长江流域实可持续发展生态环境管理综合决策模型.docx

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长江流域实可持续发展生态环境管理综合决策模型

长江流域实现可持续发展生态环境管理综合决策模型

李翀

　　长江流域面积180万km2，年径流总量约为10,000亿m3。

流域拥有占全国36%的人口，40%的粮食，33%的棉花和47%的淡水产品，40%的GDP。

长江流域无论是当前在全国的作用和地位所表现的重要性，还是从可持续发展预测的未来优越性，都表明其是中国经济发展的底蕴和后劲。

　　随着国家西部开发战略的实施，长江流域将进入快速发展的新阶段，同时面临着更加严峻的生态环境压力。

上游地区森林的乱砍滥伐和坡地的不合理开发，造成大面积的水土流失，年土壤流失量超过黄河而达24亿t。

大量的泥沙不仅淤塞河湖，加剧流域的洪涝旱灾，而且对未来的三峡水库构成潜在威胁；中下游工业废水和生活废水的大量排江，使水体污染日益加剧，沿江居民难觅清洁饮用水源；森林植被的破坏，生态环境的退化，环境质量的恶化，以及悬念重重的三峡库区的未来生态环境问题等。

所有这些，都将严重制约并影响长江流域的经济发展。

可以说，长江生态环境问题的解决与否，不仅对长江流域的人口、资源、环境、经济能否协调持续发展产生深远的影响；而且关系着西部的开发、东部的开放的成败。

　　毋庸讳言，长江流域的生态环境是需要保护的，同时长江流域的经济又是需要发展的。

长江流域的生态环境保护，必须在长江水资源优势进一步发挥、确保长江流域的经济可持续发展的前提下，从系统分析的高度来认识。

本文根据长江流域21世纪经济发展与生态环境保护目标，致力建立起长江流域可持续发展的宏观生态环境管理综合决策模型，不仅从定性的角度去认识，更从定量的角度去认识，以系统的角度综合考虑，从各个侧面、各个层面全面研究长江流域生态环境，形成综合立体的生态环境管理对策。

模型采用统计分析与系统动力学模型计算相结合的多情景比较分析法构造了多层次多区域化动态模型，用系统动力学原理进行人口、资源、经济社会、环境与灾害各因素的关系描述，在动态模拟的基础上描述系统的动态行为，对各种流域生态环境管理对策的影响进行分析，从而筛选出满足指定条件的生态环境管理对策集，以寻求解决问题的合适策略，使系统从潜在危险方向离开或情况得到改善。

　　一、长江流域生态环境管理指标体系

　　在定性认识长江问题的基础上，建立量化的综合决策模型，还需要解决一个问题，这就是模型评价目标的量化。

关于可持续发展的评价指标体系，较有影响的有：

联合国CSD提出的可持续发展指标体系、联合国人文发展指标体系（HDI）、世界银行衡量可持续发展的最新指标体系、可持续发展度指标体系（DSD）等。

这些指标体系一般指标众多，指标层次复杂，数据资料搜集准备难度大，实际操作存在不同程度的困难。

为此，根据长江问题的实际情况，以及数据的可得性，本文首次提出流域生态安全度、环境基尼系数两个综合性指标，并建立了以流域生态安全度、环境基尼系数等7个指标的社会经济环境效益评价指标体系，并分成社会效益评价指标、经济效益评价指标、环境效益评价指标三大类：

第一类是社会效益评价指标，包括平均预期寿命和区域发展协调度；第二类是经济效益评价指标，包括人均绿色GDP和人均粮食；第三类是环境效益评价指标，包括区域断面水质达III类比例、流域生态安全度和环境基尼系数。

　　二、长江流域生态环境管理综合决策模型

　　决策模型的构型示意图见图1。

决策模型主要由区域内因素模型及区域间关系模型构成。

从空间角度，决策模型按行政区划，建立不同的省域模型，各省之间的关系由区域间关系模型刻划。

综合决策模型以流域模型为纲，用污染物总量控制、流域生态安全度两个协调指标进行流域上中下游的联系，并描述三峡工程在此的作用；以省级模型为线，从社会经济、人口、资源、环境、灾害相互协调角度进行模型构造。

