当麻省理工理论遭遇 黄三角的可持续发展模式

二十世纪是世界范围的城市化进程迅速推进的时期，二十一世纪则是中国进入区域经济发展的时代。随着中国经济进入区域经济时代，区域可持续发展这一课题也日益凸显。城市与区域一体化发展的研究，已成为区域经济研究和区域规划的一个重要领域。

在现今国际竞争格局中，一个国家的综合竞争力取决于是否有若干个综合经济实力强大的区域或城市群，这是一国国民经济的制高点，代表着国家参与国际竞争，并带动周边乃至全国经济持续增长的能力。中国是一个大国，经济发展只能走区域发展、区域带动的路子，以实现国民经济整体现代化。概言之，中国的工业化及经济现代化首先是在若干区域板块率先推进；而中国整个国民经济现代化的实现则要求区域间生产要素和产业的流动和转移，形成全国统一市场，促进区域经济优势互补和协调发展。

系统动力学理论与方法

中国尚属发展中国家，同时又是农业大国，强化区域发展是首要任务。区域发展中不注重调控，就会超越资源环境等限制因素的容量，造成经济凸增后的衰退，这种衰退低谷可能会持续若干年，带来区域的非持续性发展，从而陷入人口急剧增加、耕地日益减少、资源严重退化、环境污染和生态破坏问题突出、生物多样性减少的发展怪圈。水资源短缺、能源供应、粮食安全、环境污染、生态保护以及教育等一系列问题，给区域生态平衡和可持续发展带来了严峻考验，必须通过多手段调控，以促进区域可持续发展。

黄河三角洲位于山东省东北部，是我国三大河口三角洲之一。黄河三角洲具有丰富的自然资源和区位资源，是一个具有极大持续综合开发潜力的地区，正在引起国内外科技界的关注。但其同样面临着人口、环境、资源与社会等发展不协调的问题，而国内外学者对其研究多为生态环境方面，较少涉及社会经济生态的协调发展，同时缺少区域关系和世代关系发展状况的评价，为此，尝试通过建立黄河三角洲区域可持续系统动力学模型，寻求区域系统可持续发展的模式，并以此对其进行较为深入的分析。

系统动力学是美国麻省理工的Jay W. Forrester教授在1956年创造的一种电脑模拟模型，是一门分析研究信息反馈系统的学科，也是一门沟通自然科学和社会科学等领域的横向学科。

系统动力学引入我国已有二十多年的历史，目前对各种类型的社会和自然区域的可持续发展问题的系统动力学研究较多。

系统动力学的理论基础主要是系统论和信息反馈理论。系统动力学从系统的微观结构入手研究系统，根据系统结构与功能的相互作用构造系统的模型，把可测量的动态变化趋势和数据与不可测量的系统内部关系联系起来；其特别适合于研究与处理高阶数、多回路、非线性的复杂系统问题。其能对系统进行动态的模拟，以观察系统在不同的组织状态、不同的经济参数和不同的政策因素输入时所表现的行为和趋势。

区域可持续发展系统是社会－环境－经济复合体，具有因果性、反馈性和动态性的特点。黄河三角洲区域系统所表现出来的高阶、多回路和非线性的特征与系统动力学解决系统问题的性能具有较好的对应性。特别是其内部结构的复杂性和强关联性，构成一系列的因果关系链，这就使得系统动力学方法对环境系统分析具有较好的适用性。

模型数据遴选与运行

区域人地系统的动力结构与过程研究，属于系统机理探讨。建立黄河三角洲区域可持续发展系统动力学模型的主要目的在于通过建立系统动力学模型，探讨黄河三角洲区域可持续发展模式，优化黄河三角洲区域人地相互作用结构，调整区域人地相互作用过程，缓和乃至解决黄河三角洲区域人口、资源、环境与经济发展之间的矛盾，最终实现区域可持续发展。

区域可持续发展的核心是和谐发展。经济发展是前提和基础；节约资源、保护环境和控制人口是关键；社会发展是目标；科技进步是动力；资金投入是保障。结合黄河三角洲土地资源有限、区域经济和人口在城市空间上高度聚集发展的特点，分别探讨黄河三角洲可持续发展系统的人口、农业、工业及其他产业、环境、水资源和生产总值六大子系统（如图1）。

黄河三角洲区域系统具体可分为人口、土地、农业、工业、建筑业、商业、水资源、国内生产总值和环境污染等子系统，它们之间相互联系、相互影响，构成了具有多重反馈的因果关系回路（如图2）。

通过对黄河三角洲区域的相关资料进行的全面搜集和调查，具体分析了该区域系统的主要因果反馈关系以及各子系统变量间的联系方式，从中选择出12个状态变量、16个速率量、87个辅助变量及常量，形成区域系统动力学模型流图。

