（管理科学与工程专业论文）水环境对北京现代制造业影响的系统动力学研究.pdf

独创性声明 i i l lllii i ii lli ii ii iiil 17 8 8 4 7 4 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) f刁 j v 爹一f t嬲麓啊：”沁。i一 摘要 摘要 2 0 0 2 年l o 月，北京市政府在关于振兴北京现代制造业的意见中提出， 北京市要大力发展现代制造业，时至今日，已取得重大的发展成绩。但是，与此 同时北京市人口迅速增长，每年都有大量人口迁入北京；北京市水资源严重短缺， 生活废水和工业废水排放量加大，水环境遭到很大破坏，这些因素在很大程度上 会限制北京市现代制造业的发展规模。 本文主要就是针对以上问题，建立了人口一现代制造业水环境三者的耦合系 统，通过数据运行和系统分析，研究北京现代制造业的可持续发展能力。 首先，对北京市现代制造业的相关理论加以综述，归纳分析了现代制造业的 研究进展，并对区域水环境承载力理论与系统动力学原理进行系统论述，分析其 研究进展； 其次，在分析北京市的人口、制造业经济以及水环境状况的基础上，建立了 北京市可持续发展能力评价指标体系；用系统动力学方法来研究北京市可持续发 展能力，从人口、经济、水环境角度构建了北京市可持续发展能力的系统动态仿 真模型，对北京市现代制造业的可持续发展能力进行模拟仿真，并对模型进行了 有效性和合理性验证； 最后，对人口现代制造业水环境系统进行了政策调控和分析，通过对文章 分析提出，为了实现北京市现代制造业的可持续发展，需要做好两方面的工作： 第一，大力发展循环经济，实现水资源的再利用，大力发展环保产业，加大环境 保护投资力度；第二，走高新技术产业道路，进行产业调整，专注核心产业；依 靠技术创新，振兴现代制造业；提高产业集群效应，打造现代制造业工业园区。 关键词现代制造业；水环境；系统动力学；可持续发展 北京工业大学管理学硕士学位论文 i i 厂。 ， 0 0 ，l 、t a b s t r a c t a b s t r a c t i no c t 2 0 0 2 ，”v i e w so nr e v i t a l i z a t i o nt h em o d e mm a n u f a c t u r i n gi n b e i j i n g p o i n t so u tt h a tw es h o u l dd e v e l o pm o d e mm a n u f a c t u r e u n t i ln o w , w ea c h i e v e s i g n i f i c a n ta c h i e v e m e n t s b u tt h ep o p u l a t i o no fb e i j i n gi sc o n t i n u e dg r o w i n g ，l a r g e n u m b e r so fp o p u l a t i o ni sm o v i n gi n t ob e i j i n ge v e r yy e a r ；t h ew a t e rr e s o u r c ei ss e v e r e s h o r t , t h ew a s t e w a t e rw h i c hi sd i s c h a r g e db yl i f ea n di n d u s t r yi sb e c o m i n gl a r g e ra n d l a r g e r , t h ew a t e re n v i r o n m e n ti sd e s t r o y e d t h e s er e a s o n sc a nr e s t r i c tt h ed e v e l o p i n g s c a l eo f t h eb e i j i n gm o d e mm a n u f a c t u r e t h ea r t i c l ei sm a i n l yt os o l v et h e s ep r o b l e m s ，b u i l d i n gad y n a m i cs y s t e m 谢t 1 1 p o p u l a t i o n - m o d e m m a n u f a c t u r e w a t e re n v i r o n m e n t ，t or e s e a r c ht h em o s t d e v e l o p m e n td i m e n s i o nb e y o n dt h ec o n d i t i o no fn oh a r mt ot h ew a t e re n v