基于能值理论的中国矿业城市发展程度分析

曹志国 赵怡晴 袁 锋 李翠平

(北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083)

基于能值理论的中国矿业城市发展程度分析

曹志国 赵怡晴 袁 锋 李翠平

(北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083)

矿业城市是我国城市的重要组成部分,其发展程度评价与分析一直是矿业可持续发展领域的研究热点之一。如何运用科学合理的评价理论和指标体系,对矿业城市的发展程度进行评价分析,进而指导矿业城市发展显得尤为重要。本文以能值理论为基础,将其方法、基本步骤和评价指标引入到矿业城市发展评价中,提出了矿业城市发展程度的能值分析方法,建立了能值分析步骤,即通过对矿业城市进行系统的分析,构建中国矿业城市发展的能值评价指标体系,计算各个矿业城市的能值指标值,进而对不同类型的矿业城市及其与其他区域之间的能值指标值进行对比分析,有效地解决了传统评价方法在不同类型矿业城市及与其他区域之间不易进行发展对比评价的缺陷。最后通过收集整理中国矿业城市2006年度发展数据,运用能值分析方法计算其能值指标值,对其发展程度进行对比分析,从而表明该评价方法是可行的,同时也为我国制定矿业城市可持续发展策略提供科学指导。

能值理论;指标体系;矿业城市;可持续发展

矿业城市作为我国一种特殊的城市类型,是随着资源开发而兴起的城市,其主要职能是开采矿业以及在此基础上的加工产业,对我国经济建设做出了巨大的贡献。根据其依赖的资源隶属不同,可将矿业城市分为油气类、煤炭类、非金属、有色类、化工类及冶金类等。据中国矿业网—中国矿业城市基础数据库统计,我国共有大小矿业城市近400座。如何通过构建科学合理的评价方法对矿业城市的发展程度进行分析对比,进而指导矿业城市的发展,一直是学者们研究和关注的问题。传统的评价方法如模糊综合评价、层次分析评价、神经网络等方法[1-5],涉及到指标选择、方法参数的设置以及权数设定等问题,且矿业城市种类不同所采用的计量指标有其自身特点,制约了这些方法的使用。本文运用能值分析理论,广泛地涵盖了反映各种不同类型矿业城市发展程度的指标,通过转换为能值指标来进行分析,在分析方法中,避免了权数的设定,规避了人的主观性,能科学合理地反映矿业城市的发展水平,进而利用能值指标值进行对比分析。通过收集整理2006年中国典型矿业城市统计数据,构建矿业城市发展程度能值指标体系,运用能值理论计算矿业城市能值指标值,对矿业城市之间及其与其他区域的能值指标值进行对比分析,实现了对不同矿业城市之间及其与其他区域之间的比较,从而为矿业城市的发展提供参考。

1 基本理论及分析步骤

1.1 能值分析理论

能值理论[6-7]是由著名生态学家、能量分析学家H.T.Odum于上世纪70年代提出的能量价值学说,经过不断的发展完善,成为广泛采用的评价方法之一。能值是一种基于生物物理原理的生态经济评价方法,以能量定律、系统学及系统生态学为基础,将生态系统和经济系统的各种形式的能量转换为太阳能来进行评价,从而达到对自然系统和经济系统的资源、服务和商品的价值进行定量分析,提供了一种可以对不同种类、各种能量(能量流、物质流、经济流、信息流)的共同衡量尺度和评价标准,其单位为太阳能焦耳(Solar Emjoules,缩写为sej),能值分析的基本概念包括:

(1)能值:指流动或贮存的能量中所包含的另一类别能量的数量。在能值分析过程中主要是以太阳能值(Solar Energy)来衡量某一能量的能值大小,其单位为太阳能焦耳(Solar Energy,即sej)。换言之,某种资源、产品或劳务的能值,就是其形成过程中直接或间接应用的太阳能焦耳总量。

