基于系統動力學的港口對區域經濟發展的影響研究

趙黎明，肖麗麗

(天津大學管理與經濟學部，天津 300072)

基于系統動力學的港口對區域經濟發展的影響研究

趙黎明，肖麗麗

(天津大學管理與經濟學部，天津 300072)

充分考慮并量化了港口對自然資源的消耗和對環境質量的影響，運用系統動力學方法構建港口經濟貢獻模型，并將其應用于天津港對天津市經濟貢獻的分析之中。通過基本模擬與政策模擬，對天津港2020年之前的發展狀況進行了預測和分析，并提出加強環境保護與資源節約以促進港口可持續發展的建議。

系統動力學;港口經濟貢獻;仿真模擬;港口;政策模擬

十八大報告指出:在面對環境污染嚴重、資源約束趨緊、生態系統退化的嚴峻形勢，必須樹立順應自然、尊重自然、保護自然的生態文明理念。首次將生態文明建設與經濟建設、政治建設、社會建設、文化建設并列為“五位一體”，這正是生態文明建設被置于突出地位的大背景所在。因此各區域、各行業、各單位的發展必須把資源、環境、生態等問題擺在首要位置。

港口對所在城市經濟的貢獻一直是學術界討論的熱點。傳統上的港口經濟貢獻研究大多只考慮了港口對城市經濟發展的正面影響，忽略了港口對資源環境等方面的負面影響，沒有綜合、全面地評價港口對城市的貢獻。近些年，也有一些研究港口對城市環境影響的文獻，如王曉春［1］的《港口污染問題與對策》、姚榮等［2］的《綠色生態港口簡析》、彭世銀［3］的《海岸與河口的開發對生態環境的影響與對策》、袁旭梅和華艷［4］的《基于系統動力學的港城系統發展研究》、徐伯海［5］的《綠色港口的規劃與布局》、梁佩晰［6］的《港口的環境保護與可持續性發展》。但環境和資源的消耗對港口經濟貢獻的定量研究還比較少、欠深入。因此，需要以“綠色”理念為指導，深入、系統、全面地研究港口對城市的經濟貢獻，以期尋求港口和城市發展之間的總體平衡，從而實現港口與城市間全面、協調、可持續發展。

本文充分考慮資源與環境的影響，特引入“港口經濟消耗率”(港口經濟消耗/GDP總量)變量。港口經濟消耗主要包括港口水資源能源消耗費用、土地及海域資源費用、環境污染治理費用及新增環保設施總投資。正常核算下港口經濟貢獻扣除港口經濟消耗率，得到綠色港口經濟貢獻率。所謂綠色貢獻率，是指在“綠色”理念的指導下，把由于港口經營等經濟活動對自然資源的消耗和環境質量退化納入核算范圍，也就是量化港口對自然資源的消耗和對環境質量影響，并將其從港口對城市的經濟貢獻中扣除［7］。以“綠色”理念為指導，研究港口對城市的經濟貢獻，對全面、準確地研究港口對城市的影響程度具有重要意義。

1 系統構成

從系統的角度看，港城系統由港口、區域經濟、臨港產業、資源與環境4個子系統構成。各子系統相互作用、相互約束、相互耦合，形成具有地域特色和特定結構、功能開放的復雜港城系統。

港口子系統對區域經濟的發展起著重要作用。港口是所有生產活動的總和，包括港口基礎設施及其提供的港口吞吐能力、裝卸能力等，同時也包括港口所提供的一些港口服務，如港口自我投資建設能力、港口處理與獲利能力及對相關產業的影響［8］。港口作為區域與外界連接的重要節點為區域經濟的發展提供了重要的原材料，為國民經濟發展提供了有力保障;同時，港口子系統消耗了區域內的人力、物力、自然資源等，根據自身發展狀況的不同對當地經濟產生正面或負面的影響。

區域經濟子系統是人類利用資源與環境子系統提供的資源進行生產、分配和消費活動的系統［8］。區域經濟發展為港口建設提供了必要的投資、貨源與勞動力，通過這3個因素對港口生產活動產生影響。然而，區域經濟的快速發展與港口及港口所連接的陸上交通密不可分，其對港口功能建設提出了質與量的要求。

臨港產業子系統是依托港口而存在的特殊產業系統，是港口經濟區別于其他經濟增長的代表［8］。臨港產業的出現會促進港口經濟向更高的層次發展。隨著臨港工業園的出現，臨港制造業興起，勢必會拉動配套產業的高需求，從而刺激區域經濟發展。

