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1 中 国 环 境 科 学 2012,32(5):933~941 China Environmental Science 系 统 动 力 学 在 空 港 区 域 规 划 环 境 影 响 评 价 中 的 应 用 刘 慧 1,2, 郭 怀 成 1*, 盛 虎 1, 都 小 尚 1,3, 李 娜 1 1, 杨 永 辉 (1. 北 京 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院, 北 京 ; 2. 香 港 中 文 大 学 地 理 与 资 源 管 理 系, 香 港 ;3. 郑 州 市 环 境 保 护 局, 河 南 郑 州 ) 摘 要 : 作 为 机 场 与 城 市 间 的 过 渡 区, 空 港 区 域 具 有 经 济 - 社 会 - 环 境 发 展 影 响 因 素 众 多 变 化 快 的 特 征. 针 对 此, 本 文 基 于 空 港 区 域 系 统 动 力 学 模 拟 模 型, 结 合 类 比 法 和 情 景 分 析 法, 用 于 空 港 区 域 不 同 发 展 方 案 的 经 济 社 会 环 境 影 响 预 测 和 评 价. 具 体 步 骤 包 括 : 发 展 分 析 - 影 响 识 别 - 模 型 构 建 - 零 方 案 / 规 划 方 案 模 拟 - 替 代 方 案 设 计 - 减 缓 措 施, 各 步 骤 间 动 态 反 馈. 对 郑 州 航 空 港 区 进 行 案 例 研 究, 结 果 表 明, 相 较 于 零 方 案, 规 划 方 案 具 有 经 济 社 会 发 展 优 污 染 排 放 少 的 优 点, 但 仍 无 法 满 足 环 境 容 量 要 求 ; 设 计 了 3 种 替 代 情 景 方 案, 据 此 提 出 产 业 结 构 优 化 能 源 结 构 调 整 等 减 缓 措 施. 关 键 词 : 规 划 环 评 ; 系 统 动 力 学 ; 情 景 分 析 ; 郑 州 航 空 港 区 中 图 分 类 号 :X820.3 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : (2012) The application of system dynamics method in environmental impact assessment of planning in airport zone. LIU Hui 1,2, GUO Huai-cheng 1*, SHENG Hu 1, DU Xiao-shang 1,3, LI Na 1, YANG Yong-hui 1 (1.College of Environmental Science and Engineering, Peking University, Beijing , China;2.Department of Geography and Resources Management, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China;3.Zhengzhou Municipal Environmental Protection Bureau, Zhengzhou , China). China Environmental Science, 2012,32(5):933~941 Abstract:As connection area of airport and city, the socio-economic-environmental development of airport zone is affected by multiple factors and changes rapidly, which makes the environmental impact assessment of its planning difficult to predict. An integrated methodology framework, including system dynamic simulation model for airport zone, parameter analogy and scenario analysis, was developed to predict and assess the socio-economic-environmental impacts of different developing modes. Specifically, the framework consists of several steps: analysis of regional development, identification of environmental impacts, model constitution, zero/planning scenario simulation, alternative scenarios design and mitigation measures, with dynamic feedbacks among steps. The Zhengzhou Airport Zone was taken as a case, and results show that planning scenario had advantages of more growth and less pollutants discharge, which were still beyond environmental capacity; 3 alternative scenarios were designed and mitigation measure such as adjustment of industrial and energy structure was proposed. Key words:planning environmental impact assessment; system dynamics; scenario analysis; Zhengzhou Airport Zone 随 着 我 国 经 济 社 会 的 快 速 发 展, 如 何 在 发 展 中 充 分 考 虑 环 境 保 护 工 作 成 为 政 府 民 众 和 专 家 学 者 热 切 关 注 的 话 题.2003 年, 我 国 发 布 中 华 人 民 共 和 国 环 境 影 响 评 价 法, 初 步 确 立 了 我 国 的 规 划 环 境 影 响 评 价 制 度. 