基于系統動力學模型的廈門港城耦合綠色發展研究

左世萍

(集美大學 航海學院，福建 廈門 361021)

0 引 言

有關港城綠色發展的研究最早起于Brooke，他將綠色理念運用于環境影響評估程序的構建中，并對影響港口建設的因子進行總體性的分析。楊山和潘婧根據SD原理和方法，建立港口與城市耦合的PU-SD模型，解剖港城耦合系統多重反饋機理和各系統相互作用過程。喬文怡等以連云港為例，根據SD原理和方法，建立了連云港港城耦合系統動力學模型，分析港城耦合過程中的環境污染、能源消費等問題。

1 問題描述

在港口型城市中，港口發展與城市經濟密切相關，本文選擇以港立市的廈門為研究對象，將綠色GDP引入系統動力學中，構建了港口城市耦合系統的SD模型，選擇第二、第三產業進行研究，通過變換第二、第三產業比重、港城建設用地比例系數等參數，模擬港城耦合情況，并進行比較分析，找出影響港口城市持續發展的主要因素，以實現經濟效益和環境效益利用最大化。

2 系統動力學模型構建

2.1 因果反饋分析

系統動力學是一種結構分析和功能模擬統一的仿真。根據系統分析協調原理，將港城系統分解為港口子系統、經濟子系統、環境子系統和土地資源子系統4個子塊，并建立因果反饋流程圖(如圖1)。系統流圖不僅要確定狀態變量、速率變量、常數等，還可以將系統結構、動態特征表示出來，各個子系統之間和子系統內部之間的具有關聯作用。

圖1 因果反饋流程圖

2.2 系統動力學模型結構

根據港城系統的因果反饋流程圖，結合系統動力學(SD)模型，從港口、經濟、環境和土地資源4個方面，構建多指標評價體系，反映出港城綠色發展的耦合交互作用。

基于港口、經濟、環境、土地資源子系統，構建港城可持續發展仿真模型(如圖2)。模型包括4個狀態變量，6個速率變量，10個輔助變量，19個參數，4個常數(港口用地供給初始值、港口通過能力初始值、城市GDP初始值、污染物量初始值)；模型由21個微分方程組成。

圖2 系統流圖總圖

2.3 模型參數確定

本文模型以2007年為起始年份，2020年為終止年份，模擬步長設置為0.625。數據來源于《廈門經濟特區年鑒》、《中國港口年鑒》、廈門市港口管理局、廈門航運交易所、廈門港務年報以及廈門環保局官網。本文基于實際數據，主要采用線性回歸、算術平均等方法，對模型參數進行合理取值。

3 模擬結果與分析

產業結構調整可以有效削減污染物的排放，是綠色發展的重要驅動力。廈門市第二產業比重為47.02%，第三產業比重為51.98%。因此對二三產業比重進行調整，調整幅度為±5%，分析二三產業結構變化帶來的影響。

如圖3、4所示，第三產業比重增加5%、第二產業比重減少5%，廈門GDP、港口吞吐量的增長幅度都比基本模擬和三產減少5%、二產增加5%的更高。如圖6所示，三產增加5%、二產減少5%，使得污染物排放量增長幅度比基本模擬要小，而當三產減少5%、二產增加5%時，污染物排放量增長幅度比基本模擬要高。

圖3 產業調整-GDP變化圖

圖4 產業調整-港口吞吐量變化圖

如圖5所示，同時變換第二、第三產業比重和港口建設用地比重系數，二產減少5%、港建比重減少5%的曲線，和三產減少5%、港建比重減少5%的曲線下降幅度接近，這兩條曲線均使港口用地供給下降幅度，較之基本模擬和另兩條曲線而言有所減緩，而三產增加5%、港建比重增加5%的曲線走向，與二產增加5%、港建比重增加5%的曲線相差不大，其港口用地供給比基本模擬下降幅度更快。

圖5 港城耦合變化圖

圖6 產業調整-污染物排放量變化圖

綜上，增加第三產業的比重，會提高GDP、吞吐量，減緩廈門港城土地資源的沖突，并且會降低污染物排放量。究其原因，是因為三大產業的貨運生成系數不同，貨運量與產業值相關聯，通過分析可得，一產貨運系數為-0.016 2，二產貨運系數為-0.243，三產貨運系數為1.624，顯然，三產貨運系數高于二產貨運系數，因此加快第三產業發展，會大量的物流需求，從而貨運量會增加。同時，廈門是個土地資源相對匱乏的旅游型港口城市，第三產業比重的增加，港城土地耦合，會減緩港口土地供給不斷下降的趨勢，并且，可以減少環境污染，實現經濟的可持續發展。

4 結束語

(1)本文在環境和經濟之間引入了綠色GDP，通過調控模型中各參數變化進行模擬，結果顯示:①通過調整產業結構，綠色GDP得到了顯著增長，呈現出高綠色經濟收益的態勢;②同時調整產業結構和環保投資，綠色經濟收益與僅調整產業結構相差不大;③如果只調整產業污染物排放系數，污染物的排放量增加趨勢減緩不明顯;④在港口減排中，環境污染會降到了最低，但港口收入會減少。

(2)廈門作為一座旅游城市，在發展中應注重社會經濟與生態環境的協調多贏，合理調整能源結構、經濟結構和消費結構，把發揮資源優勢與轉變發展方式有機結合起來，打造國際航運中心、發展自由貿易區，加強與周邊城市的互動，在兩岸陸海聯運中發揮新的更大作用。