西部区域能源、经济、环境与公共健康的耦合研究与预测

徐永辉，陈海龙，匡建超

1.2.3.成都理工大学，四川 成都 610059

随着我国经济的快速发展，我国已成为世界第二大经济体。但是经济的快速发展却是以牺牲生态环境为代价的。由于我国前期的发展缺乏科学发展的理念，基本采取高投入、高能耗、高污染的粗放发展模式，导致能源耗费严重、生态环境衰退、雾霾锁城事件频频发生。一方面，长期高强度的能源消耗为粗放型经济的快速增长提供了支撑，但长时间以化石能源（如煤炭等）为主的能源消费结构和低效的能源使用率引起生态环境的恶化，同时经济发展也会受到环境与能源状况的钳制。另一方面，由于工业化与城市化不断推进，大量消耗能源，引起大气污染状况日益严重，导致公共健康情况不容乐观。十九大提出我国社会的主要矛盾已转化为人民日益增长的美好生活需求和不平衡不充分的发展之间的矛盾。其中的美好生活的需求包含了人们对蓝天白云、绿水青山、健康舒适生活的向往。过去，学者多将能源、经济与环境做为研究对象，分析三个系统及其各自子系统内部众多要素之间的交互作用程度，由此全面评判三大系统之间的综合平衡水平。如今，生态环境日益受到重视，环境污染已对公共健康构成威胁。因此，本文在前人研究的基础上加入公共健康系统，研究三大系统对公共健康的影响，并为区域四大系统的协调发展提出对策建议，以此丰富前人的研究。

我国西部地区能源储藏丰富，有巨大的经济发展潜力。在国家“一带一路”倡议与供给侧结构性改革的推进下，西部地区各省市正经历区域发展的巨变。然而，西部地区生态环境面临着巨大的考验。目前，西部地区将在较长时期处于经济发展导致空气质量下降的阶段。西部区域拥有多座资源型城市，寻找切实可行的转型路径是推进能源型城市振兴发展的关键，不仅对促进可持续发展具有重要的推动作用，也将有助于区域内各系统、要素间的和谐发展。

一、文献综述

近年来，政策制定者和经济学者越来越重视环境对健康及经济的影响。国外学者Smith利用三重碳平衡分析法研究了环境污染和公共健康与能源技术的关系。Gropper和Gerking通过将环境污染作为健康生产函数的解释变量，验证了健康的折旧率与污染有直接的关系。Matus等通过对政策预测模型的研究，发现污染气体的排放对处于经济快速增长的中国带来了实质性负担。基于剂量效应原理，Chen Yuling等研究得出台湾地区居民的潜在寿命因大气污染物浓度的增加而下降。可以看出，现有学者主要是以环境与健康的关系为研究中心，多以评测生态环境对人们健康程度影响的差异性进行研究。

我国学者从多角度对经济、能源与环境的相互作用进行研究，有的以Eview软件为工具，采集时间序列数据为样本，运用协整分析和格兰仕因果检验，探讨由经济发展引起的环境变化对公共健康的影响；有的站在区域的角度，将不同地区排放的污染气体量及废水排放量等作为指标，估算优化能源对减少公共健康损失的作用程度，并预测在不同的能源消耗情况下，一个地区三废排放量对公共健康造成的危害。鲜有学者采用耦合协调模型，将能源消费、经济增长、生态环境变化和公共健康演变四个系统联系起来进行探究。

为此，本文参考廖重斌创建的环境与经济协调发展的定量评判及分类体系并加入公共健康因素，综合考虑生态环境、经济增长、能源消费对居民公共健康的影响，探讨西部区域四个系统的耦合协调关系，并预测其未来走向。

二、研究方法与模型构建

（一）基本模型

耦合理论是描述两个或者两个以上系统之间相互作用的影响程度。为了探索和研究系统之间相互作用、相互影响的协调程度，并判断出系统之间是否和谐发展，本文在廖重斌创建的耦合协调模型 （只适用于二元和三元的耦合）的基础上推导出四元耦合度函数。

