(1.云南省環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境規(guī)劃研究中心，云南 昆明 650034；2.西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，云南 昆明 650224)

資源環(huán)境承載力是一個(gè)綜合性的概念，其主要包括資源承載力(土地資源承載力和水資源承載力等)和環(huán)境承載力(水環(huán)境承載力和大氣環(huán)境承載力等)[1-3]。人口和產(chǎn)業(yè)調(diào)控對(duì)于一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展較為重要[4]，研究資源環(huán)境承載力約束下的人口和產(chǎn)業(yè)調(diào)控方法將為可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)。目前，基于資源環(huán)境承載力約束的人口和產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)控研究偏重于水資源和水污染物容量[5-9]為承載力的較多，考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性和模糊性，傾向于向多目標(biāo)灰色線(xiàn)性規(guī)劃[10-11]和不精確模糊規(guī)劃[12-15]的方向發(fā)展。但是針對(duì)云南省縣域的資源環(huán)境承載力約束下的人口和產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)控研究相對(duì)較少。本文在前人的研究基礎(chǔ)上，擬建立完整的基于資源環(huán)境承載力的人口和產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)控的雙目標(biāo)區(qū)間線(xiàn)性規(guī)劃模型，此模型著重包括了資源環(huán)境利用效率系數(shù)的優(yōu)化與決策。該模型簡(jiǎn)單實(shí)用，參數(shù)容易獲取，特別適用于縣域人口和產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化調(diào)控，其不僅有助于解決資源短缺、環(huán)境污染和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理等實(shí)際問(wèn)題，還進(jìn)一步豐富和完善了資源環(huán)境承載力與人口和產(chǎn)業(yè)優(yōu)化等相關(guān)理論，為縣域社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的和諧可持續(xù)發(fā)展提供了新的思路。

隆陽(yáng)區(qū)位于云南省保山市市政府所在地，2011—2015年，GDP年均增速13.38%，隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)及工貿(mào)園區(qū)的積極建設(shè)，建設(shè)用地、工業(yè)用地、能源資源等面臨著巨大挑戰(zhàn)，并且已出現(xiàn)輕微的大氣污染的趨勢(shì)?；诼￡?yáng)區(qū)資源環(huán)境承載力約束下的產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)控案例研究，將為此方法的實(shí)際應(yīng)用及推廣提供借鑒。

1 技術(shù)路線(xiàn)與方法

該研究的技術(shù)路線(xiàn)主要包括三個(gè)階段：優(yōu)化階段、決策階段、評(píng)價(jià)階段，詳見(jiàn)圖1。

1.1優(yōu)化階段

根據(jù)城市總體規(guī)劃、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃等確立規(guī)劃年的人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)劃發(fā)展模式，根據(jù)基準(zhǔn)年的人口和經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀確立規(guī)劃年的基準(zhǔn)發(fā)展模式，然后根據(jù)現(xiàn)有資源環(huán)境利用效率系數(shù)(包括污染物排放強(qiáng)度)確立在基準(zhǔn)模式和規(guī)劃模式的發(fā)展下資源環(huán)境承載力(用水總量、污染物環(huán)境容量、耕地面積、建設(shè)用地面積等)是否超載，若超載進(jìn)入《規(guī)劃模型一》進(jìn)行資源環(huán)境利用效率系數(shù)優(yōu)化，最終再與中國(guó)、云南省平均水平、生態(tài)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)對(duì)比，確立優(yōu)化模式?！兑?guī)劃模式一》模型表述如下：

① 水資源約束條件下的用水量系數(shù)最優(yōu)化(萬(wàn)元GDP用水量最大)，其為：

Maxw=(wfTf+wixsas+wuuP*10-3*365+wr(1-u)P*10-3*365)/(xp+xs+xt)

s.t.wfTf+wixsas+WuuP*10-3*365+wr(1-u)P*10-3*365≤TW

wI≤wp(wi,wu,wr)≤wU

式中：wf為農(nóng)田畝均用水量，m3/畝；Tf為耕地面積，畝；wi為單位工業(yè)增加值用水量，m3/萬(wàn)元；Xp為第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，萬(wàn)元；Xs為第二產(chǎn)業(yè)增加值，萬(wàn)元；Xt為第三產(chǎn)業(yè)增加值，萬(wàn)元；as為工業(yè)增加值占二產(chǎn)的比重，%；Wu為城鎮(zhèn)居民人均生活用水定額，L/d；wr為農(nóng)村居民人均生活用水定額，L/d；u為城鎮(zhèn)化率，%；P為總?cè)丝跀?shù)，人；TW為用水總量控制線(xiàn)，m3；WI為用水量系數(shù)下限值；wU為用水量系數(shù)上限值。