(2)能值转换率:指形成每单位物质或能量所含有的另一种能量之量。在能值分析中常用太阳能值转换率,即形成每单位物质或能量所含有的太阳能之量,单位为sej/J或sej/g。能值转换率是衡量能量的能质等级的指标。H.T.Odum和合作者从地球系统和生态经济角度换算出自然界和人类社会主要能量类型的太阳能值转换率,可用于大系统如国家、区域、城市系统的能值分析。根据各种资源(物质、能量)相应的太阳能值转换率,可将不同类别能量(J)或物质(g)转换为统一度量的能值单位(sej),以便进行统一度量。

(3)能值/货币比率:指当年该国家(或地区)全年总应用能值与该国(或地区)国民生产总值(G NP)之比。能值/货币比率反映了总应用能值与国民生产总值的比例关系,其比值大小,反映了货币购买力的高低。能值/货币比率高,代表单位货币所换取的能值财富多,表示在生产过程中使用的自然资源所占的比重大;反之,能值/货币比率小的国家(或地区),其自然资源对经济成长的贡献较小,科技发达,说明该地区的开发程度较大。

(4)能值—货币价值:是指将生态系统或生态经济系统物质和能量的能值折算成货币,相当于多少币值,也称为宏观经济价值,其折算的方法是能值除以当年能值/货币比率,这种方法可以增强不同国家或地区之间的可比性,一般是以美元为单位。能值货币价值反映某一产品的实际价值,包括凝结在产品中的人类劳动和环境资源的价值。

由于能值分析理论能够提供一种衡量和比较各种不同种类、不同等级能量的统一尺度和标准,经过不断完善和发展,能值评价理论已经被运用到各个领域。如湿地生态系统[8-9]、环境经济系统[10-11]、区域经济系统[12-13]、城市生态评价[14-15]等方面,对其发展现状和可持续性进行对比分析,为实现社会健康和谐的可持续发展提供了有利的参考作用。

1.2 矿业城市发展程度的能值评价指标体系构建

根据H.T.Odum提出的能量分析的各项指标,结合中国矿业城市发展实践,构建了矿业城市发展程度的能值评价指标体系,如表1所示。

1.3 矿业城市发展程度的能值分析步骤

根据H.T.Odum提出的能值分析一般步骤,结合矿业城市的实际情况,制定矿业城市发展能值分析具体步骤,如下:

(1)基础资料的收集:收集所研究矿业城市的自然地理及经济资料。数据来源于中国城市统计年鉴2007、各相关省市统计年鉴2007、各相关省市2006年国民经济和社会发展公告、各省市统计局网站以及中国矿业网站等权威机构;

(2)矿业城市系统的能量流动分析:包括确定矿业城市系统的边界,确定系统的主要能量来源以及确定系统的主要成分等;

(3)能量分析表编制:能量分析表包括资源类别、资源流动量、太阳能值转换率、太阳能值以及宏观经济价值等项目,进而通过能值转换计算,实现了将各类资源换算为统一的能值单位;

表1 矿业城市能值发展评价指标体系Tab.1 Emergy indices of development appraisal for mining cities

(4)以矿业城市发展能值评价指标体系为基础,对上述计算结果进行整合,计算出各矿业城市的能值指标数值,分析其发展情况;

(5)综合分析和参考建议:通过对上述指标值进行横向比较,发现矿业城市发展趋势,与其他区域能值指标进行对比分析,制定可行的经济社会发展策略,指导我国矿业城市的健康和谐发展。

