河南省環境經濟協調發展路徑選擇

李新杰

(1.中原工學院;2.河南省系統與工業工程技術研究中心,鄭州450007)

河南省環境經濟協調發展路徑選擇

李新杰1,2

(1.中原工學院;2.河南省系統與工業工程技術研究中心,鄭州450007)

文章通過對河南省環境、經濟及人口科技三者之間的相互關聯及其內在機制的研究,創建了環境經濟系統動力學仿真模型,對河南省現行的環境經濟發展模式進行了動態仿真和預測分析;在仿真結果的基礎上,分析了河南省在經濟高效、環境保護和環境一經濟協調三種模式12種不同發展路徑下的環境經濟的演化結果,并通過DEA模型和變異系數協調度評價模型對不同發展路徑下的河南省環境經濟效率和協調發展度進行評價。

系統動力學;DEA;協調發展路徑

0 引言

目前,作為中原城市群經濟隆起帶的主體,河南省在經濟發展過程中遭遇了能源緊缺、環境退化等發展瓶頸,老舊的、以犧牲生態環境為代價的、無視資源節約的、粗放型的發展模式早已與當前社會追求的“環境和諧、綠色低碳”的協調發展主題相悖。迫切需要探尋是適合河南省環境-經濟和諧發展的路徑和模式,這也是人、自然、經濟社會可持續發展的重要保障。

本文通過分析影響區域環境經濟協調發展的關鍵因素,構建區域環境經濟SD模型,可以對河南省環境經濟系統不同的發展模式進行仿真模擬。環境經濟系統協調發展要求環境和經濟在演化過程中協同演化。區域環境經濟的協同發展,意味著可以用較少的資源消耗和環境代價獲得最大的經濟產出,因此可以把資源、環境作為系統的輸入,把經濟增長作為輸出,用系統的投入產出有效性來衡量協調發展程度[1,2]。將系統動力學模型(SD)和數據包絡分析法(DEA)結合起來對環境經濟系統協調發展路徑進行仿真模擬和優化評價,可以充分發揮政策的調控作用,促進河南省環境經濟協調發展。

1 環境經濟系統動力學模型的構建及基本行為仿真

1.1環境經濟系統動力學模型的構建

通過對區域環境經濟復合系統邊界的界定,本文討論的環境經濟系統是由以下三個子系統組成:經濟、環境以及人口科技輔助系統,其中的環境主要指生態環境,人口科技輔助系統則作為承擔其他兩個子系統之間的信息、物質和能量相互交流和相互作用的中介角色,因此本研究將人口和科技作為輔助系統納入到環境經濟復合系統之中。確定環境經濟系統各要素因果關系如圖1所示。

圖1 河南省環境經濟系統因果關系反饋圖

通過對河南省環境經濟系統要素間的因果關系分析,分別確定各子系統的水平變量、速率變量和輔助變量,構建各子系統的系統動力學模型。經濟子系統:分別將第一產業、第二產業和第三產業的固定資產值作為水平變量;分別第一產業、第二產業和第三產業的固定資產投資值、固定資產折舊作為速率變量;分別將國民生產總值、環保投資、財政收入、R&D投資值等作為輔助變量;將生產性投資系數、固定資產投資系數等作為常變量。環境子系統:本研究中的環境污染物主要指污水、廢氣和固體廢物,也是文章中的環境系統中的三個子系統主要劃分依據。隨著河南省的農業生產性結構調整步伐的加大和城鎮化率的調高,考慮到除了工業排放的污染物以外,居民生活污染和農業污染存量也急劇增加。本文將環境污染分為工業污染和生活污染,具體到每個子系統又分為工業污染和生活污染。環境系統將廢氣存量、廢水存量和固體污染物作為水平變量,分別將廢氣、廢氣和固體廢物的產生量和處理量作為速率變量,SO2產生量、機動車尾氣產生量、“三廢”自然凈化量等作為輔助變量,將“三廢”自然凈化率、環保投資系數、單位污染物的處理成本等變量作為長變量。然后根據各子系統和系統要素之間的關系確立環境經濟系統DYNAMO方程。