i r o n m e n tb y d a t ar u na n ds y s t e ma n a l y s i s f i r s t ，s u m m a r i z i n gt h et h e o r yo ft h eb e i j i n gm o d e mm a n u f a c t u r e ，c o n c l u d ea n d a n a l y s i st h er e s e a r c hs c h e d u l e ，a ss oa st h ew a t e re n v i r o n m e n tc a r r y i n gc a p a c i t yo f a r e aa n ds y s t e md y n a m i c s s e c o n d ，a n a l y s i st h eb a s i ci n s t a n c eo ft h ep o p u l a t i o n ，e c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t o fb e i j i n g ，b u i l dt h ee v a l u a t ei n d e xo ft h ec o n t i n u a n c ed e v e l o p m e n to fb e i j i n g a p p l y s y s t e md y n a m i ct or e s e a r c ht h ec o n t i n u a n c ed e v e l o p m e n to fb e i j i n g ，e s t a b l i s ht h e s y s t e md y n a m i cm o d e lo ft h ep o p u l a t i o n ，e c o n o m i c ，a n de n v i r o n m e n t ，s i m u l a t i o nt h e c o n t i n u a n c ed e v e l o p m e n to fb e i j i n g ，a n da l s ov a l i d a t et h em o d e lb yv a l i d i t ya n d r a t i o n a l i t y t h el a s t ，b yc o m p a r ea n da n a l y s i s ，g i v et h ec o u n t e r m e a s u r eo fc o n t i n u a n c e d e v e l o p m e n tf o rt h es y s t e mw h i c hb u i l d u p 、斩mp o p u l a t i o n - m o d e mm a n u f a c t o r y e c o n o m i c - w a t e re n v i r o n m e n to nt w oa s p e c t s o n ei sd e v e l o p i n gt h ec i r c l ee c o n o m y , r e c y c l i n g t h e w a t e r , e x p a n d i n g e n v i r o n m e n t p r o t e c ti n d u s t r y , i n c r e a s i n g t h e i n v e s t m e n t ；t h eo t h e ri st ow a l kt h eh i g h t e c hi n d u s t r y ：a d j u s t i n gp r o d u c t i o ns t r u c t u r e ， f o c u s i n go nc o r eb u s i n e s s ；r e l y i n go nt e c h n o l o g i c a li m o v a l i o n ，a n dr e v i t a l i z i n gt h e m o d e mm a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y ； e n h a n c i n gi n d u s t r y c l u s t e re f f e c t ，a n dc r e a t i n g m o d e m m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r i a lp a r k k e yw o r d sm o d e m m a n u f a c t u r e ；w a t e re n v i r o n m e n t ； s y s t e md y n a m i c s ； s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t i i i 北京工业大学管理学硕士学位论文 i v ，i j j ， ，j ，f ? 