基于資源環境承載力約束的縣域人口和產業調控方法研究
——以云南省隆陽區為例

(1.云南省環境科學研究院環境規劃研究中心，云南 昆明 650034；2.西南林業大學環境科學與工程學院，云南 昆明 650224)

資源環境承載力是一個綜合性的概念，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)和環境承載力(水環境承載力和大氣環境承載力等)[1-3]。人口和產業調控對于一個地區的經濟社會穩定發展較為重要[4]，研究資源環境承載力約束下的人口和產業調控方法將為可持續發展打下堅實理論基礎。目前，基于資源環境承載力約束的人口和產業發展調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，考慮到系統的復雜性和模糊性，傾向于向多目標灰色線性規劃[10-11]和不精確模糊規劃[12-15]的方向發展。但是針對云南省縣域的資源環境承載力約束下的人口和產業發展調控研究相對較少。本文在前人的研究基礎上，擬建立完整的基于資源環境承載力的人口和產業發展調控的雙目標區間線性規劃模型，此模型著重包括了資源環境利用效率系數的優化與決策。該模型簡單實用，參數容易獲取，特別適用于縣域人口和產業的優化調控，其不僅有助于解決資源短缺、環境污染和產業結構不合理等實際問題，還進一步豐富和完善了資源環境承載力與人口和產業優化等相關理論，為縣域社會和經濟的和諧可持續發展提供了新的思路。

隆陽區位于云南省保山市市政府所在地，2011—2015年，GDP年均增速13.38%，隨著城鎮化的不斷推進及工貿園區的積極建設，建設用地、工業用地、能源資源等面臨著巨大挑戰，并且已出現輕微的大氣污染的趨勢。基于隆陽區資源環境承載力約束下的產業發展調控案例研究，將為此方法的實際應用及推廣提供借鑒。

1 技術路線與方法

該研究的技術路線主要包括三個階段：優化階段、決策階段、評價階段，詳見圖1。

1.1優化階段

根據城市總體規劃、國民經濟發展規劃等確立規劃年的人口和經濟規劃發展模式，根據基準年的人口和經濟現狀確立規劃年的基準發展模式，然后根據現有資源環境利用效率系數(包括污染物排放強度)確立在基準模式和規劃模式的發展下資源環境承載力(用水總量、污染物環境容量、耕地面積、建設用地面積等)是否超載，若超載進入《規劃模型一》進行資源環境利用效率系數優化，最終再與中國、云南省平均水平、生態創建標準等標準和數據對比，確立優化模式。《規劃模式一》模型表述如下：

① 水資源約束條件下的用水量系數最優化(萬元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為農田畝均用水量，m3/畝；Tf為耕地面積，畝；wi為單位工業增加值用水量，m3/萬元；Xp為第一產業產值，萬元；Xs為第二產業增加值，萬元；Xt為第三產業增加值，萬元；as為工業增加值占二產的比重，%；Wu為城鎮居民人均生活用水定額，L/d；wr為農村居民人均生活用水定額，L/d；u為城鎮化率，%；P為總人口數，人；TW為用水總量控制線，m3；WI為用水量系數下限值；wU為用水量系數上限值。

② 污染物排放約束條件下的排放量系數最優化(萬元GDP污染物排放強度最大)，其為：

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

s.t.Cpxp+Csxs+CtPu≤TC

Ci≤Cp(Cs,Ct)≤Cu

式中：Cp為第一產業單位產值污染物排放強度，kg/萬元；Cs為第二產業單位產值污染物排放強度，kg/萬元；Ct為城鎮人口人均污染物排放量，kg/萬人；TC為污染物環境容量，污染物主要為COD、NH4-N、SO2、NOx；Ci為排放量系數下限值；Cu為排放量系數上限值。

