贵州草海“社会-经济-湿地”耦合系统综合模拟研究.pdf

年月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y第 卷第 期收稿日期:基金项目:贵州省典型高原湿地保护与修复重点实验室开放基金项目 编号:毕科联合字(贵工程)号;毕科联合字(贵工程)号;贵州省教育厅青年科技人才成长项目(编号:黔教合KY字 号);贵州省科技计划项目(编号:黔科合基础Z K 一般 )作者简介:冯国俊(),男,硕士研究生,研究方向为湿地土地利用.通讯作者:苏印(),男,副教授,博士,研究方向为资源利用与环境保护.贵贵州州草草海海“社社会会经经济济湿湿地地”耦耦合合系系统统综综合合模模拟拟研研究究冯国俊,苏 印,袁玉霄(贵州工程应用技术学院 贵州省典型高原湿地保护与修复重点实验室,贵州 毕节 ;贵州民族大学 生态环境工程学院,贵州 贵阳 )摘要:为了识别草海“社会经济湿地”耦合系统中最活跃的影响因子,找出耦合系统之间的作用机理,得出草海耦合系统可持续发展的条件.利用系统动力学方法,建立草海“社会经济湿地”耦合系统,通过设置模型参数情景,模拟了未来不同情景下耦合系统的变化趋势.结果表明:人口增长率、万元G D P用水量和总供水量为最活跃影响因子;草海社会、经济子系统与湿地子系统呈负反馈关系;在经济生态协调型情景下,草海耦合系统发展最好.关键词:耦合系统;系统动力学;贵州草海;情景模拟中图分类号:T V 文献标识码:A文章编号:()C o m p r e h e n s i v eS i m u l a t i o nS t u d yo nt h eC o u p l i n gS y s t e mo f S o c i e t y E c o n o m yW e t l a n d i nC a o h a i,G u i z h o uF e n gG u o j u n,S uY i n,Y u a nY u x i a o(G u i z h o uP r o v i n c eK e yL a b o r a t o r yo fE c o l o g i c a lP r o t e c t i o na n dR e s t o r a t i o no fT y p i c a lP l a t e a uW e t l a n d s(G u i z h o uU n i v e r s i t yo fE n g i n e e r i n gS c i e n c e),B i j i e,G u i z h o u ,C h i n a;C o l l e g e o fE c oE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g,G u i z h o uM i n z uU n i v e r s i t y,G u i y a n g,G u i z h o u C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t o i d e n t i f y t h em o s t a c t i v e i n f l u e n c i n g f a c t o r s i nt h e s o c i a l e c o n o m i c w e t l a n d c o u p l i n gs y s t e mo fC a o h a i,f i n do u t t h em e c h a n i s mo f i n t e r a c t i o nb e t w e e nc o u p l i n gs y s t e m s,a n do b t a i nt h ec o n d i t i o n s f o rs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f t h ec o u p l i n gs y s t e mo fC a o h a i,t h i sp a p e ru s e st h em e t h o do fs y s t e md y n a m i c s t oe s t a b l i s ham o d e l o f s o c i a l e c o n o m i c w e t l a n d c o u p l i n gs y s t e m so fC a o h a i t os i m u l a t e f u t u r ec h a n g e s,a