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论一1 - i 1 水环境的研究背景一i 1 2 研究目的和意义一i 1 3 水环境国内外研究现状一2 - 1 3 1 水环境国内外研究现状- 2 - 1 3 2 文献评述- 4 1 4 研究内容和数据来源一5 - 1 4 1 研究内容一5 - 1 4 2 数据来源一5 - 1 5 本章小结一6 - 第2 章相关理论综述- 7 - 2 1 制造业的水环境系统的构成- 7 2 2 北京现代制造业的理论研究- 8 - 2 2 i 北京现代制造业提出的背景和意义- 8 2 2 2 现代制造业的概念及内涵9 2 2 3 北京现代制造业发展的制约因素1 0 - 2 3 区域水环境理论一l l 一 2 3 1 区域水环境承载力的概念及内涵- l l - 2 3 2 区域水环境承载力的影响因素一1 2 2 3 3 基于可持续发展的水承载力- 1 2 - 2 3 4 基于经济学和生态学的水承载力1 3 2 4 系统动力学一1 4 - 2 4 1 系统动力学理论综述1 4 - 2 4 2 系统动力学的模型结构- 1 5 - 2 4 3 系统动力学构思模型的原则- 1 6 2 4 4 系统动力解决问题的基本步骤1 7 2 4 5 系统动力学模型应用软件1 8 2 5 本章小结- 1 9 - 第3 章北京市人口、经济和水资源发展状况2 1 _ 3 1 北京市概况一2 卜 3 i 1 北京市人口状况一2 1 _ 3 1 2 北京市经济状况2 3 3 2 北京市现代制造业发展状况- 2 4 - 3 3 北京市水资源状况- 2 5 3 4 本章小结- 2 6 - 第4 章北京市现代制造业水环境承载力的系统动力学模型2 9 - 4 1 北京市现代制造业水环境承载力模型总体结构分析2 9 v 北京工q k 大学管理学硕士学位论文 4 1 1 建模目的2 9 4 1 2 边界划分2 9 4 1 3 现代制造业水环境指标体系3 0 4 1 4 系统整体因果关系图3 1 4 2 北京市人u 子系统3 2 4 2 1 人口子系统分析3 2 4 2 2 人口子系统因果关系图3 2 4 2 3 人口子系统s d 流图3 3 4 3 北京市现代制造业经济子系统3 4 4 3 1 经济子系统分析3 4 4 3 2 经济子系统因果关系图3 4 4 3 3 经济子系统s d 流图3 5 4 4 北京市现代制造业水环境子系统3 6 4 4 1 制造业水环境子系统分析3 6 4 4 2 制造业水环境子系统因果关系图3 7 4 4 3 制造业水环境子系统s d 流图3 7 4 5 本章小结3 8 第5 章系统动态仿真与对策建议4 1 5 1 模型的检验4 卜 5 1 1 单位一致性检验4 1 5 1 2 结构检验测试4 1 5 1 3 有效性及合理性检验4 1 5 2 系统仿真结果分析4 3 5 3 系统的政策调控与分析4 6 5 4 北京市现代制造业可持续发展的对策建议4 8 5 4 1 大力发展循环经济，实现水资源的再利用4 8 5 4 2 走高新技术产业道路4 9 5 5 本章小结5 0 结论5 1 参考文献5 3 攻读硕士学位期间所发表的学术论文5 7 致谢5 9 。 v i 第1 章绪论 1 1 水环境的研究背景 第1 章绪论 水作为人类一切生命和生产活动的基本资源，是生命和生产活动赖以生存的 源泉。随着社会的进步，经济越来越发达，人口增长速度加大，这在一定程度上 增加了人类社会对水的需求程度；与此同时，环境被破坏，温室效应加重，水资 源短缺的现象也日益突出，水已经成为一个被全世界关注的社会问题。由中国科 学院院士周立三先生主持的国情研究小组将水资源作为测度国力的指标之一，国 家发展计划委员会在制定我国未来工业布局的发展规划时，也把水资源的储备量 作为衡量我国经济发展的主要指标之一。u j 北京的水资源属于开发利用条件较差级别，水资源利用程度很高，开发潜力 不大【2 】，而北京现代制造业发展速度比较快，又加剧了水资源短缺的现状，如果 想解决这个问题只能依靠提高水的利用率，尽量做到工业废水排放达标。在2 0 0 6 年度北京工业废水排放量为1 0 1 7 0 万吨，工业废水排放达标量是1 0 0 9 8 万吨例， 工业废水排放达标率已经为9 9 2 9 ，可以提升的空间已经很小了，所以要保持 北京现代制造业的持续发展，必须要在污水环境承载能力范围内发展，否则只能 造成污染加重，危害人们的生活。 