孔靜靜+張超+韓傳峰

摘要 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)能力持續(xù)增長，為經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展和國家新型城鎮(zhèn)化加速推進(jìn)提供支撐的同時，造成的資源過度消耗、自然環(huán)境惡化等問題日益嚴(yán)重。以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)理論方法，研究基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的交互作用機(jī)制，提出基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)互動增長策略。研究得出，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部通過環(huán)境污染程度和人口規(guī)模動態(tài)關(guān)聯(lián)且存在著負(fù)反饋，交通、供電和供水等基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的增長相互制約，都不可無限增大。在既定的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和技術(shù)條件下，交通基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)存在著負(fù)反饋關(guān)系，原因在于公路里程增長刺激機(jī)動車保有量增加，致使空氣污染程度加重，年人口增加量減少，從而限制了交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的增長；供電基礎(chǔ)設(shè)施對自然生態(tài)的惡性累積效應(yīng)顯著，原因在于供電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增長所導(dǎo)致的資源可獲得性和環(huán)境污染程度負(fù)效應(yīng)疊加，并通過人口增量聯(lián)系起來，使得供電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大；供水基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)存在著負(fù)反饋關(guān)系，原因在于年污水排放量與水源影響因子的作用相抵，使供水基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模趨于穩(wěn)定。通過系統(tǒng)動力學(xué)基模分析可得，一類基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增大，必須綜合考慮自然生態(tài)承載和它類基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增長的關(guān)聯(lián)效應(yīng)。交通基礎(chǔ)設(shè)施能力提高的關(guān)鍵不在于增加公路里程，而是實施以空氣質(zhì)量控制為導(dǎo)向的公共交通完善策略；供電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的增長須與交通基礎(chǔ)設(shè)施增長的空氣污染累積解耦，降低火力發(fā)電的能耗或比例；供水基礎(chǔ)設(shè)施能力提升的根本不在于污水處理設(shè)施的增加，而是降低水源污染程度。

關(guān)鍵詞 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)；自然生態(tài)；相互作用；系統(tǒng)動力學(xué)；增長策略

中圖分類號 F293.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1002-2104（2018）01-0044-10DOI：10.12062/cpre.20170603

基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)包括能源供應(yīng)、給排水及污水處理、交通運(yùn)輸、郵電通信、環(huán)境保護(hù)和防災(zāi)安全等設(shè)施，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會正常運(yùn)行的必要條件和物質(zhì)保障。為了加快實施國家新型城鎮(zhèn)化和城市群發(fā)展戰(zhàn)略，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)尤其是交通、能源和通信等設(shè)施建設(shè)成為各省市促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長的重點項目[1]。然而，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益并不存在著必然的正相關(guān)關(guān)系。經(jīng)濟(jì)快速增長的同時，多出現(xiàn)環(huán)境污染、資源過耗等問題，其主要原因在于自然生態(tài)循環(huán)與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的功能性矛盾[2]。高強(qiáng)度經(jīng)濟(jì)社會活動所消耗的生態(tài)，大幅超過了自然生態(tài)環(huán)境的承載能力，造成不可修復(fù)的破壞，制約著經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)發(fā)展。因此，為了促進(jìn)實現(xiàn)低碳發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、綠色發(fā)展的國家新型城鎮(zhèn)化格局，有必要深入分析基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的相互作用關(guān)系，探究兩者的耦合機(jī)制，以提高基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)綜合效益，保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，助力實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)是由各類設(shè)施相互作用所構(gòu)成的整體，可視為“系統(tǒng)的系統(tǒng)”，各類都具有特定的運(yùn)行機(jī)制及與生態(tài)環(huán)境作用的方式。迄今，單個或一類基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境影響評價相關(guān)研究較多[3-6]，缺少對整個基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)環(huán)境效益的全面審視[2]。由于不同類別的基礎(chǔ)設(shè)施在物理、地理、信息和邏輯等方面的相互作用[7]及功能依賴[8]，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)對自然生態(tài)的影響并非各類設(shè)施影響的簡單之和[9]。同時，分部門的建設(shè)運(yùn)營管理，不利于基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)整體效益的深入剖析[10]。于是，多數(shù)研究利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，評價基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平[11-13]，比較不同地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的環(huán)境或溢出效益[14-18]。多數(shù)研究指出我國大中城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的環(huán)境效益不容樂觀，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力過大致使生態(tài)承載能力相對不足是其主因，合理的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和規(guī)模是解決這一問題的關(guān)鍵。然而，現(xiàn)有研究多聚焦正常條件下的功能依賴和受災(zāi)狀態(tài)下的失效傳播，忽略了不同類型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模擴(kuò)張的動態(tài)關(guān)聯(lián)和生態(tài)影響的效應(yīng)累積，較少關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)能力增長對自然生態(tài)系統(tǒng)影響的演化趨勢和增長受限等現(xiàn)實問題[19]?；A(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的相互作用隨著時間的變化存在著累積效應(yīng)，所構(gòu)成的開放巨系統(tǒng)具有高階次、多變量、多回路和強(qiáng)非線性的反饋結(jié)構(gòu)。相較于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)動力學(xué)理論方法的優(yōu)勢在于能夠深入刻畫和剖析系統(tǒng)的非線性結(jié)構(gòu)和動態(tài)反饋特征。依此，本文建立基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)相互作用的系統(tǒng)動力學(xué)模型，研究把握關(guān)鍵耦合機(jī)制，從內(nèi)部優(yōu)化和外部協(xié)調(diào)兩方面，分析提出基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)互動增長策略研究。

