環境系統可持續發展評價研究

摘要：從信息角度出發將環境系統作為一個整體對象，建立了定量模擬的新評價模型，揭示了其復雜性本質及演化規律，并以山東省濟南等５市環境發展作為典型案例進行應用分析。

關鍵詞：環境系統；信息實在；最大流原理；可持續發展；評價模型

中圖分類號：Ｘ８２ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）07－1332-02

Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｙｓｔｅｍ

ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｎａｎ，ＣＨＡＩ Ｌｉ－ｈｅ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｎｅｗ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ considering the environment system as a whole was ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ. Tｈｅ complicated ｅｓｓｅｎｃｅ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ was revealed． Then ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｆｉｖｅ ｃｉｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ｐｒｏｖｉｎｃｅ （such as Jinan） was ａｎａｌｙｚｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｏｄｅｌ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ； ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｅａｌｉｔｙ； ｍａｘｉｍｕｍ ｆｌｕｘ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ； ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ； ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ

多年來，國內外學者對可持續發展的評價模型及應用進行了有益的研究，提出了主分量分析法、模糊綜合評價法、層次分析法、灰色系統分析法等多種可持續發展的評價方法［１］。這些方法對現狀評價十分有效，然而沒有從根本上認識環境系統的本質，也未揭示環境系統不可持續的根本原因。本文改變了以分割、還原思想為基礎的傳統世界觀和方法論，從系統角度建立了定量模擬環境系統演化的理論模型，并對山東省濟南等５市環境發展狀況進行了評價分析。本模型對環境評價和可持續發展具有重要意義。

１ 環境系統模型的建立

認清環境系統的本質，首先要認清包括環境系統在內的世界萬象的本質。傳統的機械唯物主義世界觀認為世界就是基于還原論的機械物質實在。然而當我們試圖觀察一個個還原的部分時，發現它們又直接或間接聯系著其他部分。因此試圖定義一個獨立的物質實在是不可能的，可還原的物質世界觀是有問題的。世界本原是由試圖獨立出來的部分與其聯系的部分耦合形成的。特定的世界現象實際上就是由特定組元通過相互聯系生成的特定網絡中涌現出的特定模式，這種觀點與霍蘭的涌現論具有異曲同工之處［２］。

城市系統作為一種特定的世界現象是一個社會—經濟—自然的復合系統［３］，通過各種直接或間接的嵌套性聯系構成了城市系統復雜網絡，城市環境系統便是從這種復雜的聯系網絡中涌現的一種模式，這揭示了城市環境系統的實質。由于模式是從組元的耦合中涌現的，因此首先要找到能反映所有聯系的參量，一般說來是力所能及地聯系實際，提取組元ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ，并把所有可能的關聯作匯合，這種所有聯系的和表示為［４］：

ＳＪ＝J =∫ρJdx=∫ρ（x，t）（η+■γixi+■γijxixj+■γijkxixjxk+…）dx （１）

由于模式的涌現是通過力所能及地考慮所有聯系，并使其在約束條件下實現最大化，常稱為最大流原理［４，５］。環境系統是世界萬象之一，很自然地控制環境系統演化的原理作為環境系統信息熵的式（１）在給定約束下最大化。由此可得一個普適的演化動力學方程為［４，５］：

ζｋ＝λkζk+Sk（ζ1，ζ2，…ζn）+Fk（t） k=1，2，…，n （２）

方程（２）是環境系統涌現和演化的動力學方程的一般形式。其展示的世界是在一個力所能及的視界內自動抓取一組（獲得的或給定的）ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ組元，使其相互關聯，并進一步使關聯最大化而涌現出一個整體模式（用λｋ＞０的ζ來表示），它對應著活躍的生長模式，在競爭中將獲勝。包括環境系統在內的世界萬象就是在最大流原理控制下，隨著組元ｘｉ的量和質的連續或間斷變化而變化的模式演化過程。

２ 環境系統可持續發展定量模擬

根據對方程（２）的求解分析可知，對于一個特定的問題，通過經驗、試錯研究就可獲得一組組元及其多個系列的給定值。依據這些給定值重構該對象的演化動力學方程，即對方程（２）的求解過程。對方程（２）的重構求解實際上是不斷計算并尋找λｋ＞０的模式，即尋找給定特定組元ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ下滿足這組組元要求的λｋ＞０模式ζｋ，當所給定的特定組元ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ發生變化時繼續尋找滿足λｋ＋１＞０模式ζｋ＋１，因此，上一特定ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ的模式與下一特定ｘ１，ｘ２，…，ｘｎ的模式有很強的依賴關系，即ζ與ｘｉ應有較好的關聯特性；如若沒有，則可以淘汰關聯性最差的，并重新選擇組元進行新一輪的分析。具體的計算策略是采用構建ＳＯＭ神經網絡并激發神經元的方法［５］，可以在Ｍａｔｌａｂ平臺上進行數值模擬。