1 2 研究目的和意义 联合国一项研究报告指出：全球现有1 2 亿人面临中度到高度缺水的压力， 8 0 个国家水源不足，2 0 亿人的饮水得不到保证。预计到2 0 2 5 年，形势将会进一 步恶化，缺水人1 2 1 将达到2 8 亿3 3 亿。目前，在我国6 0 0 多个城市中，缺水城 市已达4 0 0 多个，其中缺水比较严重的城市有1 3 0 多个，全国缺水总量为6 0 亿 立方米而且北京市的缺水状况尤为突出。1 4 1 因此，该论文研究所要达到的目的有 以下三个： 1 、分析北京市人口、经济和水资源发展状况，并建立起人口现代制造业经 济水环境三者的系统动态模型。 2 、将确定水环境的指标体系。 3 、研究水环境承载力对制造业子系统所产生的影响。 4 、给出关于北京现代制造业可持续发展的相关对策建议。 北京工业大学管理学硕十学位论文 1 3 水环境国内外研究现状 承载力是环境科学研究的一个重要范畴，它是衡量环境质量状况和环境容量 受人类生产生活活动干扰能力的一个重要指标【5 j 。承载力概念的提出可以追溯到 马尔萨斯的人口增长理论1 6 j ，在这个理论中，他指出食物是人类生存的必需品， 是限制人口增长的主要限制因子。1 8 3 8 年数学家p i e r r f v e r h u l s t y 用数学方程对 马尔萨斯的“人口增长受资源限制”理论进行描述【_ 7 1 ，1 9 2 1 年，b u r g e s s 和p a r k 在 有关的人类生态学的杂志中，提出了承载力的概念，即“某一特定环境条件下( 主 要指营养物质、阳光、生存空间等生态因子的组合) ，某种个体存在数量的最高 极限”。瞵j2 0 世纪以来，人e 1 、资源和环境三者之间的矛盾日益严重，如何协调 三者的关系，构建和谐共赢的社会成为广大学者讨论研究的重点，因而承载力也 就不可避免的成为了探讨可持续发展的一个重要概念。承载力刚开始比较多用于 资源系统、环境系统【8 】和生态系统【9 】。 国内较严格的“环境承载力”的概念最早出现在北京大学完成的福建省湄洲 湾开发区环境规划综合研究总报告中，即“在某一时期、某种状态或条件下，某地 区的环境所能承受的人类活动的阂值”。【lo 】近年来，国内外学者对环境承载力的研 究主要包括综合环境承载力研究【l l 】和环境要素( 包括土地、水环境、大气环境、 交通等) 承载力研究两个方面，也提出了相应的概念与量化研究方法。环境系统 是由各个环境要素子系统组成的，因此环境承载力与环境要素承载力的研究密切 相关【1 2 】。 目前环境要素承载力研究有：土地资源承载力【1 3 ，1 4 1 、水环境承载力【1 5 】、人 口承载力【1 6 1 、大气环境承载力【1 7 】、交通环境承载力等。 1 3 1 水环境国内外研究现状 水环境是一个社会经济系统能够保持持续稳定发展的基本因素，它的承载能 力状况直接决定了这个地区将来发展的能力大小。1 1 9 承载力一直是广大学者研 究的对象，早在2 0 世纪8 0 年代初，联合国教科文组织就提出了资源承载力的概 念，承载力就是指：“一个国家或地区的资源承载力是指在可预见的时期内，利用 本地资源及其他自然资源和智力、技术等条件，在保护符合其社会文化准则的物 质生活水平下所持续供养的人口数量。” 2 0 1 水环境承载力的概念就是在此基础上 引申而来，因为水环境承载力都是针对特定区域或者系统的，所以在国际上对于 水环境承载力的单项研究非常少，一般都是将其纳入可持续发展的理论中，例如， y o s s p o l 等把承载力看做可持续发展的一项重要指标。 2 1 l 在中国，1 9 9 5 年，唐剑 武等 2 2 l 给出水环境承载力概念，并给出水环境的定量描述指标及计算模型。该 第1 章绪论 模型用系统动力学的方法，经计算，将水环境承载力表示为n 个定量描述的指标， 视为r l 维空间矢量，然后将水环境承载力的大小用归一化后的矢量模表示。不同 的发展策略下，计算出不同的综合值，综合值越大，表明水环境承载力越大。 z 3 j 目前我国对水环境承载力的定义有多种表述，但迄今为止仍然没有形成一个 系统的、科学的理论体，综观学者所提出的概念，可以发现水环境承载力是一个 内涵明确，外延模糊的概念，其内涵至少包括4 个方面：在当前人们生活水平 和生活质量要求下，水环境所能承载的最大阈值，也就是人们的生活生产应该遵 循环境标准的要求：水环境承载力主要包括水体自我维持、自我调节能力和纳 污能力：水体纳污能力，反映在环境方面就是在不破坏水体环境生态系统的情 况下，水环境所能净化的污水和废弃物量；在当前人们生产活动方式下，水环 境承载力可支撑社会的可持续发展的规模，主要是所能承载的人口、经济的规模 【2 4 2 5 ，2 6 】 o 对于水环境承载力的研究，一般会涉及到特定地区的人口数量，经济发展规 模等，其涉及的内容繁多，复杂性强，至今还没有形成统一成熟的方法。