（工程力学专业论文）海洋生态经济复合系统非线性动力学研究及可持续发展评价.pdf

中文摘要 海洋生态经济复合系统是社会经济系统的重要组成部分，海洋生态经济的可 持续发展也是支撑社会经济发展的重要基础之一。海洋生态经济非线性动力学模 型的建立及分析和海洋生态经济可持续发展评价的研究，对我国海洋生态经济发 展乃至社会经济的发展都具有重要意义。 本文运用非线性动力学理论分析方法，对海洋生态系统和海洋经济系统之间 的关系进行了研究，建立了新的非线性模型并进行了分析；还运用d e a 方法对 海洋生态经济的可持续发展进行了评价研究。 l 、基于非线性动力学理论本文提出了海洋生态经济复合系统研究的思路， 构建了包括海洋生态经济总量、资源总量和环境存量的海洋生态经济复合系统的 动力学模型并进行了非线性分岔研究，得出了不同外界竞争环境下及不同污染强 度下，海洋生态经济发展的趋势，同时反映了海洋生态经济的可持续发展的特性。 这对研究海洋经济系统和生态环境系统相互问的关系，以及指导海洋经济可持续 发展和开发利用海洋生态资源均具有重要意义。 2 、本文对海洋生态经济复合系统可持续发展评价指标体系的特征、结构及 指标体系的构建程序与方法进行了研究。探讨了海洋生态经济复合系统评价指标 体系的构建方法与原则，建立了基于d e a 方法的海洋生态经济可持续发展评价 的指标体系。 3 、结合天津市海洋生态状况和经济发展的实际情况，采用d e a 方法进行了 分析评价及研究，对天津市海洋生态经济可持续发展的效率( 或有效性) 进行了 评价。并对天津市海洋生态经济的可持续发展提出了需要改进的地方及对策。对 天津市海洋生态经济的可持续发展具有指导意义。 关键词：海洋生态经济，可持续发展，d e a ，指标体系 a bs t r a c t t h ec o m p o u n ds y s t e mo fm a r i n ee c o - e c o n o m i ci s a l li m p o r t a n tp a r to fs o c i e t y e c o n o m ys y s t e m s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fm a r i n e e c o - e c o n o m l ci sa l s oa l l i m p o r t a n tb a s eo f t h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t ye c o n o m y t h ec o n s t r u c t i o na n da n a l y z e o ft h en o n - l i n e a rd y n a m i c sm e c h a n i s mm o d e lo fm a r i n ee c o - e c o n o m i ca n dr e s e a r c h o ns u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n g to fm a r i n ee c o - c c o n o m i c i sv e r ym e a n i n g f u lt ot h e d e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y sm a r i n ee c o e c o n o m i c ，a n de v e nt ot h ed e v e l o p m e n t o f o u rc o u n t r y ss o c i e t ye c o n o m y t h i st e x tu s e st h et h e o r ya n dt h em e t h o d so fn o n l i n e a rd y n a m i c sm e c h a n i s mt o s t ：u d vo nt h ec o n n e c t i o nb e t w e e nm a r i n ee c o n o m ys y s t e ma n dm a r i n ee c o s y s t e m i t c o n s t r u c t sa n da n a l y s e san e w n o n 1 i n e a rd y n a m i c sm e c h a n i s mm o d e l ，a n di ta l s ou s e s t 1 1 em e t h o do fd e at oe v a l u a t et h ec o n d i t i o no fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fm a r i n e e c o - e c o n o m i cs y s t e m ， 1 b a s e do nn o n - l i n e a rt h e o r y , i tb r i n g sf o r w a r dt h eo p i n i o no fm a r i n e e c o 。 