2 中国矿业城市发展程度分析实例

2.1 分析实例

根据1.3矿业城市发展程度评价的能值分析步骤,计算中国矿业城市能值指标值,如表2所示。

2.2 计算结果分析

利用表2计算结果计算各类型矿业城市的能值指标平均值及总体平均值,如表3所示。从表中可以看出煤炭类与有色类城市的能值利用强度较低,油气类、冶金类以及综合类城市的人均能值利用强度要高于平均指标,综合类城市能值利用强度要高于其他城市。煤炭与有色矿开采对环境危害较大,故其环境能值/万人民币指标与废弃物占总能值比率较高,在今后发展过程中应做好环境规划,避免由于开采矿产而造成的环境破坏以及次生灾害的发生;在人均不可更新能值消耗比例方面,冶金类远高于其他类型矿业城市和平均指标,这与其工艺生产消耗大量不可更新资源有密切关系。未来发展要通过改善生产工艺,提高能源的利用程度,降低不可更新能源消耗,构建科技含量高、低消耗能源的可持续发展模式。

进一步从以下几个方面对矿业城市主要能值指标计算结果进行分析对比。

(1)能值使用结构分析。城市生态经济系统能值使用结构一定程度上体现了其生命支持系统的稳定性和安全性,也决定了城市的发展方向和水平。由计算结果可以看到,矿业城市总的应用能值中,系统不可更新能源产品能值占很大一部分比例。而经过长期开发,矿业城市面临着资源枯竭,资源结构调整是其发展面临的一个重要课题。从地理分布来看,绝大部分矿业城市地理位置相对偏僻,如东三省矿业城市、山西北部矿业城市、新疆矿业城市以及沿海矿业城市,风能资源丰富,而对其开发却极为缓慢,为调整资源结构,这些矿业城市应大力发展风力资源;根据分析得知,在甘肃石嘴山、山西大同、朔州、内蒙古包头与乌海等地区,由于全年日照时数时间较长,蕴含着大量的太阳能资源,应及早大力开发;在部分沿海矿业城市,如东营,应大力发展渔业资源及利用海洋能,实现产业结构优化等。

表2 不同类型矿业城市能值指标对比Tab.2 Emergy indices contrast for varied type of mining cities

简言之,矿业城市应在现有基础上,积极主动开发风能、太阳能、海洋能等清洁能源,促进资源结构调整,不能仅靠开发资源维持经济社会发展,应实行环境友好的和谐社会发展。

(2)能值利用强度。能值使用强度体现了单位面积的能值流动情况,可以看出矿业城市的能值使用的集约情形。经济发达国家或地区,其经济活动频繁,能值使用强度必然很高,如2001年意大利、瑞典、中国澳门、广州能值利用强度已分别达到6.86×1012sej/m2,8.99×1012sej/m2,8.05×1012sej/m2,4.33×1012sej/m2,矿业类城市在2006年平均能值利用强度只有1.25×1012sej/m2,远低于过于发达国家及地区。能值利用强度指标较低,与发达国家或地区相差较大,说明其城市化水平较低,应加强地区区域协调发展,促进社会协调发展,提高矿业城市的城市化水平和经济发展水平。

(3)能值货币比率。能值货币比率体现了一个地区的经济发达程度,其值越高,代表单位货币购买的能值财富较多,经济发展程度较低;能值货币比率低,表明资源对经济增长贡献较小,表示该地区开发程度大。美国、日本、前西德、意大利和荷兰等国的能值货币比率均在2.66×1012sej/以下,而矿业城市的能值货币比率大多维持在5×1012sej/S以上,表明了其经济总量还不够大,经济发展耗费的资源较多,经济发展水平较低。

(4)电力消耗能值比率。电能是高质量的能量,电能的使用可以反映一个国家或地区的开发程度和人民生活水平。2000年美国电力消耗能值比率已达到20%,印度为10%,江苏为20.8%,浙江为21.8%,而大部分矿业城市电力能值消耗比例远低于20%,说明其工业化程度较差,仍有待发展。

(5)三次产业人均能值对比。从三次产业人均能值对比分析得知,大部分矿业城市第一产业(农林牧渔等)与第三产业(服务业)人均能值基本持平,但其远低于第二产业(工业)人均能值,说明工业在矿业城市中占很大比例,矿业城市的资源依赖较强,应大力发展第三产业,改善调整