同 年 原 国 家 环 保 总 局 发 布 规 划 环 境 影 响 评 价 技 术 导 则 ( 试 行 ) [1], 提 出 了 开 展 规 划 环 境 影 响 评 价 的 一 般 原 则 技 术 程 序 方 法 内 容 和 要 求, 用 于 指 导 规 划 环 评 的 实 施. 而 于 2009 年 10 月 起 施 行 的 规 划 环 境 影 响 评 价 条 例, 则 根 据 其 近 年 来 的 实 践 情 况, 进 一 步 规 范 和 明 确 了 相 关 实 施 细 则. 规 划 环 境 影 响 评 价 导 则 中 明 确 规 定, 对 所 有 规 划 方 案 ( 包 括 替 代 方 案 ) 的 主 要 环 境 影 响 ( 包 括 直 接 的 间 接 的, 特 别 是 累 积 影 响 ) 进 行 预 测 是 环 境 影 响 评 价 的 重 要 工 作 内 容, 并 指 出 预 测 方 法 一 般 有 类 比 分 析 法 系 统 动 力 学 投 入 产 出 分 析 环 境 数 学 模 型 和 情 景 分 析 法 等 [1]. 目 前 已 有 的 规 收 稿 日 期 : 基 金 项 目 : 国 家 水 体 污 染 重 大 专 项 (2008ZX ) * 责 任 作 者, 教 授, [email protected]

2 934 中 国 环 境 科 学 32 卷 划 环 境 影 响 评 价 案 例 研 究 中, 情 景 分 析 法 数 学 模 型 法 趋 势 外 推 法 和 专 业 判 断 法 得 到 比 较 多 的 应 用, 类 比 分 析 法 由 于 其 半 定 量 性 而 使 用 较 少, 系 统 动 力 学 投 入 产 出 分 析 由 于 适 用 于 宏 观 综 合 规 划, 且 对 专 业 知 识 时 间 人 力 和 物 力 要 求 高, 在 实 践 中 使 用 也 较 少 [2]. 已 有 文 献 中, 对 规 划 环 境 影 响 评 价 预 测 方 法 的 研 究 较 少, 集 中 于 较 为 复 杂 的 投 入 产 出 分 析 法 [3] 和 系 统 动 力 学 [4-7] 上. 综 合 比 较 几 种 方 法, 系 统 动 力 学 在 环 境 方 面 的 应 用 已 经 覆 盖 了 许 多 领 域, 如 固 体 废 物 管 理 [8] 水 质 改 善 [9] 污 水 管 理 [10] 土 地 资 源 配 置 [11] 城 市 扩 张 的 环 境 影 响 [12-13] 区 域 可 持 续 发 展 [14-15] 等, 是 比 较 成 熟 的 系 统 研 究 方 法. 航 空 港 作 为 依 附 于 机 场 而 产 生 的 新 兴 经 济 区 域, 在 第 5 次 交 通 运 输 发 展 浪 潮 中, 成 为 很 多 城 市 经 济 新 的 增 长 点 [16]. 基 于 此 所 进 行 的 航 空 港 区 发 展 规 划 及 其 环 境 影 响 评 价 成 为 新 的 需 求. 目 前 的 规 划 环 评 案 例 中, 系 统 动 力 学 多 用 于 城 市 开 发 区 等 区 域 尺 度 [4-6,17], 对 于 航 空 港 这 一 特 殊 区 域 尚 未 有 相 关 尝 试. 本 文 以 郑 州 航 空 港 地 区 总 体 规 划 环 境 影 响 评 价 为 例, 在 航 空 港 区 经 济 环 境 特 征 分 析 的 基 础 上, 构 建 系 统 动 力 学 在 航 空 港 区 规 划 环 评 中 的 应 用 框 架. 1 SD 在 空 港 区 域 规 划 环 评 中 的 应 用 框 架 1.1 航 空 港 区 经 济 环 境 特 征 分 析 航 空 港 区 本 质 上 是 空 港 经 济 区, 即 以 机 场 为 核 心, 依 托 机 场 对 经 济 资 源 要 素 的 空 间 集 聚 效 应, 在 机 场 周 边 地 区 形 成 的 以 航 空 物 流 人 流 所 衍 生 的 产 业 集 群 为 主 体 的 综 合 性 经 济 区 域 [18]. 航 空 港 区 与 机 场 核 心 区 及 所 依 附 城 市 之 间 在 经 济 人 口 和 环 境 上 有 着 密 切 的 联 系 ( 图 1). 航 空 港 区 经 济 发 展 受 到 3 个 方 面 的 影 响 和 制 约 : 自 身 产 业 结 构 条 件 机 场 核 心 设 施 的 发 展 潜 力 以 及 周 边 城 市 的 发 展 状 况. 机 场 本 身 就 是 区 域 经 济 发 展 的 重 要 动 力 [19], 在 现 代, 依 托 于 机 场 形 成 的 航 空 港 区 能 够 更 加 充 分 高 效 地 利 用 机 场 所 带 来 的 客 货 流 信 息 流, 培 育 一 批 新 型 高 端 产 业, 带 动 城 市 产 业 结 构 升 级 ; 区 域 经 济 发 展 有 助 于 航 运 业 务 增 加, 为 机 场 规 模 扩 大 奠 定 基 础, 同 时 提 高 地 区 投 资 吸 引 力, 促 进 航 空 港 区 产 业 发 展. 环 境 方 面, 航 空 港 区 的 环 境 质 量 除 受 到 自 身 生 产 生 活 排 污 影 响 外, 机 场 运 行 中 的 交 通 工 具 ( 包 括 飞 机 汽 车 等 ) 噪 声 尾 气 和 固 体 废 物 等 也 是 影 响 航 空 港 区 污 染 物 的 重 要 来 源, 此 外, 周 边 城 市 污 染 物 的 输 入 也 会 产 生 影 响. 同 时, 经 济 发 展 带 来 的 大 规 模 迁 入 及 流 动 人 口, 会 进 一 步 增 大 环 境 压 力. 