通過經驗、試錯研究認為環境結構是人均公共綠地、城市污水處理率、工業廢水達標排放率和垃圾糞便無害化處理率這４種組元及其聯系而涌現出的模式，取這4種指標數據進行模擬，并將得到的ζ值與ｘｉ進行相關分析，如表１所示。說明所選指標可以反映環境系統特性，模擬結果有效。

通過進一步計算可得到濟南市、青島市、淄博市、煙臺市、濰坊市ζ值分別為２．８７２ ０，３．０３４ ９， ３．７０４ ８，２．９０７ ４，２．４２２ ８，不同的ζ值代表了不同的環境可持續發展水平。高的ζ值代表了比較好的可持續發展水平，而低的ζ值則相反。

從模擬結果來看，淄博市的環境可持續性是最高的，淄博市是山東省重要的重工業基地，歷來污染比較嚴重，說明在近幾年中淄博市在環境治理方面實施的措施是比較有效的，取得了顯著的成效。其次，青島市的環境可持續發展也是比較高的，與淄博市不同，青島市的環境發展不僅是依賴于環境保護與治理方面的措施，更重要的是青島得天獨厚的天然條件及不同的工業特點，與淄博市相比，在環境保護方面青島市還是有比較大的優勢和上升空間。在這５個市中，濰坊市的環境可持續發展水平是最低的，說明在今后的城鄉規劃中，濰坊市要加大環境保護與治理的力度，使環境更可持續的發展。結合５市的實際情況，說明模擬結果是有效的，可以為今后的環境可持續評價及規劃提供依據。

３ 結論

現代科學發展至今導致的主客二分、自然與人類分離、社會與經濟分離，顯然是與可持續發展相悖的，是環境不可持續的根本原因。隨著萬物相互割裂的“機械論”的科學范式向萬物相互關聯的“整體論”的科學范式轉換，人類的文明也會從當前的渴望權力和征服、霸權與戰爭、物質利益至上、享樂主義、人權至上、人定勝天的邏各斯文明（Ｌｏｇｏｓ ｃｉｖｉｌｉｚａｉｔｏｎ）向以人類社會和生物圈的可持續發展為中心、回歸自然、追求人文精神、仁愛、天人合一的霍邏斯文明（Ｈｏｌｏｓ ｃｉｖｉｌｉｚａｔｉｏｎ）轉換［６］。

對于環境的可持續發展評價也應從這樣一個整體的角度去評價。本文揚棄了傳統方法中對環境系統分割的描述邏輯，提出了控制環境系統演化新模型，并以山東5市環境評價進行應用分析，得到十分有效的結果，為環境可持續發展提供了科學有效的理論依據。

參考文獻：

［１］ 李祚泳，汪嘉楊，熊建秋，等． 可持續發展評價模型與應用［Ｍ］． 北京：科學出版社，２００７．

［２］ 馬世駿，王如松． 社會－經濟－自然復合生態系統［Ｊ］．生態學報，１９８４，４（１）：１－９．

［３］ 約翰·霍蘭． 涌現：從混沌到有序［Ｍ］． 陳 禹，譯．上海：上海科學技術出版社，２００１．

［４］ ＣＨＡＩ Ｌ Ｈ， ＳＨＯＪＩ Ｍ． Ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅｌｆ－ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｉｎ ｂｏｉｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］． ＡＳＭＥ Ｊ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，２００２，１２４（３）：５０７－５１５．

［５］ ＣＨＡＩ Ｌ Ｈ． Ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂｕｂｂｌｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｂｏｉｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］． Ｉｎｔ Ｊ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００４，４３（１１）：１０６７－１０７３．

［６］ ＬＡＳＺＬＯ Ｅ． Ｑｕａｎｔｕｍ ｓｈｉｆｔ ｉｎ ｔｈｅ ｇｌｏｂａｌ ｂｒａｉｎ： ｈｏｗ ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｒｅａｌｉｔｙ ｃａｎ ｃｈａｎｇｅ ｕｓ ａｎｄ ｏｕｒ ｗｏｒｌｄ［Ｍ］． Ｒｏｃｈｅｓｔｅｒ， Ｖｅｒｍｏｎｔ： Ｉｎｎｅｒ Ｔｒａｄｉｔｉｏｎｓ，２００８．