1.2 系統動力學模型檢驗及基本行為仿真

(1)環境經濟系統動力學模型檢驗

仿真系統來源于現實系統,是現實系統的簡化和提煉,仿真系統與現實系統不可能完全一致。因此在運行模型前有必要對模型進行誤差和有效性進行分析。由于本研究所構建的環境經濟系統動力學模型較大,構成元素較多,且復合系統及各子系統間存在多個回路。根據研究目的和現實需求,在進行誤差和有效性分析時主要對模型中的人口數量、國民生產總值、工農業產值以及工業煙(粉)塵排放等幾個關鍵變量進行歷史檢驗,檢驗區間為2005—2013年,時間跨度9年。檢驗結果顯示模型仿真模擬值和歷史實際值之間的誤差在±10%以內,模型與現實系統的擬合度較高,說明仿真系統的基本結構能合理有效的反映河南省環境經濟系統的實際發展情況。

通過對本文所構建的河南省環境經濟復合系統SD模型的邊界檢查,模型邊界和實際系統基本一致。通過對河南省環境經濟系統的靈敏性檢驗,結果顯示:令部分參數取邊界值,代入模型仿真結果未出現不合理的結果;靈敏性檢驗證明了本模型有較好的魯棒性。

(2)河南省環境經濟基本行為仿真

對河南省的環境政策、經濟政策等基本行為進行仿真,令環境經濟復合系統的中的參數設置與現實情況保持一致,用vensim PLE對河南省環境經濟系統未來的發展情況進行仿真預測。在目前的環境、經濟政策下,在仿真區間內,國民生產總值和人均國民生產總值會以平均增速9.279%和10.407%的繼續保持增長態勢,但增速會逐漸放緩,到2030年兩者的增速均會降至5%左右。具體如圖2所示。

圖2 河南省GDP和人均GDP仿真曲線

經濟的高速增長,帶來了環境污染存量在自然界的激增。仿真曲線顯示:環境污染物在自然界的存量以每年13.16%速度遞增,到2030年環境污染物存量將會增加到251.93億噸。與2005年相比,在整個仿真區間內環境污染物存量將會增加將近17倍[3],如圖3所示。

圖3 河南省GDP和環境污染仿真曲線

圖4 河南省人口總量、自然增長量和勞動力仿真曲線

如圖4所示,從河南省人口自然增長量的仿真曲線發展來看,受現行計劃生生育政策影響,人口自然增長量逐年降低,環境污染與死亡率的相互關系致使人口自然增長量呈現下降趨勢。截止到2030年,河南省的總人口預計達到11825.2萬人,增長了12.16%,增幅不大;人口自然增長量的下降,使總人口和勞動力之間的差值加大,2012—2030年勞動力雖呈現出增長的趨勢,但增速較小,平均增速每年為0.775%。

從分析結果可知:目前河南省側重于發展第二產業,尤其是主導發展加工工業的經濟政策,在促進河南省經濟高速增長的同時,也帶來了環境污染物存量的激增;河南省現有的生態環境投資政策、科技投資政策下,政府在生態環境保護、治理,以及R&D方面的投資規模和投資強度較小,導致污染物處理技術發展緩慢,污染物產生量相對于處理量而言過大,使得工業所產生的污染物在自然界存量的大量積存;在現有人口政策下,勞動力比例逐漸減少,河南省作為人口大省的“勞動力紅利”逐漸消失,“老齡化”社會正提前到來,人口自然增長量的逐年下降和日益加大的勞動力缺口將會影響河南經濟未來的健康發展。

2 河南省環境-經濟協調發展路徑設計及情景模擬

2.1 河南省環境經濟協調發展路徑設計

目前,河南省以發展第二產業,尤其以發展為加工工業為主導的經濟政策,加劇了自然、社會的環境污染負擔。通過對環境經濟系統因果關系圖的研究,分析了處于主、次要反饋回路結點上的調控參數調控區間,本研究選擇以下參數作為調控變量:固定資產投資、環保投資占GDP比例、單位GDP污染物排放量以及單位污染物處理成本等作為調控變量,根據發展目標的不同側重點,進行優化組合,經過有針對性的組合后,形成了幾個具有不同側重方向的環境經濟發展方案(部分關鍵參數的設置見表1)。通過對不同環境經濟發展方案的模擬仿真,可以從中選擇出適合河南省環境經濟協調發展的路徑。

(1)經濟高效型發展方案,在原來發展方案的基礎上,偏重于區域的經濟發展,以調控經濟系統參數為主,其他參數調整為輔,側重加強經濟系統反饋環的作用。

(2)環境保護型發展方案,在現行發展模式基礎上,注重點向生態保護和生態環境質量的提高傾斜,以調控環境系統參數為主,其他參數調整為輔,側重加強環境系統反饋環的作用。

