动态耦合评价昆明市环境经济的协调发展

谢 凯，祝传静，王 凯，陈静敏，徐希涛

(1.南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司，江苏 南京 211000；2.昆明市生态环境科学研究院，云南 昆明 650032)

0 引言

生态环境受经济发展的影响而急剧恶化，导致环境与经济系统间的耦合作用持续增强，经济与环境间协调程度将决定社会可持续发展。“十二五”生态环境规划指出：促进生态环境与经济协调发展是贯彻落实科学发展观、走可持续发展的必由之路[1]。

在大力推进生态文明建设的宏观背景下，促使经济环境协调发展是研究热点及社会热门话题。环境经济相互作用的研究中逐渐应用许多综合性评价模型。黄海峰等[2]应用变异系数法评价环境经济协调发展状况。乔标等[3]利用系统演化动态分析城市和农村的生态环境经济系统耦合度。张瑜英等[4]借助生态足迹模型定量分析陕西省生态承载力。刘景锋等[5]利用神经网络理论研究水资源承载力。吴玉鸣等[6]运用熵值赋权法及耦合协调度模型研究经济与环境协调发展情况。李崇明等[7]利用灰色系统模型构建综合评价模型用于城镇协调发展趋势的分析。李新杰[8]运用动态耦合评价分析河南省环境经济协调发展情况。郭倩等[9]利用DPSIRM框架综合评价区域水资源承载力。当前多数研究侧重于环境经济协调发展的静态评价，环境经济间动态耦合度研究占比少。然而协调发展评价中的模糊性和不确定性可通过动态耦合评价解决，使评价结果的直观性、可信度更高。

目前国内协调发展研究大多集中于国家及省级层面，对城市的协调研究还较少且协调研究不深入。关于昆明市环境经济协调发展的研究较少，利用动态耦合评价分析昆明市环境与经济协调作用的研究更少，而昆明市作为云南省经济最发达且面向东南亚的主要城市，环境经济发展矛盾与其他城市发展具有共性。科学评价昆明市环境与经济发展的协调程度，根据评价结果提出科学的发展建议，对昆明市经济可持续发展具有重要意义。

本文通过对环境经济系统动态耦合模型进行构建，分析昆明市2010—2019年环境经济系统动态演变及耦合度。根据昆明市环境经济系统的演变过程及耦合作用关系，提出相应的协调发展建议。

1 动态耦合评价模型

设经济系统序参量为X=(x1，x2，…，xn)，xi为经济发展水平及运行机制的各经济指标，ai>xi>βi，i∈[i，n]；ai、βi分别为xi的上、下限值。

(1)

U1(xi)∈[0,1]。当xi为正功效，xi>ai，U1(xi)=1；xi<βi，U1(xi)=10-6；当xi为负功效，xi>ai，U1(xi)=10-6；xi<βi，U1(xi)=1。

经济系统有序度：

(2)

wi为xi的权重。C1(xi)∈[0，1]，序参量对经济有序贡献度越高C1(xi)越大，反之则越低。

设环境系统序参量为Y=(y1，y2，…，yn)，依据上述算法，得环境系统有序度C2(Yi)∈[0，1]。

经济系统和环境系统间的变化为非线性变化，其方程表示为：

dx(t)/dt=f(xi)

(3)

式中：i=1，2，……，n；f是xi非线性函数。

按泰勒级数展开并省略高次项，近似表达为：

(4)

经济系统F(X)与环境系统G(Y)演化函数为：

(5)

(6)

式中：xi，yi分别表示经济系统与环境系统各指标值；ai，βi分别为两系统各指标权重。

环境系统与经济系统可耦合为环境经济复合系统，其演化方程为：

J=dF'(X)/dt=f1(F(x),G(Y))

VJ=dJ/dt

(7)

H=dG'(Y)/dt=f2(F(x),G(Y))

VH=dH/dt

(8)

式中：J和H分别为经济系统和环境系统的演化状态；VJ和VH分别为经济系统和环境系统的演化速度。

非线性S型发展为系统演化过程。由于系统内外因素的影响，经济变化比环境更敏感，VJ快于VH，两者间夹角θ满足：

tanθ=VJ/VH,θ=arctan(VJ/VH)

(9)

环境经济系统的演化状态及动态耦合度由θ的大小变化确定。整个系统分为低级协调共生/中度协调、高度协调-均衡发展、中度协调-制约发展、低度协调-极限发展、低度协调-极限发展。具体见表1。