机 场 核 心 区 航 空 港 区 城 市 污 染 经 济 带 动 人 口 迁 移 图 1 航 空 港 区 与 机 场 核 心 区 及 城 市 间 联 系 Fig.1 Links among airport area, airport and the cities attached to 1.2 系 统 动 力 学 系 统 动 力 学 (SD) 是 由 美 国 麻 省 理 工 学 院 Forrester 教 授 于 1956 年 首 创 的 一 门 交 叉 性 综 合 学 科 [20], 基 于 系 统 行 为 系 统 结 构 与 功 能 之 间 紧 密 的 依 赖 关 系, 借 助 计 算 机 模 拟 技 术 建 立 系 统 结 构 - 功 能 的 数 学 模 型, 利 用 模 拟 结 果 对 研 究 问 题 进 行 定 性 与 定 量 的 分 析, 为 政 策 调 整 和 最 优 决 策 的 形 成 提 供 科 学 依 据. 其 应 用 于 区 域 规 划 环 评 中, 从 系 统 整 体 的 角 度 出 发, 模 拟 社 会 经 济 环 境 资 源 各 个 的 相 互 作 用 关 系, 把 握 动 态 发 展 的 分 析 [21], 保 证 预 测 结 果 的 精 度, 并 在 此 基 础 上 进 行 累 积 环 境 影 响 分 析 [22], 相 较 于 其 他 环 境 影 响 预 测 方 法 具 有 显 著 优 势 ( 表 1); 而 自 下 而 上 的 多 智 能 体 系 统 模 型 虽 然 能 实 现 空 间 的 微 观 变 化 模 拟, 但 对 数 据 的 要 求 也 更 高 [23], 用 于 区 域 规 划 环 评 仍 存 在 难 度. 区 域 系 统 动 力 学 仿 真 模 型 一 般 涵 盖 社 会 发 展 经 济 发 展 环 境 保 护 和

3 5 期 刘 慧 等 : 系 统 动 力 学 在 空 港 区 域 规 划 环 境 影 响 评 价 中 的 应 用 935 资 源 ( 图 2), 各 相 互 作 用, 形 成 一 个 有 机 整 体. 经 济 发 展 与 就 业 状 况 直 接 相 关, 社 会 就 业 状 况 影 响 人 口 的 迁 移 变 化, 而 人 口 总 量 决 定 资 源 消 耗 污 染 排 放 等 ; 经 济 活 动 带 来 经 济 效 益 和 劳 动 就 业 的 同 时, 消 耗 矿 产 土 地 水 能 源 等 资 源, 并 产 生 大 量 污 染 物, 污 染 水 大 气 和 土 壤 ; 资 源 和 环 境 是 经 济 社 会 发 展 的 支 撑, 但 当 发 展 所 产 生 的 污 染 排 放 和 资 源 消 耗 接 近 或 超 过 区 域 的 资 源 环 境 承 载 力 时, 资 源 和 环 境 会 成 为 区 域 发 展 的 限 制 因 子 ; 同 时, 一 定 的 经 济 发 展 水 平 下, 环 保 投 资 的 增 加 对 环 境 改 善 有 促 进 作 用. 表 1 规 划 环 境 影 响 价 环 境 影 响 预 测 模 型 比 较 Table 1 Comparison of environmental impacts predicting models for EIA of Plans 1.3 方 法 框 架 空 港 区 域 同 其 他 区 域 一 样, 是 一 个 复 杂 巨 系 统, 把 系 统 动 力 学 应 用 于 航 空 港 区 社 会 - 经 济 - 环 境 系 统 模 拟, 能 够 有 效 地 综 合 考 虑 人 口 工 业 资 源 环 境 等 的 有 机 联 系, 动 态 仿 真 系 统 的 发 展 行 为 和 趋 势, 从 而 对 初 始 状 态 发 展 过 程 进 行 配 置 和 管 理. 同 时, 由 于 目 前 中 国 多 数 航 空 港 区 处 于 初 期 发 展 状 态, 其 建 设 过 程 伴 随 着 全 新 的 临 空 产 业 开 发 等 新 的 发 展 环 境, 该 地 区 以 往 的 发 展 趋 势 对 其 今 后 社 会 经 济 的 发 展 趋 势 不 具 有 很 好 的 指 示 性, 现 有 掌 握 的 资 料 和 区 域 基 本 情 况 在 未 来 的 发 展 规 划 下 也 会 产 生 非 常 大 的 变 化, 因 此 引 入 类 比 法, 借 助 周 边 及 类 似 区 域 的 参 考, 进 行 这 种 基 本 空 白 条 件 下 社 会 经 济 发 展 相 关 参 数 的 预 测. 方 法 数 据 要 求 结 果 精 度 动 态 性 适 用 系 统 复 杂 性 类 比 分 析 法 低 低 差 中 投 入 产 出 分 析 法 中 较 高 差 高 环 境 数 学 模 型 高 高 中 低 系 统 动 力 学 中 较 高 高 高 系 统 动 力 学 主 要 环 境 影 响 因 子 识 别 区 域 经 济 社 会 发 展 分 析 系 统 动 力 学 模 型 建 立 经 济 发 展 劳 动 力 支 持 经 济 吸 引 社 会 发 展 类 比 法 参 数 设 定 零 方 案 规 划 方 案 空 港 产 业 排 污 及 治 污 投 资 环 境 容 量 环 境 保 护 产 业 染 需 污 水 活 生 量 容 境 环 资 源 支 撑 资 源 与 环 境 相 互 作 用 资 源 支 撑 生 活 用 水 资 源 区 域 情 景 分 析 法 比 较 分 析 替 代 方 案 设 计 与 模 拟 反 馈 调 整 减 缓 措 施 图 2 区 域 社 会 - 经 济 - 环 境 系 统 相 互 作 用 Fig.2 Interactions among regional socioeconomic-environmental systems 模 型 利 用 相 互 作 用 反 馈 环 表 征 现 实 系 统 中 各 变 量 之 间 的 关 系, 通 过 对 关 键 变 量 的 识 别 分 析 和 调 整, 预 测 区 域 社 会 经 济 大 系 统 的 演 化 规 律 和 趋 势. 