但是对 于解决这类问题的研究方法是很多的，主要有六种：背景分析法【2 ，常规趋势 法【2 8 】，模糊评价法【2 9 】，主成分分析法【3 0 1 ，多目标分析法【3 1 1 和系统动力学方法【3 2 1 。 背景分析法就是在一定历史时间内，选择与要研究的对象具有相似的自然和 社会的背景区域，通过模拟环境的对比，推算出要研究区域可能的承载能力。 2 7 1 陈平【7 3 】运用背景分析法来研究法学问题。其优点是各个因子之间是独立的，方 法简单易行；缺点是局限于特定的历史背景，缺乏动态性，割裂了环境、社会和 资源之间的相互联系。 常规趋势法，首先是假定用水总量、生态环境需水以及社会各部门间的用水 比例是合适不变的，然后再考虑建设节水型社会，并在此基础上计算水资源所承 载的人口数量、工业和农业规模。【2 8 1 王家骥【2 8 】等利用此方法来研究黑河流域的 生态承载力。其优点是，计算简单方便，直观性强；缺点是，此方法一般是考虑 单因子的发展趋势，忽略了各个因子之间的承接关系。 模糊评价法是运用模糊数学的方法，综合评价受多个因素制约的事物和现 象。【2 纠邱立新等f 2 9 1 运用模糊评价的方法来综合评价西北煤炭开发对水环境影响。 此方法的优点是由对数据要求不高，具有一定的普遍性，可操作性强；缺点是对 信息选择方法不统一，容易遗失的有用信息，误判的可能性比较大。 主成分分析就是从影响水资源承载力的众多因子中，较客观地挑选出主要因 素来进行分析。1 3 川鄢帮有【3 0 1 等运用主成份分析方法来研究鄱阳湖水环境承载力。 此方法的优点是能客观的确定各个指标权重，从而避免了主观随意性：缺点是多 目标方法仅适用于较小模型，不能全面地考虑系统的各项影响因素。 多目标分析是选取能够反映社会、经济、人口、生态环境等若干目标的因素， 北京丁业大学管理学硕士学位论文 综合分析水资源承载力。 3 1 1 刘成良等【3 1 1 利用多目标分析方法来研究邯郸水资源 优化配置问题。此方法的优点是具有很强的整体性，防止了指标选取的片面性； 缺点是指标的选择非常难，并且要选择相通的指标很容易造成指标重复。 系统动力学方法是一种以反馈控制理论为基础，用计算机仿真技术的手段来 研究复杂的社会经济系统。【3 2 1 赵春丽p 2 1 运用系统动力学的方法研究区域水资源 承载力。该法( 或模型) 将地区人口、环境与发展统一纳入发展计划，采用环境计量 系统进行分析，通过环境与发展之间的相互关系，选出能够提高地区环境承载能力 的发展战略，是目前最具发展潜力的一种分析方法，在2 0 0 6 年的中国管理科学 与工程研究进展运用系统动力学对供应链进行了研究【3 3 1 ，在2 0 0 7 年的中国管理 科学与工程研究进展中，运用系统动力学方法对供应链进行了研究1 3 4 1 在2 0 0 8 年的中国发展过程中的管理科学与工程中运用了系统动力学的方法对区域创新 进行了研究3 引，所以说系统动力学是一个很好的工具，本文也是借助这个工具 进行系统的分析。 一 1 3 2 文献评述 目前，我国水环境承载力的研究已经取得了丰富的成果，但仍然存在诸多问 题，需进一步深入研究。 1 、对于水环境承载力的研究缺乏完整的理论体系，各研究者往往根据自己 的研究目标来定义水环境承载力，没有形成公认的理论基础和研究方法，导致各 自的研究结果缺乏可比性； 2 、到目前为止关于水环境承载力还没有形成统一概念和定义，这就导致了 某些具体的量化方法存在着缺陷，如量化结构及量化结果与水环境承载力的内涵 和概念不一致； 3 、对于系统动力学的评价方法很多，但是有些评价方法本身存在一定的缺 陷，致使评价结果不准确，如主成份分析、多目标分析等将水环境纳入复杂系统， 从协调系统整体的角度对水环境承载力进行计算，其参量难以掌握，导致结论不 合理； 4 、各研究者在对水环境承载力进行研究时，研究内容不够全面，往往注重 于社会经济体统，忽视了水环境在整个生态系统中的完整效用价值【3 6 j 。 纵观以往对水环境承载力的研究，大部门都是从前两个方面进行的研究，建 立环境承载力指标体系，利用各种综合评价方法对区域环境承载力进行综合评 价，而忽略了环境承载力矢量表征方法，不能反映系统动态变化的情况，并且大 多都是以一定水资源下能够承载的人口、经济规模等宏观目标为研究中心，对于 子系统工业产值承载力、农业产值承载力等细化研究比缺乏。本文主要就是以北 第1 章绪论 京制造业作为一个子系统，来研究其水环境承载能力。 1 4 研究内容和数据来源 1 4 1 研究内容 本文希望在前人研究的基础上，用水环境承载力的理论来研究北京现代制造 业的可持续发展能力。本文的研究内容主要包括以下几个方面： 1 、面向制造业的水环境承载力理论 ( 1 ) 探讨了北京现代制造业的提出背景和意义，分析概括了北京现代制造 业的概念及内涵，并提出了北京现代制造业发展的制约因素。 ( 2 ) 在归纳总结水环境承载力概念的基础上，分别提出了基于可持续发展， 基于经济学和生态学的水承载力理论。 ( 3 ) 简要介绍了北京市人口、经济和水资源的发展状况，为以后的研究做 好了铺垫和基础。 2 、系统动力学模型的研究 ( 1 ) 建立水环境承载力指标体系 理顺了北京市现代制造业中人口、现代制造经济、水环境三者之间的关系， 以北京市现代制造业可持续发展为基础建立水环境承载力指标体系。 ( 2 ) 构建了系统动力学模型 基于系统动力学为理论，详细分析了北京市人口、现代制造业经济和水环境 的发展情况，以水环境承载力指标体系为依托，构建了适合北京市现代制造业发 展的“人口环境一经济”藕合的s d 模型。 3 、系统模拟和政策分析 模拟北京人口子系统，现代制造业经济子系统和水环境子系统，通过变换决 策变量，模拟技术不变、水环境污染情景下，现代制造业固定资产和增加值的变 化情况，以及资源总量受限，技术水平增长1 0 情境下，现代制造业固定资产和 增加值的变化情况。并针对北京市现代制造业的发展情况提出相关的政策分析。 1 4 2 数据来源 本文使用数据的主要来源有，中国知网提供的中国宏观数据挖掘分析系统， 北京市水资源委员会提供的2 0 0 2 2 0 0 8 年北京市地下水资源分布区域概况及开 发利用现状，以及北京市统计局所提供的北京统计年鉴( 2 0 0 3 2 0 0 8 ) 。 北京工业大学管理学硕士学位论文 1 5 本章小结 本章概述了水环境承载力的研究背景，研究的目的和意义。从国内外两方面 阐述了关于水环境承载力的研究现状，并对相关文献进行了评述，可以看出对于 现代制造业的研究很少，这也是本人的一个创新点之一。本文的研究内容主要包 括：面向制造业的水环境承载力理论、系统动力学模型的研究和系统模拟和政策 分析三部分。本文的数据主要来源于中国知网和相关的统计年鉴。 第2 章相关理论综述 第2 章相关理论综述 2 1 制造业的水环境系统的构成 水环境是一个非常大的概念，目前对于水环境的研究主要涉及：水环境价值 与效益的核算、水体污染情况、水域纳污能力分析、水生态系统、水体质量研究、 水容量和水资源的丰盈程度等。通过相关文献可以看出，大部分研究都是针对于 特定一个方面进行的，要想做到面面俱到是非常困难的，所以本文也不例外，本 文主要是通过污水排放量这一个方面来研究水环境。随着人口数量的增长和现代 制造业的发展，污水排放量必定是越来越大，而污水排放量的增加使水环境承载 力变弱，相应的也必定会制约现代制造业经济的发展。本文主要就是从这个角度 入手，来研究人口数量、水环境以及现在制造业经济三者间的动态关系。 一个地区的污水排放系统是由人口一社会经济一水环境等众多系统相耦合的 复杂系统( 如图2 1 ) 。 制造业经济 皿慧蓍嘉甓含昙萋莠萎= 三y 一 图2 1 ：人口一制造业经济水环境等众多系统相耦合的复杂系统 f i g u r e2 - 1 ：t h ec o m p l e xs y s t e m o fp o p u l m i o n - m a n u f a c t o r ye c o n o m i c 在可持续水环境承载力研究的水资源复合系统中，人口、制造业经济和水环 境三大子系统相互作用，相互影响，构成了一个有机整体。系统各部分的功能和 关系如下所述： 首先，环境系统主要涉及到水环境、资源环境和生态环境这三个方面，在此 我们主要考虑的是水环境的影响。环境系统是制造业经济和人口系统赖以存在和 发展的物质基础，并且为制造业经济的持续发展和人口的健康生活提供了持续不 断的环境资源。 其次，制造业经济系统在发展的同时，一方面通过消耗资源和排放废弃物对 水环境进行污染破环，降低他们的承载能力，并且使人口的生活环境受到影响， 北京工业大学管理学硕士学位论文 以至于使人口迁出：另一方面又通过环境治理和水利投资对水环境进行恢复和补 偿，从而提高了它的承载力，与此同时，经济在进步，大大提高了人们的生活水 平和质量，促使人口大量迁入。 再次，人口系统在制造业经济和水环境系统之间起着纽带的作用。它置身于 制造业经济系统之中，是组成和影响制造业经济的重要因子，虽然科技进步是经 济发展的推动力，但是归根到底还是依靠人的力量。人口数量的增长从一定程度 上会加剧水环境的破坏，主要表现的生活用水和一些人为的环境破坏行为，同时， 水环境的好坏也会影响人口的增减。 最后，在人口社会经济水环境复合系统中，任何一个系统出现问题都会危 及到另外两个系统的发展，而且问题会通过反馈作用加以放大和扩展，最终导致 复合大系统的衰退。例如，制造业经济发展的迟缓必然会减少环境治理和水利部 门的投资，使水环境的问题得不到解决，进而会影响到人们的生活环境和生活质 量。而如果水环境系统遭到破坏，必然会影响区域的水文循环状况，使得区域水 环境污染，水利设施损坏，可利用水资源量减少，从而影响人们的正常生活，并 且阻碍经济的发展。