1）系统动力学方程

根据因素间关系分析，并借鉴已有研究中的成熟公式和相关参数（世界模型Ⅱ和河南省人地系统动力学模拟等），最后建立了黄河三角洲区域系统的动力学方程。

社会经济与资源环境等都是非线性系统，其演变方程为：

系统动力学的状态方程一般式可表示为

其差分形式为

其中，X为系统状态变量，R为流率变量，V为辅助变量，P为参数，f为xi的非线性函数。

2）参数确定

参数的准确确定是模型成功的关键因素之一。往往结合回归分析模型、预测模型、评价排序模型和多目标规划模型等来确定；需要运用多种综合评价方法：定性评价法（Delphi法、专家会议法）、运筹学法（数据包络分析）、统计分析法（因子分析、聚类分析等）、系统工程法（关联矩阵法等）、模糊数学法（模糊积分、模糊模式识别等）、对话式评价法（逐步法STEM、序贯解法SEMOP等）、智能评价法（生物进化遗传算法等）、系统模拟仿真法（蒙特卡罗法等）、灰色评价等。

3）模型调试与运行

对模型进行反复调试。对子系统模型结构、参数和方程式进行反复修改，以保证能模拟各自对应的客观系统；将各子系统联结起来，形成总体模型，进行总体调试。最后，用Vensim软件运行模型。

综合结果分析：

有效性与灵敏度

在对系统动力学模型进行有效性检验时，传统的方法如计量经济学模型的检验法、优度验算和相关系数等方法，对系统动力学模型不太适用。系统动力学模型是结构依存型模型，很大程度上依赖于建模者对系统的洞察力。进行有效性检验时，重点应研究系统的固有特性，如系统的稳定性、振荡、增长、峰值和变量随时间的变化关系等。

1）有效性检验

系统动力学模型的检验有其独特的方法，包括直观检验、运行检验和历史检验。直观检验与建模者学识和素质有关；运行检验主要依靠软件自身的模型检验和单位检验来完成；历史检验是指模型仿真行为对系统的历史数据的拟合程度的检验。

2）灵敏度分析

灵敏性分析是通过模型参数的变动对模型行为的影响，来判别模型的稳定性和参数的影响程度，是确保模型模拟分析和政策建议可信度的重要一环，其包括数值灵敏度、行为灵敏度和政策灵敏度分析。

针对黄河三角洲区域环境系统系统动力学模型进行有效性检验后，按照系统的历史发展水平，对系统模型中各外生参量自然赋值，模拟出黄河三角洲区域系统未来25年的自然演变过程（如图3）。

通过对参数变量的适当调控，尝试模拟区域系统可持续发展的农业发展模式、工业发展模式、环境保护模式和协调发展模式四种调控模式。与其他发展模式相比较，协调型发展模式各参量处于相对均衡的发展水平（如下表）。综合考虑经济、社会与生态，协调型发展模式是一种理想的发展模式。

自然过程的强度、频率和区域资源总量是系统调控对象中的被控量，由于其时空配置上的不均匀性，大大扩展了系统人地调控的可能性和多样性。区域发展过程中，通过调节、控制人类行为及其附属物，遵循自然客观规律，在认识自然、改造自然中实现区域系统的和谐发展。

根据黄河三角洲区域发展实际，要实现人地关系的和谐，走向区域系统可持续发展，必须根据不同的调控方案，比较人地系统被控量的实际值与期望值，为下一步在区域规划和调控各子系统协调发展中的人类行为等方面作出相应变动。

黄河三角洲作为我国重要的石油工业和粮棉生产基地，必须坚持走可持续发展的道路。在模型预测的基础上，按照统筹规划、合理分工、优势互补和协调发展等原则，应采取切实可行的区域可持续发展的调控措施。从政府角度，应对区域总体规划进行必要的战略性调整，必须加强区域统筹管理，建立区域协调与合作机制；在区域层次上，综合考虑区域的功能调整，留足发展空间和提高环境质量，以适应多样活动的需要和多种发展的可能性；在资源环境方面，应以环境容量为前提，大力保护生态环境敏感区与生态服务功能重要区，明确地划定保护地区和限制发展地区，进行区域生态环境建设和全流域综合治理。采取切实可行的措施，多方合作，共同推进黄河三角洲区域和中国的可持续发展。

在区域系统中，“人”与“地”之间的相互作用以及影响该系统的因素都是客观存在的，不以人的意志为转移。而系统动力学模型是结构依存型模型，很大程度上依赖于建模者对系统的洞察力。若能提取出对该系统影响大的变量，并且定量方法选取恰当，则分析结果才能更接近实际。模型中一些参数，因缺乏实际资料，只是作了粗略估计，给模型带来了某些不确定。对黄河三角洲区域可持续发展模式还应作出进一步的研究。