e c o n o m i cs y s t e mr e s e a r c h ，c o n s t r u c t sm a r i n e e c o - e c o n o m i cc o m b o u n ds y s t e mm o d e l i n c l u d i n gq u a n t u mo fe c o n o m i c s ，q u a n t u mo fm i n ea n dq u a n t u mo f e n v i r o n m e n tt o a n a l y z e ，r e c e i v e st h er e s u l to ft h ed e v e l o p m e n t o fm a r i n ee c o _ e c o n o m i cu n d e r d i 任e r e n tc o n d i t i o n sa n dd i f f e r e n ts t r e n g t ho fp o l l u t i o n ，s h o w st h ef e a t u r eo ft h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fm a r i n ee c o - e c o n o m i c i ti sv e r ym e a n i n g f u lt os t u d yo n t h ec o n n e c t i o nb e t w e e nm a r i n ee c o n o m i cs y s t e ma n dm a r i n ee c o s y s t e ma n dt o i n s t r u c ts u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fm a r i n ee c o n o m i c a n dm a n n ec o o - r e s o u r c e s s u s t a i n a b l e l y 2 1 1 1 i st e x td o e ss o m er e s e a r c ho nt h ef e a t u r e s ，f r a m ea n d c o n s t r u c t i o np r o c e d u r e a n dm e t h o do fe v a l u a t i o np a r a m e t e rs y s t e mf o rs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fm a r i n e e c o - e c o n o m i cs y s t e m i td i s c u s s e sc o n s t r u c t i o nm e t h o da n dp r i n c i p l eo fe v a l u a t i o n p a r a m e t e rs y s t e mf o rm a r i n e c o o - e c o n o m i cc o m p l e xs y s t e m ，s e t su ps y s t e m a t i c s y s t e mo f e v a l u a t i o np a r a m e t e rf o rt h em e t h o d s o fd e a 3 b a s e do nt h ec o n d i t i o no ft i a n j i nm a r i n ee c o - e c o n o m i c ，u s e sd e a t oa n a l y z e ， t oe v a l u a t ea n dt od or e s e a r c h ， a n de v a l u a t et h ee f f i c i e n c yo fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fm a r i n ee c o