戴鐵軍，安佰超，王婉君

(北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100124)

京津冀地區(qū)作為中國(guó)北方經(jīng)濟(jì)的核心區(qū)，區(qū)域內(nèi)部資源消耗量大、環(huán)境污染嚴(yán)重、發(fā)展不平衡等問(wèn)題日益突出。2000—2014年間生態(tài)足跡總量、能源消耗總量分別增長(zhǎng)了110.6%和165.5%[1]。京津冀地區(qū)碳排放量約為全國(guó)的1/5，是我國(guó)乃至世界上碳排放量最大的都市圈之一[2]。2016年京津冀地區(qū)空氣質(zhì)量平均超標(biāo)天數(shù)比例為43.2%，且冬季空氣質(zhì)量指數(shù)頻頻“爆表”[3]。京津冀地區(qū)成為人與自然關(guān)系最為緊張、資源環(huán)境超載矛盾最為嚴(yán)重、生態(tài)聯(lián)防聯(lián)治要求最為迫切的區(qū)域之一[1]。以高消耗和高排放催生的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是不可持續(xù)的，京津冀3地所處的發(fā)展階段不同，通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、協(xié)同發(fā)展可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。在京津冀地區(qū)資源環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的時(shí)代背景下，探尋京津冀地區(qū)資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展路徑具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)京津冀地區(qū)資源方面的研究主要集中在能源、水資源和土地資源等方面：如能源消費(fèi)量與GDP，人口和城鎮(zhèn)化率等社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)系[2-5]，水資源開(kāi)發(fā)利用的時(shí)空特征[6]，京津冀地區(qū)土地生態(tài)效率[7]。針對(duì)環(huán)境方面的研究主要集中在大氣污染物排放、碳排放、碳足跡等方面：如外商直接投資對(duì)京津冀地區(qū)二氧化硫排放的影響[8]，京津冀地區(qū)大氣顆粒物的時(shí)空分布、化學(xué)特征及來(lái)源[9]，PM2.5的減排實(shí)效與影響因素[10]，城鄉(xiāng)居民消費(fèi)直接和間接碳排放量及其主要影響因素[11]，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移對(duì)能源消費(fèi)碳排放強(qiáng)度的影響[12]，并從碳足跡的角度展開(kāi)相關(guān)研究[13-15]。上述研究只限于某一種資源或污染物，針對(duì)性較強(qiáng)，但是并不能反映京津冀地區(qū)整體的資源環(huán)境壓力。另有一部分研究通過(guò)建立指標(biāo)體系或從物質(zhì)代謝的角度全面考察京津冀地區(qū)資源環(huán)境壓力：如選取多種資源環(huán)境指標(biāo)建立資源環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[16-17]；運(yùn)用生態(tài)足跡、能值分析、物質(zhì)流分析等方法全面考察京津冀地區(qū)的資源環(huán)境壓力[1，18-21]。但是這些研究多是針對(duì)資源環(huán)境問(wèn)題現(xiàn)狀的分析，未能將資源環(huán)境指標(biāo)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素建立定量關(guān)系，因此只能定性分析京津冀資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展模式，不能提供定量的解決方案。筆者力求將眾多的資源環(huán)境壓力指標(biāo)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素指標(biāo)確立定量關(guān)系，全面考察京津冀地區(qū)資源環(huán)境壓力并定量分析資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展模式。

從物質(zhì)代謝的角度可以全面考察社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)資源環(huán)境造成的壓力。物質(zhì)流分析方法可以全面核算進(jìn)入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的資源量和由經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)排放的廢棄物量，從而衡量經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的資源環(huán)境壓力。物質(zhì)流分析框架下的資源環(huán)境指標(biāo)由多種資源環(huán)境要素構(gòu)成，這些要素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素之間存在復(fù)雜的關(guān)系，構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)以反饋控制理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)為手段，是研究復(fù)雜經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)等的理論方法，能定量描述區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。該文將物質(zhì)流分析方法和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)合，構(gòu)建資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，將京津冀地區(qū)的資源環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素之間建立定量關(guān)系，以期為相關(guān)政策的制定提供更加科學(xué)合理的指導(dǎo)。另外，在方法應(yīng)用上已有學(xué)者將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與能值分析[20]和生態(tài)足跡[22]方法結(jié)合進(jìn)行研究，但是鮮有將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與物質(zhì)流分析法結(jié)合開(kāi)展研究的報(bào)道，該研究在方法應(yīng)用上具有一定的創(chuàng)新性。

