河南省环境经济协调发展路径选择

李新杰

(1.中原工学院;2.河南省系统与工业工程技术研究中心,郑州450007)

河南省环境经济协调发展路径选择

李新杰1,2

(1.中原工学院;2.河南省系统与工业工程技术研究中心,郑州450007)

文章通过对河南省环境、经济及人口科技三者之间的相互关联及其内在机制的研究,创建了环境经济系统动力学仿真模型,对河南省现行的环境经济发展模式进行了动态仿真和预测分析;在仿真结果的基础上,分析了河南省在经济高效、环境保护和环境一经济协调三种模式12种不同发展路径下的环境经济的演化结果,并通过DEA模型和变异系数协调度评价模型对不同发展路径下的河南省环境经济效率和协调发展度进行评价。

系统动力学;DEA;协调发展路径

0 引言

目前,作为中原城市群经济隆起带的主体,河南省在经济发展过程中遭遇了能源紧缺、环境退化等发展瓶颈,老旧的、以牺牲生态环境为代价的、无视资源节约的、粗放型的发展模式早已与当前社会追求的“环境和谐、绿色低碳”的协调发展主题相悖。迫切需要探寻是适合河南省环境-经济和谐发展的路径和模式,这也是人、自然、经济社会可持续发展的重要保障。

本文通过分析影响区域环境经济协调发展的关键因素,构建区域环境经济SD模型,可以对河南省环境经济系统不同的发展模式进行仿真模拟。环境经济系统协调发展要求环境和经济在演化过程中协同演化。区域环境经济的协同发展,意味着可以用较少的资源消耗和环境代价获得最大的经济产出,因此可以把资源、环境作为系统的输入,把经济增长作为输出,用系统的投入产出有效性来衡量协调发展程度[1,2]。将系统动力学模型(SD)和数据包络分析法(DEA)结合起来对环境经济系统协调发展路径进行仿真模拟和优化评价,可以充分发挥政策的调控作用,促进河南省环境经济协调发展。

1 环境经济系统动力学模型的构建及基本行为仿真

1.1环境经济系统动力学模型的构建

通过对区域环境经济复合系统边界的界定,本文讨论的环境经济系统是由以下三个子系统组成:经济、环境以及人口科技辅助系统,其中的环境主要指生态环境,人口科技辅助系统则作为承担其他两个子系统之间的信息、物质和能量相互交流和相互作用的中介角色,因此本研究将人口和科技作为辅助系统纳入到环境经济复合系统之中。确定环境经济系统各要素因果关系如图1所示。

图1 河南省环境经济系统因果关系反馈图

通过对河南省环境经济系统要素间的因果关系分析,分别确定各子系统的水平变量、速率变量和辅助变量,构建各子系统的系统动力学模型。经济子系统:分别将第一产业、第二产业和第三产业的固定资产值作为水平变量;分别第一产业、第二产业和第三产业的固定资产投资值、固定资产折旧作为速率变量;分别将国民生产总值、环保投资、财政收入、R&D投资值等作为辅助变量;将生产性投资系数、固定资产投资系数等作为常变量。环境子系统:本研究中的环境污染物主要指污水、废气和固体废物,也是文章中的环境系统中的三个子系统主要划分依据。随着河南省的农业生产性结构调整步伐的加大和城镇化率的调高,考虑到除了工业排放的污染物以外,居民生活污染和农业污染存量也急剧增加。本文将环境污染分为工业污染和生活污染,具体到每个子系统又分为工业污染和生活污染。环境系统将废气存量、废水存量和固体污染物作为水平变量,分别将废气、废气和固体废物的产生量和处理量作为速率变量,SO2产生量、机动车尾气产生量、“三废”自然净化量等作为辅助变量,将“三废”自然净化率、环保投资系数、单位污染物的处理成本等变量作为长变量。然后根据各子系统和系统要素之间的关系确立环境经济系统DYNAMO方程。