n dp r e d i c ta n ds i m u l a t et h ec h a n g et r e n da n di n f l u e n c i n gf a c t o r so ft h ec o u p l i n gs y s t e mi nd i f f e r e n t s c e n a r i o s i nt h e f u t u r eb yc h a n g i n gt h ep a r a m e t e r s c e n a r i o so f t h em o d e l T h e r e s u l t ss h o w e dt h a t t h ep o p u l a t i o ng r o w t hr a t e,w a t e r c o n s u m p t i o no f y u a no fG D Pa n d t o t a lw a t e r s u p p l yw e r e t h em o s t a c t i v e i m p a c t f a c t o r s T h e s o c i a l a n de c o n o m i c s u b s y s t e mo fC a o h a i h a s an e g a t i v e f e e d b a c kr e l a t i o n s h i pw i t h t h ew e t l a n ds u b s y s t e m U n d e r t h e s c e n a r i oo f e c o n o m i c a n de c o l o g i c a l c o o r d i n a t i o n,t h eC a o h a i c o u p l i n gs y s t e mi s t h eb e s td e v e l o p e d K e yw o r d s:c o u p l i n gs y s t e m s;s y s t e md y n a m i c s;G u i z h o u,C a o h a i;s c e n a r i os i m u l a t i o n 引言“湿地资源环境经济”系统是指湿地作为一种特殊的自然资源,以及湿地生态系统与环境系统和经济系统之间相互作用的关系.这个系统包括湿地的资源特征、生态功能、环境影响和经济利 年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期用等方面.实现湿地资源、环境和经济的协调发展,有助于保护湿地生态系统的完整性和稳定性,促进湿地资源的可持续利用,实现经济效益和生态效益的良性循环.近年来,学者对不同地区、不同时段内生态环境与经济社会发展耦合关系的研究和探讨取得了一定的成果,H i g g i n sS及T r e i m e nT等研究了经济、资 源 与 环 境 系 统 协 调 发 展 模 拟 仿 真 问题.M o u s a v iS等利用系统动力学的方法探索直接和间接影响海洋生物的最显著因素.张沛等利用系统动力学对塔里木河“社会生态水资源”系统的耦合演化研究表明水资源的消耗和开发利用是影响当地社会经济发展及生态环境恶化的主要原因.吴昊等采用系统动力学方法,对辽宁河口湿地生态环境变化进行模拟研究,探讨环境与社会经济发展之间的关系,为区域可持续发展提供科学依据.王富强等利用系统动力学,构建京津翼地区水经济生态系统模型,研究地区水资源、经济社会和生态环境系统未来可能面临的失衡失稳问题.从研究角度看,相关研究成果多数通过构建系统指标评价体系,或通过耦合协调度模型 对生态环境与社会经济之间的关系进行评价和测算,缺乏从整体范围角度模拟系统的耦合协调关系.从研究内容看,目前已有相关文献研究大多集中在“旅游经济生态环境”“城市化生态环境”耦合协调关系 的分析,而基于湿地、林地、草地等自然资源土地生态系统与社会经济发展的耦合关系的定量分析较为少见.目前关于贵州草海的研究大多针对草海水体环境,对社会、经济及湿地的耦合研究相对缺乏.草海社会经济与湿地生态环境之间的互耦关系如何?如何协调草海社会、经济及湿地的发展?本文基于系统动力学方法,建立草海“社会经济湿地”耦合系统,为实现草海的可持续发展提供参考.研究区域与方法 研究区域草海自然保护区位于乌蒙山麓腹地,贵州省威宁彝 族 回 族 苗 族 自 治 县 西 南 侧,地 理 坐 标 为 N,E,保护区总面积 h m,水域面积 h m,是贵州最大的天然淡水湖泊.