表1 经济系统和环境系统间耦合动态模型及评判标准

2 评价指标及数据量化处理方法

根据昆明市发展情况完成经济系统与环境系统的评价，经济系统评价指标体系由人均GDP、农村居民人均可支配收入、城镇居民人均可支配收入、人均消费品零售总额、第三产业比重、固定资产投资增长率、GDP增长率、财政收入占GDP比重8个指标综合组成，环境系统评价指标体系由二氧化硫累计降低率、氮氧化物降低率、化学需氧量降低率、氨氮排放量降低率、集中式饮用水源水质达标率、地表水达标率、滇池综合达标率、主城建成区空气质量优良率、可吸入颗粒物降低率、城镇生活垃圾无害化处理率、工业固体废物处置利用率、森林覆盖率、城市建成区绿地面积、受保护地区占国土面积比例、单位工业增加值用水量15个指标综合组成，具体见表2。分析数据主要来源于2010—2019年昆明市统计年鉴、环境统计年鉴，或通过间接计算得到。环境系统和经济系统序参量的上、下限指标主要参考2019、2010年各项指标值，指标来源参考昆明市国民经济和社会发展“十三五”规划、昆明市环境保护与生态建设“十三五规划”，环境和经济序参量功效函数值按照式(1)计算，运用客观赋权-信息熵法确定各指标权重。

表2 昆明市环境经济系统协调发展评价指标取值及权重

3 昆明市环境经济发展水平及耦合态势分析

2010—2019年，昆明市经济系统F(x)的发展水平由2030.25提高至5393.29，年增长率为16.56%，环境系统G(x)的发展水平由467.58提高至706.65，增长率为5.11%。昆明市经济系统、环境系统发展水平呈缓慢增长的态势；2015年后昆明经济系统呈稳定、增长状态，经济发展水平等指标(城乡居民人均可支配收入、人均消费品零售总额、人均GDP、第三产业比重等)对经济系统有序度贡献均有明显提高；环境系统呈稳定、增长状态，2010—2015年昆明经济快速发展，结构性污染突出、污染防治水平较低，地表水水质、饮用水源水质、滇池水质的指标功效值对环境系统的贡献小，2015—2019年地表水水质、饮用水源水质、滇池水质的指标功效值大幅度提升，促使环境发展向有序方向更进。

对昆明市环境系统和经济系统综合发展指数进行计算并非线性拟合其演化过程，如图1、图2所示，VJ和VH的演化速度利用式(7)和式(8)分别求出：

图1 昆明市经济系统的演化过程

图2 昆明市环境系统的演化过程

VJ=dJ/dt=0.6016t-855.84(R2=0.987)

VH=dH/dt=0.1685t4-1358.6t3+3×10-6t2-6×10-9t+3×10-12(R2=0.998)

式中：2010—2019年分别对应的t取值为1～10。各年环境和经济系统的演化速度及动态耦合度由式(9)计算得出。模型计算结果显示：2010—2011年昆明经济系统序参量与环境系统序参量演化速度间夹角为37°～50°，环境系统与经济系统间的耦合作用逐渐增强，为高度协调发展；2012年昆明经济系统序参量与环境系统序参量演化速度间夹角为3°～4°，经济对整个系统演化贡献度小，环境资源利用不足、发展滞后，为中度协调发展(经济低速发展阶段)；2013年昆明市产业结构调整的加快、结构型污染问题的解决有效缓解了环境与经济间的突出矛盾，促使环境经济系统向协调发展更进，经济系统序参量与环境系统序参量演化速度间夹角重回45°～46°(高度协调)；2014年昆明市产业结构调整不明显(第三产业比重未明显提升)，财政收入占GDP比重下降，结构型污染问题未得到有效解决，工业、生活污水、农业的化学需氧量、氨氮等污染未有明显减排且排放量有所增长，经济序参量对整个系统演化贡献度小(中度协调发展阶段)。2015年有效解决了2014年存在的问题，并提高了财政收入，经济系统序参量与环境系统序参量演化速度间夹角重回59°～60°(高度协调)；2016—2018年昆明市财政收入占GDP比重逐年下降、结构型污染减排不突出且有所降低，昆明经济系统序参量与环境系统序参量演化速度间夹角为9°～17°，经济序参量对整个系统有序演化的贡献很小(中度协调发展)；2019年昆明市结构型污染减排大幅度提升，经济系统序参量与环境系统序参量演化速度间夹角重回37°～38°(高度协调)。为推动昆明环境经济系统持续协调发展，建议加大产业结构调整，大力发展循环经济，提高财政收入，进一步解决环境污染问题。