1 研究方法及模型構(gòu)建

1.1 物質(zhì)流分析框架及數(shù)據(jù)來(lái)源

經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)物質(zhì)流分析法(EW-MFA)可以全面核算進(jìn)入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的資源量和由經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)排放的廢棄物量，從而衡量經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的資源環(huán)境壓力。依據(jù)歐盟和經(jīng)濟(jì)合作組織(OECD)的物質(zhì)流分析框架(圖1)[23]，物質(zhì)流分為直接物質(zhì)流和隱藏流。直接物質(zhì)流指直接流經(jīng)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的物質(zhì)，這些物質(zhì)直接參與了社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)，主要包括物質(zhì)輸入、消耗和輸出。直接物質(zhì)輸入(DMI)包括本地開(kāi)采的物質(zhì)和外地調(diào)入物質(zhì)，本地開(kāi)采物質(zhì)包括生物質(zhì)、化石燃料、金屬和非金屬，外地調(diào)入物質(zhì)包括原材料、半成品和成品。這些物質(zhì)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)后一部分留在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，稱(chēng)為凈存量；一部分調(diào)出到其他地區(qū)；其余部分作為廢棄物排放到環(huán)境中，稱(chēng)為本地過(guò)程排放(DPO)。DPO包括水體污染物、大氣污染物、固體廢棄物和耗散性物質(zhì)。DMI和DPO是物質(zhì)流分析中最重要的2個(gè)指標(biāo)，分別代表各地區(qū)的資源壓力和環(huán)境壓力。DMI和DPO的數(shù)據(jù)來(lái)源及數(shù)據(jù)處理參照文獻(xiàn)[24]。

圖1 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)物質(zhì)流分析法(EW-MFA)基本核算框架

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和科技投資數(shù)據(jù)來(lái)自各省(市)年鑒，科技投資用1990年為基期的GDP平減指數(shù)進(jìn)行處理，科技投資存量折舊率為15%[25]。環(huán)保投資數(shù)據(jù)和工業(yè)固體廢棄物綜合利用率來(lái)自《中國(guó)環(huán)境年鑒》，環(huán)保投資用1992年為基期的固定資產(chǎn)投資價(jià)格指數(shù)進(jìn)行處理，環(huán)保投資存量折舊率為5%[26]。城鎮(zhèn)化率來(lái)自各省(市)年鑒和《新中國(guó)六十年統(tǒng)計(jì)資料匯編》。GDP按1990年不變價(jià)計(jì)算。筆者以1992—2015年的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，定量分析各驅(qū)動(dòng)因素與DMI和DPO之間的關(guān)系，探尋京津冀地區(qū)資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展路徑。

1.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建及發(fā)展模式設(shè)定

1.2.1因果反饋分析

經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)了資源系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)的運(yùn)行，資源系統(tǒng)為經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展提供物質(zhì)條件，對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)起基礎(chǔ)支撐作用，環(huán)境系統(tǒng)具有一定的自?xún)裟芰Γ{經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)排放的廢棄物，對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)起承載作用。每個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行不僅取決于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也取決于與其他系統(tǒng)之間的聯(lián)系，各系統(tǒng)的變動(dòng)情況可反饋至其他系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間相互促進(jìn)、相互制約，共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。在定性分析各系統(tǒng)因果關(guān)系的基礎(chǔ)上建立因果反饋流程圖(圖2)。

“+”表示正反饋，“-”表示負(fù)反饋。

主要的反饋關(guān)系有經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與資源環(huán)境系統(tǒng)之間：一方面，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增多、城鎮(zhèn)化推進(jìn)，資源消耗(包括本地開(kāi)采資源和調(diào)入資源)和廢棄物排放逐漸增多，資源環(huán)境壓力增大，制約了經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技投入和環(huán)保投資會(huì)逐漸增加，鋼鐵、火電等產(chǎn)業(yè)中落后產(chǎn)能被逐漸淘汰，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)被調(diào)整，廢棄物的回收利用率逐漸提高，降低了經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對(duì)資源環(huán)境造成的壓力，保證經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展。

1.2.2資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型結(jié)構(gòu)

借助Vensim PLE軟件繪制出資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型(圖3)。資源系統(tǒng)涉及的變量主要包括DMI、DMI變化量、資源產(chǎn)出率、工業(yè)固廢利用量、工業(yè)固廢利用率、物質(zhì)投入量(DMI+工業(yè)固廢利用量)。環(huán)境系統(tǒng)涉及的變量主要包括DPO、DPO變化量、環(huán)境效率、污染物產(chǎn)生量、污染物處理量、單位產(chǎn)值污染物產(chǎn)生量、人均生活垃圾產(chǎn)生量、污染治理投資存量、污染治理投資量、污染治理投資折舊量、單位投資污染物處理量、污染治理投資占比。經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)涉及的變量主要包括GDP、GDP增長(zhǎng)量、GDP增長(zhǎng)率、人口、人口增長(zhǎng)量、人口增長(zhǎng)率、產(chǎn)業(yè)占比、工業(yè)產(chǎn)值、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、城鎮(zhèn)化率、人均GDP、科技投資占比、科技投資存量、科技投資量、科技投資折舊。