1 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)相互作用的系統(tǒng)動力學(xué)模型

1.1 模型結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)功能源自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理確定系統(tǒng)邊界，正確分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是系統(tǒng)動力學(xué)建模的關(guān)鍵[20]。由于人口增加是基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增大的主因，將人口系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)、自然生態(tài)系統(tǒng)作為系統(tǒng)動力學(xué)模型的三個子系統(tǒng)。其中，自然生態(tài)系統(tǒng)分自然資源和自然環(huán)境兩部分。同時，將區(qū)域經(jīng)濟(jì)規(guī)模作為外生變量，應(yīng)用VENSIM軟件，建立基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)相互作用的系統(tǒng)動力學(xué)模型（見圖1）。

1.1.1 人口系統(tǒng)

人口規(guī)模與基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)能力和自然生態(tài)質(zhì)量密切相關(guān)。①人口規(guī)模對基礎(chǔ)設(shè)施提出服務(wù)功能要求，引導(dǎo)其布局和建設(shè)；基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)能力提升，吸引人口的批量涌入。②自然資源開發(fā)，促進(jìn)城鎮(zhèn)建設(shè)和人口聚集，改善著人們的生活質(zhì)量，進(jìn)一步促進(jìn)人口增長；人口增多導(dǎo)致資源消耗增加，存量減少則增大資源開發(fā)的難度。③良好的生態(tài)環(huán)境吸引人口聚集，環(huán)境惡化則威脅著居民身心健康，導(dǎo)致人口減少。模型中綜合考慮人口規(guī)模與基礎(chǔ)設(shè)施、自然資源、自然環(huán)境之間的微觀作用關(guān)系，并通過反饋環(huán)聯(lián)系起來。

1.1.2 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)

以“為發(fā)展提供基礎(chǔ)設(shè)施”為主題的《1994年世界銀行發(fā)展報告》，將基礎(chǔ)設(shè)施分為經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施和社會基礎(chǔ)設(shè)施。前者指“永久性的工程構(gòu)筑、設(shè)備、設(shè)施及其服務(wù)”，其它被定義為“社會基礎(chǔ)設(shè)施”，包括文教、醫(yī)療保健等。本文以基礎(chǔ)設(shè)施對自然生態(tài)系統(tǒng)的作用結(jié)果為依據(jù)，應(yīng)用專家調(diào)查法，從占地、耗能，以及大氣、固體和水污染排放等角度，分析各類基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)的關(guān)聯(lián)程度。各類基礎(chǔ)設(shè)施對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響，見表1。例如，公路交通基礎(chǔ)設(shè)施，一方面，公路建設(shè)占用大量土地資源，并造成一定的空氣污染；另一方面，公路里程與機(jī)動車保有量正相關(guān)[21]，公路里程增多則引起油氣資源消耗增大，汽車尾氣排放和噪音污染增多。再如，能源基礎(chǔ)設(shè)施，火力發(fā)電站的能耗高、大氣污染嚴(yán)重和固體廢物排放量大等特點突出；水力發(fā)電改變了流域自然生態(tài)環(huán)境，對水環(huán)境和生物造成不同程度的破壞；核電站亦存在著巨大的潛在威脅，如核泄漏，核廢料處理等。根據(jù)表1，選擇對自然生態(tài)系統(tǒng)影響較大的交通、能源、供水和環(huán)衛(wèi)等基礎(chǔ)設(shè)施，作為基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的構(gòu)成。endprint