构 建 区 域 系 统 动 力 学 模 型 的 主 要 步 骤 一 般 包 括 :1 区 域 社 会 经 济 环 境 现 状 调 查 ;2 系 统 分 析 与 边 界 确 定 ;3 模 型 构 建 ;4 参 数 确 定. 图 3 空 港 区 域 规 划 环 境 影 响 评 价 中 系 统 动 力 学 应 用 的 方 法 框 架 Fig.3 Framework of system dynamic method application in airport area planning environmental impact assessment 航 空 港 的 发 展 模 式 直 接 决 定 了 其 对 经 济 社 会 和 环 境 产 生 影 响 的 大 小 和 好 坏, 对 不 同 方 案 的 环 境 影 响 进 行 综 合 比 较 也 是 规 划 环 评 的 重 要 内 容. 情 景 分 析 法 由 于 对 随 机 因 素 影 响 和 决 策 者 意 愿 处 理 上 的 灵 活 性 与 实 用 性 [24], 可 以 反 映 不 同 的

4 936 中 国 环 境 科 学 32 卷 规 划 方 案 ( 经 济 活 动 ) 情 景 下 的 社 会 经 济 发 展 状 况 和 环 境 影 响 后 果, 以 及 一 系 列 主 要 变 化 的 过 程, 适 用 于 规 划 环 评 中 对 于 不 同 替 代 方 案 的 分 析 评 价. 使 用 情 景 分 析 法 便 于 对 航 空 港 建 设 过 程 中 可 能 的 发 展 模 式 进 行 模 拟 比 较 和 决 策, 同 时 揭 示 开 发 行 动 中 的 某 些 活 动 或 政 策 可 能 引 起 的 重 大 后 果 和 环 境 风 险. 在 对 空 港 区 域 规 划 环 境 影 响 评 价 特 征 分 析 的 基 础 上, 本 文 提 出 了 包 括 系 统 动 力 学 - 类 比 法 - 情 景 分 析 法 在 内 的 方 法 框 架. 在 区 域 主 要 环 境 影 响 因 子 识 别 和 经 济 社 会 发 展 分 析 的 基 础 上 构 建 空 港 地 区 系 统 动 力 学 模 型, 分 别 进 行 零 方 案 模 拟 和 规 划 方 案 模 拟, 通 过 对 结 果 的 比 较 分 析 设 计 替 代 方 案 情 景 并 再 次 模 拟, 基 于 此 提 出 区 域 环 境 保 护 对 策 与 减 缓 措 施 ( 图 3). 该 方 法 框 架 用 于 空 港 地 区 规 划 环 境 影 响 评 价 中 环 境 影 响 预 测 分 析 方 案 比 较 及 替 代 方 案 设 计 等 各 步 骤, 保 证 环 评 的 系 统 性 连 续 性 和 有 效 性. 达 标 率 95%. 边 界 铁 路 高 速 公 路 普 通 公 路 水 系 2 SD 在 郑 州 航 空 港 地 区 总 体 规 划 环 评 中 的 应 用 空 港 商 贸 片 区 临 空 产 业 片 区 2.1 规 划 区 概 要 郑 州 航 空 港 区 位 于 郑 州 市 南 部, 以 京 广 铁 路 和 国 家 南 水 北 调 工 程 走 廊 为 界, 面 积 138km 2 图 4 规 划 区 域 功 能 分 区, 辖 Fig.4 Function structure of planning area 新 郑 市 及 中 牟 县 部 分 乡 镇. 郑 州 航 空 港 地 区 总 体 规 划 (2008~2035) 定 位 航 空 港 区 发 展 目 标 为 : 2.2 主 要 影 响 识 别 以 郑 州 新 郑 国 际 机 场 的 跨 越 式 发 展 为 契 机, 大 力 在 区 域 环 境 质 量 与 资 源 利 用 现 状 评 价 基 础 发 展 现 代 物 流 业 出 口 加 工 业 航 空 制 造 业 现 上, 采 用 矩 阵 核 查 表 法 和 专 家 咨 询 法, 识 别 规 划 实 代 服 务 业, 把 郑 州 航 空 港 地 区 建 设 成 为 交 通 便 施 的 影 响 主 要 集 中 在 如 下 几 方 面 :1 随 着 总 体 规 利 经 济 繁 荣 社 会 稳 定 布 局 合 理 设 施 完 善 划 实 施 进 程, 快 速 城 镇 化 和 人 口 增 长 是 必 然 趋 势 ; 环 境 优 美 的 生 态 型 航 空 新 城. 2 由 于 生 态 条 件 敏 感, 土 地 资 源 和 水 资 源 可 能 会 按 照 区 港 一 体 协 调 发 展 的 理 念, 郑 州 成 为 航 空 港 区 经 济 社 会 发 展 的 限 制 因 子 ;3 环 境 航 空 港 地 区 整 体 按 照 一 核 二 区 进 行 布 局 : 一 方 面,PM 10 和 SO 2 是 该 区 主 要 大 气 污 染 物, 未 来 生 核 即 机 场 核 心 区 ; 二 区 即 机 场 北 部 的 物 流 活 和 服 务 业 排 放 增 加 会 带 来 更 大 压 力 ;4 港 区 现 商 贸 区 和 南 部 的 临 空 产 业 区 ( 图 4). 规 划 分 为 3 个 有 河 流 多 为 纳 污 河 流, 水 质 较 差, 是 港 区 经 济 社 会 时 段 : 近 期 (2008~2012 年 ) 中 期 (2013~2020 年 ) 发 展 的 重 要 限 制 因 素 ;5 噪 声 是 机 场 的 主 要 环 境 和 远 期 (2021~2035 年 ). 规 划 到 2035 年, 空 港 区 城 问 题, 直 接 影 响 空 港 区 的 产 业 及 人 口 布 局 ;6 固 体 市 建 设 用 地 规 模 为 94.1km 2, 人 口 43 万 人 ; 规 划 绿 废 物 产 生 量 随 机 场 规 模 扩 大 人 口 增 长 和 工 业 发 地 占 城 市 建 设 用 地 18.5%; 生 活 污 水 集 中 处 理 率 展 会 急 剧 增 加, 由 于 现 状 工 业 固 体 废 物 利 用 率 达 达 85%, 工 业 污 水 达 标 排 放 率 达 100%, 河 流 水 质 100%, 且 规 划 生 活 垃 圾 全 部 转 运 至 郑 州 市 垃 圾 功 能 达 标 ; 区 域 环 境 噪 声 达 标 率 100% 交 通 噪 声 综 合 处 理 厂 进 行 处 置, 因 此 固 体 废 物 对 当 地 环 境