資源與環境子系統為區域內一切經濟活動提供了最基本的支持，是城市經濟活動的支撐系統，其承載能力必須與城市經濟活動所產生的對環境壓力和資源壓力相適應，才能保證城市經濟活動的順利進行和城市社會的持續發展。一方面促進了港口對區域經濟的貢獻;另一方面，港口的發展勢必會消耗資源，并對環境產生水、土地占用等污染，同時也抑制了港口自身規模建設，降低了區域吸引力，限制了區域經濟發展。

港口是以港航及相關產業為核心的產業經濟，故以上各個子系統是相輔相成、相互影響的。港口子系統的有利條件促進了港航及相關服務業、臨港產業的發展，尤其是依托了海洋資源、海洋運輸的臨海工業及商貿的發展，而臨港產業的發展必然帶動區域內經濟的發展，經濟高速增長又很好地支撐了港口的建設與發展。可見，一個區域內港口經濟的可持續發展是港口功能、區域經濟、臨港產業等眾多子系統相互作用、協調優化的結果［9］。

2 港口經濟貢獻的系統動力學模型

2.1 因果關系圖

系統動力學模型的基本結構為反饋結構。這種反饋結構建立在因果關系圖中，下面為各子系統詳細的因果分析圖:

1)港口子系統(圖1)。港口吞吐量的增加能拉動GDP的增加，提高區域經濟的GDP總量。主要表現在:一方面加大對港口的固定資產投資力度，提高港口通過能力，增加港口的吞吐量;另一方面吸引更多的外資，提高對外貿易總額，從而促進港口吞吐量的增加。同時，港口吞吐量的增加造成港口壓力的增大，因此需要通過增大固定資產投資來擴大港口的基礎設施，提高港口通過能力，增加港口的吞吐量。

圖1 港口子系統的因果關系反饋圖

2)區域經濟子系統(圖2)。其一，GDP總量的增加提升了城市的綜合競爭力，從而吸引更多的外資投入，增加對外貿易總額。一方面，對外貿易總額的增加會帶來更大的港口需求，推動港口生產的發展，增加港口的吞吐能力，港口吞吐能力的增加勢必增加港口收入，從而促進城市GDP的增加;另一方面，對外貿易總額的增加在促進港口需求增加的同時也增加了港口負荷，易造成貨物積壓等問題，對經濟發展造成阻礙，形成一條負反饋回路。其二，港口吞吐能力的增加，可以擴大港口相關產業的就業、增加勞動者的收入、刺激消費、提高GDP總值，進而增加政府稅收，提高港口相關的固定資產投資額，從而增加港口吞吐量。而固定資產投資的增加會進一步促進消費額的增長，形成良性循環。

圖2 區域經濟子系統的因果關系反饋圖

3)臨港產業子系統(圖3)。港口吞吐能力的提高會促進經濟發展，經濟發展到一定階段使發展臨港產業具備了一定的條件，臨港工業園區將開始出現，從而臨港制造業接踵而至，而臨港制造業的發展必然會拉動配套產業的高需求，再次刺激當地經濟的發展。同時區域GDP的增長使港口吞吐量增長，從而促進就業、增加收入、刺激消費，進一步促進了當地經濟的發展。

圖3 臨港產業子系統的因果關系反饋圖

4)資源與環境子系統(圖4)。港口吞吐量的增長將使水資源、土地及海域資源等自然資源減少，同時導致港口環境污染量增加，勢必增加自然資源費用與環境治理費用，占用了本可以用于港口自身投資的那部分，使港口自身投資減少，建設資金減少，從而限制港口通過能力的增長，增加了港口的壓力，限制了吞吐量的增長，形成一條負反饋回路。

圖4 資源環境子系統的因果關系反饋圖

2.2 流圖設計

根據以上因果反饋關系圖的詳細分析，利用系統動力學Vensim軟件建立港口的經濟貢獻模型，如圖5所示。

模型的核心是確定各子系統的積累變量、流速變量、輔助變量及由它們組成的結構。在本模型中，GDP、吞吐量、港口通過能力、固定資產投資、港口壓力、環境壓力、資源壓力為模型的積累變量，是反饋環節的積累變量;GDP增長率、通過能力增加值、固定資產增加值、港口壓力增加值、資源壓力增加值、環境壓力增加值、吞吐量增加量、吞吐量減少量為速率變量;港口綠色經濟貢獻、港口經濟貢獻率、港口經濟消耗率、港口創造GDP、港口消耗GDP、第一產業增加值、第二產業增加值、第三產業增加值、環境污染治理費用、水資源能源消耗費、土地及海域資源費用、新增環保設施總投資、環保設施投資系數、環境壓力變化度等為輔助變量。

圖5 港口的經濟貢獻模型

2.3 流圖設計

1)GDP=INTEG(+GDP增加值，1701.88);

2)吞吐量減少系數=正常港口吞吐量減少系數×港口壓力對吞吐量減少影響;

