基于能值理論的中國礦業城市發展程度分析

曹志國 趙怡晴 袁 鋒 李翠平

(北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室,北京 100083)

基于能值理論的中國礦業城市發展程度分析

曹志國 趙怡晴 袁 鋒 李翠平

(北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室,北京 100083)

礦業城市是我國城市的重要組成部分,其發展程度評價與分析一直是礦業可持續發展領域的研究熱點之一。如何運用科學合理的評價理論和指標體系,對礦業城市的發展程度進行評價分析,進而指導礦業城市發展顯得尤為重要。本文以能值理論為基礎,將其方法、基本步驟和評價指標引入到礦業城市發展評價中,提出了礦業城市發展程度的能值分析方法,建立了能值分析步驟,即通過對礦業城市進行系統的分析,構建中國礦業城市發展的能值評價指標體系,計算各個礦業城市的能值指標值,進而對不同類型的礦業城市及其與其他區域之間的能值指標值進行對比分析,有效地解決了傳統評價方法在不同類型礦業城市及與其他區域之間不易進行發展對比評價的缺陷。最后通過收集整理中國礦業城市2006年度發展數據,運用能值分析方法計算其能值指標值,對其發展程度進行對比分析,從而表明該評價方法是可行的,同時也為我國制定礦業城市可持續發展策略提供科學指導。

能值理論;指標體系;礦業城市;可持續發展

礦業城市作為我國一種特殊的城市類型,是隨著資源開發而興起的城市,其主要職能是開采礦業以及在此基礎上的加工產業,對我國經濟建設做出了巨大的貢獻。根據其依賴的資源隸屬不同,可將礦業城市分為油氣類、煤炭類、非金屬、有色類、化工類及冶金類等。據中國礦業網—中國礦業城市基礎數據庫統計,我國共有大小礦業城市近400座。如何通過構建科學合理的評價方法對礦業城市的發展程度進行分析對比,進而指導礦業城市的發展,一直是學者們研究和關注的問題。傳統的評價方法如模糊綜合評價、層次分析評價、神經網絡等方法[1-5],涉及到指標選擇、方法參數的設置以及權數設定等問題,且礦業城市種類不同所采用的計量指標有其自身特點,制約了這些方法的使用。本文運用能值分析理論,廣泛地涵蓋了反映各種不同類型礦業城市發展程度的指標,通過轉換為能值指標來進行分析,在分析方法中,避免了權數的設定,規避了人的主觀性,能科學合理地反映礦業城市的發展水平,進而利用能值指標值進行對比分析。通過收集整理2006年中國典型礦業城市統計數據,構建礦業城市發展程度能值指標體系,運用能值理論計算礦業城市能值指標值,對礦業城市之間及其與其他區域的能值指標值進行對比分析,實現了對不同礦業城市之間及其與其他區域之間的比較,從而為礦業城市的發展提供參考。

1 基本理論及分析步驟

1.1 能值分析理論

能值理論[6-7]是由著名生態學家、能量分析學家H.T.Odum于上世紀70年代提出的能量價值學說,經過不斷的發展完善,成為廣泛采用的評價方法之一。能值是一種基于生物物理原理的生態經濟評價方法,以能量定律、系統學及系統生態學為基礎,將生態系統和經濟系統的各種形式的能量轉換為太陽能來進行評價,從而達到對自然系統和經濟系統的資源、服務和商品的價值進行定量分析,提供了一種可以對不同種類、各種能量(能量流、物質流、經濟流、信息流)的共同衡量尺度和評價標準,其單位為太陽能焦耳(Solar Emjoules,縮寫為sej),能值分析的基本概念包括:

(1)能值:指流動或貯存的能量中所包含的另一類別能量的數量。在能值分析過程中主要是以太陽能值(Solar Energy)來衡量某一能量的能值大小,其單位為太陽能焦耳(Solar Energy,即sej)。換言之,某種資源、產品或勞務的能值,就是其形成過程中直接或間接應用的太陽能焦耳總量。

(2)能值轉換率:指形成每單位物質或能量所含有的另一種能量之量。在能值分析中常用太陽能值轉換率,即形成每單位物質或能量所含有的太陽能之量,單位為sej/J或sej/g。能值轉換率是衡量能量的能質等級的指標。H.T.Odum和合作者從地球系統和生態經濟角度換算出自然界和人類社會主要能量類型的太陽能值轉換率,可用于大系統如國家、區域、城市系統的能值分析。根據各種資源(物質、能量)相應的太陽能值轉換率,可將不同類別能量(J)或物質(g)轉換為統一度量的能值單位(sej),以便進行統一度量。