e c o n o m i ci nt i a n j i n ，a n d i ta l s ob r i n gf o r w a r ds o m e p l 锄st oe n h a n c es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f m a r i n ee c o - e c o n o m i ci nt i a n j i n i ti s m e a n i n g f u lt os u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f m a r i n ec o o - e c o n o m i ci nt i a n j i n k e yw o r d s ：m a r i n ee c o - e c o n o m i c ，s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t , d e a ，s y s t e mo f e v a l u a t i o np a r a m e t e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他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。 学位论文作者签名：瑶。陌豸 签字日期：动矿7年月；自 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 苍- 飚 导师签名： 签字日期：p 7 年月岁e l签字日期：沙7 年f 月夕l 厂日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 1 1 1 我国海洋经济的发展现状 我国自2 0 世纪7 0 年代末改革开放以来，越来越重视对海洋资源的开发利用， 海洋经济总量持续快速增长，社会公众的海洋意识也明显增强。在这将近3 0 年 的时间里，海洋经济总量年均增长一直保持在两位数的水平，其主要产业总产值 年均增长率超过了2 3 ，特别是进入上世纪9 0 年代以后，海洋经济进入了一个 大发展的阶段。1 9 7 9 - 1 9 8 9 年间，海洋经济总产值从6 4 亿元上升到3 8 4 7 5 亿元l ， 增长了5 倍；而1 9 9 0 2 0 0 0 年间，海洋经济总产值从3 8 4 7 5 亿元又增长到4 1 3 3 5 亿元，增长了近l o 倍：而到了2 0 0 5 年，我国主要海洋经济总产值达到了1 6 9 8 7 亿元，占同期国民生产总值的4 0 ，成为了国民经济的重要组成部分。 我国海洋经济的发展体现在产业结构的变化。2 0 0 1 年以前，作为海洋第一 产业的海洋渔业经济总量一直高居三个产业的首位，2 0 0 0 年占总产值的5 1 ， 到了2 0 0 5 年三大产业的比重为1 7 ：3 l ：5 2 ，这其中，滨海旅游业已经占据了首 位，产值为5 0 5 2 亿元，占海洋经济总产值的2 9 7 4 ；海洋渔业的产值为4 4 0 2 亿元，占总产值的2 5 9 2 ，居次席；海洋交通运输业的产值为2 9 4 0 亿元，占总 产值的1 7 3 1 ，排在第三位；海洋电力业的产值为1 0 9 0 亿元，占总产值的6 4 2 ； 海洋船舶工业的产值为8 1 7 亿元，占总产值的4 8 1 ；海洋油气业为的产值7 3 9 亿元，占总产值的4 3 5 ；海洋工程建筑业的产值为3 6 7 亿元，占总产值的2 1 6 ； 海洋化工业的产值为2 9 3 亿元，占总产值的1 7 2 ；海水综合利用业的产值为2 0 4 亿元，占总产值的1 2 0 ；海洋盐业的产值为1 2 4 亿元，占总产值的0 7 3 ，海 洋生物医药业的产值为4 8 亿元，占总产值的0 2 8 ；海滨砂矿业的产值为2 2 亿 元，占总产值的0 1 3 。产业结构比重的变化表明我国海洋经济的发展日趋合理， 正不断地朝着海洋经济强国迈进。 我国海洋经济的发展还体现在海洋高新技术的引进和新兴产业的发展上。从 2 0 世纪6 0 年代开始，我国就注重海洋科技的研究与开发，与此同步发展起来的 是高投入、高产出、高风险、高科技含量的海洋高科技产业，它正在不断地扩充 和壮大海洋产业群。如海洋油气勘探开发技术及其产业。海洋资源探查与资源开 发技术加快了以海洋油气为主的矿产资源的探测和开发，使勘测效率不断提高， 天津大学硕士学位论文第一章绪论 同时促进了海洋油气产业及相关产业的发展进程：又如海水淡化技术的开发和改 进，促进了海水综合利用业的发展；还有海洋生物技术的开发促进了海洋医药产 业的发展等。