省级关系模型、流域级关系模型（各模型框图见图2、3）构成综合决策模型的基础。

　　省级模型是整个模型的基础和内核，也是宏观模型最基本的分析单元。

其主体结构可分为环境、资源、经济、人口、灾害五个互相关系作用的子系统，各子系统中的各种变量用系统动力学原理来进行描述。

系统动力学方法能定量地描述各子系统因素间相互复杂的关系，进而将一个复杂系统分解为由某些变量、某些回路以及一些正负反馈系统构成的模型。

可对要研究的省级系统进行动态模拟，以描述系统的动态行为。

流域模型在省级模型的基础上，利用可持续发展的方法与原则，用系统动力学的方法尝试定量描述流域不同区域间的影响关系，协调关系，公平关系，探讨区域的平衡与补偿的可行性。

概括地说，流域模型主要说明流域上游、中游、下游以及重大工程，如三峡工程之间的相互作用关系，这些关系的分析主要抓污染物总量控制、流域生态安全度两条主线。

省级模型分环境、资源、经济、人口、灾害五个互相关系作用的模块，由各发展影响条件转化组合预测长江流域及其各区域的七个评价指标值的大小（建立十大因果关系框图：

经济与人口、经济与环境、经济与资源、经济与灾害、人口与环境、人口与资源、人口与灾害、资源与环境、资源与灾害、环境与灾害，利用因果关系框图来分析各发展影响条件转化组合），对流域的可持续发展进行评价，进而得出长江流域可持续发展的生态环境管理对策集。

就上述意义，本模型又是以流域协调为经线，以省级系统因素关系刻划为纬线，而建立起来的具有经纬结合的立体结构的宏观决策模型。

　　对于构造的综合决策模型，从单个模型、模型耦合、系统行为方式进行模型的检验与调试，验证了综合决策模型的合理性。

图1　模型结构示意图

　三、长江流域生态环境问题仿真实验及管理对策分析

综合决策模型以长江流域生态环境管理指标体系的7个评价指标作为长江流域生态环境问题仿真实验的主要评价变量，对长江流域生态环境问题进行多因素、长时间系列的仿真模拟，进而提出一些可行的管理对策及建议。

（一）长江流域发展的瓶颈在2030年

　　1.人口继续膨胀并在2030年前后相继进入人口高峰

长江流域各省区人口在2030年前后相继进入人口高峰（如图4）。

人口的继续膨胀给长江流域社会经济的发展带来沉重的压力，这种压力的减缓的转折在2030年左右，届时长江流域的人口由增长变为负增长。

2030年到现在这段时间，是长江流域实现可持续发展的关键时期，人口的危机与压力在缓慢逐渐增大。

如果顺利度过2030年这一瓶颈时期，长江流域的发展将会有较大的发展空间。

图2　区域（省域）内各因素影响关系系统框图

　　2.农业资源日益紧张，接近资源承载极限

　　2030年前后是长江流域粮食生产的危险时期（如图5），部分省区，如贵州、云南、江西等，人均产粮不足350kg。

粮食需求远远大于供给是2030年前后几十年内长江流域粮食供需的基本格局，长江流域部分省区将被严重的粮食短缺所困扰。

（二）控制人口增长是缓解2030年长江流域发展瓶颈的一种较佳的对策

　　长江流域人口现状分布及模型预测的趋势分布，湖北、湖南、贵州、重庆、四川等中上游省市的人口将占长江流域总人口比例

图3　流域内各区域间影响关系系统框图

维持在47.5～50%之间，而上述省份中的贵州、云南、四川等生态敏感区是粮食紧张的重点区。

同时，长江流域的主要水土流失区域在长江流域上游的四川（含重庆）、云南省，两省一市的年水土流失无论是现在还是在预测的未来，均占全流域总量的60%强。

而其中与长江流域暴雨区相重合的金沙江下游及毕节地区、陇南及陇南地区、嘉陵江中下游、三峡库区“四大片”区域，其坡耕地是主要侵蚀泥沙来源。

可以认为水土流失治理的重点是长江流域上游地区，特别是“四大片”区域的坡耕地。

模型中以四川为例，讨论了人口控制措施及生态敏感区农业人口转移的影响，认为在生态环境敏感区实行严格的人口政策，并适当向外转移人口，可以缓解过量人口对环境资源压力，对于长江流域水土流失的有效治理、长江流域的生态安全度的改善、农业粮食生产进而至流域社会经济的各个方面，均会有不同程度的改善，这是长江流域可持续发展的需要。