草海湖正常蓄水面积为 h m,正常水位 m,最大水深约m.受季节性降水的影响,丰水期水位可达 m,相应水域面积 h m;枯水期水位降至 m,相应水域面积 h m.研究方法以系统动力学理论为基础,建立草海“社会经济湿地”耦合系统,收集草海相关数据资料,通过设计不同的模型情景,分析耦合系统中的影响因子,预测未来草海“社会经济湿地”耦合系统发展状况,提出相应的策略和建议.模型边界系统模型的时间边界为 年,模拟步长为年,系统模型的地理边界是贵州草海国家自然保护区,系统模型的模拟边界是保护区内社会经济土地状况.模型检验本文构建的草海“社会经济湿地”耦合系统模型,首先要对模型进行有效性检验.系统动力学模型的检验方法一般分为种:直观检验、运行检验和历史检验,其中直观检验和运行检验已在建模过程中实现,这里主要介绍历史检验.选择总人口、生产总值、湿地水体面积、草地面积、林地面积、耕地面积、建筑用地面积及荒地等变量进行历史检验,结果如表所示,误差都在 以内,模型通过检验,可进行下一步多情景模拟.表关键变量历史检验变量 年 年 年 年 年湿地水体面积历史值/k m 湿地水体面积模拟值/k m 误差/草地面积历史值/k m 草地面积模拟值/k m 误差/E 耕地面积历史值/k m 耕地面积模拟值/k m 冯国俊,等:贵州草海“社会经济湿地”耦合系统综合模拟研究生态文明建设:自然与生态续表变量 年 年 年 年 年误差/建筑用地面积历史值/k m 建筑用地面积模拟值/k m 误差/林地面积历史值/k m 林地面积模拟值/k m 误差/荒地面积历史值/k m 荒地面积模拟值/k m 误差/总人口历史值/万人 总人口模拟值/万人 误差/生产总值历史值/万元 生产总值模拟值/万元 误差/模型流程图模型流程如图所示.图草海“社会经济湿地”耦合系统模型流程 结果与分析 不同情景参数设定模型参数涉及社会、经济、湿地个子系统,根据不同目标政策,共设计种情景,分别如下:()自然发展型.不改变参数值,以 年为基准年,模拟 年草海“社会经济湿地”耦合系统的发展情况.()生 态 保 护 型.以 自 然 发 展 型 为 基 础,将C O D排放浓度、氨氮排放浓度、人均生活用水配额、污水排放量和总供水量下调,根据 省人民政府办公厅关于印发贵州省“十四五”自然资源保护和利 用 规 划 的 通 知,将 万 元G D P用 水 量 下调.()经 济 发 展 型.以 自 然 发 展 型 为 基 础,对C O D排放浓度、氨氮排放浓度、污水排放总量、总供水量上调.()经济生态协调型.以自然发展型为基础,年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期将C O D排放浓度、氨氮排放浓度、人均生活用水配额、万元G D P用水量、污水排放量下调,总供水量与经济发展型保持一致,具体情景参数设计如表所示.表不同情景主要参数设置参数自然发展型生态保护型经济发展型经济生态协调型C O D排放浓度/(m g/L)氨氮排放浓度/(m g/L)人均生活用水配额/(万t/人)万元G D P用水量/(万t/万元)污水排放量/m 总供水量/万t 草海湿地不同情景模拟特征分析 情景A自然发展型自然发展型情景是保持模型中的所有参数值不变,按照目前状态进行模拟.从图可得出,在自然发展情景下,人口持续降低,G D P增长缓慢.到 年,人口降低到 万人,G D P增长到 万元,G D P比 年增加了 .湿地水体面积、林地面积和草地面积逐步减少,到 年分别为 、和 k m,比 年分别降低 、和.湿地生态环境指数也在降低,到 年,从 年的 降低到 ,生态环境属于较差状态.总体来看,草海按照目前的发展,湿地水体面积会持续萎缩,生态环境会持续恶化.情景B生态保护型在生态保护型情景下,G D P较自然发展型增长较快,到 年达到 万元,增加 ,总人口较自然发展型有所减少,到 年为 万人,减少.湿地水体、草地及林地面积持续增加,到 年,湿地水体面积增加到 k m,草地面 积 增 加 到 k m,林 地 面 积 增 加 到 k m.湿地生态环境指数升高,年,湿地生态环境指数均大于,生态环境处于较好水平.总体看,草海按照生态保护型情景发展,湿地水体 面 积 会 逐 渐 增 加,生 态 环 境 将 得 到 明 显改善.情景C经济发展型在经济发展型情景下,总人口、G D P快速增长.到 年,总人口为 万人,G D P达到 ,万元,G D P较 年增加 .湿地水体面积、草地面积、林地面积开始迅速减少,到 年,湿地水体面积减少到 k m,比自然发展情景下,减 少 接 近 k m,草 地 面 积 减 少 到 k m,比 年减少一半,林地面积减少到 k m.