这些问题会随人口和排污的增加变得更加严重，并进一步影 响到社会经济的发展，造成恶性循环的局面，一些发展中国家目前正面临这种状 况【2 3 】。 现代制造业发展对水环境产生的影响，主要表现在：现代制造业的污水排放 总量随着现代制造业g d p 的提高仍在增加，尽管随着科技进步，单位产量的污 水排放量有所减少，但减小的速度依然小于产值增加的速度，所以污水总量仍在 增加；本文从系统的角度考虑与水环境系统有关的现代制造业用水子系统、建立 区域水环境承载力系统动力学模型；从动态的角度，计算北京制造业水环境承载 力。 2 2 北京现代制造业的理论研究 2 2 1 北京现代制造业提出的背景和意义 2 0 世纪9 0 年代以来，现代制造业的发展得到了各国政府的重视：在日本， 政府通过推行振兴制造业基础技术基本法来促进制造业的发展；在英国，政 府从社会宏观角度着手，着眼于整个社会，从社会生活的各个角度出发，制定了 制造业的发展战略规划；在新加坡，政府一直非常关注制造业的发展状况，把制 造业和服务业视为拉动经济发展的双“引擎”，并要保持制造业占全国生产总值 2 5 的比重，大力发展电子、化工、生命科学等重点制造行业。 2 0 0 2 年1 0 月，北京市委、市政府在关于振兴北京现代制造业的意见中 第2 章相关理论综述 提出了北京制造业要着力发展微电子集成电路、生物工程与新医药、现代汽车及 光机电一体化四大产业，并着力建设四大产业基地。 2 0 0 4 年国务院批复并原则同意的北京城市总体规划( 2 0 0 4 - - - 2 0 2 0 ) 中， 明确北京城市发展的目标为“国家首都、世界城市、文化名城、宜居城市”；产业 发展定位是“加快发展现代服务业、高新技术产业，适度发展现代制造业，积极 促进农业产业化经营”；现代服务业的发展重点是金融保险、文化产业、现代物 流、教育培训、信息咨询等产业，现代制造业的重点领域是高端、高效、高辐射 力的产业。【3 7 】 制造业对于区域经济发展具有基础作用，现代制造业对区域经济的稳定、持 续发展更起到重要作用。【3 8 】从大力发展现代制造业调整为适度发展现代制造业， 反映出了北京的城市定位，作为国家首都、世界城市、文化名城，宜居城市，必 然对环境提出较高要求，制造过程的清洁化已成为强约束，任何带有污染性的制 造业都不能允许在北京发展。同时，适度发展现代制造业也是对北京资源状况深 入分析的结果。北京是能源、水资源、土地资源匮乏的地区，高资源消耗制造业 的发展会使人民生活受到影响，最终也会限制这些产业的成长空间。 2 2 2 现代制造业的概念及内涵 经过5 0 多年的发展，制造业已经是北京经济的支柱产业，已经具备较为完 整的体系。其总体特征表现为：( 1 ) 制造业整体保持平稳增长，但产业地位下 降，对经济增长贡献降低。( 2 ) 产业结构逐步优化，高端化发展趋势逐步显现。 北京主要发展电子信息制造业、汽车产业、装备制造业、石化新材料产业、都市 工业、生物工程与新医药产业六大支柱产业，重点发展高端、高效、高辐射力的 现代制造业。( 3 ) 产业布局日趋合理，集聚效应初步显现。制造业向城市发展 新区集聚明显。为了服务于首都城市发展的大局，制造业积极主动进行了大规模 的空间布局调整，呈现出逐渐向郊区、特别是向工业开发区聚集的新格局。开发 区成为全市工业主要载体。 3 9 1 制定某地区产业发展战略，通常是在对该地区产业发展状况进行全面分析的 基础上，确定主导或支柱产业。这一思路的理论视角是将产业价值链形成的全过 程视为一个整体，当某一产业成为主导或支柱产业时，常常伴随着制造环节的大 幅度增长。然而，从产业链理论这个新视角分析，产业价值链形成的全过程可以 划分为若干阶段，即使制造阶段仍能够细分为许多环节，某地区完全可以根据自 己的资源优势和核心竞争能力，选择其中的一些阶段或环节作为战略重点。比如， 按照传统思路，如果汽车产业成为支柱产业，则必然要求其产能的提高，销售的 增长，但按照产业链的思想，完全可以重点发展制造环节上游的产品研发，以及 北京工业大学管理学硕士学位论文 下游的销售，而不增加制造产能。这些制造业内部的诸多环节将会从制造业内部 分化出来，形成研发产业、工业设计与创意产业、贸易和物流产业等，因此，研 究制造业发展战略要从产业链视角进行分析。另外，城市辐射力已成为评价一个 城市发展能力的重要指标，传统地貌似全面发展的思路使众多的城市功能趋同， 重复建设现象严重，导致资源的浪费，因此，在提出北京制造业的发展战略时， 应将传统的支柱产业和主导产业理论视角调整为城市辐射力理论视角。基于以上 分析，我们认为，北京适度发展现代制造业的基本内涵应该包括四个方面的内容： 一、北京的制造业需要发展，发展制造业是北京经济发展的需要；二、北京制造 业的发展应有所选择，即有所为，有所不为；三、北京制造业的发展应重点放在 价值链的高端，以研发产业为依托；四、逐渐实现从直接制造向服务于制造的转 移。 