基于环境熵的金昌市环境-经济分析研究

田建荣，秦 军

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

金昌市地处河西走廊，自然资源丰富，是中国著名的镍都，祖国的金娃娃，但近几年来，随着金昌经济高速发展的需求，经济与环境两个系统之间的矛盾日益凸显。金昌市生态环境问题本身是一个复杂的系统工程，其牵涉的层面包含工程建设，如滑坡、崩塌、矿区植被破坏，也包括金属冶炼等产生的各类生活废气、废水污染等。近年，随着市民收入的增加，对良好的生活环境更加向往，借助环境熵理论，研究金昌市工业结构改革对金昌市干旱环境的影响机制，同时对金昌市环境-经济的协同性进行分析，为地方经济的发展奠定一定的理论基础，对研究地区的产业结构调整及升级等做出客观评价并提供建议[1-4]。

1 区位熵理论

在热力学中，熵是一个十分重要的状态函数，主要用来度量系统的混乱程度和系统环境和热相互作用下的不可用性[5]。生态学中定义：生态系统是复杂的，结合了自然环境、人文环境[6]。生态熵的度量由两本分组成，自然环境和经济社会共同发展时形成的有形或者无形转变时产生不稳定能量。生态熵有正有负，其中负熵是指生态系统稳定与健康发展的能量表现。生态系统之间或者生态系统与人类社会之间的物质或能量流动称之为熵值流动。

1.1 金昌市环境熵模型构建

1.1.1 研究所用序参量

为了更加科学的研究金昌市环境熵模型（如图1所示），需要相关的参量来进行数据化的描述，根据本地的实际情况，参考地方产业、经济发展和环境系统，选取以下元素进行研究：

1）环境系统序参量包括：废水中化学需氧量排放量、空气污烟（粉）尘排放量、全市废气中二氧化硫SO2排放量。

2）经济系统序参量主要包括：金昌市人均 GDP、金昌市城镇化率、金昌市二三产业劳动力占比、金昌市二三产业产值占GDP的比值、金昌市工业增加值占GDP比重。

图1 生态熵模型示意图

1.1.2 环境熵的研究意义

文章将依照环境-经济协同性分析其环境熵的内涵，环境熵值可利用环境-经济变化同步状态函数表达式（EE）为：

式中，Q为污染损失熵；K为工业化水平综合指数，Qin为环境系统第n年第i种序参量的熵值，αi为环境系统第i种序参量的危害系数权重，Ejn为经济系统第n年第j种序参量的数值，βj为经济系统第j种序参量的权重。

环境熵值在实际分析中的意义是：当熵值为负时，说明城市环境质量受到了经济的高速发展的良好影响，环境质量得到了极大的提高；熵值为正时，说明市环境质量受到了经济的高速发展的不良影响，环境质量下降；当熵值等于零时，说明城市环境质量在经济发展过程中趋于稳定（见表1）。

表1 金昌市环境-经济协同函数划分标准

2 金昌市环境-经济协同性分析

2.1 数据来源

通过对2012-2018年金昌市环境质量公报的整理获取了研究中的环境系统参数数据，见表2；经济系统序参量数据主要通过对金昌市2012-2018年国民经济和社会发展统计公报整理获得，其中2013年数据缺失，使用插值获得，见表3。

表2 金昌市环境系统序参量（单位：万t）

表3 金昌市经济系统序参量（单位：万t）

2.2 数据处理

2.2.1 数据标准化

由于数据单位的不同，本着消除其影响，首先通过下面公式对环境系统和经济系统中的序参量值进行了无量纲化处理。

式中：Xin为i项第n年标准值，xi为第i项平均值，Si为第i项序标准差。

2.2.2 金昌市环境系统序参量危害系数权重

熵值表示生态系统稳定与经济发展的能量表现，但无法全面显示环境参量的影响效应，本研究将通过引入危害系数计算危害系数权重。由于金昌市污染主要以镍、铁、铜多金属冶炼为主，主要能源为煤炭[7-8]，借鉴其他学者的研究成果[9],确定SO2危害度为15，空气污烟（粉）尘危害系数为26，废水中化学需氧量为13。

根据公式计算金昌市环境序参量危害系数权重，具体数据见表4：

表4 金昌市环境系统危害系数权重

由表4可以看出：空气污烟（粉）尘对金昌环境质量的危害影响最大，其次是SO2，最后是废水中化学需氧。

2.2.3 金昌市经济系统序参量权重计算

根据信息熵基本原理，采用熵权法（公式1）确定经济系统序参量的权重，见表5。

表5 金昌市经济系统熵权重

2.3 金昌市环境熵分析

对2012-2018年金昌市环境系统和经济系统数据进行标准化处理，结合表5环境系统各序参量危害权重和熵权法确定的经济系统权重，然后通过公式（1）来确定金昌市工业化水平综合指数、污染损失火用和环境熵[10]。

2.3.1 金昌市工业化水平

从图2可看出，2012-2014金昌市工业化水平平稳发展，2015-2016年金昌市加快产业结构调整，转变经济增长方式，第三产业比重加大，2017-2018年金昌市转型成功向好，工业化水平也迅速提升，二三产业比例均衡，单产业倚重度降低。

图2 金昌市工业化水平图

2.3.2 金昌市环境熵分析

从图3可看出，2012-2014金昌市的环境未发生明显改变，从表2可看出环境中各类污染较为严重，同时对比表4，金昌的经济发展未能得到提升，有下降趋势，故经济对环境的协调较弱，2015-2016年，尤其2016年，金昌市加大环保投入和加强污染治理力度，水污染需氧量、二氧化硫、烟粉排放量得到了极大的限制，环境得到发展的同时，经济同时发展，2017-2018年经济环境协同提升。

图3 金昌市环境熵评价图

3 结论

1)本文环境熵的原理出发，以2012-2018年间金昌市环境和经济相关参数为依据，深入研究了金昌市经济增长和工业结构对环境的影响机制，通过对权重系数和环境熵值的计算，分析研究了金昌市环境-经济的协同性。通过对结果分析，笔者认为2012-2014年间，金昌市环境经济协调水平较差，但2015年起，金昌加大了环境方面的管理和投入，同时进行了产业调整，环境-经济系统处于优质协调水平。

2)2018年来，金昌市工业化水平急剧增强，环境熵值也持续上升，由此可见，经济的发展未能和环境协调发展，建议相关部门加强环境管理，提高环保投入。

3)本文研究中缺少一定的环境参量，有不足之处，但由于环境熵评价系统理论的充分性，本次研究对后期的地区发展建设有一定的指导作用。