交通、能源、供水和環(huán)衛(wèi)等基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的增大，直接提高公共服務(wù)水平，一方面提升居民物質(zhì)生活水平，使得人口規(guī)模穩(wěn)步增大；另一方面，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致資源消耗和廢棄物排放增多，降低自然生態(tài)承載，限制基礎(chǔ)設(shè)施增長，形成再一次反饋。

1.1.3 自然資源系統(tǒng)

自然資源分為可再生資源和非可再生資源。可再生資源指可用自然力保持或增加蘊(yùn)藏量的自然資源，如水資源、土地資源等。非可再生資源又稱可耗竭資源，分可回收資源和不可回收資源，前者指金屬類資源，后者指煤炭、石油和天然氣、油頁巖等礦物能源和核燃料[22]?？紤]基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)運(yùn)行所消耗的資源類型，選擇不可回收的非可再生資源代表自然資源系統(tǒng)。隨著基礎(chǔ)設(shè)施的興建和人口的增多，能源消耗量增速加大，總量不斷減少，環(huán)境污染程度加重，進(jìn)而限制了基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模和人口數(shù)量的增長。

1.1.4 自然環(huán)境系統(tǒng)

自然環(huán)境包括生態(tài)環(huán)境、生物環(huán)境和地下資源環(huán)境。現(xiàn)有研究多用污染指數(shù)來表示自然環(huán)境質(zhì)量，包括水污染、空氣污染和固體污染三部分。自然環(huán)境惡化，一方面導(dǎo)致人口規(guī)模的增速減緩，引起環(huán)衛(wèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)增多，而降低了對它類基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)能力的需求；另一方面增大資源獲取的難度，進(jìn)一步限制了基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)增長。

1.2 變量解釋

為深入分析基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的微觀交互關(guān)系，對系統(tǒng)動力學(xué)模型（見圖1）中的具體參數(shù)和指標(biāo)做進(jìn)一步闡述。

1.2.1 人口系統(tǒng)構(gòu)成

基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的增大受到人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的影響。人口規(guī)模用區(qū)域總?cè)丝跀?shù)量來度量。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平引入?yún)^(qū)域GDP及其增量作為外生變量，并建立其與具體基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增量的關(guān)系[23]，如圖1中GDP年增長率對生產(chǎn)需電年增加量、生產(chǎn)需水年增加量的影響，以及GDP年增加量對人均年生活能耗量、汽車保有量等影響。基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)對人口系統(tǒng)的作用，則參照世界模型II[24]，用人口出生、死亡相關(guān)的物質(zhì)、擁擠、環(huán)境等影響因子來反映。

1.2.2 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)上述分析，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)包括交通、能源、供水和環(huán)衛(wèi)等類。①交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模用公路里程來表示，用公路影響因子表示公路里程對機(jī)動車保有量的作用，機(jī)動車輛影響因子表示其反作用。②供電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模由需電量而定，受能源供應(yīng)量和自然生態(tài)質(zhì)量限制。需電量包括生產(chǎn)和生活兩部分，分別受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口規(guī)模的影響[25]。由于火電發(fā)電量占我國總發(fā)電量的75%[26]，煤炭供應(yīng)量成為制約供電能力的主要因素。在水能豐富或擁有核電站的區(qū)域，電力供應(yīng)量對煤炭可獲量的依賴性較小。綜合考慮可開采礦產(chǎn)規(guī)模和運(yùn)輸條件，用發(fā)電資源可獲影響因子來表示自然資源存量和交通基礎(chǔ)設(shè)施能力對供電能力的作用，并用供電環(huán)境影響因子表示供電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模對自然環(huán)境的作用。③農(nóng)業(yè)用水和城市供水設(shè)施分屬不同部門，且農(nóng)業(yè)用水對水質(zhì)要求較低、取水渠道多樣，本文僅考慮城市供水設(shè)施。供水基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模由需水量而定，受水源質(zhì)量和技術(shù)水平的影響，用年供水總量來度量。年新增供水能力受到生產(chǎn)需水年增加量、生活需水年增加量和水源污染程度的作用。④環(huán)衛(wèi)基礎(chǔ)設(shè)施主要指各項污染處理設(shè)施，需求量由生產(chǎn)和生活污染排放量而定。其中，廢氣處理設(shè)施規(guī)模由工業(yè)廢氣排放量而定；固體廢物處理設(shè)施規(guī)模由生活垃圾排放量而定；污水處理設(shè)施規(guī)模由污水處理量而定，包括生活污水和生產(chǎn)污水。