3)吞吐量增長系數=正常吞吐量增長系數×通過能力對吞吐量影響×對外貿易對港口吞吐量的影響;

4)固定資產投資系數=正常固定資產投資系數×港口壓力對固定資產投資影響×港口壓力變化度;

5)對外貿易額=GDP×對外貿易依存度;

6)建設資金=固定資產投資+自身投資;

7)新增環保設施總投資=港口收入×環保設施投資系數;

8)港口業增加值 =港口收入 －固定資產折舊;

9)港口創造GDP=港口業增加值+第一產業增加值+第三產業增加值+第二產業增加值;

10)港口壓力=INTEG(+港口壓力增加值，1);

11)通過能力與建設資金系數 =17.359－RAMP(0.29，2006，2010)－RAMP(0.04，2010，2020);

12)港口經濟貢獻率=港口創造GDP/GDP×100;

13)港口消耗GDP=土地及海域資源費用+新增環保設施總投資+水資源能源消耗費用+環境污染治理費用;

14)港口綠色經濟貢獻率=港口經濟貢獻率－港口經濟消耗率;

15)環境壓力=INTEG(+環境壓力增加值，1);

16)港口經濟消耗率=港口消耗GDP/GDP× 100;

17)通過能力增加值=建設資金×通過能力與建設資金系數。

3 模型在天津港的應用

本文選取了天津港2000—2010年間的數據進行實證研究。一方面檢驗模型的有效性，另一方面進行仿真模擬。模擬起止時間為 2000—2020年。

首先利用EViews軟件確定模型中的參數，其次分別對模型進行有效性檢驗，最后對模型仿真運行結果進行分析，并進行政策模擬為經濟發展提出建議。

3.1 模型有效性檢驗

為了檢驗模型的有效性，現將其基本模擬運行后的結果與2000—2010年的實際數值進行比較分析。

可見，本模型中的國內生產總值(GDP)和港口吞吐量的仿真結果與實際結果相比平均誤差小于5%。因此，此仿真模型具有一定的可行性和有效性，能較好地模擬天津港的發展情況。

3.2 仿真方案設計

運用此模型對天津港的發展問題進行仿真模擬，可分為基本模擬和政策模擬。針對政策模擬，本文設計以下3種方案:

方案1 對正常環境壓力增加系數加一個斜坡函數RAMP(0.01，2010，2020)，表示在2010—2020年期間港口的環境壓力增加系數在原來的基礎上逐漸增加為原來的2倍，以此來分析模型中環境壓力對各個參數的影響。

方案2 隨著我國社會經濟發展步伐的加快，可持續發展的理念深入人心，全社會越來越注重資源節約、環境保護，因此節能減排已成為社會經濟發展的準則。為更好地計量港口實施節能減排對區域經濟的影響效果，特對模型中的水資源及能源消耗系數加一個斜坡函數RAMP(0.000 013 886，2010，2020)，表示在2010—2020年期間水資源及能源消耗系數逐漸降為原來的1/2;同時對環境污染治理系數增加一個斜坡函數－RAMP(0.000 011 869，2010，2020)，表示在2010—2020年期間環境污染產生系數逐漸降為原來的1/2，以此來共同模擬港口節能減排后引起的其他變量的變化。

表1 2000—2010年模型主要變量仿真結果與實際結果對比表

方案3 為保證港口的可持續發展，在實施節能減排的同時也要擴大港口環保設施的投資。為更好地對比節能減排與增加環保設施投資2種政策的作用效果，將正常環保設施投資系數增加一個斜坡函數RAMP(0.000 1，2010，2020)，表示2010—2020年期間，環保設施投資在原來的基礎上逐漸增加為原來的2倍。

3.3 仿真運行結果與分析

3.3.1 基本模擬結果

模擬結果如圖6～8所示。從基本模擬可以看出:2020年，天津港的吞吐量將達到9.5億噸，港口收入265億元，天津市GDP將達5.5萬億元，環境資源消耗總費用將達730億元。港口綠色經濟貢獻率如圖8所示，自2006年起有了明顯的下滑趨勢，至2020年將達0.602 5。造成這種結果的原因是:一方面由于自2008年起，航運業開始呈現下滑趨勢，航運業的不景氣給區域經濟發展帶來了一定的負面影響，外加其他產業經濟加劇，導致港口的經濟貢獻率降低;另一方面隨著區域經濟發展，區域內產業競爭必然越來越大。對最初圍繞港口而建的沿海城市而言，港口經濟在區域經濟的比重呈下降趨勢，從而對城市經濟的貢獻也越來越小，同時也表明天津市的綜合競爭力在增強。2020年新增環保設施總投資14億，環境治理費用為11億，環境壓力將達2.18(2000年為1)，環境治理需要資金較大、壓力較大，這無疑將給港口的發展帶來更大的挑戰。