　（三）有必要在长江流域中游实施更为积极的城市化战略

　　为了转移、缓解长江流域生态敏感区的人口压力，有必要在长江流域中游实施更为积极的城市化政策。

长江流域中游地区，特别是从宜昌到湖口的沿江地区，是未来长江流域城市化的主要区域，也是长江流域中上游人口转移的主要移入点。

这主要是由于：

1）三峡工程建成并发挥作用，是该区域将会超速发展的动力来源。

一方面，江汉平原抗御洪涝灾害的能力得益于三峡工程而极大提高，在宜昌到湖口的沿江

图4　长江流域各省人口演变趋势图（人口中方案）

地区建设大量的小城镇有安全保障。

再则，三峡工程巨大的电力能源，会使小城镇发展有充足的能源供应。

最后，“黄金航道”使物质运输成为易事；2）长江流域中游地区具有巨大的水体环境容量，从总量分配的公平性原则出发，江西在全流域排污权欠帐较大（见图6）；从流域水资源占有量和相匹配的污染物及废水排放量公平分配的原则出发，从宜昌到湖口的沿江地区属于可调高指标的区域，可以分配给未来的城镇区域；3）长江流域中游地区本身的城镇化程度不高，具有发展城镇化的较佳潜力；4）工业格局的调整，即将北方大耗水、大耗能工业转移到长江流域中游宜昌到南京地段，亦需要长江流域中游强化城市化战略。

图5　长江流域各省人粮食趋势图（人口中方案）

　　（四）三峡大大提高长江流域生态安全度，减缓水土流失对长江流域中下游影响100年

三峡水库、梯级电站的建设可以有效改善长江流域生态安全度，三峡工程的作用主要体现在长江流域中下游，尤其是中游。

梯级电站的逐步修建，对于三峡工程乃至全长江流域，均有积极的正面影响。

但是，如果长江流域上游水土流失不能得以有效治理，三峡对长江流域中下游的积极作用会受到时间限制。

三峡只能减缓水土流失对长江流域中下游的影响。

　　四、长江流域生态环境管理对策

图6　1998年长江流域废水、COD排放洛伦茨

　　本文提出的长江流域生态环境可持续发展的综合决策模型，从流域可持续发展角度，在定性分析的基础上，建立定量的数学模型，从系统分析的角度对影响长江流域可持续发展的诸多纷繁复杂的因素进行综合决策，以确定合适的生态环境管理政策，协调长江流域经济发展与环境保护的矛盾，促进长江流域稳步持续发展。

模型中将生态环境管理置于人口、社会经济、环境、资源、灾害五者相互作用的系统中去分析其影响与作用，对长江流域可持续发展的生态环境管理对策进行了综合性、系统性和趋势性分析，从而概括出长江流域可持续发展的生态环境管理的几点重要认识：

（1）长江流域发展的瓶颈在2030年；

（2）控制人口增长，特别是长江流域上中游的人口增长，尤其是上中游的生态环境敏感区的人口增长，并采取必要的人口转移政策，是缓解2030年长江流域发展瓶颈的一种较佳的对策；（3）有必要在长江流域中游实施更为积极的城市化战略；（4）云南、四川、重庆二省一市是长江流域水土流失重点区域，二省一市水土流失重点是“四大片”，“四大片”坡耕地则是重中之重；（5）三峡大大提高长江流域生态安全度，减缓水土流失对长江流域中下游影响100年；（6）建立流域生态环境补偿政策，将扶贫政策与生态补偿政策结合，综合治理生态环境；（7）充分认识生态环境破坏是长江流域的全局性问题；（8）以三峡库区为代表的水污染问题是长江流域需要迫切解决局部问题。