1.2.3 自然資源系統(tǒng)構(gòu)成

自然資源系統(tǒng)聚焦非可再生能源，即煤炭、石油與天然氣等，用能源存量來表示自然資源總量，受資源需求量和資源獲取技術(shù)的影響。其中，資源需求量依經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)而定。能源采掘技術(shù)進(jìn)步，可提高開采效率，但鑒于總量固定，能源開采量受到限制。綜上，運(yùn)用資源開采影響因子和資源可獲得影響因子，分別表示采掘技術(shù)和資源需求對資源總量變化的作用。

1.2.4 自然環(huán)境系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)污染總量控制理論，參考現(xiàn)有環(huán)境評價指標(biāo)，選取水污染、空氣污染和固體污染作為自然環(huán)境狀態(tài)的表征，將三種污染所包含的污染物通過同等污染程度，分別折算為COD（化學(xué)需氧量）和SO2，按其總量計算各類污染的程度，由排污總量和污染處理量而定。用水污染總量與標(biāo)準(zhǔn)的比值，代表水源污染程度。水源污染程度與現(xiàn)有污水處理技術(shù)水平共同確定水源影響因子，表示水源質(zhì)量對供水能力的影響。綜合水污染、空氣污染和固體污染決定環(huán)境污染程度，用人口出生環(huán)境影響因子表示自然環(huán)境質(zhì)量對人口增長的作用。

2 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的相互作用機(jī)制

反饋是系統(tǒng)內(nèi)部相互作用的基本要素，也是系統(tǒng)復(fù)雜性的重要源泉。正反饋代表累積效應(yīng)，負(fù)反饋代表平衡，正負(fù)反饋的共同作用使系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展。通過辨識基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)作用的關(guān)鍵反饋環(huán)，從內(nèi)外兩方面，剖析兩者的相互作用機(jī)制。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部耦合機(jī)制

辨識圖1中的各反饋環(huán)，包含供水、供電和交通基礎(chǔ)設(shè)施的反饋環(huán)，見圖2。

圖2反饋環(huán)中負(fù)相關(guān)關(guān)系的個數(shù)為奇數(shù)（1），可知供水、供電和交通基礎(chǔ)設(shè)施之間存在著負(fù)反饋，表示各類基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模都不可無限增大。三類基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模通過環(huán)境污染程度和人口總量存在著動態(tài)關(guān)聯(lián)。①供電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模與供水基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增長之間負(fù)相關(guān)。供電能力的持續(xù)提高將直接排放大量廢氣，導(dǎo)致空氣污染程度加重，致使年人口死亡人數(shù)增多，人口增加量減少，致使生活需水年增加量的減少，間接降低了年新增供水能力，限制供水基礎(chǔ)設(shè)施水平的增大。②供水基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增長與交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增長正相關(guān)。供水基礎(chǔ)設(shè)施能力的提升，可提高居民物質(zhì)生活水平，進(jìn)而提高人口出生物質(zhì)影響因子，導(dǎo)致年出生人口增加，總?cè)丝谠龆?，引起對交通基礎(chǔ)設(shè)施的需求增強(qiáng)，公路里程增加，使資源可獲影響因子增大，年新增供電能力提高，供電基礎(chǔ)設(shè)施水平得到提升。③若不考慮供電基礎(chǔ)設(shè)施，供水和交通的規(guī)?？沙掷m(xù)增大，但基礎(chǔ)設(shè)施之間的需求關(guān)聯(lián)，尤其對環(huán)境污染的作用，使得供電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增長受限，保障了這三類基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的適度擴(kuò)大。endprint

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵反饋機(jī)制

交通、供電、供水和環(huán)衛(wèi)四類基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)系統(tǒng)的交互作用機(jī)制具備各自特點。

2.2.1 交通基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)環(huán)境相互制約

從圖1中，抽取交通基礎(chǔ)設(shè)施及其相關(guān)的自然生態(tài)指標(biāo)，可得交通基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)環(huán)境的反饋環(huán)（見圖3）。