圖6 港口吞吐量模擬結果

圖7 GDP模擬結果

圖8 港口綠色經濟貢獻率模擬結果

3.3.2 政策模擬結果

1)隨著經濟社會的發展，生產所積累的污染物逐漸增多，人們對環境質量的要求越來越高，港口的環境壓力也越來越大，從而導致環境投資、資源消耗總費用增多，經濟貢獻率降低。因此，在港口發展的過程中一定要注重環境保護，盡量減少環境污染物排放量，提高單位環境資源消耗帶來的經濟貢獻，從而保證港口的“綠色”可持續發展。

2)由方案2和方案3的模擬結果可以看出:節能減排和增加環保設施投資都可以提高綠色港口的經濟貢獻率。但由圖9可知:節能減排的影響大于環保設施投資所帶來的影響。因此，隨著社會經濟逐漸發展，環境日益脆弱，資源日益稀缺，天津港在大量投入高效污染處理設施的同時，更應該注意資源的節約，提高能源的利用效率，做好能源的綜合利用，節約水資源，引進清潔能源，改善作業工藝，減少環境污染物的排放量。

圖9 4種方案的港口綠色經濟貢獻率對比曲線

4 結束語

本文充分考慮了港口對城市發展的正、負面效應，通過對港口、區域經濟、資源環境、臨港產業4個子系統之間的內部結構及相互關系，運用系統動力學構建了港口經濟貢獻模型。以天津港為例進行案例研究，并以此驗證模型的有效性。檢驗表明:此模型可以很好地模擬港口與城市經濟的運行，縱向模擬港口經濟各項指標以及相關政策的調整。從仿真模型運行結果及數據的綜合分析可以得出:為保證港口的“綠色”可持續發展，在港口經營政策上，實施節能減排比單方面擴大環保設施投資的實施效果更好，更能提高港口的“綠色經濟貢獻率”。因此，在港口未來的發展中應充分考慮資源與環境的約束力，加強環境保護與資源節約的理念。通過環保投資渠道的多元化、環境治理力量的多元化，充分吸收社會資金參與環保設施建設，使港口和城市形成協調、可持續發展的狀態。

［1］ 王曉春.港口污染問題與對策［J］.黑龍江環境通報，2005(3):81－90.

［2］ 姚榮，陳曉峰，張娜.綠色生態港口簡析［J］.人民長江，2003(5):28－30.

［3］ 彭世銀.海岸與河口的開發對生態環境的影響與對策［J］.科技進步與決策，2002(1):42－43.

［4］ 袁旭梅，華艷.基于系統動力學的港城系統發展研究［J］.科技管理研究，2009(12):184－186.

［5］ 徐伯海.綠色港口的規劃與布局［J］.中國水運，2007 (4):12－13.

［6］ 梁佩晰.港口的環境保護與可持續性發展［J］.珠江水運，2006(8):32－34.

［7］ 趙偉娜，王諾.港口對城市的綠色經濟貢獻率［J］.水運管理，2007(10):10－13.

［8］ 侯劍.基于系統動力學的港口經濟可持續發展［J］.系統工程理論與實踐，2010(1):56－61.

［9］ Yochum G R.Static and changing port economic impacts［J］.Maritime Policy Management，1998(2):25－31.

(責任編輯 劉 舸)

Port Impact Studies on Regional Economic Development Based on System Dynamics

ZHAO Li－ming，XIAO Li－li
(School of Management and Economy，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Taking account of and quantifying the consumption of natural resources and the impact of environmental quality，we built the model of the port economic contribution based on the system dynamics.And the model was applied to the Tianjin port.Through the basic and policy simulation，we analyzed and predicted the development of the Tianjin Port before 2020 to promote the sustainable development of port.

system dynamics;the port economic contribution;simulation;port;policy simulation

O21;F015

A

1674－8425(2014)07－0116－07

10.3969/j.issn.1674－8425(z).2014.07.023

2013－09－06

趙黎明(1951—)，男，北京人，博士，教授，主要從事區域經濟研究、技術經濟及管理、企業戰略研究方面的研究;通訊作者肖麗麗(1988—)，女，天津人，碩士，主要從事區域經濟研究，技術經濟及管理、企業戰略研究方面的研究。

趙黎明，肖麗麗.基于系統動力學的港口對區域經濟發展的影響研究［J］.重慶理工大學學報:自然科學版，2014(7):116－122.

format:ZHAO Li－ming，XIAO Li－li.Port Impact Studies on Regional Economic Development Based on System Dynamics［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(7):116－122.