(3)能值/貨幣比率:指當年該國家(或地區)全年總應用能值與該國(或地區)國民生產總值(G NP)之比。能值/貨幣比率反映了總應用能值與國民生產總值的比例關系,其比值大小,反映了貨幣購買力的高低。能值/貨幣比率高,代表單位貨幣所換取的能值財富多,表示在生產過程中使用的自然資源所占的比重大;反之,能值/貨幣比率小的國家(或地區),其自然資源對經濟成長的貢獻較小,科技發達,說明該地區的開發程度較大。

(4)能值—貨幣價值:是指將生態系統或生態經濟系統物質和能量的能值折算成貨幣,相當于多少幣值,也稱為宏觀經濟價值,其折算的方法是能值除以當年能值/貨幣比率,這種方法可以增強不同國家或地區之間的可比性,一般是以美元為單位。能值貨幣價值反映某一產品的實際價值,包括凝結在產品中的人類勞動和環境資源的價值。

由于能值分析理論能夠提供一種衡量和比較各種不同種類、不同等級能量的統一尺度和標準,經過不斷完善和發展,能值評價理論已經被運用到各個領域。如濕地生態系統[8-9]、環境經濟系統[10-11]、區域經濟系統[12-13]、城市生態評價[14-15]等方面,對其發展現狀和可持續性進行對比分析,為實現社會健康和諧的可持續發展提供了有利的參考作用。

1.2 礦業城市發展程度的能值評價指標體系構建

根據H.T.Odum提出的能量分析的各項指標,結合中國礦業城市發展實踐,構建了礦業城市發展程度的能值評價指標體系,如表1所示。

1.3 礦業城市發展程度的能值分析步驟

根據H.T.Odum提出的能值分析一般步驟,結合礦業城市的實際情況,制定礦業城市發展能值分析具體步驟,如下:

(1)基礎資料的收集:收集所研究礦業城市的自然地理及經濟資料。數據來源于中國城市統計年鑒2007、各相關省市統計年鑒2007、各相關省市2006年國民經濟和社會發展公告、各省市統計局網站以及中國礦業網站等權威機構;

(2)礦業城市系統的能量流動分析:包括確定礦業城市系統的邊界,確定系統的主要能量來源以及確定系統的主要成分等;

(3)能量分析表編制:能量分析表包括資源類別、資源流動量、太陽能值轉換率、太陽能值以及宏觀經濟價值等項目,進而通過能值轉換計算,實現了將各類資源換算為統一的能值單位;

表1 礦業城市能值發展評價指標體系Tab.1 Emergy indices of development appraisal for mining cities

(4)以礦業城市發展能值評價指標體系為基礎,對上述計算結果進行整合,計算出各礦業城市的能值指標數值,分析其發展情況;

(5)綜合分析和參考建議:通過對上述指標值進行橫向比較,發現礦業城市發展趨勢,與其他區域能值指標進行對比分析,制定可行的經濟社會發展策略,指導我國礦業城市的健康和諧發展。

2 中國礦業城市發展程度分析實例

2.1 分析實例

根據1.3礦業城市發展程度評價的能值分析步驟,計算中國礦業城市能值指標值,如表2所示。

2.2 計算結果分析

利用表2計算結果計算各類型礦業城市的能值指標平均值及總體平均值,如表3所示。從表中可以看出煤炭類與有色類城市的能值利用強度較低,油氣類、冶金類以及綜合類城市的人均能值利用強度要高于平均指標,綜合類城市能值利用強度要高于其他城市。煤炭與有色礦開采對環境危害較大,故其環境能值/萬人民幣指標與廢棄物占總能值比率較高,在今后發展過程中應做好環境規劃,避免由于開采礦產而造成的環境破壞以及次生災害的發生;在人均不可更新能值消耗比例方面,冶金類遠高于其他類型礦業城市和平均指標,這與其工藝生產消耗大量不可更新資源有密切關系。未來發展要通過改善生產工藝,提高能源的利用程度,降低不可更新能源消耗,構建科技含量高、低消耗能源的可持續發展模式。