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

Min=ap

式中：a為農業增加值占第一產值的比重，%；ap為單位耕地面積的產值，萬元/畝；CAL為耕地保有量。

④ 城鄉建設用地面積約束條件下單位建設用地所能產生增加值系數最優化(單位建設用地面積所能產生增加值最小)，其為：

Min=Is

式中：b為建筑業增加值占第二產業的比重，%；Is為單位建設用地面積所能產生增加值，萬元/畝；ACL為建設用地面積控制線，畝。

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

Min=Ms

式中：c為工業增加值占第二產業的比重，%；Ms為單位工礦用地面積所能產生增加值，萬元/畝；IL為工業用地面積控制線，畝。

⑥居民生活保障約束條件下人均GDP系數最優化(人均GDP最大)，其為：

Max=PGDP

s.t.xp+xs+xt≥PGDP*P

式中：PGDP為人均GDP，萬元/人。

⑦能源消費約束條件下單位產業能源消費量及人均居民消費量系數最優化(萬元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、三產業單位增加值能源消費量，t標準煤/萬元；Er為居民人均消費量，t標準煤/人；TE為能源消費總量，t標準煤。

1.2 決策階段

確立優化模式下的資源環境利用系數，然后進入《規劃模式二》，在資源環境承載力的約束下最終求解得到適宜的人口和經濟發展規模。規劃模型二(雙目標區間線性規劃)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)

建設用地面積約束(7)

工業用地面積約束(8)

居民生活保障約束(9)

人均建設用地面積約束(10)

能源消費總量約束(11)

基準年值約束(12)

式中：ACL0為人均建設用地面積限值，依據《城市用地分類與規劃建設用地標準》；xp0、xs0、xt0、p0分別為一產、二產、三產、總人口基準年值。根據實際情況，資源環境利用系數及約束值、決策變量均有可能為區間范圍變量，±為區間范圍上下線標識。

1.3 評價階段

最終確立的優化模式與基準模式、規劃模式下的人口和經濟發展規模相比，識別需優化的主要資源環境利用效率系數，提出相應的管控措施。

2 隆陽區人口和產業發展調控案例分析

分析了隆陽區2011—2015年的資源環境利用效率系數，發現：單位城鄉建設用地面積所能產生增加值、單位工礦用地面積所能產生增加值、單位耕地面積所能產生增加值指標均有所上升，表明2011—2015年生產科學技術水平有所提高；用水量中，單位工業增加值用水量顯著減小，但是農田畝均用水量存在上升的趨勢，表明應該重視農田灌溉用水效率；污染物排放強度中，城鎮人口人均SO2排放量、第二產業單位增加值NOx排放量、城鎮人口人均NOx排放量、城鎮人口人均COD排放量、城鎮人口人均氨氮排放量、萬元GDP氮氧化物排放量指標存在上升的趨勢或者減緩不明顯，表明近幾年減排效果不太明顯；能源消耗中，單位第二產業能源消費量、人均居民消費量指標變化不大，表明在第二產業和居民能源消耗中節能效果有待于進一步提高。

表1 規劃年資源環境承載力指標約束表

注：從實際出發，為從嚴控制污染物排放，隆陽區的水環境容量和大氣環境容量以支流COD環境容量、支流氨氮環境容量、工業園區SO2環境容量、工業園區NOx環境容量代替。限于篇幅，相關的容量測算步驟不再論述，水環境容量測算方法參考《全國水環境容量核定技術指南》，大氣環境容量測算采用A-P值法。

表2 優化決策后的資源環境利用效率系數表

通過分析城市總體規劃、土地利用總體規劃等文件歸納出規劃年的資源環境承載力約束指標閾值見表1。若按照2015年的資源環境利用效率系數發展，到2020年，基準模式和規劃模式下耕地、用水總量、能源消耗量、工業園區SO2環境容量、工業園區NOx環境容量均會突破閾值，這表明隆陽區未來的經濟社會發展中，耕地、用水總量、能源消耗量、大氣環境容量將變為發展的瓶頸，也即發展的短板。另外，也需重視城鎮工況用地面積，其也處于閾值附近。