现阶段，我国海洋经济产业还在不断的发展中，海洋电力业、海水 综合利用业、海洋生物医药业以及海滨矿砂业等新兴产业发展迅速，为我国海洋 经济的开发注入了新的活力，加快了我国海洋经济的发展速度。 1 1 2 我国海洋生态资源及环境的现状 历史上，我国海洋经济主要以渔业为主，而且由于捕捞技术落后，捕捞量不 大，所以，对于海洋生态环境影响不大，海洋生态环境一直维持在一定的水平上。 近年来，我国沿海地区经济发展迅速，对海洋的过度开发，造成了海洋资源的枯 竭，同时对海洋的污染物排放也是逐年增加，使得我国海域污染日趋严重，近海 海域日趋富营养化，这些严重影响了我国海洋生态环境，具体情况如下： 1 海洋生态环境污染 从上世纪8 0 年代末以来，我国近海水中的污染物浓度一直超过一类海水水 质标准。据2 0 0 5 年中国海洋环境公报统计，全国海域未达到清洁海域水质标准 的面积约为1 3 9 万平方公里，其中严重污染的海域面积约为2 9 万平方公里，主 要集中分布在辽东湾、渤海湾、长江口、杭州湾、江苏近岸、珠江口和部分大中 城市近岸局部水域。其中，含油量一直超过一类海水水质标准的百分之十以上， 对海洋渔业资源造成了明显的影响。而氮磷等营养盐是我国近些年来不断加重的 一类污染物，它们的不断增加，造成了海水中藻类更加容易的大量繁殖形成藻华， 最终形成赤潮。以渤海为例，6 0 年代以前，渤海几乎没有赤潮，7 0 年代，有记 录的渤海赤潮发生了三次，随着8 0 年代以后近岸海域污染日益严重，赤潮发生 的频率、影响范围、持续时间和环境危害也呈逐渐增加趋势，2 0 0 5 年一年渤海 共计发生赤潮9 次，影响范围为5 3 2 0 平方公里。赤潮的不断发生造成了海洋生 态环境的严重破坏和海洋生物的大面积死亡等，给海洋渔业造成了越来越严重的 损失。 2 沿海湿地滩涂遭到破坏 我国在5 0 年代和8 0 年代掀起的围海造田和发展养虾业的两次大规模围海热 潮，使沿海自然湿地滩涂面积减少了一半，不但使湿地滩涂自然景观遭到了严重 破坏，也使重要经济鱼、虾、蟹、贝类等生息、繁衍场所消失，许多珍稀野生动 植物绝迹。 3 海洋生物资源的过度开发 由于海洋生物资源的开发过度，我国多数传统优质鱼种已经形不成渔汛。 6 0 年代以前，我国传统优质鱼类资源，如带鱼、大黄鱼、小黄鱼、鲅鱼、真鲷、 2 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 银鲳、鲽、对虾、乌贼等，由于大群洄游而形成较大渔汛。目前，由于资源数量 急剧减少且鱼群分散而形不成渔汛。其中真鲷和带鱼在渤海已基本消失，而大黄 鱼、小黄鱼在东海也已濒临绝迹。我国海域已记录的水生生物有2 0 2 7 8 种，不仅 有很多世界海洋共有的生物物种，而且还有许多特有的珍稀物种，由于开发过度、 栖息环境破坏、乱捕滥采等原因，造成了我国现有海洋珍稀物种的种类数量正在 不断减少，正面临着消失和灭绝的严重威胁，同时一些原来数量较多且分布广泛 的物种，也逐渐成为了珍稀物种。 1 1 3 我国海洋生态经济的可持续发展的任务 海洋经济迅速发展的同时，海洋生态环境不断地恶化，海洋生态资源日益匮 乏，这给海洋生态经济的可持续发展带来了很大的问题。对此，中国海洋2 l 世 纪议程提出了我国海洋经济和海洋事业可持续发展战略的总体目标1 2 1 。从中我 们了解到，我国的海洋生态经济可持续发展的主要任务是合理地开发利用海洋资 源，保护海洋生态环境，并实现海洋生态经济可持续发展。 1 合理利用开发海洋资源 海洋资源是海洋生态经济发展的物质基础，海域空间和海洋资源应根据不同 地区的自然条件来合理分配。各种海洋产业应有计划的合理安排布局和配置海岸 线、滩涂和海洋资源，以促进海洋生态经济的协调发展。深入开展海洋生态资源 环境调查、勘探，寻找新的可开发资源、研究新的开发、保护技术和方法，不断 发现新资源，形成和发展新型的海洋产业，推动海洋生态经济持续、快速、健康 发展。沿海地区的陆地和海洋一起开发布局，促进陆地和海洋生态环境的协调发 展，并逐步形成临海经济带和海洋经济区、旅游区。推动沿海地区的繁荣和发展。 保证海洋资源和生态环境可持续利用，造福后代子孙。 2 切实保护海洋生态环境 海洋生态经济的发展是和海洋生态环境保护是分不开的。制定海洋开发和海 洋生态环境保护和协调发展规划，建立良性循环的海洋生态经济体系。通过预防 为主、防治结合的策略，使遭受污染的海域得到治理，海洋生态环境得到改善。 加强向海洋排放的污染物管理，实行污染物总量控制制度。加强沿海地区的综合 开发和管理，合理开发保护近海生态资源和环境，统筹规划海洋的开发，防止海 洋生态环境的退化。加强海洋环境污染检测、监视和执法管理，保护海洋生态环 境资源的可持续利用，确保海洋生态经济的可持续发展。 