DMI—直接物質(zhì)輸入，DPO—本地過(guò)程排放。

1.2.3參數(shù)確定

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)表函數(shù)方程的優(yōu)勢(shì)在于解決復(fù)雜非線性相關(guān)的數(shù)據(jù)問(wèn)題。為使數(shù)據(jù)更加貼合實(shí)際，大量運(yùn)用表函數(shù)，如產(chǎn)業(yè)占比、城鎮(zhèn)化率、GDP增長(zhǎng)率、人口增長(zhǎng)率、科技投資占比、污染治理投資占比、單位產(chǎn)值污染物產(chǎn)生量、單位環(huán)保投資污染物處理量等變量都是通過(guò)表函數(shù)輸入。

物質(zhì)投入量與人口、人均GDP、產(chǎn)業(yè)占比、城鎮(zhèn)化率、科技投資存量的關(guān)系是借助STIRPAT函數(shù)[27]，通過(guò)非線性回歸得到。構(gòu)建的表達(dá)式為

Z=K×Pa1×Aa2×Ya3×Ea4×Sa5×Ca6×Ta7。

(1)

式(1)中，Z為物質(zhì)投入量，萬(wàn)t；K為常數(shù)；P為人口數(shù)，萬(wàn)人；A為經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，以人均GDP計(jì)量，元·人-1；Y、E、S分別為第一產(chǎn)業(yè)占比、第二產(chǎn)業(yè)占比和第三產(chǎn)業(yè)占比，%；C為城鎮(zhèn)化率，%；T為科技投資存量，萬(wàn)元。a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7為彈性系數(shù)，表示當(dāng)P、A、Y、E、S、C、T每變化1%時(shí)，分別引起Z的a1%、a2%、a3%、a4%、a5%、a6%、a7%變化。

應(yīng)用SPSS 20.0軟件的非線性回歸功能求解各因素的彈性系數(shù)。各因素的彈性系數(shù)及擬合優(yōu)度見(jiàn)表1。各地人口、人均GDP和城鎮(zhèn)化率對(duì)于物質(zhì)投入量的影響均基本呈正向作用，只有北京人口因素呈負(fù)向作用，但其彈性系數(shù)的絕對(duì)值遠(yuǎn)小于人均GDP和城鎮(zhèn)化率的彈性系數(shù)。北京人口彈性系數(shù)為負(fù)的原因可能是人口、人均GDP和城鎮(zhèn)化率之間存在共線性，人口因素包含的信息會(huì)通過(guò)人均GDP和城鎮(zhèn)化率表現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)北京人口彈性系數(shù)較小，對(duì)模擬結(jié)果影響較小，因此忽略北京市人口彈性系數(shù)為負(fù)對(duì)研究結(jié)果的影響。從3地產(chǎn)業(yè)占比彈性系數(shù)來(lái)看，第二產(chǎn)業(yè)占比彈性系數(shù)最大，說(shuō)明第二產(chǎn)業(yè)對(duì)于物質(zhì)投入的驅(qū)動(dòng)作用強(qiáng)于第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)。3地科技投資存量彈性系數(shù)均為負(fù)值，說(shuō)明增加科技投入可以相對(duì)減少物質(zhì)投入。上述各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)物質(zhì)投入的驅(qū)動(dòng)作用與現(xiàn)實(shí)情況基本相符，并且方程擬合優(yōu)度均在0.9以上，說(shuō)明通過(guò)非線性回歸得到的物質(zhì)投入量與各驅(qū)動(dòng)因素的關(guān)系具有較高的可信性。另外需要說(shuō)明的是，由于DMI變化量、DPO變化量方程的輸入使用了延遲函數(shù)，延遲時(shí)間為1 a，因此模擬值輸出時(shí)間延遲1 a，但不影響模擬輸出值的大小，筆者以實(shí)際輸出時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)做了調(diào)整。

選取DMI、DPO、GDP和人口4個(gè)變量進(jìn)行模型檢驗(yàn)。各地GDP和人口模擬值與實(shí)際值的誤差均在1%以?xún)?nèi)。DMI和DPO誤差見(jiàn)表2。模擬值與實(shí)際值誤差基本在10%以?xún)?nèi)，模型擬合度較好，可以作為模擬與預(yù)測(cè)的依據(jù)。