根據該研究的技術路線圖，利用《規劃模型一》進行資源環境利用效率系數優化。結合隆陽區歷年系數變化趨勢、中國和云南省2020年的相關規劃、國家生態縣創建標準等材料，最終決策得到的資源環境利用效率系數見表2。

通過調整后的系數范圍值，建立起隆陽區區域產業發展調控的雙目標區間線性規劃模型，利用Huang和Moore[11]提出的一般區間線性規劃模型求解方法及多目標轉單目標的方法(認為隆陽區的人口和經濟同等重要，分別取權重0.5)，通過MATLAB編程計算結果見表3。

從表3中可以看出：優化模式下隆陽區區域能容納更多的人口，人口承載上限為110.26～122.29萬人，GDP為341.80～390.63萬元。與基準模式、規劃模式相比，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%，三產比為19.46∶38.15∶42.39，減緩了第二產業的速度，這符合當地經濟發展的實際。因為，若按照規劃模式或者基準模式發展，在有限的資源環境承載力范圍之內，就必須大力提高資源環境利用效率系數(降低污染物排放強度)，這可能很難實現。優化模式下發展的其他指標分別為：城鎮化率0.46，農業增加值占一產比0.5倍，工業增加值占二產比0.62倍，人均GDP范圍為3.1萬元/人。

綜上所述，針對隆陽區現有的資源環境短板問題，建議采取的產業發展調控策略為：提高農田灌溉用水系數，提高萬元工業增加值用水量；優化種植業種植結構，提高單位耕地面積產值；優化工業產業結構，減少大氣污染物排放；強化節能技術，減少能源消耗。

3 結論

(1)未來幾年發展中，耕地、用水總量、能源消耗量、工業園區SO2環境容量、工業園區NOx環境容量會成為發展的主要瓶頸。為了更好實現2020年的經濟社會發展目標，為了隆陽區可持續發展，優化和決策資源環境利用效率系數勢在必行。

(2)按照優化后的資源環境利用效率系數值(單位城鄉建設用地面積所能產生增加值、單位工礦用地面積所能產生增加值、單位耕地面積所能產生增加值、農田畝均用水量、單位工業增加值用水量、城鎮居民人均生活用水定額、農村居民人均生活用水定額、第二產業單位增加值SO2排放量、城鎮人口人均SO2排放量、第二產業單位增加值NOx排放量、第一產業單位增加值COD排放量、第二產業單位增加值COD排放量、城鎮人口人均COD排放量、第一產業單位增加值氨氮排放量、第二產業單位增加值氨氮排放量、城鎮人口人均氨氮排放量、單位第一產業能源消費量、單位第二產業能源消費量、單位第三產業能源消費量、人均居民消費量、城鎮人口人均NOx排放量分別為[5.0,5.1]萬元/畝、[35,40]萬元/畝、[0.38,0.39]萬元/畝、[180,185]m3/畝、[49,51]m3/萬元、[100,102]L/d、[100,102]L/d、[1.0,1.05]kg/萬元、[0.8,0.85]kg/人、[1.0,1.05]kg/萬元、[1.6,1.7]kg/萬元、[4.5,4.6]kg/萬元、[12,13]kg/人、[0.34,0.35]kg/萬元、[0.03,0.04]kg/萬元、[1.8,1.85]kg/人、[0.01,0.02]t標準煤/萬元、[0.6,0.65]t標準煤/萬元、[0.08,0.09]t標準煤/萬元、[0.14,0.15]t標準煤/人、[0.10,0.11]kg/人引領發展，隆陽區能承載發展人口至少能承載人口110.26萬人，能承載GDP 341.80億元。

(3)通過云南省隆陽區的案例分析驗證，該研究提出的基于資源環境承載力約束的縣域人口和產業發展調控方法具有可操作性，可進行適當的推廣應用。