圖3反饋環(huán)中負(fù)相關(guān)關(guān)系的個數(shù)為奇數(shù)（1），可知交通基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)環(huán)境之間存在著負(fù)反饋，體現(xiàn)了兩者的相互制約。由于模型中并未將（生態(tài)）土地作為自然資源，交通基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)的作用，主要體現(xiàn)在與自然環(huán)境（空氣污染）的作用方面。在既定的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和技術(shù)條件下，隨著區(qū)域內(nèi)公路里程的增加，路網(wǎng)密度增大，機(jī)動車輛規(guī)模擴(kuò)大，機(jī)動車尾氣排放量增多，空氣污染程度增加，環(huán)境惡化，導(dǎo)致人口死亡環(huán)境影響因子增大，年死亡人口增多，總?cè)丝谠鏊贉p緩甚至減少，致使公路里程增速減慢甚至停止。

2.2.2 供電基礎(chǔ)設(shè)施對自然生態(tài)系統(tǒng)的惡性累積效應(yīng)顯著

從圖1中，抽取供電基礎(chǔ)設(shè)施及其相關(guān)的自然生態(tài)指標(biāo)，可得供電基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)的反饋環(huán)（見圖4）。

圖4反饋環(huán)中負(fù)相關(guān)關(guān)系的個數(shù)為偶數(shù)（2），可知供電基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)系統(tǒng)存在著正反饋，兩者的惡性累積效應(yīng)顯著。與供水基礎(chǔ)設(shè)施不同，供電基礎(chǔ)設(shè)施直接相關(guān)的自然資源和自然環(huán)境分別體現(xiàn)在資源可獲得性和環(huán)境污染程度，并通過人口規(guī)模變化聯(lián)系起來。一方面，由于水力發(fā)電和核電站的地理條件限制，多數(shù)地區(qū)主要依靠火力發(fā)電。在既定的技術(shù)條件下，供電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增大（年供電能力提高），勢必產(chǎn)生大量的廢棄排放量，加重空氣污染程度，致使呼吸道相關(guān)疾病發(fā)生率升高，降低人口出生環(huán)境影響因子，年出生人口總數(shù)下降，人口規(guī)模增長減速，總?cè)丝谠鏊贉p緩，甚至減少。另一方面，人口增速減緩，導(dǎo)致其它生活耗能增長率降低，能源消耗量增速變慢，甚至降低，資源相對更易得到滿足，間接提高了資源可獲得性，利于提高年新增供電能力，提升年供電能力。由此，供電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)?？梢恢北３衷鲩L，空氣污染程度將持續(xù)惡化，能源消耗量亦增加。

2.2.3 既定自然生態(tài)條件下的供水基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模增大受限

從圖1中，抽取供水基礎(chǔ)設(shè)施及其相關(guān)的自然生態(tài)指標(biāo)，可得供水基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)系統(tǒng)的反饋環(huán)（見圖5）。

圖5反饋環(huán)中負(fù)相關(guān)關(guān)系的個數(shù)為奇數(shù)（1），可知供水基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)系統(tǒng)之間存在著負(fù)反饋，體現(xiàn)了兩者的相互制約。在既定的自然生態(tài)條件下，供水基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模不可無限增大。對于供水基礎(chǔ)設(shè)施而言，狹義的自然資源和自然環(huán)境均指水源狀態(tài)。圖5顯示，年供水能力提高，意味著耗水量增加，污水排放量增大，污染物的累積效應(yīng)擴(kuò)大，水污染程度加重，水源質(zhì)量降低，限制供水能力的進(jìn)一步提高。

2.2.4 環(huán)衛(wèi)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模與自然環(huán)境污染程度存在著正反饋

加強(qiáng)環(huán)衛(wèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是綜合整治環(huán)境污染和生態(tài)破壞、保護(hù)和改善城鄉(xiāng)環(huán)境的基本措施。固體廢物處

理設(shè)施主要為垃圾處理廠，其相關(guān)反饋環(huán)見圖6。污水處理設(shè)施相關(guān)反饋環(huán)見圖7。由于廢氣處理設(shè)施僅處理工業(yè)廢氣，工業(yè)廢氣的產(chǎn)生與外生變量經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平（GDP）正相關(guān)，無相關(guān)反饋環(huán)。