表1 各因素彈性系數(shù)及擬合優(yōu)度

Table 1 Factor elasticity coefficient and goodness of fit

地區(qū)常數(shù)項(xiàng)彈性系數(shù)人口人均GDP一產(chǎn)占比二產(chǎn)占比三產(chǎn)占比城鎮(zhèn)化率科技投資存量擬合優(yōu)度(R2)北京1.833×10-11-0.1470.6500.0582.0331.623.614-0.0150.945天津9.697×10-171.1631.4550.3813.6511.860.932-0.3450.996河北8.558×10-163.7060.5920.1331.914-0.390.864-0.2410.988

表2 京津冀DMI和DPO模擬值與實(shí)際值誤差

Table 2 The error between the simulation value and the actual value of DMI and DPO %

年份北京天津河北DMIDPODMIDPODMIDPO199200000019944.080-6.23-1.05-0.54-1.6319962.230.053.60-0.67-2.706.2219989.27-0.9610.07-0.253.849.0920001.610.180.180.36-0.068.412002-3.740.21-5.921.58-3.145.6220042.424.542.772.43-2.217.2120060.741.18-2.500.96-4.523.4120088.91-1.586.561.0110.372.782010-5.10-1.84-6.020.85-5.143.7220124.560.654.960.39-2.894.5320146.262.020.291.146.698.6420151.901.200.651.231.13-7.36

DMI為直接物質(zhì)輸入，DPO為本地過(guò)程排放。

1.2.4發(fā)展模式設(shè)定

(1)慣性模式(模式1)：維持各地區(qū)現(xiàn)有狀態(tài)，模型中各參數(shù)不變。

(2)經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式(模式2)：經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展往往伴隨著人口的快速增加和城鎮(zhèn)化的加速推進(jìn)，因此經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式下將京津冀各地GDP增長(zhǎng)率和人口增長(zhǎng)率在2015年基礎(chǔ)上提高30%作為以后每年的GDP增長(zhǎng)率和人口增長(zhǎng)率。按照2005—2015年城鎮(zhèn)化率年均增長(zhǎng)率推算，2030年京津冀城鎮(zhèn)化率分別為90.82%、93.94%、71.79%。發(fā)達(dá)國(guó)家大城市城鎮(zhèn)化率一般為90%以上，根據(jù)《城市藍(lán)皮書(shū)：中國(guó)城市發(fā)展報(bào)告No.8》，2030年中國(guó)城鎮(zhèn)化率將達(dá)到70%左右，因此北京和河北城鎮(zhèn)化率預(yù)測(cè)結(jié)果較為可信。天津高達(dá)93.94%，與實(shí)際情況不符，主要原因是2005—2013年天津城鎮(zhèn)化率推進(jìn)速度較快，2013年之后推進(jìn)速度放緩，因此按照2013—2015年天津城鎮(zhèn)化率年均增長(zhǎng)率推算，2030年天津城鎮(zhèn)化率為85.79%。經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式下2030年3地城鎮(zhèn)化率取值均比預(yù)測(cè)值高5%，京津冀分別為95.82%、90.79%和76.79%。

(3)資源環(huán)境保護(hù)模式(模式3)：資源環(huán)境保護(hù)模式將以資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)為主要任務(wù)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度會(huì)適當(dāng)放緩。因此，京津冀各地GDP增長(zhǎng)率、人口增長(zhǎng)率在2015年基礎(chǔ)上降低30%作為以后每年的GDP增長(zhǎng)率和人口增長(zhǎng)率，城鎮(zhèn)化率一直維持在2015年水平。3地工業(yè)污染治理投資占比、生活污染治理投資占比和科技投資占比在現(xiàn)有基礎(chǔ)上均提高50%。2015年京津冀3地工業(yè)固廢利用率分別為82.7%、98%和56.3%，可見(jiàn)北京和河北還有一定的提高空間。北京市工業(yè)固廢利用率提高至95%，河北省工業(yè)固廢產(chǎn)生量大，綜合利用率低，短時(shí)間內(nèi)利用率達(dá)到90%以上比較困難，因此取80%，天津市工業(yè)固廢綜合利用率維持在2015年水平。

