环保投入占GDP比例＝（亿元GDP固体废物排放量＋单位GDP能耗）/4

33）第一产业产值＝GDP*第一产业占GDP比例

34）第二产业产值＝GDP*第二产业占GDP比例

35）耕地面积＝INTEG（耕地面积增加量，2000）

36）耕地面积增加量＝耕地面积*耕地面积增加速率

37）能源消耗增长量＝能源消耗总量*能源消耗增长率

38）能源消耗总量＝INTEG（能源消耗增长量，2500）

39）自然增长率＝（人口迁入率＋出生率-人口迁出率-死亡率）

40）自然增长量＝总人口*自然增长率

41）高校在校学生人数＝总人口*4‰＋8000

3.3 构建系统动力学模型的检验

在进行分析之前，需要分析所建模型的精确度及有效性，因此对模型进行检验.本文从系统中选取GDP、高校在校人数、总人口、耕地面积、二氧化硫排放总量作为检验变量对象，对其相应的统计数据（2005-2010年）进行模拟分析，比较统计数据与模拟值的偏差，并同时计算相对误差，具体数值见表2.

表2 各检验变量的统计值、模拟值及误差统计

用Vensim软件对GDP、高校在校人数、总人口、耕地面积、二氧化硫排放总量等5个主要变量进行情景模拟，并同时对比真实的统计数据，得到的误差率均在10%以内，系统动力学模型允许误差范围为15%，误差较小，因此本模型通过了系统模型有效性检验.该模型与肇庆市生态城市系统有很好的拟合度，可以作为预测肇庆市未来生态城市系统发展状况的仿真模型.本文所建的系统模型易于理解和操纵，而且鲁棒性强，受到建模数据噪音和系统运行状态的干扰较小，得到的结论具有真实可信的特点.

4 肇庆生态城市建设路径系统动力学仿真调控

由肇庆于生态城市规划期限为2005～2020年，为了能够同步、更加真实的对肇庆生态城进行系统动力学仿真，本文设定系统运行时间边界为2005～2020年，并以2005年为模拟的基期，时间步长为1年.

根据肇庆生态城市建设目标，结合肇庆实际情况设定路径，通过对肇庆生态城市系统进行仿真，得到不同路径下主要变量及子系统的仿真结果，并根据仿真结果对不同路径进行分析，最后选取最优路径.

本文根据肇庆市统计年鉴、环境公报、国民经济和社会发展统计公报、相关政府性文件，以及肇庆市生态城市建设实际情况的数据资料，选择工业固体废物产生量、环保投入占GDP系数、第二产业占GDP比例、工业固体废物处置率、能源消耗增长率、氮氧化物排放总量影响因子等指标作为调控参量进行模拟调控，提出4种不同的建设路径，分别为经济高效型路径（路径1）、环保型路径（路径2）、传统型路径（路径3）、及经济-环保和谐型路径（路径4）.通过模拟预测，得到不同建设路径下生态城市未来发展情况.结合肇庆生态城市建设现状，设置4种建设路径对应的调控参数见表3.

表3 四种情景下的调控参数

在确定4种不同的研究情景条件下，本文选择总人口、人均GDP、千人拥有卫生技术人员数、人均水资源蕴藏量、亿元GDP固体废物排放量等5个具有生态城市研究代表性的变量对肇庆生态城市建设路径进行仿真，图3～图7为仿真结果.

图3 总人口数在4种路径下的仿真结果

图4 人均GDP在4种路径下的仿真结果

图5 千人拥有卫生技术人员数在4种路径下的仿真结果

图6 人均水资源蕴藏量在4种路径下的仿真结果

图7 亿元GDP固体废物排放量在4种路径下的仿真结果

5 结果分析

由图3可知，方案1、方案2、方案4中总人口数随时间的推移呈上升趋势，方案4总人口数增幅最大，更有利于总人口数的增长，方案3中总人口数基本保持不变.这是因为方案1、2、4能够显著提升生态城市的人口包含量，从而使得城市人口逐渐上升.图4表明，从人均GDP来看，方案1、方案2和方案4均随时间的推移呈上升趋势，方案4和方案1由于生产科技水平较高，上升速度明显快于方案2和方案3.因此，方案1和方案4更有利于提高肇庆市的人均GDP值.其中方案1、4在情景设定中明显对于城市经济发展有促进作用，因此能够超越方案2、3的GDP值.通过图5的结果发现，方案3中千人拥有卫生技术人员数随时间推移基本保持不变，方案1和方案4由于教育投入较大，千人拥有卫生技术人员数随时间的推移呈上升趋势.因此，方案1和方案4更有利于肇庆市教育水平的提高.这是由于方案1、4在经济上能够更好促进城市的发展，而城市教育水平与城市的经济水平通常呈正相关，因此使得方案1、4对于教育水平的贡献更加明显.

由图6可知，调控表3中6个因子对人均水资源量的影响较大，其中方案1、方案2和方案4人均水资源蕴藏量有明显的上升趋势，方案4在2012年后人均水资源蕴藏量迅速增加，而方案3随时间的推移增幅最小.因此，方案3更有利于肇庆市水资源的可持续发展.这是因为方案3在城市生态环境保护方面更加明显，因此使得人均水资源蕴藏量有着较高水平的保持.由图7可知，4种方案中，亿元GDP固体废物排放量均随时间的推移呈下降趋势，方案4和方案2由于水处理技术因子较高，下降速度明显高于方案1和方案3，因此方案4和方案2更有利于肇庆市水污染的预防和治理.肇庆工业废气排放量的变化主要受经济增长的影响，废气排放量为肇庆经济增长变化的主要影响因素.经济增长将导致环境污染物增加，但肇庆市生态环境较为优越，故肇庆市要以服务型行业譬如生态旅游等行业为依托，同时经济发展与生态保护并重，切忌走“先污染后治理”的老路.

综上所述，方案4中总人口数、人均GDP、千人拥有卫生技术人员数、人均水资源蕴藏量随时间推移呈上升趋势，亿元GDP固体废物排放量呈下降趋势，方案4下降幅度最大，综合考虑各方面因素，结合肇庆市实际发展情况，方案4更有利于肇庆市建设生态城市，即经济-环保和谐型路径能够更加有成效的保护生态环境，实现城市可持续发展.

6 政策建议

根据生态文明建设目标[14]，肇庆市应转变发展方式，构建绿色发展秩序，践行绿色发展理念.第一，全面节约资源有效推进，全力打好污染防治攻坚战；第二，不断优化生态环境，力争使肇庆市城区空气质量综合指数在全省排名靠前，提高森林覆盖率、水环境；第三，新旧动能持续转换，绿色发展，提升碳汇能力、优化能源结构.生态文明强调经济发展，又强调生态环境的保护，努力协调两者间的关系，实现人与自然的和谐发展；第四，提高全市森林覆盖率；第五，垃圾处理分类工作，提高垃圾处理无害化比率.

生态城市系统是一个复杂抽象的大系统，系统内部的影响因素众多，为了有重点的研究肇庆市生态城市的发展，本文重点考虑了经济、社会、人口、资源、环境这五大因素，从而通过研究找到对生态城市建设最重要的影响因素.同时，由于气候、科技、政策等其它影响因素也在一定程度上影响着生态城市的建设，因此在以后的研究中需要加以考虑.