4 问题分析与建议

4.1 问题分析

水环境质量提升压力大。昆明市城市规模和人口增速明显，人均水资源占有量不足；以往错误的规划与决策，导致滇池面积缩小及流域生态环境严重破坏，森林覆盖率下降，引起水土流失。工业用水及生活用水量方面仍较粗放，集约用水有较大的推广空间。农村生活污水处理率有待提升、非规模畜禽养殖产生的污水不达标排放。

大气环境污染治理难度大。挥发性有机物污染排放对大气环境的影响日益突出，由于其排放行业众多，原料、工艺不同，排放特点大相径庭，客观上造成了检测难、管控难、治理难等困难。由于拆迁、改造、新建城市建筑施工产生的建筑扬尘逐年增加，可吸入颗粒物、降尘污染对城区环境空气造成的影响依然较大。

危险废物产生量逐年加大，处置压力增加。随着人口的增长和重点医疗机构、集镇医疗设施的逐步完善，医疗固废的产生量不断增加，医疗固废的处置压力也逐年加大。同时，随着城市发展，汽车维修等社会服务业发展所造成的危险废物数量也逐年增加，处置利用压力不断上升。

农业投入品和农田废弃物管制存在土壤污染风险。农业土地利用及生产技术水平较低，土地利用效益未达到最大化。农药、化肥等农业投入品使用量较大，但缺乏科学配方施肥用药，农药和化肥利用率不高，易造成土壤污染，也给区域地下水和周边地表水带来较大污染压力。农膜回收率极低，现状地膜覆盖后大部分未及时清理或随意堆放，造成农业环境污染。

4.2 对策与建议

加强昆明治理区及生态恢复区的整治，控制用水总量，优化结构用水。根据昆明市评估合理分区，推进治理区的污染治理防控及生态修复工作，提高生态恢复区植被覆盖率。在各行业(农业、工业、服务业等)提倡节约用水，使节水风气深入人心，提高水资源利用率；推进产业结构政策的优化、生态环保型产业的发展。稳步推进水源区水质保护力度，加强流域水环境网格化与网络化监管、健全水环境检测系统。加快排水管网建设，完善新建区域及农村污水管网的建设，提升城乡污水处理效率。

持续加强及深化大气污染防治攻坚战。以环境空气质量为底线，制定并严守生态环境准入清单，大力优化产业、能源、交通、用地结构，坚持创新驱动推进环境保护技术，对以PM2.5、臭氧“双控双减”为核心的挥发性有机物和氮氧化物区域实施协同减排。科学建立并实施区域大气污染联防联控, 实行碳排放总量控制，推进碳排放提前达峰。努力打造“绿色物流区”，推广新能源车，实现区域车辆和非道路移动机械清洁化。精细化管控城市扬尘，加强及深化城乡废气治理，争取在科研及管理能力、臭氧污染管控、非道路源管控等方面有所突破，确保并提升昆明市环境空气质量优良天数比例。

强化固体废物监管。加强推进固废源头减量和资源化利用、生活垃圾高质量分类的实施，制定并实施“无废城市”行动计划。

加强农业非点源控制。改变土地利用方式，杜绝污染物产生，新增收储土地产业结构调整；调整产业结构，将农药施用量大的作物逐步调整为使用量少的作物，改变种植作物品种、调整种植结构；发展节水农业、化肥减量化和种植制度优化等农业方式削减源头污染物产量。

农业面源污染治理工作持续开展。加强对废旧农膜和农药包装等农业废弃物进行回收处置和资源化利用；继续推进农业生态环境治理项目(农田退水水质监测站点建设服务)，完成水质监测任务；加强对农业投入品的监管，做好源头管控，重点针对农药经营单位，坚决打击经营假劣农药和高毒高残留农药的行为。加强对辖区内蔬菜产区禁用、限用农药检查指导，大力推广高效低毒农药推广应用，有效控制减少农业面源污染源。同时，做好田间农药使用情况调查，做好产地蔬菜农药残留监测工作，指导种植者合理使用农药。