(4)協(xié)調(diào)發(fā)展模式(模式4)：協(xié)調(diào)發(fā)展模式下，既要保持社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，又要兼顧資源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)。3地GDP增長(zhǎng)率均維持在現(xiàn)有水平?？紤]到北京市嚴(yán)控人口規(guī)模，會(huì)有部分人口轉(zhuǎn)移，因此北京市人口增長(zhǎng)率與資源環(huán)境保護(hù)模式一致。天津雖然沒(méi)有嚴(yán)控人口規(guī)模，但是由于人口密度也較高，因此人口增長(zhǎng)率與慣性模式一致，不作調(diào)整。河北省要承接一部分轉(zhuǎn)移人口，因此人口增長(zhǎng)率與經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式一致。2030年京津冀城鎮(zhèn)化率預(yù)測(cè)值分別為90.82%、85.79%、71.79%。3地產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)繼續(xù)優(yōu)化調(diào)整，京津冀第三產(chǎn)業(yè)占比按照2010—2015年第三產(chǎn)業(yè)占比年均增長(zhǎng)率來(lái)計(jì)算，2030年第三產(chǎn)業(yè)占比分別為92.3%、70.8%和55.97%，東京和紐約第三產(chǎn)業(yè)占比基本維持在90%左右，因此，2030年北京市第三產(chǎn)業(yè)占比取值為90%，津冀兩地分別取70.8%和55.97%。3地工業(yè)污染治理投資占比、生活污染治理投資占比、科技投資占比和工業(yè)固廢綜合利用率與資源環(huán)境保護(hù)模式一致。

各地不同模式下各變量參數(shù)如表3所示。

表3 不同發(fā)展模式下各地變量參數(shù)

Table 3 Parameters in different development models

模式地區(qū)GDP增長(zhǎng)率人口增長(zhǎng)率2030年城鎮(zhèn)化率污染治理投資占比工業(yè)生活科技投資占比2030年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)占比一產(chǎn)二產(chǎn)三產(chǎn)固廢利用率1北京0.0690.0090.865 00.0460.9020.0640.6019.7079.700.827天津0.0930.0200.826 40.1340.1740.0341.3046.5052.200.980河北0.0680.0060.513 30.3270.1170.01311.5448.2740.190.5632北京0.0900.0110.958 20.0460.9020.0640.6019.7079.700.827天津0.1210.0260.907 90.1340.1740.0341.3046.5052.200.980河北0.0880.0070.767 90.3270.1170.01311.5448.2740.190.5633北京0.0480.0060.865 00.0691.3530.0960.6019.7079.700.950天津0.0650.0140.826 40.2010.2620.0511.3046.5052.200.980河北0.0480.0040.513 30.4910.1760.01911.5448.2740.1900.8004北京0.0690.0060.908 20.0691.3530.0960.5009.5090.000.950天津0.0930.0200.857 90.2010.2620.0511.00028.2070.800.980河北0.0680.0070.717 90.4910.1760.01910.00034.0355.970.800

模式1為慣性模式，模式2 為經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式，模式3為資源環(huán)境保護(hù)模式，模式4為協(xié)調(diào)發(fā)展模式。

1.3 協(xié)調(diào)發(fā)展度模型構(gòu)建

為進(jìn)一步探究不同發(fā)展模式下3地資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，參照文獻(xiàn)[28]中表1的系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)協(xié)調(diào)發(fā)展度模型測(cè)度不同發(fā)展模式下3地之間協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r。

采用直線型無(wú)量綱化方法[29]對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。指標(biāo)權(quán)重的確定采用熵權(quán)法。在此基礎(chǔ)上求得北京市第i年資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)分別為EBri、EBei、EBvi，天津市第i年資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)分別為ETri、ETei、ETvi，河北第i年資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)分別為EHri、EHei、EHvi。北京市復(fù)合系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)EBi為

EBi=α1×EBri+α2×EBei+α3×EBvi。

(2)

式(2)中，α1=α2=α3=1/3 。

同理可得天津市和河北省復(fù)合系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)ETi、EHi。3地復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展度值參考黨晶晶等[30]提出的協(xié)調(diào)發(fā)展度測(cè)度模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 京津冀經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源環(huán)境壓力現(xiàn)狀

1992—2015年京津冀各地生產(chǎn)總值與第三產(chǎn)業(yè)占比如圖4所示。京津冀3地生產(chǎn)總值均大幅提高，2015年京津冀生產(chǎn)總值分別是1992年的10.18倍、18.33倍和11.55倍。但是3地產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整情況差異較大。北京市第三產(chǎn)業(yè)占比不斷提高，2015年達(dá)79.7%，比1992年提高35.2%。天津市第三產(chǎn)業(yè)占比整體呈上升趨勢(shì)，2015年為52.2%，比1992年提高16.3%。河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整并不明顯，“三高一低”產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期主導(dǎo)河北經(jīng)濟(jì)，2015年第三產(chǎn)業(yè)占比為40.19%，僅比1992年提高5.14%。因此，河北省急需優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