進一步從以下幾個方面對礦業城市主要能值指標計算結果進行分析對比。

(1)能值使用結構分析。城市生態經濟系統能值使用結構一定程度上體現了其生命支持系統的穩定性和安全性,也決定了城市的發展方向和水平。由計算結果可以看到,礦業城市總的應用能值中,系統不可更新能源產品能值占很大一部分比例。而經過長期開發,礦業城市面臨著資源枯竭,資源結構調整是其發展面臨的一個重要課題。從地理分布來看,絕大部分礦業城市地理位置相對偏僻,如東三省礦業城市、山西北部礦業城市、新疆礦業城市以及沿海礦業城市,風能資源豐富,而對其開發卻極為緩慢,為調整資源結構,這些礦業城市應大力發展風力資源;根據分析得知,在甘肅石嘴山、山西大同、朔州、內蒙古包頭與烏海等地區,由于全年日照時數時間較長,蘊含著大量的太陽能資源,應及早大力開發;在部分沿海礦業城市,如東營,應大力發展漁業資源及利用海洋能,實現產業結構優化等。

表2 不同類型礦業城市能值指標對比Tab.2 Emergy indices contrast for varied type of mining cities

簡言之,礦業城市應在現有基礎上,積極主動開發風能、太陽能、海洋能等清潔能源,促進資源結構調整,不能僅靠開發資源維持經濟社會發展,應實行環境友好的和諧社會發展。

(2)能值利用強度。能值使用強度體現了單位面積的能值流動情況,可以看出礦業城市的能值使用的集約情形。經濟發達國家或地區,其經濟活動頻繁,能值使用強度必然很高,如2001年意大利、瑞典、中國澳門、廣州能值利用強度已分別達到6.86×1012sej/m2,8.99×1012sej/m2,8.05×1012sej/m2,4.33×1012sej/m2,礦業類城市在2006年平均能值利用強度只有1.25×1012sej/m2,遠低于過于發達國家及地區。能值利用強度指標較低,與發達國家或地區相差較大,說明其城市化水平較低,應加強地區區域協調發展,促進社會協調發展,提高礦業城市的城市化水平和經濟發展水平。

(3)能值貨幣比率。能值貨幣比率體現了一個地區的經濟發達程度,其值越高,代表單位貨幣購買的能值財富較多,經濟發展程度較低;能值貨幣比率低,表明資源對經濟增長貢獻較小,表示該地區開發程度大。美國、日本、前西德、意大利和荷蘭等國的能值貨幣比率均在2.66×1012sej/以下,而礦業城市的能值貨幣比率大多維持在5×1012sej/S以上,表明了其經濟總量還不夠大,經濟發展耗費的資源較多,經濟發展水平較低。

(4)電力消耗能值比率。電能是高質量的能量,電能的使用可以反映一個國家或地區的開發程度和人民生活水平。2000年美國電力消耗能值比率已達到20%,印度為10%,江蘇為20.8%,浙江為21.8%,而大部分礦業城市電力能值消耗比例遠低于20%,說明其工業化程度較差,仍有待發展。

(5)三次產業人均能值對比。從三次產業人均能值對比分析得知,大部分礦業城市第一產業(農林牧漁等)與第三產業(服務業)人均能值基本持平,但其遠低于第二產業(工業)人均能值,說明工業在礦業城市中占很大比例,礦業城市的資源依賴較強,應大力發展第三產業,改善調整

產業結構,促進經濟協調發展。

表3 中國礦業城市能值指標Tab.3 Emergy indices of mining cities of China

(6)人均科技發展能值分析。科技是第一生產力。從科技教育投入比例來看,礦業城市科教投入不如G DP總值的5%,人均科技發展能值遠遠低于系統人均能值利用量。其主要原因包括礦城一般地理位置偏僻,其擁有的教育機構(如高等院校、研究機構)較少以及其對教育重視程度不夠。部分礦業城市如阜新、東營等,在其發展過程中,建立了一些與地區資源相關性強的高等院校,這些礦業城市應加大對其區域內教育科研機構的科教投入,促進產學研結合,更好地發揮科技在生產中的作用。其他礦業城市應積極主動,通過多種途徑,如聯合高校等科研機構建立工業孵化園,提供政策便利,鼓勵科研機構落戶,加大對基礎教育投入,形成共贏的局面,實現科技強市。