1.2 系统动力学模型检验及基本行为仿真

(1)环境经济系统动力学模型检验

仿真系统来源于现实系统,是现实系统的简化和提炼,仿真系统与现实系统不可能完全一致。因此在运行模型前有必要对模型进行误差和有效性进行分析。由于本研究所构建的环境经济系统动力学模型较大,构成元素较多,且复合系统及各子系统间存在多个回路。根据研究目的和现实需求,在进行误差和有效性分析时主要对模型中的人口数量、国民生产总值、工农业产值以及工业烟(粉)尘排放等几个关键变量进行历史检验,检验区间为2005—2013年,时间跨度9年。检验结果显示模型仿真模拟值和历史实际值之间的误差在±10%以内,模型与现实系统的拟合度较高,说明仿真系统的基本结构能合理有效的反映河南省环境经济系统的实际发展情况。

通过对本文所构建的河南省环境经济复合系统SD模型的边界检查,模型边界和实际系统基本一致。通过对河南省环境经济系统的灵敏性检验,结果显示:令部分参数取边界值,代入模型仿真结果未出现不合理的结果;灵敏性检验证明了本模型有较好的鲁棒性。

(2)河南省环境经济基本行为仿真

对河南省的环境政策、经济政策等基本行为进行仿真,令环境经济复合系统的中的参数设置与现实情况保持一致,用vensim PLE对河南省环境经济系统未来的发展情况进行仿真预测。在目前的环境、经济政策下,在仿真区间内,国民生产总值和人均国民生产总值会以平均增速9.279%和10.407%的继续保持增长态势,但增速会逐渐放缓,到2030年两者的增速均会降至5%左右。具体如图2所示。

图2 河南省GDP和人均GDP仿真曲线

经济的高速增长,带来了环境污染存量在自然界的激增。仿真曲线显示:环境污染物在自然界的存量以每年13.16%速度递增,到2030年环境污染物存量将会增加到251.93亿吨。与2005年相比,在整个仿真区间内环境污染物存量将会增加将近17倍[3],如图3所示。

图3 河南省GDP和环境污染仿真曲线

图4 河南省人口总量、自然增长量和劳动力仿真曲线

如图4所示,从河南省人口自然增长量的仿真曲线发展来看,受现行计划生生育政策影响,人口自然增长量逐年降低,环境污染与死亡率的相互关系致使人口自然增长量呈现下降趋势。截止到2030年,河南省的总人口预计达到11825.2万人,增长了12.16%,增幅不大;人口自然增长量的下降,使总人口和劳动力之间的差值加大,2012—2030年劳动力虽呈现出增长的趋势,但增速较小,平均增速每年为0.775%。

从分析结果可知:目前河南省侧重于发展第二产业,尤其是主导发展加工工业的经济政策,在促进河南省经济高速增长的同时,也带来了环境污染物存量的激增;河南省现有的生态环境投资政策、科技投资政策下,政府在生态环境保护、治理,以及R&D方面的投资规模和投资强度较小,导致污染物处理技术发展缓慢,污染物产生量相对于处理量而言过大,使得工业所产生的污染物在自然界存量的大量积存;在现有人口政策下,劳动力比例逐渐减少,河南省作为人口大省的“劳动力红利”逐渐消失,“老龄化”社会正提前到来,人口自然增长量的逐年下降和日益加大的劳动力缺口将会影响河南经济未来的健康发展。

2 河南省环境-经济协调发展路径设计及情景模拟

2.1 河南省环境经济协调发展路径设计

目前,河南省以发展第二产业,尤其以发展为加工工业为主导的经济政策,加剧了自然、社会的环境污染负担。通过对环境经济系统因果关系图的研究,分析了处于主、次要反馈回路结点上的调控参数调控区间,本研究选择以下参数作为调控变量:固定资产投资、环保投资占GDP比例、单位GDP污染物排放量以及单位污染物处理成本等作为调控变量,根据发展目标的不同侧重点,进行优化组合,经过有针对性的组合后,形成了几个具有不同侧重方向的环境经济发展方案(部分关键参数的设置见表1)。通过对不同环境经济发展方案的模拟仿真,可以从中选择出适合河南省环境经济协调发展的路径。