② 污染物排放約束條件下的排放量系數(shù)最優(yōu)化(萬(wàn)元GDP污染物排放強(qiáng)度最大)，其為：

Max=(Cpxp+Csxs+CtPu)/(xp+xs+xt)

s.t.Cpxp+Csxs+CtPu≤TC

Ci≤Cp(Cs,Ct)≤Cu

式中：Cp為第一產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值污染物排放強(qiáng)度，kg/萬(wàn)元；Cs為第二產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)值污染物排放強(qiáng)度，kg/萬(wàn)元；Ct為城鎮(zhèn)人口人均污染物排放量，kg/萬(wàn)人；TC為污染物環(huán)境容量，污染物主要為COD、NH4-N、SO2、NOx；Ci為排放量系數(shù)下限值；Cu為排放量系數(shù)上限值。

③ 耕地面積約束條件下的單位耕地面積所能產(chǎn)生增加值系數(shù)最優(yōu)化(單位耕地面積所能產(chǎn)生增加值最小)，其為：

Min=ap

式中：a為農(nóng)業(yè)增加值占第一產(chǎn)值的比重，%；ap為單位耕地面積的產(chǎn)值，萬(wàn)元/畝；CAL為耕地保有量。

④ 城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積約束條件下單位建設(shè)用地所能產(chǎn)生增加值系數(shù)最優(yōu)化(單位建設(shè)用地面積所能產(chǎn)生增加值最小)，其為：

Min=Is

式中：b為建筑業(yè)增加值占第二產(chǎn)業(yè)的比重，%；Is為單位建設(shè)用地面積所能產(chǎn)生增加值，萬(wàn)元/畝；ACL為建設(shè)用地面積控制線(xiàn)，畝。

⑤工礦用地面積約束條件下單位工礦用地面積所能產(chǎn)生增加值系數(shù)最優(yōu)化(單位工礦用地面積所能產(chǎn)生增加值最小)，其為：

Min=Ms

式中：c為工業(yè)增加值占第二產(chǎn)業(yè)的比重，%；Ms為單位工礦用地面積所能產(chǎn)生增加值，萬(wàn)元/畝；IL為工業(yè)用地面積控制線(xiàn)，畝。

⑥居民生活保障約束條件下人均GDP系數(shù)最優(yōu)化(人均GDP最大)，其為：

Max=PGDP

s.t.xp+xs+xt≥PGDP*P

式中：PGDP為人均GDP，萬(wàn)元/人。

⑦能源消費(fèi)約束條件下單位產(chǎn)業(yè)能源消費(fèi)量及人均居民消費(fèi)量系數(shù)最優(yōu)化(萬(wàn)元GDP能源消耗量最大)，其為：

Max=(Epxp+Esxs+Etxt+ErP)/(xp+xs+xt)

s.t.Epxp+Esxs+Etxt+ErP≤TE

式中：Ep、Es、Et分別為第一、二、三產(chǎn)業(yè)單位增加值能源消費(fèi)量，t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元；Er為居民人均消費(fèi)量，t標(biāo)準(zhǔn)煤/人；TE為能源消費(fèi)總量，t標(biāo)準(zhǔn)煤。

1.2 決策階段

確立優(yōu)化模式下的資源環(huán)境利用系數(shù)，然后進(jìn)入《規(guī)劃模式二》，在資源環(huán)境承載力的約束下最終求解得到適宜的人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模。規(guī)劃模型二(雙目標(biāo)區(qū)間線(xiàn)性規(guī)劃)如下：

MaxPOP=P±

用水量約束(1)

COD排放約束(2)

氨氮排放約束(3)

SO2排放約束(4)

NOx排放約束(5)

耕地面積約束(6)

建設(shè)用地面積約束(7)

工業(yè)用地面積約束(8)

居民生活保障約束(9)

人均建設(shè)用地面積約束(10)

能源消費(fèi)總量約束(11)

基準(zhǔn)年值約束(12)

式中：ACL0為人均建設(shè)用地面積限值，依據(jù)《城市用地分類(lèi)與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》；xp0、xs0、xt0、p0分別為一產(chǎn)、二產(chǎn)、三產(chǎn)、總?cè)丝诨鶞?zhǔn)年值。根據(jù)實(shí)際情況，資源環(huán)境利用系數(shù)及約束值、決策變量均有可能為區(qū)間范圍變量，±為區(qū)間范圍上下線(xiàn)標(biāo)識(shí)。