3 实现海洋资源、环境的可持续利用和海洋事业的协调发展 遵守联合国海洋法公约确定的国际海洋法律法规，保证海洋健康，保护 海洋环境，确保海洋资源的可持续利用作为我国人民共同遵守的准则和共同担负 天津大学硕士学位论文第一章绪论 的使命。高度重视海洋的开发和保护，把海洋经济可持续发展作为国家发展战略， 加强海洋综合管理，不断完善海洋法律制度积极合理开发海洋资源，持续快速 发展海洋经济，发展海洋科学技术、文化教育，建设良性循环的海洋生态环境和 资源经济系统，促进海洋经济可持续发展，建立拥有良好的生态环境、富饶的经 济环境的海洋社会。 1 1 4 本文研究的意义 海洋生态经济复合系统是社会经济系统的重要组成部分，海洋生态经济的可 持续发展也是支撑社会经济发展的重要基础之一。海洋生态经济非线性动力学模 型的建立及分析和海洋生态经济可持续发展能力的评价的研究，对我国海洋生态 经济发展趋势的预测以及发展状况的科学分析及决策和实现海洋生态经济可持 续发展都具有重要意义。 1 海洋生态经济非线性动力学模型的建立及分析对我国海洋生态经济发展 趋势的预测有重要的意义。 现阶段，我国对海洋开发的政策就是海洋生态环境和海洋经济发展两手抓， 在发展保持良好的海洋生态环境的基础上，促进海洋经济全面迅速的发展。为此， 用非线性动力学理论建立反映海洋生态系统和海洋经济系统之间的关系的非线 性动力学模型，并从经济发展的排污情况及不同区域海洋经济间的竞争关系出 发，来研究海洋生态经济的可持续发展意义重大。 2 海洋生态经济可持续发展评价是实现海洋生态经济科学决策的必然要求 科学的决策需要科学的依据，海洋生态经济可持续发展评价是当前海洋生态 经济决策的重要依据。通过对海洋生态系统和海洋经济系统各要素、生态资源及 环境与经济之间的相互作用关系的分析和研究，揭示出海洋生态经济可持续发展 的关系，为有关资源决策提供科学依据。目前，海洋生态经济复合系统协调发展 分析与海洋生态经济可持续发展的评价是海洋经济学术界与管理界讨论的热点 问题，也是为指导宏观科学决策所需要解决的问题。 1 2 国内外研究现状 1 9 5 0 年以来随着全球环境问题的日益突出和生态学的兴起，学者按照生态系 统物质循环和能量流动规律重构经济系统，使经济系统能和谐地融a n 生态系统 的物质循环过程中，于是建立起一种新形态的经济一循环经济( c i r c u l a r e c o n o m y ) 。循环经济起源于工业经济，其核心是工业资源的循环。循环经济是 对物质闭环流动型( c l o s i n gm a t e r i a l sc y c l e ) 经济的简称，本质上是一种生态经 4 天津大学硕士学位论文第一章绪论 济，是一种新型的与环境和谐的经济发展模式。它要求运用生态学规律而不是机 械论规律来指导人类社会的经济活动，倡导在物质循环利用的基础上发展经济， 建立“资源产品一再生资源”的新经济模式，以彻底改变“资源产品一污染 排放”的直线、单向流动的传统经济模式，从而把经济活动对环境的影响降低到 尽可能小的程度。 1 2 1 生态经济系统的动力学研究 生态经济系统的动力学研究的主要内容就是通过从宏观整体上建立的生态 经济系统模型，来探讨经济增长与生态演化之间的动力学关系。这方面的主要思 路是：从经济增长模型出发，加入生态环境系统的变量或参数来考察生态与经济 的相互作用。首先将生态系统对经济系统的影响抽象为相应的变量。目前，这种 抽象大致为两类：一类是生态资本，另一类是环境污染。 生态资本的思想就是将生态系统当作生产中所投入的一种资本，通过其在经 济增长中的作用及规律来研究生态与经济关系。目前生态资本( e c o c a p i t a l ) 已 经在很多模型中被放到了与其他资本对等的地位。在2 0 世纪7 0 年代，s t i g l i t z ( 1 9 7 4 ) 提出了由劳动力、资本和生态资本互相替代的总量生产函数1 3 】。到了9 0 年代，e k i n ( 1 9 9 2 ) 提出了一个四资本模型，将生态资本同人力资本、人造资本 和社会资本一起作为供应生产的原料【引，s e r a g e l d i n ( 1 9 9 5 ) 和b o u m a n s ( 2 0 0 2 ) 发展了这一观剧5 ，们。e n g l a n d ( 2 0 0 0 ) 提出了一种生态资本与人造资本互补的生 产函数，并通过一定的假设，得出了经济系统最终进入稳定状态的结论【7 ，8 】。k r a e v ( 2 0 0 2 ) 在e n g l a n d 的模型基础上，研究了生产资本的不同存在形式所引起的生 态经济系统发展轨迹上的不刚引。 环境质量的思想强调了生态环境作为人类生存环境而需要保持在一定水平 上。在2 0 世纪5 0 年代，美国经济学家西蒙库兹涅茨提出了收入差距随经济发 展先扩大后减小的“倒u ”型曲线，后人把它引入到了环境质量模型中，称之为 环境库兹涅茨曲线( e n v i r o n m e n t a lk u z n e t zc u r v e ) 1 0 】。