(7)系統的環境承載力分析。礦業城市在其發展過程不可避免地對環境造成了嚴重的損害。每萬元G DP的環境能值較高,遠高于非資源性城市。這與礦業城市的生產結構有著直接聯系,其以資源開發及加工業為主,造成了大量的工業垃圾(廢水、廢棄、廢物)。從廢棄物占能值比例分析得知,煤炭類城市產生的廢棄物較多。長期以來,資源的粗放型開采,對環境造成了很大的負荷,遺留下許多生態環境問題。今后要進一步控制工業垃圾排放,加大治理,通過先進的科技手段變廢為寶,降低廢棄物對環境的影響。

3 結 論

本文運用能值分析理論,在能值分析基本指標的基礎上,構建了人均能值利用量、電力消耗能值/系統總能值、環境能值/萬人民幣G DP和各種人均能值指標等,與原有指標構成了礦業城市能值發展評價指標體系,綜合分析了中國礦業城市的發展程度,通過礦業城市間以及與其他區域時間能值指標值的對比分析,得出如下結論:礦業城市資源豐富,具有較大的能值資源,但大多數礦城依靠資源發展經濟,致使其能值貨幣比率較大,經濟發展對資源的依賴程度較高,屬于高資源消耗型、粗放型發展的經濟模式;能值利用強度低于其他區域,城市化水平有待提高;同發達國家地區相比,其貨幣能值比率較高,經濟發展中的能耗較大,應加強資源利用效率;礦業城市產業發展不協調,人均第三產業能值偏低,要通過采取相關措施,加強第三產業的發展,促進經濟協調發展;要從建設環境友好型城市的角度出發,利用先進的技術手段,對城市環境進行治理,提高城市的環境承載力。此外還要加強科技教育投入,推進科技創新,采取有效措施,培養和聚集高素質的科技人才、管理人才和精英人才,提高礦業城市的科技含量等。

能值理論作為生態學和經濟學理論的集成,具有較廣的應用領域。應用能值評價理論可以分析任何經濟系統,定量分析資源環境和社會經濟活動的真實價值,在不同類型的區域間進行對比分析,對資源的科學評價和合理利用、經濟發展方針的制定,實現區域經濟社會的和諧發展,具有重要的意義。

本文運用系統分析理論,構建了反映礦業城市發展程度的能值指標體系,通過能值計算,將反映各礦業城市發展程度的指標值轉換為統一的能值指標值,實現了不同礦業城市之間發展程度的量化對比分析,驗證了該方法在礦業城市發展評價分析運用的可行性,解決了運用傳統方法的權數設定易主觀性和不同類型礦業城市由于指標不同而不易比較的問題,為礦業城市發展評價提供了一種新的方法。雖然Odum和其同仁已研究了自然界和人類社會主要能量和物質的能值轉換率,但人類經濟產品的能值轉換率受地區、生產水平及效益等因素影響而不同。因此,如何建立更加科學合理的能值評價指標體系,確定科學合理的能值轉換率等問題,以此對礦業城市之間以及與其他區域進行橫向縱向比較,進而更加有效指導礦業城市可持續發展,是進一步研究的重點。

(編輯:溫武軍)

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AbstractMining cities are integral parts of cities of China.The development degree of mining cities is always one of the hotspots in the field of sustainable development of mining industry.It is important for how to establish the rational appraisal method and index system,and to make appraisal and analysis of development of mining cities.Based on emergy theory,the method,basic analysis steps and indices are introduced into the field of sustainable development of mining cities.Then the analysis method of sustainable development for mining cities is put forward and the analysis steps are build up.Firstly the appraisal emergy index systemfor mining cityof China is set up basedon the systematic analysis of mining cities,and then development of different types of mining cities and different regions are compared and analyzed.It is effective to solve the problem that different mining cities can't be appraised using traditional methods.Lastly,by collecting the data of mining cities of China in 2006,using the emergy analysis method,the article calculated the emergy indices values and the development degree of mining cities is comparatively analyzed.The results show that the appraisal method is feasible.Meantime,the scientific reference idea is provided for the development of mining cities of China.

Key wordsemergy theory;index system;mining city;sustainable development

Analysis on Development Degree of Mining Cities of China Based on Emergy Theory

CAO Zhi-guo ZHAO Yi-qing YUAN Feng LI Cui-ping
(University of Science and Technology(Beijing),the Ministry of Education Key Laboratory of High Efficiency Mining and Safety for Metal Mines,Beijing 100083,China)

F062.2

A

1002-2104(2010)03-0056-06

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.03.011

2009-10-27

曹志國,博士生,主要研究方向為礦業系統工程。