5 5 期 刘 慧 等 : 系 统 动 力 学 在 空 港 区 域 规 划 环 境 影 响 评 价 中 的 应 用 937 影 响 不 大. 2.3 模 型 构 建 模 型 基 准 年 为 2007 年, 预 测 时 段 与 航 空 港 地 区 总 体 规 划 一 致, 即 2008~2035 年. 空 间 范 围 涵 盖 规 划 的 138km 2. 由 于 航 空 港 区 不 可 能 形 成 边 界 闭 合 的 独 立 系 统, 系 统 模 型 边 界 应 力 图 把 与 建 模 目 的 关 系 密 切 的 重 要 变 量 划 入 系 统 内 部. 系 统 边 界 划 定 为 航 空 港 区 域 边 界, 系 统 外 的 影 响 因 素 处 理 成 输 入 变 量. 根 据 对 区 域 调 研 分 析, 区 域 外 的 外 来 环 境 影 响 较 小, 因 此 在 本 研 究 中 暂 不 考 虑 区 域 外 影 响 ; 由 于 本 规 划 中 机 场 核 心 区 48km 2 不 同 于 普 通 区 域, 且 另 有 详 细 规 划, 因 此 其 环 境 影 响 根 据 机 场 核 心 区 规 划 环 境 影 响 评 价 报 告 直 接 输 入. 表 2 主 要 系 统 动 力 学 方 程 Table 2 The main equations of system dynamics 方 程 备 注 社 会 发 展 港 区 常 住 人 口 =INTEG( 出 生 人 口 + 迁 入 人 口 - 死 亡 人 口 - 迁 出 人 口, 基 期 人 口 数 ) 港 区 GDP=INTEG(GDP 增 长 量, 基 期 GDP) 工 业 总 产 值 = X 行 业 产 值 经 济 发 展 X 行 业 固 定 资 产 =INTEG(X 行 业 固 定 资 产 投 资 量 -X 行 业 固 定 资 产 折 旧,X 行 业 基 期 固 定 资 产 量 ) X 行 业 产 值 =X 行 业 固 定 资 产 X 行 业 投 入 产 出 率 COD 产 生 量 = + 机 场 核 心 区 COD 输 入 + 生 活 COD 产 生 量 COD 处 理 量 = 工 业 污 水 COD 处 理 量 + 生 活 污 水 COD 处 理 量 环 境 保 护 生 活 COD 产 生 量 = 人 均 COD 产 生 量 总 人 口 量 工 业 COD 产 生 量 = X 行 业 COD 产 生 量 X 行 业 COD 产 生 量 =X 行 业 万 元 (Time) X 行 业 产 值 水 资 源 需 求 量 = 工 业 需 水 量 + 机 场 需 水 量 (Time)+ 生 活 需 水 量 + 环 境 需 水 量 资 源 工 业 需 水 量 = X 行 业 需 水 量 X 分 别 为 食 品 制 造 业 电 子 信 息 业 生 物 制 药 业 纺 织 服 装 业 机 械 制 造 业 石 油 化 工 业 和 其 他 产 业 等 以 COD 为 例 模 型 包 括 社 会 发 展 经 济 发 展 子 系 统 环 境 保 护 和 资 源. 社 会 发 展 子 系 统 主 要 考 虑 航 空 港 区 人 口 变 动, 表 现 为 两 个 特 征 :1 空 港 区 是 在 几 乎 空 白 的 基 础 上 进 行 建 设, 由 于 人 口 政 策 和 经 济 发 展 吸 引, 人 口 发 展 以 机 械 迁 入 为 主 ;2 人 口 流 动 性 很 大, 特 别 是 工 作 人 口. 经 济 发 展 中, 空 港 区 目 前 4 个 支 柱 性 产 业 为 食 品 加 工 业 印 刷 包 装 业 医 药 制 造 业 和 物 流 业, 未 来 工 业 仍 然 是 拉 动 航 空 港 区 经 济 发 展 的 关 键 因 素, 第 三 产 业 将 逐 渐 成 为 经 济 的 主 要 组 成 部 分 ; 按 照 港 区 的 发 展 规 划, 将 重 点 发 展 与 航 空 运 输 密 切 相 关 的 电 子 信 息 生 物 医 药 航 空 制 造 等 产 业 和 食 品 制 造 服 装 等 一 般 工 业, 因 此 研 究 中 将 工 业 发 展 子 模 块 细 分 为 食 品 制 造 业 电 子 信 息 业 生 物 制 药 业 纺 织 服 装 业 机 械 制 造 业 石 油 化 工 业 和 其 他 产 业 等 7 类. 资 源 中, 主 要 考 虑 水 资 源 需 求, 包 括 工 业 需 水 生 活 需 水 环 境 需 水 和 机 场 需 水 4 个 部 分. 环 境 保 护 主 要 考 虑 由 港 区 生 产 生 活 所 产 生 的 污 染 排 放 机 场 核 心 区 污 染 输 入 和 所 进 行 的 污 染 减 排 活 动, 根 据 航 空 港 区 现 状 主 要 污 染 类 型 和 数 据 的 可 得 性, 污 染 指 标 包 括 COD SO 2 PM 10 NO 2. 模 型 使 用 VENSIM_PLE 软 件 建 立 系 统 流 程 图, 含 248 个 变 量, 共 153 个 方 程. 限 于 篇 幅, 本 文 仅 以 水 污 染 物 COD 污 染 控 制 为 例 进 行 说 明 ( 图 5), 主 要 系 统 动 力 学 方 程 如 表 2 示. 以 2004~2007 年 间 部 分 社 会 经 济 变 量 的 实 际 值 和 模 拟 值 作 比 较, 除 了 以 各 行 业 产 值 加 总 得 到 的 工 业 总 产 值 偏 差 较 大 外, 其 他 误 差 均 较 小, 模 型 可 以 通 过 检 验 ( 表 3). 2.4 区 域 发 展 方 案 模 拟 首 先 设 计 零 方 案 (O) 和 规 划 方 案 (P) 两 种 先 行 情 景. 零 方 案 是 指 在 没 有 拟 实 施 的 总 体 规 划 的 情 况 下 航 空 港 区 社 会 经 济 环 境 状 况 的 主 要 发 展 趋 势, 是 对 规 划 方 案 进 行 比 较 分 析 的 背 景 条 件.