(1)经济高效型发展方案,在原来发展方案的基础上,偏重于区域的经济发展,以调控经济系统参数为主,其他参数调整为辅,侧重加强经济系统反馈环的作用。

(2)环境保护型发展方案,在现行发展模式基础上,注重点向生态保护和生态环境质量的提高倾斜,以调控环境系统参数为主,其他参数调整为辅,侧重加强环境系统反馈环的作用。

(3)环境-经济协调型发展方案,在现行发展模式为基础,力争做到“经济高速发展”和“生态环境保护”两手抓,两手都要硬。多策并举,同时对环境、经济和辅助系统中的模型参数进行优化、调整。

表1 不同发展路径下SD模型部分关键参数取值

表1中所列的经济高效型发展路径,其的理论来源是道格拉斯生产函数,认为投资仍是拉动经济增长的主要原因,劳动力和资本是实现区域GDP增长的主要要素;环保型发展方案以对环境污染的治理和保护为出发点,基于增加R&D投资可以提高环境污染物排放和处理的技术水平的假定设计的;环境-经济协调型发展路径是对以上两种发展方案的良性组合,即通过对三个子系统模型参数的组合优化、调整,进而实现河南省环境经济复合系统的协同、良性发展。

2.2 不同发展路径的系统动力学仿真模拟

根据河南环境经济发展的目标,选取人均国民生产总值、人均财政收入、森林覆盖率、人均公共绿地等几个重要参数来表征和研究不同发展路径下的河南省环境经济运行状况:用人均国民生产总值来表征某一地区经济发展规模和水平;考虑到对某些不发达地区,虽然有较高的投资量,但是财富积累较为薄弱,本文将用人均财政收入作为衡量地区经济发展质量和社会财富的积累程度;学者们通常用环境污染、人均公共绿地面积和森林覆盖等指标来衡量一个地区环境污染压力的大小和生态环境质量的好坏。

从河南省环境经济复合系统的系统动力学模型仿真模拟结果来看,各种方案对其所要改善的指标较现行方案都有明显改进。从2030年的模型仿真结果来看:经济指标表现优异的是H-J-4方案,其人均GDP和人均财政收入均领先与其他发展方案,2030年人均GDP高达20万元,人均财政收入达7万元。而在现行的发展方案下,2030年河南省的人均GDP为11.7万元,财政收入仅4.11万元,所有发展方案中最低;环境指标中:环境压力指标环境污染物存量最少的是H-J-5方案,为222.492亿吨,H-J-4方案人均公共绿地面积2030年为4.212平方米,森林覆盖率覆盖率为54.5%,是所有发展方案中最高。

3 基于D E A和变异系数的环境经济发展路径选择

3.1 基于DEA模型的环境经济发展路径选择

1989年,在Färe等人提出了处理环境污染物(非期望产出)的DEA模型[4]之后,该模型被学者们广泛的应用于环境经济效率的评价。在研究成果中,环境污染物被作为投入指标用于分析决策单元的环境经济效率。在实际的生产活动,资源投入和污染物的产生是经济产出的必要条件,且经济产出越多,就需要投入更多的资源,伴随的是更多污染物的产生。环境技术有效是经济产出最大和环境污染最小,这点与传统DEA模型对投入指标的要求是一样的[5-6]。因此本文将采用环境污染物投入处理法对仿真方案进行筛选,具体的采用的评价模型为投入规划模型(CCR)和BCC模型,模型公式方法在此不再赘述,具体的可参考文献[7]。

综合DEA方法对指标数量的要求和环境经济系统协调发展度评价的要求,最终确定评价指标体系的输入指标为:环境污染,生产性固定资产投资;输出指标:人均GDP,人均公共绿地,指标数据来源为仿真区间内(2005—2030年)的模拟仿真数值的平均值。13种发展路径的DEA效率评价结果如表2所示。