在7 0 年代有人提出了环 境增长模型，对环境污染和经济增长之间的关系进行了探讨，主要代表人物是 f o r s t e r ( 1 9 7 3 ) 、g r u v e r ( 1 9 7 6 ) 和s t o k e y ( 1 9 9 8 ) 1 1 1 , 1 2 , 1 3 。在9 0 年代，这一领 域兴起了内生经济增长理论，g r o s s m a n 等人( 1 9 9 3 ) 基于实证研究将库兹涅茨 曲线引入到生态经济的研究中，认为产出同环境污染度存在这一倒“u ”型关系 u 引。a r r o w ( 1 9 9 5 ) ，r o t h m a n ( 1 9 9 8 ) 等人从技术进步、生产结构变化的角度 出发对e k c 的理论进行解释，并将其作为生态经济可持续发展的理论基础 1 5 , 1 6 】。 b o v e n b e r g ( 1 9 9 6 ) 、a g h i o n ( 1 9 9 8 ) 和g r i m a u d ( 1 9 9 9 ) 从环境质量出发，讨论 了生态系统对经济的可持续发展的影响 1 7 , 1 8 , 1 9 l 。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 此外，生态系统复杂性的研究成果为模型提供了有益的补充，生态经济系统 的弹性、突变跃迁、不可逆性等复杂性特征也受到了人们的关注，m u r a d i a n ( 2 0 0 1 ) 对这些概念进行了阐述1 2 0 j 。h o l l i n g ( 1 9 7 3 ) 与m a y ( 1 9 7 7 ) 提出了生态系统定 态跃迁的思想及相关理论2 1 2 2 2 3 1 。a r r o w 强调了这种跃迁的重要性：生态系统功 能的不连续变化，可能导致生产力的突然损失，生态系统将会受到不可逆转的破 坏等等【 i 。 我国也有不少学者对生态系统的动力学进行了研究，如严登华等( 2 0 0 0 ) 对 生态环境与社会经济发展协调性模型的研究【2 4 1 ，左其亭等( 2 0 0 1 ) 对社会经济一 生态环境耦合系统动力学模型的研列2 5 i ，吴玉萍等人对北京市经济增长与环境污 染水平计量模型的研刭2 6 1 ，黄金川等( 2 0 0 3 ) 对城市经济发展与生态环境交互耦 合机制与规律性分析【2 。7 1 ，袁旭梅等( 1 9 9 8 ) 区域“e c r e v ”复合系统的结构建 模等等【2 8 】。 1 2 2 生态经济系统可持续发展研究 1 9 9 2 年，在巴西里约热内卢召开了联合国环境与发展大会，从此以后，一些 国际组织及有关学者就开始了致力于生态经济可持续发展度的研究，努力探寻能 定量衡量国家或地区发展的可持续性指标【2 9 1 。我国国家和地区各个层次的生态经 济可持续发展指标体系的研究也正在不断深入，如中国科学院可持续发展研究组 ( 1 9 9 9 ) 提出的“中国可持续发展指标体系”、山东省可持续发展指标体系等【3 。 2 0 世纪9 0 年代以来，国际上又相继提出了一些直观的、较易于定量评价的方 法及模型， 如d a l y 和c o b b 提出的“可持续经济福利指数”( i s e w ) 1 3 2 ，c o b b 等提出的“真实发展指标”( g p i ) 3 2 】，p r e s c o t t a l i e n 的“可持续性的晴雨表” ( b a r o m e t e ro f s u s t a i n a b i l i t y ) 模型掣3 3 1 ，以及加拿大生态经济学家w i l l i a m r e e s 等在1 9 9 2 年提出“生态足迹”模型( e f ) 1 3 0 1 。 生态经济可持续发展的主要要求是生态环境与经济的协调发展。2 0 世纪3 0 年代起国内外学者就开始了对协调发展的研究，当时过于强调经济的发展。到了 6 0 年代，英国经济学家博尔丁倡导储备型、休养生息、福利型的经济发展1 3 4 1 。 1 9 7 3 年m i s h e n 提出的s m i m i o n 论点和d a l y 提出的稳态经济的发展模式都认为 环境资源是受约束的 3 5 , 3 6 。而g e o r g e s e u r o e g e n 认为经济行为受热力定理的制约 1 3 7 1 。同时贝克曼认为在可预见的将来，不可再生资源的短缺和环境的污染仅仅是 一个管理问题l j 引。 目前协调发展的理论研究已逐渐从内涵的探讨转向定量化及 一些相关理论的研究。