湿地生态环境指数由 年的 迅速降低到 年的 ,生态环境为恶化状态.总体看,草海按照经济发展型情景发展,湿地水体面积会大幅减少,生态环境会严重恶化.情景D经济生态协调型在经济生态协调型情景下,总人口呈增长状态,到 年 为 万 人,较 年 增 长 .G D P增长较迅速,到 年达到,万元.湿地水体面积、林地面积和草地面积均呈增长状态,到 年,较 年分别增长 、和 .湿地生态环境指数在 年处于,生态环境处于较好状态.总体看,草海按照经济生态协调型情景发展,经济会持续增长,湿地水体面积会增加,生态环境会向好的状态发展.讨论与结论 讨论通过不同情景分析,经济生态协调型情景下的湿地水体面积、林地和草地面积均仅低于生态保护型情景,高于自然发展型与经济发展型情景,湿地生态环境指数也仅低于生态保护型情景,总人口及G D P仅次于经济发展型情景,社会经济发展和生态环境都持续向好.综合考虑社会、经济与湿地生态环境,经济生态协调型情景排第一.其次为生态保护型情景,生态环境最好,但社会经济发展较慢.第三 是 自 然 发 展 情 景,社 会 经 济发展较快,但生态环境会持续恶化.最后为经济发展型情景,社会经济虽然快速发展,但生态环境处于极度恶化状态,最终恶化的生态环境会制约当地的社会经济发展.因此,经济生态协调型情景为草海“社会经济湿地”耦合系统可持续发展的最优情景.冯国俊,等:贵州草海“社会经济湿地”耦合系统综合模拟研究生态文明建设:自然与生态图不同情景模拟预测结果 结论通过建立贵州草海“社会经济湿地”耦合系统,分析草海耦合系统的未来发展状态,可以得出以下结论:()人口增长率、万元G D P用水量和总供水量,对草海“社会经济湿地”耦合系统影响最大,是耦合系统的敏感变量.()草海“社会经济湿地”耦合系统受多个因素影响,在经济生态协调型情景下,兼顾社会经济发展与生态保护,是草海湿地发展的最优方案.()草海“社会经济湿地”耦合系统中个子系统之间相互联系,相互影响,需要对各子系统参数进行协调,才能保障耦合系统的可持续发展.贵州草海“社会经济湿地”耦合系统模型较为复杂,本文虽然得出了一些结论,但是并不全面,还有很多不足之处,未来会选用系统动力学模型中更多的函数,从多个角度对情景进行设置,使情景更加丰富完善.参考文献 徐婷,徐跃,江波,等贵州草海湿地生态系统服务价值评估J生态学报,():胡运禄,张明善我国民族地区湿地生态与经济发展耦合协调研究:以民族八省区为例J内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版),():年月绿 色 科 技(J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)第 期H i g g i n sS,T u r p i eJK,C o s t a n z aR,e t a l E c o l o g i c a l e c o n o m i cs i m u l a t i o nm o d e lo fm o u n t a i nf y n b o se c o s y s t e m sd y n a m i c s,v a l u a t i o na n dm a n a g e m e n tJ E c o l o g i c a lE c o n o m i c s,():T r e i m a nT,D w y e r J,L a r s e nD L o n g t e r me c o n o m i cs i m u l a t i o n:e v e na g e da n du n e v e na g e de x a m p l e sf r o mt h eM i s s o u r iO z a r kF o r e s tE c o s y s t e mP r o j e c t(MO F E P)JN o r t h e r nJ o u r n a l o fA p p l i e dF o r e s t r y,():M o u s a v iS H o o m a n,K a v i a n p o u r M R,A l c a r a zJ o r g e L u i sG a r c a T h ei m p a c t so fd u m p i n gs i t e so nt h em a r i n ee n v i r o n m e n t:As y s t e md y n a m i c s a p p r o a c hJ A p p l i e dW a t e rS c i e n c