圖4 1992—2015年京津冀地區(qū)GDP與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

1992—2015年京津冀各地DMI與DPO如圖5所示。北京市和河北省DMI分別在2010年和2011年達(dá)到峰值24 928.28萬(wàn)和229 830.5萬(wàn)t，DPO分別在2012年和2013年達(dá)到峰值16 983.3萬(wàn)和94 553.13萬(wàn)t。2010年國(guó)務(wù)院發(fā)布《國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)淘汰落后產(chǎn)能工作的通知》，以電力、煤炭、鋼鐵、水泥等行業(yè)為重點(diǎn)，按期淘汰落后產(chǎn)能。淘汰落后產(chǎn)能政策持續(xù)發(fā)力，京冀兩地DMI和DPO在達(dá)到峰值后出現(xiàn)下降趨勢(shì)，河北作為鋼鐵水泥生產(chǎn)大省，落后產(chǎn)能較多，淘汰落后產(chǎn)能對(duì)于減少其資源投入和廢物排放作用較明顯。天津DMI和DPO雖未出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但上升趨勢(shì)分別從2013年和2012年開(kāi)始放緩。

圖5 1992—2015年京津冀地區(qū)直接物質(zhì)輸入(DMI)與本地過(guò)程排放(DPO)

2.2 模擬仿真結(jié)果

由表4可知，4種發(fā)展模式下各地GDP均呈持續(xù)增加的趨勢(shì)。2030年經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式下京津冀GDP分別是2015年的3.62、5.54和3.56倍。由于協(xié)調(diào)發(fā)展模式與慣性模式的GDP增長(zhǎng)率一致，因此這2種模式下GDP模擬值相同，2030年京津冀地區(qū)GDP分別是2015年的2.72、3.8和2.68倍。資源環(huán)境保護(hù)模式下GDP增長(zhǎng)率低于其他3種模式，該模式下GDP增長(zhǎng)量最小，2030年京津冀GDP分別是2015年的2.03、2.58和2倍。

表4 京津冀不同發(fā)展模式下GDP模擬值

Table 4 Simulation values of GDP under different development models in Beijing-Tianjin-Hebei Region 1011元

年份北京天津河北模式1模式2模式3模式4模式1模式2模式3模式4模式1模式2模式3模式420156.26.26.26.26.76.76.76.713.313.313.313.320177.17.46.97.18.18.57.78.115.215.714.615.220198.18.87.58.19.610.78.79.617.318.616.017.320219.310.48.39.311.513.49.911.519.722.117.619.7202310.612.49.110.613.716.811.213.722.526.219.322.5202512.214.79.912.216.421.112.716.425.731.021.225.7202713.917.510.913.919.626.514.419.629.336.723.229.3202915.920.712.115.923.433.416.323.433.443.525.533.4203016.922.612.716.925.637.417.425.635.647.326.735.6

模式1為慣性模式，模式2 為經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式，模式3為資源環(huán)境保護(hù)模式，模式4為協(xié)調(diào)發(fā)展模式。

由表5和表6可知，協(xié)調(diào)發(fā)展模式在保持較高社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的同時(shí)資源投入量均少于其他3種模式，與加速發(fā)展模式相比，2030年京津冀地區(qū)資源投入量分別減少80.14%、88.60%和71.17%。協(xié)調(diào)發(fā)展模式下廢物排放量也僅高于資源環(huán)境保護(hù)模式，與加速發(fā)展模式相比，2030年京津冀地區(qū)廢物排放量分別減少27.49%、35.17%和50.68%。可見(jiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展模式既保持了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，又實(shí)現(xiàn)了資源投入和廢物排放的減量化，可以實(shí)現(xiàn)3地資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。但是，協(xié)調(diào)發(fā)展模式對(duì)于3地資源投入和廢物排放的調(diào)控效果存在差異。協(xié)調(diào)發(fā)展模式下，北京2030年DMI比2015年減少43.21%，天津減少28.44%，河北減少15.53%。廢物排放方面，協(xié)調(diào)發(fā)展模式下北京廢物排放量上升趨勢(shì)逐漸放緩，天津未出現(xiàn)明顯放緩趨勢(shì)，河北開(kāi)始出現(xiàn)小幅下降之后又逐漸上升，且上升趨勢(shì)逐漸加強(qiáng)。出現(xiàn)這些差異的原因主要是3地處于不同的發(fā)展階段，北京市高消耗高排放的第二產(chǎn)業(yè)占比已經(jīng)較低，城鎮(zhèn)化率已經(jīng)達(dá)到較高水平，科技投入和環(huán)保投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于天津和河北。因此，在協(xié)調(diào)發(fā)展模式中，通過(guò)進(jìn)一步調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，北京比較容易實(shí)現(xiàn)物質(zhì)投入和廢物排放的減量化。天津和河北所處的發(fā)展階段不及北京，尤其是河北處于城鎮(zhèn)化持續(xù)快速推進(jìn)階段，而城鎮(zhèn)化的推進(jìn)會(huì)給資源環(huán)境帶來(lái)較大壓力[31-32]，同時(shí)津冀兩地環(huán)保、科技投資與北京相比更是相差甚遠(yuǎn)，因此津冀兩地協(xié)調(diào)發(fā)展模式下的調(diào)控效果不如北京。