设定四元系统协调度的离差系数为（见式 1）：

其中W=X+Y+Z+Q

推导后简化为（见式2）：

其中C表示协调度。

因此可设定四元系统协调度为：

依据上述原理，可设定四元系统的发展度模型为：

取 α=β=γ=δ=1/4，X、Y、Z、Q 分别代表能源消费、经济增长、生态环境、公共健康，四个子系统各自的平均值代表对应的综合协调指数。为了充分反映协调水平，文章联系四个子系统的包容性发展情况，并借助已有文献将协调度等级进行划分（见表1）。

（二）预测协调耦合度

表1 协调度等级划分

灰色预测是指利用GM模型对系统行为特征的发展变化规律进行估计预测，同时也可以对行为特征的异常情况发生的时刻进行估计计算，以及对在特定时区内发生事件的未来时间分布情况做出研究。本文直接运用matlab2014软件对四元系统的耦合协调度进行5年的灰色预测。

三、指标建立与数据处理

（一）指标体系的建立

根据大多数学者的研究成果，本文将所收集的数据划分为总量、结构、效益三个方面，明确界定能源、经济和环境领域相关概念。此外，文章增加了公共健康系统测量指标，较为全面地展现公共环境系统的综合内涵，进而能与其它3个系统产生联系，最后揭示4元系统的耦合协调度。指标体系如表2所示。

（二）数据来源

本文数据主要来源于《中国统计年鉴》、《中国环境统计年鉴》、《中国区域经济年鉴》和各省市的统计年鉴，采集了2008-2018年西部11省市的数据，西藏地区因数据缺失不纳入研究范围。

（三）实证

1.文章使用极差标准化法对所采集的指标原始数据进行标准化处理，目的在于去除数据量纲，降低量级。

正向指标：

负向指标：

2.指标权重的确定。文章以熵值法赋予各项指标权重值。由于赋予的权重值篇幅过长，不再一一列举。

3.综合指数可测度各子系统发展水平与状况，其计算公式如下：

能源、经济与环境、公共健康指标的权重分别以 Wi、Wj、Wk、Wl表示； 综合指数分别以 Xn、Yn、Zn、Qn表示；各指标的标准化数值分别以 Iin、Ijn、Ikn、Iln表示。以此为基础，可计算得出四元系统的耦合度。

表2 能源消费、经济增长、生态环境、公共健康四元系统综合评价指标体系

四、实证分析

（一）综合指数

依据耦合度及耦合度协调计算模型，计算我国西部11个省市2008-2018年能源消费、经济增长、生态环境、公共健康四个系统的平均耦合度D与耦合协调度C，限于篇幅不再列出。通过观察计算结果可知，从西部11个省市来看，公共健康综合指数方差在0.164左右，显示出2008-2018年间我国公共健康总体发展程度处于稳定；能源消费指数整体均值从0.211下降至0.1448，呈现出缓慢下降趋势，说明随着时间的推移，“节能减排”与“科学发展”的意识逐渐在企业间深化；生态环境指数从0.173上升到0.38，体现了科学发展观得到了人们的重视，提高了对生态建设的投入；经济综合指数从0.1547上升到0.372，上升显著，经济发展良好。

另外，将健康、能源、环境与经济综合来看，首先2008—2010年，11个省市都处于经济发展综合指数快速上升阶段，产业结构优化明显。由于“节能减排”的号召，西部省市区域能源消费综合指数均出现不同程度下降，更为重要的是随着生活水平的提高，政府和个人开始着重关注公共健康的投入。这段时期中无论是公共还是个人健康状况都在提高。但2010年后，经济增长遇到挫折开始回落，由于积极投入转型，进而能源消费综合指数保持平稳，说明企业更加注重优化能源配置和充分利用能源。其次，经济增长、生态环境、能源消费、公共健康都向好发展，虽然在个别年份生态环境综合指数出现下降情况，但从长远来看，随着人们环保意识地不断提升、政府对环境治理力度不断加大、国家对医疗卫生方面的投资不断增强，生态环境质量一定会得到改善。