e,()张沛塔里木河流域社会生态水资源系统耦合研究D北京:中国水利水电科学研究院,吴昊,胡晓钧,杨继松辽河河口区湿地生态环境变化模拟预测J安徽农业科学,():王富强,张蒙,吕素冰,等京津冀地区水经济生态系统耦合协调发展模拟J/O L南水北调与水利科技(中英文):金梦,郭文强新疆城镇化与生态环境耦合协调度测度与分析J内蒙古师 范大学学报(自然科 学汉文版),():张玉萍,瓦哈甫哈力克,党建华吐鲁番旅游经济生态环境耦合协调发展分析J人文地理,():胡喜生,洪伟,吴承祯福州市土地生态系统服务与城市化耦合度分析J地理科学,():渠玉莲,郭宗逵南京市城市化与土地生态系统服务耦合度分析J安徽农业大学学报,():张妍,吴玉基于耦合模型的产业结构与生态环境的协调发展研究:以陕西省商洛市为例J湖北农业科学,():王家奇,安红燕,许建武,等石羊河流域经济旅游生态耦合关系研究J西北师范大学学报(自然科学版),():钟霞,刘毅华广东省旅游经济生态环境耦合协调发展分析J热带地理,():韦福巍,周鸿,黄荣娟区域城市旅游产业、社会经济、生态环境耦合协调发展研究:以广西 个地级市为例J广西社会科学,():韩愿强,周新苗长三角地区旅游经济与生态环境的耦合协调度研究J科技与管理,():雷梅,靳永翥贵州少数民族地区城镇化与生态环境耦合关系评价:以 个 市 县 为 例 J贵 州 民 族 研 究,():刘艳艳,王少剑珠三角地区城市化与生态环境的交互胁迫关系及耦合协调度J人文地理,():钱晓英,王莹京津冀地区产业集聚与生态环境间的耦合关系J统计与决策,():任金铜,杨可明,陈群利,等草海湿地区域景观生态脆弱性时空变化特征J生态与农村环境学报,():(上接第 页)朱乾隆,刘鹏凌,栾敬东,等城市土地集约利用与生态文明建设的 耦 合 关 系 J浙 江 农 林 大 学 学 报,():H uP a n p a n,L iF e n g,S u nX i a o,e ta l A s s e s s m e n to fL a n dU s e/C o v e rC h a n g e sa n di t se c o l o g i c a le f f e c t i nr a p i d l yu r b a n i z e da r e a s:T a k i n gp e a r lr i v e rd e l t au r b a na g g l o m e r a t i o na sac a s eJ S u s t a i n a b i l i t y,()汪磊,曹幸琪生态文明建设视角下江苏省城市土地集约利用评价与障碍因子诊断J上海国土资源,():杨志华,王香凝,刘薇,等生态优势型省份生态文明示范区建设的模式和路径探究J鄱阳湖学刊,():,任祁荣,于恩逸甘肃省生态环境与社会经济系统协调发展的耦合分析J生态学报,():张凤太,张军以,苏维词基于熵权和主成分分析的岩溶区水资源安 全 评 价:以 毕 节 为 例 J环 境 工 程,():苏永波旅游开发与生态文明建设耦合路径研究:基于主辅嵌入视角J系统科学学报,():刘春林耦合度计算的常见错误分析J淮阴师范学院学报(自然科学版),():郑群明,周聪聪中国省域森林公园旅游接待人数空间分异研究:基于空间自相关分析方法J中南林业科技大学学报(社会科学版),():(上接第 页)黄晓楠,张目中国省域生态文明建设与金融集聚耦合协调发展研究J林业经济,():张国兴,王涵基于P S R模型的黄河流域中心城市水生态文明建设评价J生态经济,():,夏莹国外生态文明建设的发展研究J知识经济,():M o r r i s o n R E c o l o g i c a lD e m o c r a c yM B o s t o n:S o u t h E n dP r e s s,L e m o sM C,A g r a w a lA S u b m i t t e dt oa n n u a lr e v i e wo fe n v i r o n m e n t a n dr e s o u r c e sJ E n v i r o n m e n t a lG o v e r n a c e,()小约翰柯布,杨志华,王治河建设性后现代主义生态文明观J求是学刊,():P h i l i pC l a y t o n,J u s t i nH e i n z e k e h r O r g a n i cM a r x i s mM A n o k a MN:P r o c e s sC e n t u r yP r e s s,:周宏春,宋智慧,刘云飞,等生态文明建设评价指标体系评析、比较与改进J生态经济,():