在国内，吕淑萍等指出协调发展理论的总体目标是使生态 环境趋向良性循环，环境与经济发展基本协调，环境质量达到良好水平，使人与 自然和谐发展1 3 9 1 ，蔡宁等人讨论了经济环境协调发展及其模式【4 0 1 ，国冬梅研究 6 天津大学硕士学位论文第一章绪论 了中国可持续发展指标体系等等【4 。 1 3 研究内容及创新点 论文的第一章为绪论部分。主要介绍了本文的研究背景意义、国内外研究的 现状及论文的内容和创新点。 论文的第二章为海洋生态经济非线性动力学研究部分。主要介绍了现有生态 经济的非线性动力学模型，本文又根据海洋生态经济的特点，建立了海洋生态经 济的非线性动力学模型，并对此模型中影响经济发展的排污强度和区域竞争强度 两个参数给出了不同的值来进行混沌分岔分析，还研究了海洋生态经济的混沌分 岔特性。这是本文的第一创新点。 论文的第三章为海洋生态经济可持续发展评价指标体系的研究部分。主要介 绍了海洋生态经济可持续发展指标体系的建立准则、体系结构，并建立了可对海 洋生态经济可持续发展进行d e a 评价的指标体系。 论文的第四章为基于d e a 方法的天津市海洋生态经济可持续发展评价部 分。主要介绍了d e a 方法的主要理论，并运用其模型和方法对d e a 建立的指标 体系进行计算，得出天津市海洋生态经济可持续发展的评价结果并进行分析。这 与上章的指标体系的建立组成本文的第二个创新点。 结论与展望部分总结了论文的主要内容和结论，并对今后的深入研究做了展 望。 7 天津大学硕士学位论文 第二章海洋生态经济复合系统非线性动力学研究 第二章海洋生态经济复合系统非线性动力学研究 2 1 生态经济动力学模型的发展 2 1 1 体现环境污染治理的经济增长模型 研究包含为保护生态系统投资的经济增长模型的学者很多，如有 f o r s t e r ( 1 9 7 3 ) 、g r u v e r ( 1 9 7 6 ) 、s e l d e n ( 1 9 9 5 ) 、a n d r e o n i ( 1 9 9 8 ) 、p a s c h e ( 2 0 0 2 ) 等人 1 1 , 1 2 , 4 2 , 4 3 , 4 4 。在f o r s t e r ( 1 9 7 3 ) 提出的一个简单的经济增长模型中，消费和生态环 境之间的交换关系表现为：经济系统对污染进行治理，而污染治理投资则降低了 生产资本积累的速度1 ，数学模型如下： p 2 尸( k ，) 【k = 矽( k ) 一r k c 一， r 2 n 其中，p 和c 表示污染和消费，k 表示生产资本，l 表示污染治理投资，矽( k ) 表示生产函数，f 表示为生产资本折旧率。在上式中，污染函数p ( k ，) 对生产 资本k 是边际递增的，即a p 微 0 ，a 2 p o k 2 0 ，表示污染随着生产资本的 增长而增长，而且增长的加速度大于等于零，也就是增长越来越快。而对于污染 治理投资i 来说，污染函数p ( k ，) 是边际递减的，即a p a l 0 ， 表示污染程度随着污染治理投资的增长而下降，并且加速度大于0 ，说明污染程 度下降的速度越来越慢。在该种模型中，经济调控措施体现在影响污染治理投资 i 上。 也有一些学者不依赖治理投资，而是通过减少生产过程中产生的污染，提高 生产技术清洁度( 污染度) 来控制污染的方式建立数学模型，如j o n e s 等( 1 9 9 5 ) 、 s t o k e y ( 1 9 9 8 ) 、a g h i o n 等( 1 9 9 8 ) 、g r i m a u d ( 1 9 9 9 ) | 4 5 , 1 3 , 1 8 , 1 9 。在a 曲i o n 等( 1 9 9 8 ) 的模型中【l 引，污染与生产的关系表示如下： j p = 尸( d ，i ) 【o 邙( ，i ) f 2 2 、 其中，i 为生产技术的污染强度( i n t e n s i t yo f p o l l u t i o n ) ，假定i 一般在【o ，1 】 这个区间取值，a p a d 0 ，卯a f 0 ，a f a i 0 ，在这种模型中，各种针对 生态环境保护的政策都体现在对污染强度i 的控制改进上。可以这样理解，污染 强度i 降低可认为是加入了一定的治理投资，因为，污染强度i 的降低势必减少 了一定的产出，这部分产出也可被认为是治理投资。 8 天津大学硕士学位论文 第二章海洋生态经济复合系统非线性动力学研究 当然污染治理投资和生产技术清洁度并不是完全独立的，将其二者综合起 来，考虑通过加入污染治理投资来提高生产技术清洁度，也建立了一些模型。如 b o v e n b e r g 等( 1 9 9 6 ) 【1 7 1 ，在他们建立的模型中，经济系统包括两个部分：提供 产品产出o 的生产部分和提高生产技术清洁度t 的环境研究和发展部分，实现 效用最大化要通过调控生产要素在两个部分之间的分配。