1.3 評(píng)價(jià)階段

最終確立的優(yōu)化模式與基準(zhǔn)模式、規(guī)劃模式下的人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模相比，識(shí)別需優(yōu)化的主要資源環(huán)境利用效率系數(shù)，提出相應(yīng)的管控措施。

2 隆陽(yáng)區(qū)人口和產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)控案例分析

分析了隆陽(yáng)區(qū)2011—2015年的資源環(huán)境利用效率系數(shù)，發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)挝怀青l(xiāng)建設(shè)用地面積所能產(chǎn)生增加值、單位工礦用地面積所能產(chǎn)生增加值、單位耕地面積所能產(chǎn)生增加值指標(biāo)均有所上升，表明2011—2015年生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)水平有所提高；用水量中，單位工業(yè)增加值用水量顯著減小，但是農(nóng)田畝均用水量存在上升的趨勢(shì)，表明應(yīng)該重視農(nóng)田灌溉用水效率；污染物排放強(qiáng)度中，城鎮(zhèn)人口人均SO2排放量、第二產(chǎn)業(yè)單位增加值NOx排放量、城鎮(zhèn)人口人均NOx排放量、城鎮(zhèn)人口人均COD排放量、城鎮(zhèn)人口人均氨氮排放量、萬(wàn)元GDP氮氧化物排放量指標(biāo)存在上升的趨勢(shì)或者減緩不明顯，表明近幾年減排效果不太明顯；能源消耗中，單位第二產(chǎn)業(yè)能源消費(fèi)量、人均居民消費(fèi)量指標(biāo)變化不大，表明在第二產(chǎn)業(yè)和居民能源消耗中節(jié)能效果有待于進(jìn)一步提高。

表1 規(guī)劃年資源環(huán)境承載力指標(biāo)約束表

注：從實(shí)際出發(fā)，為從嚴(yán)控制污染物排放，隆陽(yáng)區(qū)的水環(huán)境容量和大氣環(huán)境容量以支流COD環(huán)境容量、支流氨氮環(huán)境容量、工業(yè)園區(qū)SO2環(huán)境容量、工業(yè)園區(qū)NOx環(huán)境容量代替。限于篇幅，相關(guān)的容量測(cè)算步驟不再論述，水環(huán)境容量測(cè)算方法參考《全國(guó)水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》，大氣環(huán)境容量測(cè)算采用A-P值法。

表2 優(yōu)化決策后的資源環(huán)境利用效率系數(shù)表

通過(guò)分析城市總體規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃等文件歸納出規(guī)劃年的資源環(huán)境承載力約束指標(biāo)閾值見(jiàn)表1。若按照2015年的資源環(huán)境利用效率系數(shù)發(fā)展，到2020年，基準(zhǔn)模式和規(guī)劃模式下耕地、用水總量、能源消耗量、工業(yè)園區(qū)SO2環(huán)境容量、工業(yè)園區(qū)NOx環(huán)境容量均會(huì)突破閾值，這表明隆陽(yáng)區(qū)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中，耕地、用水總量、能源消耗量、大氣環(huán)境容量將變?yōu)榘l(fā)展的瓶頸，也即發(fā)展的短板。另外，也需重視城鎮(zhèn)工況用地面積，其也處于閾值附近。

根據(jù)該研究的技術(shù)路線(xiàn)圖，利用《規(guī)劃模型一》進(jìn)行資源環(huán)境利用效率系數(shù)優(yōu)化。結(jié)合隆陽(yáng)區(qū)歷年系數(shù)變化趨勢(shì)、中國(guó)和云南省2020年的相關(guān)規(guī)劃、國(guó)家生態(tài)縣創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)等材料，最終決策得到的資源環(huán)境利用效率系數(shù)見(jiàn)表2。