6 938 中 国 环 境 科 学 32 卷 规 划 方 案 则 预 测 按 照 郑 州 航 空 港 地 区 总 体 规 划 (2008~2035) 调 整 该 区 域 发 展 模 式 后 的 环 境 影 响, 并 与 区 域 环 境 容 量 和 资 源 承 载 进 行 对 比, 识 别 规 划 发 展 模 式 下 航 空 港 地 区 面 临 的 发 展 瓶 颈. < 总 人 口 量 > 人 均 COD < 食 品 制 造 业 产 值 > 食 品 制 造 业 万 元 纺 织 服 装 业 万 元 生 活 COD 机 场 核 心 区 COD 输 入 石 油 化 工 业 COD 石 油 化 工 业 万 元 COD 产 生 生 物 制 药 业 万 元 食 品 制 造 业 COD < 纺 织 服 装 业 产 值 > 机 械 制 造 业 万 元 工 业 污 水 COD 处 理 率 生 物 制 药 业 COD 纺 织 服 装 业 COD < 机 械 制 造 业 产 值 > 机 械 制 造 业 COD 工 业 COD < 石 油 化 工 业 产 值 > 生 活 污 水 处 理 电 子 信 息 业 COD 其 他 产 业 COD 平 均 万 元 产 值 COD 产 生 量 < 工 业 总 产 值 > 机 场 污 水 机 场 废 水 COD 浓 度 COD COD 处 理 生 活 污 水 COD 处 理 率 < 生 物 制 药 业 产 值 > 工 业 污 水 处 理 电 子 信 息 业 万 元 < 电 子 信 息 业 产 值 > < 其 他 工 业 总 产 值 > 其 他 产 业 万 元 产 值 COD 平 均 产 生 量 图 5 环 境 保 护 (COD 子 模 块 ) 流 程 Fig.5 The flow chart of environmental protection subsystem (COD module) in Vensim_PLE 表 3 部 分 变 量 模 拟 结 果 验 证 Table 3 The simulation results validation of part variable 项 目 年 份 人 口 GDP 第 三 产 业 固 定 资 产 投 工 业 总 产 ( 人 ) ( 万 元 ) GDP( 万 元 ) 资 ( 万 元 ) 值 ( 万 元 ) 实 际 值 模 拟 值 平 均 误 差 年 零 方 案 和 规 划 方 案 下 水 资 源 需 求 量 及 污 染 物 量 如 表 4 示. 相 较 于 零 方 案, 规 划 方 案 中 人 口 得 到 快 速 发 展, 因 此 生 活 所 需 水 资 源 有 显 著 增 加, 但 由 于 规 划 情 景 中 污 水 处 理 厂 的 新 建 和 生 活 能 源 结 构 的 改 进, 生 活 污 染 排 放 量 反 而 减 少 ; 虽 然 伴 随 着 生 产 的 技 术 进 步, 工 业 污 染 排 放 系 数 在 降 低, 但 由 于 经 济 的 快 速 增 长, 尤 其 是 规 划 方 案 中 食 品 加 工 业 的 发 展, 使 得 工 业 污 染 排 放 量 相 较 零 方 案 增 加, 并 成 为 主 要 的 污 染 源 ; 总 体 而 言, 规 划 方 案 中 高 速 经 济 社 会 发 展 的 环 境 负 效 应 被 新 增 的 污 染 控 制 措 施 和 技 术 进 步 结 构 改 变 等 因 素 部 分 地 抵 消,COD SO 2 和 PM 10 排 放 上 甚 至 优 于 零 方 案. 而 与 水 资 源 供 给 量 和 相 应 环 境 容 量 对 比,COD 和 NO 2 的 排 放 量 远 超 出 区 域 环 境 容 量, 通 过 进 行 人 口 规 模 的 控 制 和 产 业 结 构 的 调 整 来 减 少 污 染 排 放 是 替 代 方 案 应 该 考 虑 的 方 向 ; 水 资 源 供 给 量 虽 然 在 远 期 能 满 足 需 求, 但 再 生 水 厂 规 模 小 于 规 划 中 水 回 用 量, 水 资 源 供 给 仍 存 在 风 险. 2.5 替 代 方 案 情 景 分 析 与 调 控 建 议 在 对 上 述 两 种 情 景 分 析 的 基 础 上, 通 过 与 地 方 决 策 者 和 相 关 专 家 进 行 沟 通 和 探 讨, 充 分 考 虑 规 划 可 能 存 在 的 替 代 方 案, 设 计 港 区 发 展 的 替 代 方 案 情 景.1 情 景 一 (I): 资 源 环 境 约 束 型 发 展 情 景, 即 社 会 经 济 要 素 仍 然 按 照 规 划 方 案 进 行 降 低 资 源 消 耗 和 污 染 排 放 系 数, 提 高 中 水 回 用 率 和 污 染 处 理 率 ;2 情 景 二 (II): 社 会 经 济 约 束 型 发 展 情 景, 即 资 源 消 费 模 式 和 环 境 模 式 不 进 行 调 整, 通 过 制 定 资 源 节 约 环 境 友 好 型 的 产 业 结 构 调 整 与 引 导

7 5 期 刘 慧 等 : 系 统 动 力 学 在 空 港 区 域 规 划 环 境 影 响 评 价 中 的 应 用 939 战 略 对 人 口 发 展 和 产 业 发 展 模 式 进 行 调 整, 具 体 表 现 为 适 当 提 高 机 械 制 造 电 子 信 息 产 业 的 发 展 能 力, 减 少 对 食 品 制 造 业 的 扶 持 和 依 赖, 同 时 加 大 第 三 产 业 的 发 展 力 度, 在 会 展 物 流 等 生 产 服 务 业 的 基 础 上, 发 展 生 活 服 务 业 生 产 服 务 业 公 共 服 务 业 等 多 元 化 的 服 务 经 济, 为 港 区 发 展 提 供 支 撑 ;3 情 景 三 (III): 协 调 发 展 型 情 景, 一 方 面 控 制 人 口 的 过 快 增 长 和 调 整 产 业 结 构 向 低 污 染 低 水 耗 的 产 业 倾 斜, 另 一 方 面 促 进 节 水 减 排 等 各 项 措 施 的 进 行, 两 种 关 系 协 调 进 行, 努 力 实 现 经 济 社 会 的 快 速 高 效 健 康 发 展. 不 同 情 景 下 的 相 关 参 数 类 比 其 他 航 空 港 区 的 发 展, 同 时 根 据 区 域 ( 包 括 郑 州 市 河 南 省 ) 资 料 调 研 和 文 献 分 析 进 行 调 整, 输 入 SD 模 型 进 行 情 景 模 拟. 