表5 京津冀不同發(fā)展模式下直接物質(zhì)輸入(DMI)模擬值

Table 5 Simulation values of DMI in different development models in Beijing-Tianjin-Hebei Region 107t

年份北京天津河北模式1模式2模式3模式4模式1模式2模式3模式4模式1模式2模式3模式4201520.91 20.91 20.91 20.91 35.32 35.32 35.32 35.32 199.0 199.0 199.0 199.0 201722.40 24.06 21.80 20.32 41.21 44.70 35.74 33.93 208.2 228.2 182.8 180.1 201924.01 27.70 22.88 19.64 48.71 56.92 38.36 33.72 220.7 263.5 183.4 176.3 202125.75 31.87 24.04 18.73 57.98 72.71 42.24 33.60 235.7 304.8 187.8 175.0 202327.63 36.66 25.27 17.60 69.29 93.04 47.13 33.13 252.7 352.7 194.6 174.4 202529.66 42.17 26.58 16.23 82.99 119.16 53.00 32.01 271.7 407.9 202.9 173.6 202731.86 48.49 27.98 14.63 99.53 152.69 59.86 30.05 292.5 471.1 212.3 172.2 202934.23 55.74 29.46 12.84 119.47 195.72 67.80 27.12 315.1 543.3 222.8 169.8 203035.49 59.76 30.24 11.87 130.93 221.60 72.22 25.27 327.1 583.1 228.3 168.1

模式1為慣性模式，模式2 為經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式，模式3為資源環(huán)境保護(hù)模式，模式4為協(xié)調(diào)發(fā)展模式。

模式4下，北京和天津的模擬數(shù)據(jù)出現(xiàn)DPO大于DMI的情形。分析原因如下：(1)DPO中包含建筑廢棄物排放。由于北京和天津城鎮(zhèn)化率已經(jīng)達(dá)到較高水平，大量的物質(zhì)資源已經(jīng)轉(zhuǎn)化為建筑存量。未來(lái)新建建筑會(huì)逐漸減少，而建筑拆除量會(huì)逐漸增加，并且新建建筑會(huì)使用再生資源，導(dǎo)致DMI小于DPO 。(2)能源消費(fèi)導(dǎo)致的碳排放也會(huì)使DPO大于DMI，因?yàn)槟茉次镔|(zhì)主要是碳元素，燃燒時(shí)會(huì)結(jié)合空氣中的氧生成二氧化碳，DMI核算中沒(méi)有統(tǒng)計(jì)氧氣的耗用量，DPO核算中包含了二氧化碳，也會(huì)導(dǎo)致DPO大于DMI。

表6 京津冀不同發(fā)展模式下本地過(guò)程排放(DPO)模擬值

Table 6 Simulation values of DPO in different development models in Beijing-Tianjin-Hebei Region 107t

年份北京天津河北模式1模式2模式3模式4模式1模式2模式3模式4模式1模式2模式3模式4201516.83 16.83 16.83 16.83 17.70 17.70 17.70 17.70 83.2 83.2 83.2 83.2 201717.44 18.11 16.43 17.06 19.71 20.73 18.58 19.53 85.5 89.9 64.6 67.9 201918.07 19.49 16.16 17.43 21.90 24.22 19.47 21.53 90.8 100.4 57.9 64.3 202118.67 20.91 15.93 17.84 24.26 28.22 20.36 23.67 99.5 115.3 55.2 64.9 202319.21 22.33 15.69 18.24 26.76 32.75 21.21 25.95 112.0 135.4 56.6 69.9 202519.64 23.68 15.43 18.59 29.38 37.83 22.01 28.31 128.6 161.8 62.1 79.8 202719.90 24.88 15.11 18.85 32.07 43.43 22.70 30.70 149.9 195.7 71.9 95.1 202919.94 25.80 14.72 18.96 34.73 49.49 23.24 33.04 176.6 238.6 86.2 116.7 203019.84 26.12 14.48 18.94 36.02 52.66 23.44 34.16 192.3 264.0 95.2 130.2

模式1為慣性模式，模式2 為經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式，模式3為資源環(huán)境保護(hù)模式，模式4為協(xié)調(diào)發(fā)展模式。

2.3 不同發(fā)展模式下3地協(xié)調(diào)發(fā)展演化分析

4種模式在2015年的發(fā)展?fàn)顟B(tài)是一樣的，因此4種模式下各年份協(xié)調(diào)發(fā)展度相對(duì)2015年的變動(dòng)情況反映了3地是否向更加協(xié)調(diào)的方向演化。由圖6可知,慣性模式下2015—2026年協(xié)調(diào)發(fā)展度由0.805提高到0.863，之后呈小幅下降趨勢(shì)，2030年降為0.854，相比2015年提高0.049。