通過(guò)調(diào)整后的系數(shù)范圍值，建立起隆陽(yáng)區(qū)區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)控的雙目標(biāo)區(qū)間線(xiàn)性規(guī)劃模型，利用Huang和Moore[11]提出的一般區(qū)間線(xiàn)性規(guī)劃模型求解方法及多目標(biāo)轉(zhuǎn)單目標(biāo)的方法(認(rèn)為隆陽(yáng)區(qū)的人口和經(jīng)濟(jì)同等重要，分別取權(quán)重0.5)，通過(guò)MATLAB編程計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3中可以看出：優(yōu)化模式下隆陽(yáng)區(qū)區(qū)域能容納更多的人口，人口承載上限為110.26～122.29萬(wàn)人，GDP為341.80～390.63萬(wàn)元。與基準(zhǔn)模式、規(guī)劃模式相比，承載的人口更多，但是承載的GDP適中，GDP增速控制在10.80%～13.34%，三產(chǎn)比為19.46∶38.15∶42.39，減緩了第二產(chǎn)業(yè)的速度，這符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際。因?yàn)?，若按照?guī)劃模式或者基準(zhǔn)模式發(fā)展，在有限的資源環(huán)境承載力范圍之內(nèi)，就必須大力提高資源環(huán)境利用效率系數(shù)(降低污染物排放強(qiáng)度)，這可能很難實(shí)現(xiàn)。優(yōu)化模式下發(fā)展的其他指標(biāo)分別為：城鎮(zhèn)化率0.46，農(nóng)業(yè)增加值占一產(chǎn)比0.5倍，工業(yè)增加值占二產(chǎn)比0.62倍，人均GDP范圍為3.1萬(wàn)元/人。

綜上所述，針對(duì)隆陽(yáng)區(qū)現(xiàn)有的資源環(huán)境短板問(wèn)題，建議采取的產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)控策略為：提高農(nóng)田灌溉用水系數(shù)，提高萬(wàn)元工業(yè)增加值用水量；優(yōu)化種植業(yè)種植結(jié)構(gòu)，提高單位耕地面積產(chǎn)值；優(yōu)化工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少大氣污染物排放；強(qiáng)化節(jié)能技術(shù)，減少能源消耗。

3 結(jié)論

(1)未來(lái)幾年發(fā)展中，耕地、用水總量、能源消耗量、工業(yè)園區(qū)SO2環(huán)境容量、工業(yè)園區(qū)NOx環(huán)境容量會(huì)成為發(fā)展的主要瓶頸。為了更好實(shí)現(xiàn)2020年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo)，為了隆陽(yáng)區(qū)可持續(xù)發(fā)展，優(yōu)化和決策資源環(huán)境利用效率系數(shù)勢(shì)在必行。

(2)按照優(yōu)化后的資源環(huán)境利用效率系數(shù)值(單位城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積所能產(chǎn)生增加值、單位工礦用地面積所能產(chǎn)生增加值、單位耕地面積所能產(chǎn)生增加值、農(nóng)田畝均用水量、單位工業(yè)增加值用水量、城鎮(zhèn)居民人均生活用水定額、農(nóng)村居民人均生活用水定額、第二產(chǎn)業(yè)單位增加值SO2排放量、城鎮(zhèn)人口人均SO2排放量、第二產(chǎn)業(yè)單位增加值NOx排放量、第一產(chǎn)業(yè)單位增加值COD排放量、第二產(chǎn)業(yè)單位增加值COD排放量、城鎮(zhèn)人口人均COD排放量、第一產(chǎn)業(yè)單位增加值氨氮排放量、第二產(chǎn)業(yè)單位增加值氨氮排放量、城鎮(zhèn)人口人均氨氮排放量、單位第一產(chǎn)業(yè)能源消費(fèi)量、單位第二產(chǎn)業(yè)能源消費(fèi)量、單位第三產(chǎn)業(yè)能源消費(fèi)量、人均居民消費(fèi)量、城鎮(zhèn)人口人均NOx排放量分別為[5.0,5.1]萬(wàn)元/畝、[35,40]萬(wàn)元/畝、[0.38,0.39]萬(wàn)元/畝、[180,185]m3/畝、[49,51]m3/萬(wàn)元、[100,102]L/d、[100,102]L/d、[1.0,1.05]kg/萬(wàn)元、[0.8,0.85]kg/人、[1.0,1.05]kg/萬(wàn)元、[1.6,1.7]kg/萬(wàn)元、[4.5,4.6]kg/萬(wàn)元、[12,13]kg/人、[0.34,0.35]kg/萬(wàn)元、[0.03,0.04]kg/萬(wàn)元、[1.8,1.85]kg/人、[0.01,0.02]t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元、[0.6,0.65]t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元、[0.08,0.09]t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元、[0.14,0.15]t標(biāo)準(zhǔn)煤/人、[0.10,0.11]kg/人引領(lǐng)發(fā)展，隆陽(yáng)區(qū)能承載發(fā)展人口至少能承載人口110.26萬(wàn)人，能承載GDP 341.80億元。

(3)通過(guò)云南省隆陽(yáng)區(qū)的案例分析驗(yàn)證，該研究提出的基于資源環(huán)境承載力約束的縣域人口和產(chǎn)業(yè)發(fā)展調(diào)控方法具有可操作性，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐茝V應(yīng)用。