产业结构,促进经济协调发展。

表3 中国矿业城市能值指标Tab.3 Emergy indices of mining cities of China

(6)人均科技发展能值分析。科技是第一生产力。从科技教育投入比例来看,矿业城市科教投入不如G DP总值的5%,人均科技发展能值远远低于系统人均能值利用量。其主要原因包括矿城一般地理位置偏僻,其拥有的教育机构(如高等院校、研究机构)较少以及其对教育重视程度不够。部分矿业城市如阜新、东营等,在其发展过程中,建立了一些与地区资源相关性强的高等院校,这些矿业城市应加大对其区域内教育科研机构的科教投入,促进产学研结合,更好地发挥科技在生产中的作用。其他矿业城市应积极主动,通过多种途径,如联合高校等科研机构建立工业孵化园,提供政策便利,鼓励科研机构落户,加大对基础教育投入,形成共赢的局面,实现科技强市。

(7)系统的环境承载力分析。矿业城市在其发展过程不可避免地对环境造成了严重的损害。每万元G DP的环境能值较高,远高于非资源性城市。这与矿业城市的生产结构有着直接联系,其以资源开发及加工业为主,造成了大量的工业垃圾(废水、废弃、废物)。从废弃物占能值比例分析得知,煤炭类城市产生的废弃物较多。长期以来,资源的粗放型开采,对环境造成了很大的负荷,遗留下许多生态环境问题。今后要进一步控制工业垃圾排放,加大治理,通过先进的科技手段变废为宝,降低废弃物对环境的影响。

3 结 论

本文运用能值分析理论,在能值分析基本指标的基础上,构建了人均能值利用量、电力消耗能值/系统总能值、环境能值/万人民币G DP和各种人均能值指标等,与原有指标构成了矿业城市能值发展评价指标体系,综合分析了中国矿业城市的发展程度,通过矿业城市间以及与其他区域时间能值指标值的对比分析,得出如下结论:矿业城市资源丰富,具有较大的能值资源,但大多数矿城依靠资源发展经济,致使其能值货币比率较大,经济发展对资源的依赖程度较高,属于高资源消耗型、粗放型发展的经济模式;能值利用强度低于其他区域,城市化水平有待提高;同发达国家地区相比,其货币能值比率较高,经济发展中的能耗较大,应加强资源利用效率;矿业城市产业发展不协调,人均第三产业能值偏低,要通过采取相关措施,加强第三产业的发展,促进经济协调发展;要从建设环境友好型城市的角度出发,利用先进的技术手段,对城市环境进行治理,提高城市的环境承载力。此外还要加强科技教育投入,推进科技创新,采取有效措施,培养和聚集高素质的科技人才、管理人才和精英人才,提高矿业城市的科技含量等。

能值理论作为生态学和经济学理论的集成,具有较广的应用领域。应用能值评价理论可以分析任何经济系统,定量分析资源环境和社会经济活动的真实价值,在不同类型的区域间进行对比分析,对资源的科学评价和合理利用、经济发展方针的制定,实现区域经济社会的和谐发展,具有重要的意义。

本文运用系统分析理论,构建了反映矿业城市发展程度的能值指标体系,通过能值计算,将反映各矿业城市发展程度的指标值转换为统一的能值指标值,实现了不同矿业城市之间发展程度的量化对比分析,验证了该方法在矿业城市发展评价分析运用的可行性,解决了运用传统方法的权数设定易主观性和不同类型矿业城市由于指标不同而不易比较的问题,为矿业城市发展评价提供了一种新的方法。虽然Odum和其同仁已研究了自然界和人类社会主要能量和物质的能值转换率,但人类经济产品的能值转换率受地区、生产水平及效益等因素影响而不同。因此,如何建立更加科学合理的能值评价指标体系,确定科学合理的能值转换率等问题,以此对矿业城市之间以及与其他区域进行横向纵向比较,进而更加有效指导矿业城市可持续发展,是进一步研究的重点。

(编辑:温武军)

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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

曹志国,博士生,主要研究方向为矿业系统工程。