圖6反饋環(huán)中負(fù)相關(guān)關(guān)系的個數(shù)為偶數(shù)（2），可知垃圾處理設(shè)施能力與自然環(huán)境污染程度存在著正反饋，即人口規(guī)模和固體污染累積使得垃圾處理設(shè)施的規(guī)模持續(xù)增大。在既定的技術(shù)條件下，垃圾處理廠增多，估計污染增加量則減小，致使固體污染程度下降，環(huán)境污染程度降低，人口出生環(huán)境影響因子增大，年出生人口增多，總?cè)丝谠黾?，年生活垃圾排放量增多，促使垃圾處理廠規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖7反饋環(huán)中負(fù)相關(guān)關(guān)系的個數(shù)為偶數(shù)（2），可知污水處理設(shè)施能力與自然環(huán)境污染程度存在著正反饋，即水源污染累積使得污水處理設(shè)施的規(guī)模將持續(xù)增大。在既定的技術(shù)條件下，污水處理設(shè)施增多，水污染增加量減少，水污染程度降低，水源影響因子減小，致使取水難度降低，年新增供水能力增大，污水排放增加總量增加，新增污水處理設(shè)施增多，污水處理設(shè)施規(guī)模擴(kuò)大。

3 基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)增長策略

由上述單反饋機(jī)制可知，交通和供水之外的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模都在與自然生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)正反饋中不斷得到擴(kuò)大，并受到基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部負(fù)反饋效應(yīng)的限制。現(xiàn)針對交通、供電和供水等基礎(chǔ)設(shè)施主要問題，辨識相關(guān)基模（見圖8～圖10），分析其關(guān)鍵，明確基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的增長策略。

3.1 空氣污染控制導(dǎo)向的交通基礎(chǔ)設(shè)施增長

機(jī)動車保有量持續(xù)增長導(dǎo)致道路擁堵問題突出[27]?；谝延醒芯靠芍鞘械臋C(jī)動車保有量與公路里程正相關(guān)，交通基礎(chǔ)設(shè)施與自然環(huán)境存在負(fù)反饋，即環(huán)境惡化抑制機(jī)動車保有量的增長。圖8機(jī)動車輛成長上限基模，進(jìn)一步解釋了交通基礎(chǔ)設(shè)施增長困境的產(chǎn)生原因和解決方案。

圖8的左側(cè)為正反饋環(huán)，右側(cè)為負(fù)反饋環(huán)，共同構(gòu)成了機(jī)動車輛的成長上限基模。該基模顯示，機(jī)動車輛增長具有上限，且并非由公路里程或擁擠程度所致，而是由空氣污染程度加重引起。一般來說，機(jī)動車保有量增大導(dǎo)致道路擁擠，致使對道路基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模擴(kuò)大的需求增強(qiáng)，增建、擴(kuò)建或優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)等措施是目前主要的解決方案。然而，這些策略并不能解決對道路基礎(chǔ)設(shè)施需求不足的問題，也不能任由空氣污染惡化來緩解。有效控制機(jī)動車量增長對道路的無限需求，可通過加強(qiáng)居民環(huán)保意識，在不增加因環(huán)境污染致死率的前提下，合理引導(dǎo)鼓勵公交出行，減少機(jī)動車保有量的大規(guī)模增長和對道路設(shè)施的過度需求。因此，完善公共交通是交通設(shè)施能力提升的重點。

3.2 污染累積消弭導(dǎo)向的供電設(shè)施增長

作為基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)正常運(yùn)行的能源保障，供電基礎(chǔ)設(shè)施具有決定性作用，同時為生產(chǎn)生活提供必要的支撐。火電發(fā)電量在我國占比很大，供電基礎(chǔ)設(shè)施一直被認(rèn)為是空氣污染的主要來源。圖9空氣污染的共同悲劇基模，揭示供電和交通基礎(chǔ)設(shè)施增長的博弈困境。endprint

為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，提高居民物質(zhì)生活水平，供電基礎(chǔ)設(shè)施和交通基礎(chǔ)設(shè)施的能力不斷提升（圖9的兩個正反饋）。然而，在既定的技術(shù)水平和自然生態(tài)條件下，兩類基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的擴(kuò)大都將導(dǎo)致廢棄排放量增多，加劇空氣污染，加重了生態(tài)恢復(fù)的負(fù)擔(dān)（森林吸收能力有限）。在集體快速增長模式下，具有非排他性和非競爭性的公共物品——空氣的污染日益嚴(yán)重以致有害于人類生存，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)增長和人們生活水平的下降。因此，當(dāng)前的空氣污染問題，須引起所有相關(guān)者的重視，制定整體治理解決方案。