(3)環境-經濟協調型發展方案,在現行發展模式為基礎,力爭做到“經濟高速發展”和“生態環境保護”兩手抓,兩手都要硬。多策并舉,同時對環境、經濟和輔助系統中的模型參數進行優化、調整。

表1 不同發展路徑下SD模型部分關鍵參數取值

表1中所列的經濟高效型發展路徑,其的理論來源是道格拉斯生產函數,認為投資仍是拉動經濟增長的主要原因,勞動力和資本是實現區域GDP增長的主要要素;環保型發展方案以對環境污染的治理和保護為出發點,基于增加R&D投資可以提高環境污染物排放和處理的技術水平的假定設計的;環境-經濟協調型發展路徑是對以上兩種發展方案的良性組合,即通過對三個子系統模型參數的組合優化、調整,進而實現河南省環境經濟復合系統的協同、良性發展。

2.2 不同發展路徑的系統動力學仿真模擬

根據河南環境經濟發展的目標,選取人均國民生產總值、人均財政收入、森林覆蓋率、人均公共綠地等幾個重要參數來表征和研究不同發展路徑下的河南省環境經濟運行狀況:用人均國民生產總值來表征某一地區經濟發展規模和水平;考慮到對某些不發達地區,雖然有較高的投資量,但是財富積累較為薄弱,本文將用人均財政收入作為衡量地區經濟發展質量和社會財富的積累程度;學者們通常用環境污染、人均公共綠地面積和森林覆蓋等指標來衡量一個地區環境污染壓力的大小和生態環境質量的好壞。

從河南省環境經濟復合系統的系統動力學模型仿真模擬結果來看,各種方案對其所要改善的指標較現行方案都有明顯改進。從2030年的模型仿真結果來看:經濟指標表現優異的是H-J-4方案,其人均GDP和人均財政收入均領先與其他發展方案,2030年人均GDP高達20萬元,人均財政收入達7萬元。而在現行的發展方案下,2030年河南省的人均GDP為11.7萬元,財政收入僅4.11萬元,所有發展方案中最低;環境指標中:環境壓力指標環境污染物存量最少的是H-J-5方案,為222.492億噸,H-J-4方案人均公共綠地面積2030年為4.212平方米,森林覆蓋率覆蓋率為54.5%,是所有發展方案中最高。

3 基于D E A和變異系數的環境經濟發展路徑選擇

3.1 基于DEA模型的環境經濟發展路徑選擇

1989年,在F?re等人提出了處理環境污染物(非期望產出)的DEA模型[4]之后,該模型被學者們廣泛的應用于環境經濟效率的評價。在研究成果中,環境污染物被作為投入指標用于分析決策單元的環境經濟效率。在實際的生產活動,資源投入和污染物的產生是經濟產出的必要條件,且經濟產出越多,就需要投入更多的資源,伴隨的是更多污染物的產生。環境技術有效是經濟產出最大和環境污染最小,這點與傳統DEA模型對投入指標的要求是一樣的[5-6]。因此本文將采用環境污染物投入處理法對仿真方案進行篩選,具體的采用的評價模型為投入規劃模型(CCR)和BCC模型,模型公式方法在此不再贅述,具體的可參考文獻[7]。

綜合DEA方法對指標數量的要求和環境經濟系統協調發展度評價的要求,最終確定評價指標體系的輸入指標為:環境污染,生產性固定資產投資;輸出指標:人均GDP,人均公共綠地,指標數據來源為仿真區間內(2005—2030年)的模擬仿真數值的平均值。13種發展路徑的DEA效率評價結果如表2所示。

表2 13個發展路徑的DEA效率評價值

在現行環境經濟政策下,河南省的環境經濟效率為0.9840,非DEA有效,規模效率為1,即規模報酬不變,導致河南省現行環境經濟效率無效的是環境經濟純技術效率無效。評價結果表明,河南省現行的環境經濟政策導致了投入和產出的不匹配,投入沒有得到有效的利用和轉化。從13種發展路徑下的環境經濟效率評價結果來看,環境經濟效率DEA評價有效的有:環境保護型發展方案下3條發展路徑和環境經濟協調型發展方案下的路徑4和路徑5。說明在這五種發展路徑下,河南省實現了環境經濟效率最佳。為了進一步尋找出適合河南省環境經濟可持續發展的發展路徑,本文將通過基于變異系數的環境經濟協調評價模型對環境經濟效率DEA評價有效的發展路徑進行二次評價,最終確定出適合河南省環境經濟協調發展的路徑。