表 年 零 方 案 和 规 划 方 案 模 拟 结 果 (t/a) Table 4 Simulation results of zero scenario and planning scenario in 2035 (t/a) 方 案 需 水 量 污 染 源 COD 排 放 量 SO 2 排 放 量 NO 2 排 放 量 PM 10 排 放 量 工 业 点 源 : 工 业 零 生 活 生 活 方 机 场 机 场 案 环 境 面 源 (O) 总 计 总 计 规 工 业 点 源 : 工 业 划 生 活 生 活 方 机 场 机 场 案 环 境 面 源 (P) 总 计 总 计 规 模 / 容 量 人 ) 4 人 口 ( O P I II III 元 ) 8 GDP( O P I II III 年 份 年 份 图 6 不 同 情 景 下 的 社 会 经 济 发 展 趋 势 Fig.6 The trend of population and GDP under different scenarios 不 同 情 景 下 的 社 会 经 济 发 展 趋 势 资 源 消 耗 和 污 染 排 放 如 图 6 和 图 7 示. 社 会 经 济 发 展 方 面,3 种 替 代 情 景 相 较 于 零 方 案 和 规 划 方 案 对 人 口 增 长 和 产 业 结 构 进 行 调 整, 其 中 在 情 景 三 下, 第 二 和 第 三 产 业 发 展 相 辅 相 成, 并 在 规 划 末 期 逐 渐 出 现 经 济 结 构 向 服 务 业 主 导 的 转 变 趋 势, 是 比 较 健 康 的 经 济 增 长 模 式, 而 生 物 医 药 业 和 电 子 信 息 业 的 迅 速 发 展 也 在 引 导 港 区 工 业 向 更 符 合 其 区 域 特 征 的 高 新 技 术 型 转 变 ( 表 5). 水 资 源 方 面, 三 种 替 代 方 案 均 优 于 规 划 方 案, 且 水 资 源 供 给 和 污 水 处 理 均 满 足 需 求, 但 中 水 回 用 规 模 的 限 制 仍 然 存 在. 污 染 排 放 方 面,COD 由 于 环 境 容 量 非 常 有 限, 成 为 限 制 区 域 发 展 的 瓶 颈 因 素, 如 何 通 过 生 态 措 施 提 高 区 域 水 环 境 容 量, 并 通 过 深 入 处 理 进 一 步 降

8 940 中 国 环 境 科 学 32 卷 低 工 业 和 生 活 的 COD 排 放 量 是 规 划 中 应 着 重 考 虑 的 环 境 问 题 ; 大 气 污 染 物 中,SO 2 的 容 量 限 制 较 为 宽 松,NO 2 通 过 情 景 二 或 情 景 三 的 调 整 已 经 可 以 满 足 环 境 容 量 限 制,PM 10 则 三 种 情 景 下 都 超 过 了 容 量, 工 业 以 及 住 宿 餐 饮 业 等 第 三 产 业 排 放 是 其 主 要 来 源, 应 通 过 技 术 和 燃 料 结 构 调 整 降 低 PM 10 排 放. 相 比 较 而 言, 情 景 三 能 够 实 现 经 济 社 会 发 展 的 同 时, 减 少 污 染 物 的 排 放 和 水 资 源 的 消 耗, 是 最 优 方 案, 可 作 为 地 区 可 持 续 发 展 的 参 考. 基 于 上 述 评 价 分 析 的 结 论, 需 要 采 用 相 关 的 减 缓 措 施 减 轻 环 境 影 响, 主 要 包 括 利 用 循 环 经 济 理 念 对 港 区 的 产 业 链 进 行 生 态 化 设 计, 使 得 各 产 业 之 间 尽 可 能 的 达 到 资 源 最 大 利 用 和 废 物 最 小 化 产 生 ; 根 据 环 境 容 量 总 量 控 制 和 资 源 承 载 力 约 束, 对 港 区 的 主 要 环 境 要 素 提 出 相 应 的 环 境 保 护 对 策, 如 污 水 处 理 厂 建 设 集 中 供 热 清 洁 能 源 推 广 等 ; 以 及 基 于 景 观 生 态 学 理 念 的 区 域 空 间 格 局 调 控 与 优 化 O P I II III O P I II III t/a) 水 量 ( 10 排 放 量 (t/a) 水 资 源 污 水 中 水 COD SO 2 NO 2 PM 10 图 年 不 同 情 景 下 的 水 资 源 使 用 和 污 染 排 放 Fig.7 The use of water resource and pollutants discharge with capacities in 2035 under different scenarios 横 线 分 别 为 : 水 资 源 量 污 水 处 理 厂 规 模 可 回 用 中 水 量 和 各 污 染 物 环 境 容 量 表 年 不 同 情 景 下 的 工 业 总 产 值 构 成 Table 5 The structures of industrial output in 2035 under different scenarios 方 案 工 业 总 产 值 食 品 加 工 业 石 油 化 工 业 生 物 医 药 业 机 械 制 造 业 纺 织 服 装 业 电 子 信 息 业 ( 亿 元 ) 其 他 工 业 零 方 案 (O) 规 划 方 案 (P) 情 景 一 (I) 情 景 二 (II) 情 景 三 (III) 结 论 3.1 结 合 新 兴 空 港 区 域 经 济 - 社 会 - 环 境 发 展 影 响 因 素 众 多 变 化 快 的 特 点, 综 合 系 统 动 力 学 类 比 法 情 景 分 析 法 构 建 了 空 港 区 域 规 划 环 评 的 方 法 框 架, 具 体 步 骤 包 括 : 发 展 分 析 - 影 响 识 别 - 模 型 构 建 - 零 方 案 / 规 划 方 案 模 拟 - 替 代 方 案 设 计 - 减 缓 措 施, 各 步 骤 间 进 行 动 态 反 馈, 以 保 证 环 评 过 程 的 系 统 性 连 续 性 和 有 效 性. 3.2 以 郑 州 航 空 港 区 为 例 开 展 案 例 研 究, 验 证 了 该 方 法 框 架 的 有 效 性 和 科 学 性. 相 较 于 零 方 案, 规 划 方 案 在 经 济 社 会 高 速 发 展 的 同 时, 对 港 区 环 境 质 量 有 一 定 负 面 影 响 ; 通 过 与 决 策 者 和 专 家 沟 通, 设 计 3 种 替 代 方 案, 并 据 此 提 出 方 案 的 减 缓 措 施.