模式1—慣性模式，模式2 —經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式， 模式3—資源環(huán)境保護(hù)模式，模式4—協(xié)調(diào)發(fā)展模式。

經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展模式下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但對(duì)資源環(huán)境造成較大壓力，3地資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)向不協(xié)調(diào)方向演化，協(xié)調(diào)發(fā)展度呈先升后降的趨勢(shì)，2015—2020年由0.827提高到0.832，之后下降趨勢(shì)比較明顯，2030年降為0.762，相比2015年低0.065。資源環(huán)境保護(hù)模式下協(xié)調(diào)發(fā)展度由0.773提高到0.943，相比2015年提高0.170。協(xié)調(diào)發(fā)展模式下，協(xié)調(diào)發(fā)展度由0.652提高到0.963，相比2015年提高0.311。資源環(huán)境保護(hù)模式調(diào)低了經(jīng)濟(jì)、人口的增長(zhǎng)速度，并且沒(méi)有考慮城鎮(zhèn)化的進(jìn)一步推進(jìn)，可以說(shuō)是犧牲社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展換取資源環(huán)境保護(hù)的一種發(fā)展模式。協(xié)調(diào)發(fā)展模式是一種社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境保護(hù)共贏的發(fā)展模式，其協(xié)調(diào)發(fā)展度值提高幅度高于資源環(huán)境保護(hù)模式，可以認(rèn)為其協(xié)調(diào)發(fā)展演化趨勢(shì)在4種模式中是最優(yōu)的。

3 結(jié)論

將物質(zhì)流分析方法和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)合，構(gòu)建資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并將所建模型應(yīng)用于京津冀地區(qū)，以探尋該地區(qū)資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展路徑。研究結(jié)果表明，2010年之后淘汰落后產(chǎn)能政策持續(xù)發(fā)力，京冀兩地DMI和DPO在達(dá)到峰值后出現(xiàn)下降趨勢(shì)，天津DMI和DPO雖未出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但上升趨勢(shì)分別從2013年和2012年開(kāi)始放緩。淘汰落后產(chǎn)能政策對(duì)于減少物質(zhì)投入和廢物排放具有重要作用，因此3地要積極落實(shí)《部分產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩行業(yè)產(chǎn)能置換實(shí)施辦法》等相關(guān)政策。另外，河北省作為北京產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的承接地，在化解過(guò)剩產(chǎn)能時(shí)必須置身于京津冀一體化的大環(huán)境中去規(guī)劃，加強(qiáng)與京津在管理、技術(shù)方面的交流，建立深度合作機(jī)制。

協(xié)調(diào)發(fā)展模式既保持了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，又實(shí)現(xiàn)了資源投入和廢物排放的減量化，與其他3種模式相比協(xié)調(diào)發(fā)展度值提高幅度最大，該模式可以實(shí)現(xiàn)3地資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展目標(biāo)，建議從以下幾方面著手：(1)以北京市非首都功能疏解為契機(jī)，津冀兩地依據(jù)自身定位，做好產(chǎn)業(yè)承接工作，通過(guò)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與承接促進(jìn)3地產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)；(2)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移勢(shì)必伴隨著人員流動(dòng)，河北省可通過(guò)戶籍制度改革，放寬落戶限制等措施吸引人才、留住人才。另外要注意，河北省處于城鎮(zhèn)化持續(xù)快速推進(jìn)階段，雖然現(xiàn)階段物質(zhì)投入和廢物排放量出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但未來(lái)仍將面臨較大的資源環(huán)境壓力，因此河北省要走新型城鎮(zhèn)化道路，推動(dòng)形成綠色低碳的生產(chǎn)生活方式和城市建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式；(3)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和治理，聯(lián)防聯(lián)控環(huán)境污染，建立生態(tài)補(bǔ)償長(zhǎng)效機(jī)制，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，逐步提高廢棄物的資源化比例。

該研究?jī)H設(shè)置4種發(fā)展模式，通過(guò)對(duì)比確定協(xié)調(diào)發(fā)展模式為相對(duì)最優(yōu)模式。今后研究中可通過(guò)調(diào)整GDP增長(zhǎng)率、人口增長(zhǎng)率、城鎮(zhèn)化率、污染治理投資、科技投資占比、工業(yè)固廢綜合利用率等參數(shù)設(shè)置更多種模式，探尋京津冀資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展路徑，為相關(guān)政策的制定提供理論依據(jù)。