3.3 水源保護(hù)導(dǎo)向的供水基礎(chǔ)設(shè)施增長

供水基礎(chǔ)設(shè)施存在著成長上限基模，正反饋環(huán)由物質(zhì)生活水平提高所致，負(fù)反饋環(huán)受水污染程度制約。作為重要的環(huán)境問題，水污染的原因多被認(rèn)為是工業(yè)廢水排放過量和污水處理設(shè)施不足。圖10水污染的目標(biāo)侵蝕基模，揭示了其根本原因是水源污染嚴(yán)重。

系統(tǒng)性復(fù)雜問題往往存在多個解，其中較明顯、易操作的常被視為解決方案。圖10的左右均為負(fù)反饋環(huán)，共構(gòu)成了水污染的目標(biāo)侵蝕基模。其中，供水基礎(chǔ)設(shè)施能力的提升是目標(biāo)，水源影響因子降低為弱化的目標(biāo)，水污染程度為現(xiàn)存問題或差距，解決問題的主要策略為新增污水處理設(shè)施，污水處理能力反應(yīng)實際狀況。由此基?？傻?，增加污水處理設(shè)施只是避重就輕的一種解決方案，使得供水能力提升的目標(biāo)難以實現(xiàn)，甚至水源影響因子降低的目標(biāo)都可能變相地轉(zhuǎn)化為水源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的降低，加劇了水污染程度。因此，提高供水基礎(chǔ)設(shè)施能力的關(guān)鍵，不在于過度依賴污水處理設(shè)施規(guī)模的擴(kuò)大，而在于取水技術(shù)、供水規(guī)劃和運(yùn)行管理等綜合能力的提升?，F(xiàn)實中，可通過多樣的節(jié)水措施，間接控制供水總量和污水排放量。同時，提高污水排放標(biāo)準(zhǔn)，控制化學(xué)水污染物總量，緩解或解決水污染問題，切實提高供水基礎(chǔ)設(shè)施的能力。

4 結(jié) 語

基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)為生產(chǎn)生活提供功能支撐，為國家新型城鎮(zhèn)化提供物質(zhì)保障，也給自然生態(tài)造成了巨大壓力。各類設(shè)施的相互作用和多回路反饋，使得其與自然生態(tài)環(huán)境的作用動態(tài)復(fù)雜。一方面，交通、供電和供水設(shè)施規(guī)模的增長，產(chǎn)生自然資源消耗，造成自然環(huán)境污染，并在各自運(yùn)行和增長過程中不斷累積。另一方面，資源消耗、環(huán)境污染和人口增長等方面效應(yīng)的疊加，限制著基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的擴(kuò)張。然而，現(xiàn)階段的基礎(chǔ)設(shè)施增長模式僅強(qiáng)調(diào)滿足人們對設(shè)施的需求，忽略了多類設(shè)施耦合作用對自然生態(tài)的級聯(lián)破壞，難以保障經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，在研究制定基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃時，需將自然生態(tài)承載作為重要依據(jù)，整體角度把握基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)部子系統(tǒng)的服務(wù)能力和供給水平，避免過度擴(kuò)張所帶來的整體效益低下和生態(tài)環(huán)境的破壞。交通基礎(chǔ)設(shè)施能力提高的關(guān)鍵不在于增加公路里程，而在于減少機(jī)動車保有量大規(guī)模的增長對道路設(shè)施的過度需求，并藉以完善公共交通；供電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模的增長，必須綜合評估與交通基礎(chǔ)設(shè)施增長所帶來空氣污染的累積效應(yīng)，并通過降低火力發(fā)電比例弱化關(guān)聯(lián)關(guān)系；供水基礎(chǔ)設(shè)施能力提升的根本不在于污水處理設(shè)施的增加，而是降低水源污染程度，在有效提高供水能力的同時，切實保護(hù)水環(huán)境。同時，合理的人口政策、正確的環(huán)保意識、先進(jìn)的技術(shù)水平、嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和適宜的產(chǎn)業(yè)政策等亦是實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施與自然生態(tài)良性互動的重要策略。

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