9 5 期 刘 慧 等 : 系 统 动 力 学 在 空 港 区 域 规 划 环 境 影 响 评 价 中 的 应 用 941 参 考 文 献 : [1] 国 家 环 境 保 护 总 局. HJ/T 规 划 环 境 影 响 评 价 技 术 导 则 ( 试 行 ) [S]. 北 京 : 中 国 环 境 科 学 出 版 社, 2003 年. [2] 马 铭 锋, 陈 帆, 吴 春 旭, 等. 规 划 环 境 影 响 评 价 技 术 方 法 的 研 究 进 展 及 对 策 探 讨 [J]. 生 态 经 济, 2008,(9): [3] 马 铭 锋, 陈 帆, 于 仲 鸣, 等. 投 入 产 出 模 型 在 规 划 环 评 中 的 应 用 探 讨 [J]. 生 态 经 济, 2008,(7):37-39,49. [4] 王 金 永. 基 于 系 统 动 力 学 的 区 域 规 划 环 境 影 响 评 价 方 法 研 究 [D]. 长 春 : 东 北 师 范 大 学, [5] 周 世 星. 系 统 动 力 学 在 区 域 规 划 环 境 影 响 评 价 中 的 应 用 [D]. 成 都 : 四 川 大 学, [6] ZHAO Y, SHANG J C, XU L, et al. Establishment and application of urbanization strategic environmental assessment integration technology system [J]. Chinese Geographical Science, 2008,18(2): [7] CHEN C, SHAO L G, XU L, et al. A case study predicting environmental impacts of urban transport planning in China [J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2009,157(1-4): [8] 张 蕾, 席 北 斗, 王 京 刚, 等. 系 统 动 力 学 方 法 在 城 市 生 活 垃 圾 产 生 系 统 的 应 用 [J]. 环 境 科 学 研 究, 2007,20(5): [9] 苏 琼, 秦 华 鹏, 赵 智 杰. 产 业 结 构 调 整 对 流 域 供 需 水 平 衡 及 水 质 改 善 的 影 响 [J]. 中 国 环 境 科 学, 2009,29(7): [10] GUEST J S, SKERLOS S J, DAIGGER G T, et al. The use of qualitative system dynamics to identify sustainability characteristics of decentralized wastewater management alternatives [J]. Water Science and Technology, 2010,61(6): [11] 涂 小 松, 濮 励 杰, 严 祥, 等. 土 地 资 源 优 化 配 置 与 土 壤 质 量 调 控 的 系 统 动 力 学 分 析 [J]. 环 境 科 学 研 究, 2009,22(2): [12] HAN J, HAYASHI Y, CAO X, et al. Application of an integrated system dynamics and cellular automata model for urban growth assessment: A case study of Shanghai, China [J]. Landscape and Urban Planning, 2009,91(3): [13] WU Y Z, ZHANG X L, SHEN L Y. The impact of urbanization policy on land use change: A scenario analysis [J]. Cities, 2011,28(2): [14] 方 创 琳, 鲍 超. 黑 河 流 域 水 - 生 态 - 经 济 发 展 耦 合 模 型 及 应 用 [J]. 地 理 学 报, 2004,59(5): [15] 韦 静, 曾 维 华. 生 态 承 载 力 约 束 下 的 区 域 可 持 续 发 展 的 动 态 模 拟 以 博 鳌 特 别 规 划 区 为 例 [J]. 中 国 环 境 科 学, 2009, 29(3): [16] 王 旭. 空 港 都 市 区 : 美 国 城 市 化 的 新 模 式 [J]. 浙 江 学 刊, 2005,(5): [17] 陈 吉 宁, 刘 毅, 梁 鸿 君. 大 连 市 城 市 发 展 规 划 环 境 影 响 评 价 [M]. 北 京 : 中 国 环 境 科 学 出 版 社, [18] 金 忠 民. 空 港 城 研 究 [J]. 规 划 师, 2004,20(2): [19] 董 娟. 航 空 港 经 济 区 产 业 特 征 与 空 间 布 局 模 式 研 究 [D]. 西 安 : 长 安 大 学, 2009: [20] 王 其 藩. 高 级 系 统 动 力 学 [M]. 北 京 : 清 华 大 学 出 版 社, [21] 王 向 华, 程 祎, 姜 伟. 规 划 环 境 影 响 的 动 态 评 价 思 路 : 系 统 动 力 学 方 法 [J]. 环 境 保 护, 2008,(2): [22] 都 小 尚, 刘 永, 郭 怀 成, 等. 区 域 规 划 累 积 环 境 影 响 评 价 方 法 框 架 研 究 [J]. 北 京 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 2011,47(3): [23] 张 鸿 辉, 曾 永 年, 金 晓 斌, 等. 多 智 能 体 城 市 土 地 扩 张 模 型 及 其 应 用 [J]. 地 理 学 报, 2008,63(8): [24] 刘 永, 郭 怀 成, 王 丽 婧, 等. 环 境 规 划 中 情 景 分 析 方 法 及 应 用 研 究 [J]. 环 境 科 学 研 究, 2005,18(3): 作 者 简 介 : 刘 慧 (1987-), 女, 安 徽 阜 南 人, 香 港 中 文 大 学 博 士 研 究 生, 主 要 从 事 环 境 规 划 与 流 域 管 理 研 究. 环 境 保 护 部 发 布 2012 年 世 界 环 境 日 中 国 主 题 环 境 保 护 部 新 闻 发 言 人 陶 德 田 2012 年 4 月 17 日 向 媒 体 通 报 :2012 年 6 5 世 界 环 境 日 中 国 主 题 为 绿 色 消 费 你 行 动 了 吗? 这 一 主 题 旨 在 强 调 绿 色 消 费 理 念, 唤 起 社 会 公 众 转 变 消 费 观 念 和 行 为, 节 约 资 源 能 源, 保 护 生 态 环 境. 陶 德 田 说, 联 合 国 环 境 规 划 署 确 定 2012 年 6 5 世 界 环 境 日 主 题 为 绿 色 经 济, 你 参 与 了 吗? (Greeneconomy:Doesitincludeyou?), 旨 在 推 动 人 们 思 考 如 何 让 绿 色 经 济 深 入 到 日 常 生 活 的 方 方 面 面, 以 此 带 来 社 会 经 济 和 环 境 方 面 的 良 性 转 变, 从 而 满 足 世 界 人 口 不 断 增 长 的 需 要. 中 国 主 题 在 呼 应 世 界 主 题 的 同 时, 更 加 强 调 在 生 态 环 境 恶 化 和 能 源 危 机 日 益 突 出 的 形 势 下, 充 分 认 识 推 广 绿 色 消 费 的 重 要 性 和 紧 迫 性, 呼 吁 人 人 行 动 起 来, 采 取 有 力 措 施, 在 全 社 会 大 力 推 广 绿 色 消 费, 推 动 绿 色 发 展. 与 传 统 消 费 不 同, 绿 色 消 费 以 满 足 人 的 基 本 需 求 为 中 心, 崇 尚 节 俭 适 度, 是 一 种 节 约 资 源 减 少 污 染 可 持 续 的 消 费 模 式. 摘 自 中 国 环 境 报