2 2 3 北京现代制造业发展的制约因素 经过近几年的高速发展，北京现代制造业在总体规模、技术水平、整体效益 上都有长足进步，但是，资源匮乏、生态环境恶化的问题也提醒人们，在北京这 样一个政治、文化中心，制造业的发展必须有适度规模，必须“以人为本”，必须 协调制造业发展和环境和谐的关系，必须符合北京城市功能定位。 针对北京市要构建宜居城市的定位，必须要保证人与自然环境的和谐相处。 北京市一直都在扩张，现在五环之外人口密度都很高，马路上拥挤的车辆，商场 中喧嚣的声音，无时无刻不再彰显北京市人口数量越来越大这个现实。另一方面， 随着北京经济技术开发区、北京雁栖经济开发区、北京八达岭工业开发区、北京 兴谷工业开发区、北京林河工业开发区、北京石龙经济开发区、北京济县开发区、 北京大兴工业开发区龙海园、中关村科技园区等一系列工业园区的构建，吸引了 越来越大的人口迁入。伴随中工业的进步和人口的迁入，给北京市的水环境造成 了很大的负担。 然而，北京水资源短缺并持续减少，是严重缺水城市。北京境内年平均降水 量5 9 5 毫米1 5 j ，折合水体9 9 9 6 亿吨，而北京市的年用水量为4 2 亿吨，人均水资 源不足3 0 0 吨，相当于全国人均水资源的1 8 ，更是严重低于联合国规定的最低 警戒线1 7 0 0 吨。随着城市发展，水资源问题日益严重 4 0 1 ，2 0 0 5 年在保证率为 5 0 时，可供水量为1 1 4 亿m 3 ，需水量为1 1 4 4 亿m 3 ，缺水率为3 - 3 ，供水量 不能满足需水要求。所以要想保证北京市现代制造业的持续发展，必须要考虑其 水、资源、生态环境的承载能力，在不破坏其水、资源、生态环境承载力的情况 下，最大限制的发展。本文主要考虑的是水环境承载力，随着人口的增长和经济 的发展，对水环境的压力越来越大，必须在不破坏水环境的前提下实现现代制造 第2 章相关理论综述 业的可持续发展。 2 3 区域水环境理论 2 3 1 区域水环境承载力的概念及内涵 “承载力”一词源自物理力学中的一个物理量，指物体在不产生任何破坏时所 能承受的最大负荷，早期应用范围也只限于生态领域。随着土地退化，环境污染 和人口膨胀等现象的出现，人类学家和生物学家将承载力的概念发展并应用到了 人类生态学中，产生了生态承载力概念。水环境承载力与当地水环境属性、承载 对象相关，受到经济、社会、技术、生态、社会发展模式的综合影响，但在学术 界尚未达成普遍的共识，它的意义指的是在一定的水域，其水体能够被继续使用 并仍保持良好生态系统，能够持续支撑经济社会发展规模，属于可持续发展的范 畴【4 1 1 。由此可见，可将水环境承载力定义为：在某一特定的生产力状况和满足 特定环境目标下，以及区域水体能够自我维持，自我调节并可以可持续发挥作用 的前提下，所能支撑的人口、经济及社会可持续发展的最大能力。【4 2 j 水环境承 载力的大小具有明显的时间性、空间性、动态性、地区性、相对极限性、模糊性 等特点。【4 3 】 区域水环境承载力是衡量一个地区社会经济发展能力的重要指标，研究区域 水环境承载力的方法很多，其中比较常用的就是系统动力学方法，它综合了信息 论，控制论，系统论和反馈论等理论研究，通过构建社会系统的因果反馈关系来 模拟现实中的动态模型，一般具有多重反馈、长时滞性和非线性等特征。 从以上定义可以看出区域水环境承载力主要有时空性，动态性和社会性三方 面的内涵： ( 1 ) 时空性内涵。时间性主要是在不同的时间段，水环境承载力的数值不 同，还有就是水环境承载力一般是指“将来”某一时间上的承载力，具有一定的预 测性。空间性主要是指相同数量的水资源在不同区域上，相对应的水环境承载力 是不相同的，一般在没有外流域调水的情况下，区域水资源是指当地水资源。 ( 2 ) 发展性内涵。一方面，随着社会经济发展和人口迁移，同一区域在环 境承载力不是确定不变的，而呈现一定的动态性和发展性；另一方面，随着科技 的进步和环保措施的优化，不断改进污水处理设备，提高水的自净程度，水环境 承载力也是在不断变动的。这两方面对水环境承载力的影响是此消彼长的关系， 即在水环境承载能力的基础上，确定经济发展的最大规模。 4 4 1 ( 3 ) 社会性内涵。人，自然，社会是密不可分的一个整体。水环境承载力 已经不单纯是生态学的定义，具有丰富的社会性特征。区域水资源的承载对象是 北京工业大学管理学硕士学位论文 人口及其相应的社会体系，而可持续发展的最终落脚点是人类社会，即改善人类 的生活质量。水环境承载力通过经济社会发展的指标，直接表征经济社会发展的 目标，对经济发展规划具有直接指导意义。 2 3 2 区域水环境承载力的影响因素 水环境承载力的影响因素主要有三类，第一类是内因，第二类是外因，第三 类是对水环境承载力的预期目标。 第一类内因。主要包含水环境质量标准，水环境容量和水环境自净