表2 13个发展路径的DEA效率评价值

在现行环境经济政策下,河南省的环境经济效率为0.9840,非DEA有效,规模效率为1,即规模报酬不变,导致河南省现行环境经济效率无效的是环境经济纯技术效率无效。评价结果表明,河南省现行的环境经济政策导致了投入和产出的不匹配,投入没有得到有效的利用和转化。从13种发展路径下的环境经济效率评价结果来看,环境经济效率DEA评价有效的有:环境保护型发展方案下3条发展路径和环境经济协调型发展方案下的路径4和路径5。说明在这五种发展路径下,河南省实现了环境经济效率最佳。为了进一步寻找出适合河南省环境经济可持续发展的发展路径,本文将通过基于变异系数的环境经济协调评价模型对环境经济效率DEA评价有效的发展路径进行二次评价,最终确定出适合河南省环境经济协调发展的路径。

3.2 基于变异系数的环境经济发展路径选择

记环境经济系统A=f(A1,A2)(A1,A2分别为经济子系统和环境子系统,f为复合函数)。设X=(X1,X2,…,Xn),X1, X2,…,Xn是描述经济发展水平的经济指标;设Y=(y1,y2,…, yn),y1,y2,…,yn是描述环境污染现状和生态质量的环境指标;经济综合发展水平记为F(X),环境综合发展水平记为G(y):

式中,αj，βi为各指标的权重,Xj,yi则是各指标标准化以后的数据,根据文献[7]定义的环境与经济协调度模型以及协调发展模型算法分别为:

式中C为协调度,K为调节系数,K≥2,结合本文的研究要求和目的,K取为3,C∈[0,1]。

其中:I=α·F(X)+β·G(y)

式中,H为协调发展度,C为协调度,I为环境经济的综合发展水平,α、β为各子系统的偏好系数。变异系数协调发展度评价模型原理清晰,且具有较高的稳定性和综合性。

河南省环境经济协调度评价结果显示:五种发展路径下的环境经济的协调度在2005—2030仿真区间内都在中级协调以上,其中环境保护型发展方案下3条发展路径下的河南省环境和经济的协调度甚至达到了优质协调。由于协调度模型在研判区域环境经济发展水平的上的局限性,需要综合五种发展路径的协调度发展评价结果,对适合河南省环境经济的发展路径做出研判。综合两种评价结果,在仿真区间内环境经济协调型发展方案下的路径4和路径5的环境经济协调发展程度达到了中级协调发展。

环境-经济协调型发展路径H-J-4。基于投资仍是经济发展的主要拉动因素,环境经济协调型发展路径4经济方面主要通过提高固定资产和生产性投资的比例,继续加强发展第二产业,同时对三次产业劳动力的就业结构进行优化;环境方面主要是通过提高环境投资、R&D投入强度等手段来加大对环境的治理。方案实施的仿真结果显示,在此发展路径下国民生产总值、人均财政收入等经济指标改善明显,但废气产生量增加明显。

环境-经济协调型发展路径H-J-5。与环境经济协调型发展路径4不同,H-J-5调整了以第二产业为主的发展思路,调高第三产业的投资比例的同时,调低第二产业的投资比例,大力发展清洁型、环保型产业。同时优化劳动力在三次产业间的比例分配,促使劳动力从经济贡献率较低的第一产业向第三产业和第二产业流动。方案实施的仿真结果显示,在此发展路径下的河南省国民生产总值、人均财政收入等经济指标改善明显,且环境压力指标废弃产生量降低明显,森林覆盖率、人均公共绿地等环境质量指标略有提升。

[1]柯健,李超.基于DEA聚类分析的中国各地区资源、环境与经济协调发展研究[J].中国软科学,2005,(2).

[2]庄宇,李庆果.区域生态环境经济效率的数据包络分析工业工程[J].2008,(7).

[3]李新杰.河南省环境经济协调发展路径及预警研究[D].武汉:武汉理工大学,2014.

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

[5]王波.产品环境影响评价理论与应用研究[D].北京:北京航空航天大学,2000.

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

[7]黄海峰.珠三角地区环境与经济协调发展及GIS技术应用[D].广州:中国科学院广州地球化学研究所,2006.

(责任编辑/易永生)

F205

A

1002-6487(2016)20-0149-04

国家自然科学基金资助项目(71173248);河南省软科学基金资助项目(132400410204)

李新杰(1981—),女,河南新乡人,博士,研究方向:环境经济。