（二）系统耦合分析

1.四元系统耦合

通过对西部11个省市2008-2018年的统计数据进行分析，得出四元系统协调耦合度。再分别对四个系统的耦合度求均值，得到2008-2018年间的平均耦合度，其变化趋势如图1所示。

图1 能源消费、经济增长、生态环境变化、公共健康演变平均协调耦合度

从图1可以看出，2008—2018年间，西部地区能源消费、经济增长、生态环境变化、公共健康演变的耦合度呈波浪型趋势变化，整体耦合度较高，波动区间较小，以2013年为界点可将其分为2个阶段。

不协调发展阶段 （2008—2013年）：2008—2013年间，为协调东西部发展，我国大力推动西部大开发建设，西部经济和各类产业的发展得到了很大地支持。在此期间，原本较好的生态环境遭到了破坏，能源消费不断扩大，导致各类污染物排放大幅度增加，三废排放严重影响了生态环境和公共健康环境，所以四个系统的耦合度从原来较高状态开始下降，而且产业结构不合理、能源开发效率低且消耗严重，致使经济发展对能源的依赖性逐渐增强，导致公共健康环境逐渐恶化。同时，由于缺乏推进地区能源生产和绿色消费革命的积极性，导致清洁低碳、安全高效的能源体系难以形成，致使四个系统的耦合度都处于不稳定的小幅度波动状态。

协调式发展阶段（2014—2018年）：2014年以后，西部地区各省市政府为节能减排、协调式发展，开始转变粗放式的发展模式，着力探索高效合理的能源开发手段，调整经济结构，减少对自然能源的依赖，控制污染物排放，加大对环境污染治理的投资力度，基础性社会健康保障设施逐年增加，四个系统的耦合度慢慢有所回升，直到2016年，协调式发展效果开始显现，四个系统的耦合度开始走向稳定。

2.四元系统协调耦合度的时空演化分析

根据计算出的四元协调耦合度和协调度等级划分标准，将每年各省市的协调耦合状态划分为三个阶段，如表3所示，此处的阶段划分是各地区相对而言的。

2008—2018年11个省市的耦合度演化趋势存在一定的差异。2008—2009年间甘肃的协调耦合度最先上升，达到基本协调阶段，表明虽然甘肃省资源相对缺乏但甘肃实体经济、工业经济基础扎实，科技资源相对丰富，自然资源、电力、土地和劳动力等资源和成本优势十分明显。在低的能源消耗下，仍然可以靠自有优势进行绿色发展并保持健康环境。随后四川、广西、贵州、宁夏、青海和陕西等地也积极改进，协调耦合度有所上升，四个系统向好发展。2009年，西部除了重庆外其余大部分仍然处于极不协调状态，表明经历了金融风暴后，大部分西部省域的经济发展有所回落，但重庆政府积极组织金融危机影响的严重地区尽最大努力恢复发展、轻度影响地区加快发展，遏制了经济下滑势头，同时加大了社会保障、医疗卫生方面的投入，维持并提高居民的健康生活水平，耦合度不降反升。2010—2012年，各地区的耦合度呈上升趋势。原因可能是新能源的开发利用使得自然资源逐渐得到合理开采及使用，致使环境污染得以遏制，公共健康状况得以改善。2013年后，各省市开始逐步落实科学发展观理念，调整经济结构，产业结构升级改造，鼓励使用新能源以减少对化石燃料的需求，降低能耗、物耗，推进能源循环利用和可再生，实现生产系统和生活系统循环链接，积极构建人与自然的和谐关系，从而实现了大部分地区四个系统协调耦合度达到较不协调阶段，部分省市达到基本协调。在大力推动节能减排和生态文明建设的环境下，合理开发自然资源、优化产业结构将是西部区域当前的工作重点，相信不久的将来，只要坚持走可持续发展道路，西部省市都将走入基本协调阶段甚至比较协调阶段。