3.2 基于變異系數的環境經濟發展路徑選擇

記環境經濟系統A=f(A1,A2)(A1,A2分別為經濟子系統和環境子系統,f為復合函數)。設X=(X1,X2,…,Xn),X1, X2,…,Xn是描述經濟發展水平的經濟指標;設Y=(y1,y2,…, yn),y1,y2,…,yn是描述環境污染現狀和生態質量的環境指標;經濟綜合發展水平記為F(X),環境綜合發展水平記為G(y):

式中,αj，βi為各指標的權重,Xj,yi則是各指標標準化以后的數據,根據文獻[7]定義的環境與經濟協調度模型以及協調發展模型算法分別為:

式中C為協調度,K為調節系數,K≥2,結合本文的研究要求和目的,K取為3,C∈[0,1]。

其中:I=α·F(X)+β·G(y)

式中,H為協調發展度,C為協調度,I為環境經濟的綜合發展水平,α、β為各子系統的偏好系數。變異系數協調發展度評價模型原理清晰,且具有較高的穩定性和綜合性。

河南省環境經濟協調度評價結果顯示:五種發展路徑下的環境經濟的協調度在2005—2030仿真區間內都在中級協調以上,其中環境保護型發展方案下3條發展路徑下的河南省環境和經濟的協調度甚至達到了優質協調。由于協調度模型在研判區域環境經濟發展水平的上的局限性,需要綜合五種發展路徑的協調度發展評價結果,對適合河南省環境經濟的發展路徑做出研判。綜合兩種評價結果,在仿真區間內環境經濟協調型發展方案下的路徑4和路徑5的環境經濟協調發展程度達到了中級協調發展。

環境-經濟協調型發展路徑H-J-4。基于投資仍是經濟發展的主要拉動因素,環境經濟協調型發展路徑4經濟方面主要通過提高固定資產和生產性投資的比例,繼續加強發展第二產業,同時對三次產業勞動力的就業結構進行優化;環境方面主要是通過提高環境投資、R&D投入強度等手段來加大對環境的治理。方案實施的仿真結果顯示,在此發展路徑下國民生產總值、人均財政收入等經濟指標改善明顯,但廢氣產生量增加明顯。

環境-經濟協調型發展路徑H-J-5。與環境經濟協調型發展路徑4不同,H-J-5調整了以第二產業為主的發展思路,調高第三產業的投資比例的同時,調低第二產業的投資比例,大力發展清潔型、環保型產業。同時優化勞動力在三次產業間的比例分配,促使勞動力從經濟貢獻率較低的第一產業向第三產業和第二產業流動。方案實施的仿真結果顯示,在此發展路徑下的河南省國民生產總值、人均財政收入等經濟指標改善明顯,且環境壓力指標廢棄產生量降低明顯,森林覆蓋率、人均公共綠地等環境質量指標略有提升。

[1]柯健,李超.基于DEA聚類分析的中國各地區資源、環境與經濟協調發展研究[J].中國軟科學,2005,(2).

[2]莊宇,李慶果.區域生態環境經濟效率的數據包絡分析工業工程[J].2008,(7).

[3]李新杰.河南省環境經濟協調發展路徑及預警研究[D].武漢:武漢理工大學,2014.

[4]F?re R,Pasurka C.Multilateral Productivity Comparisonsw hen Some Outputs Are Undesirable:Anonparametricapproach[J].The Review of Economicsand Statistics,1989.

[5]王波.產品環境影響評價理論與應用研究[D].北京:北京航空航天大學,2000.

[6]Corpper M L,Oates w E.Environmental Economics:A Survey[J].JournalofEconomic Literature,1992,30(2).

[7]黃海峰.珠三角地區環境與經濟協調發展及GIS技術應用[D].廣州:中國科學院廣州地球化學研究所,2006.

(責任編輯/易永生)

F205

A

1002-6487(2016)20-0149-04

國家自然科學基金資助項目(71173248);河南省軟科學基金資助項目(132400410204)

李新杰(1981—),女,河南新鄉人,博士,研究方向:環境經濟。