表3 西部11个省市能源消费、经济增长、生态环境、公共健康协调耦合度时间演变

（三）系统耦合协调预测分析

文章在进行四元系统的耦合协调度的灰色预测前，首先实行级比序列的检验，即用某个省份的上一年耦合协调度与下一年的相除，全部计算结果需大于exp（-2/n+1），小于exp（2/n+1），其中n为年数。本文中2008—2018年共11年，表示西部11个省市四元系统协调度的级比序列的计算结果需大于0.73，小于1.14，计算结果见表4。

由表4可知，西部11个省市的四元系统的协调度的级比序列均小于1.14，大于0.73，即可使用灰色预测方法对西部各个省市未来5年的协调耦合度进行预测。

综合表5和图2来看，大部分省市未来5年均能达到基本协调阶段，少部分省市可以到达比较协调阶段，说明西部省市整体向好发展。根据预测，内蒙古与青海未来五年能到达比较协调阶段，是因为两个省份不存在大量的工业基础设施和工业产出，对环境破坏度低，且都以旅游业为主，对环境保护投入较高，所以两个省份在四元系统的协调耦合度上一直呈现出上升态势。但重庆、陕西未来五年仍然处于较不协调阶段，根据对重庆、陕西四个系统的综合指数观察可知，其经济发展综合指数明显高于其余3个系统的综合指数，说明经济建设对重庆、陕西发挥着重要作用，但协调耦合发展能力仍然需要提高，发展经济的同时要加强对环境、社会卫生、能源方面的建设与控制。

图2 四元系统协调耦合度预测趋势图

表4 四元系统协调协调度的级比序列的计算结果

表5 2019-2023年四元耦合协调度的预测结果

五、促进西部区域四元协调发展的对策建议

十九大中再次强调树立“创新、协调、绿色、开放、共享”的“五位一体”发展理念，表明实施绿色发展战略及生态文明建设已是不可阻挡的趋势。为构筑西部区域协调发展新格局，推进西部省市四元系统协调发展，建议采取以下对策。

1.发挥市场机制作用，完善环境经济政策。污染物排放是威胁公共健康环境与生态环境的第一杀手，因而各级政府首要任务在于从源头上治理污染物的排放，可以适当利用税制来抑制污染排放。依照国家对企业的税收法规，部分拥有技术的企业若积极购进设备以减少污染排放或者投身于有利于保护社会环境项目中，政府部门可以酌情对这些企业给予所得税优惠的奖励。另外，地方人民政府要对涉及民生的“煤改气”项目加大政策支持力度，对重点行业清洁生产示范工程给予引导性资金支持，以鼓励居民使用清洁能源。

2.改善能源消费结构，积极推动绿色能源。着力降低能源消费中对大气造成污染的化石能源的消费量，积极推动有条件的省份采用绿色能源如风能、太阳能等以减少污染，增加绿色能源在能源消费结构中的比重以改善生态环境，创造更多绿色能源消费种类。某些地区如宁夏、内蒙古、四川、贵州、青海、新疆等，可以利用地理环境的优势充分利用太阳能、风能、地热等环保能源，不但能有效降低能源消耗、减少能源开支、改善生态环境质量，还能有效提高经济效益和居民的健康水平。

3.改善公共卫生状况，提高整体医疗水平。医务人员数量的增加、医生医德医技的提高、医疗卫生条件的改善都有利于提高基础医疗服务水平，因此西部地区应该继续加大社会医疗基础服务设施建设，建立良好的医疗卫生保障体系，培养和引进更多高水平的医务工作者，提高当地整体医疗水平。另外，公众对自身健康的投入也起着重要作用，可以适当地参考西方国家实施的有关推动公众参与环境保护活动的措施，在依照我国的法律体系，提高公众的环保责任感和参与感，共同改善公共卫生状况。