生产要素有三种，包括 人造资本m 、环境质量e 和效率单位度量的污染量l ，即l - - t p ，t 为效率因子， 表示单位污染对总产出的贡献效率。在三种生产要素中，环境质量e 以公共物品 的形式存在于两部分之间。人造资本m 和效率单位度量的污染量l 则在这两个 部分之间进行分配，设分配的结果为、m ，和厶、厶。模型如下： i o = b ( e ) f ( 朋r d ，厶) = c + k 【t = b ( e ) f ( m r ，厶) = t ( 2 - 3 ) r ， 当然，在环境增长模型的发展过程中，还融入了其他对污染排放进行控制和 治理的手段。如调整结构、价格、税率等( d eg r o o t , 1 9 9 9 ) 4 6 1 ，就不具体介绍了。 综上所述，经济系统对生态环境污染的影响和控制主要体现在治理投资( 包括提 高生产技术清洁度和污染效率因子等) 这个方面上，而治理投资是从生产部分的 生产要素中分离出来的，必然使生产部分的生产要素减少，从而在一定程度上降 低了消费品的生产潜力。 2 1 2 生态环境经济相互作用模型 在国内，也有不少人对生态环境经济相互作用进行了研究，如陈六君等人【4 7 1 ， 建立了一些具体的模型。 1 生态环境经济相互作用模型 在这种模型中，研究者一般将生态环境经济看作是生态环境系统和经济系 统两个系统，它们相互作用共同演化，经济系统向生态环境系统排放污染物，影 响生态环境系统的发展，而生态环境系统的恶化又促使经济系统通过一定措施来 减少污染排放。 在经济系统中，通常将资本分为两个部分：生产资本和处理污染排放资本。 生产资本用于一般生产，处理污染排放资本用于减少经济系统对生态环境系统排 放的污染物量。按照这个思路，陈六君等人f 4 7 】提出了如下模型： 巧= s y l ( r ，d ) 一厶( 三) 一4 巧 =io(三)一磊如(24) d = 毛+ x ( 】，) 一尺( x ，k 0 ) 一c ( d ) 在上式中，巧为生产资本，为处理污染排放资本，厶为污染治理投资 9 天津大学硕士学位论文第二章海洋生态经济复合系统非线性动力学研究 量，毫和霞d 分别为生产资本和处理污染排放资本的实际投资量，y 为总产出， d 为污染浓度，c 为环境自净量，r 为处理污染排放资本所处理的污染物量，x 为产生污染量，4 和矗分别为生产资本和处理污染排放资本的折旧率，s 为积累 率，民为自然污染物输入率。 在这个模型中，由于存在污染造成的经济损失，产出的储蓄不完全转化为对 生产资本的投资，而是一部分用于补偿污染造成的经济损失，一部分用于污染治 理投资，还有一部分被折旧。而污染治理的投资也有一部分抵消了折旧。污染总 量的变化为自然污染物输入量与生产活动产生的污染量之和，再除去环境自净的 污染量和处理污染排放资本所处理的污染物量。 2 模型中各函数具体形式的构造 该生态环境经济相互作用模型个函数具体形式如下： ( 1 ) 污染产出量函数x ( 】，) 污染产出量函数描述污染产出量与总产出之间的关系。该模型参考了e k c 理论即污染产出之间的倒“u ”型关系的基础，假定了污染产出量与总产出之间 也存在倒“u ”型关系，并将污染产出函数构造如下式1 47 1 ： x ( 】，) = a o y e - r r ( 2 5 ) 其中，和，为参数。则污染强度为x y = p r r ，并随着总产出得增加而 指数下降，可以理解为生产水平的提高所引起的污染治理技术的普及及产业结构 调整。 在上式中，可将污染产生量的变化曲线分解为两部分，一部分是正的生产规 模效应，另一部分是负的强度效应。当生产水平比较低污染比较少的时候，正的 生产规模效应起主要作用，表现为生产规模不断扩大，污染产生量日益增加；当 生产水平比较高污染比较大的时候，负的强度效应所起的作用越来越大，逐渐成 为主要因素，表现为污染产生量随着总产出增加而下降。 ( 2 ) 治理净化量函数r ( x ，k n ) 治理净化量函数描述污染治理资本治理清除经济生产系统所排出的污染物 的量及能力。因为污染治理资本治理污染物的能力应具有饱和效应，即污染处理 开始阶段，污染物处理比较容易，越到最后清除污染物所需要的人力物力技术所 耗费的越多，故污染治理资本其使用效率是边际递减的。因此，该模型采用m o n o d 函数形式作为治理净化量函数： j 尺= 亿们 【r ( x ，) = 如( + ) 、7 其中，为参数，当k n = f i x 时，r = o 5 x ，表示污染治理刚好除去了一半的 污染物，当如“硝时，污染治理近似为线性函数r = k o p ，当k d p x 时， l o 天津大学硕士学位论文第二章海洋生态经济复合系统非线性动力学研究 r = x ，即除去了全部的污染物。 ( 3 ) 生态环境自净函数c ( d ) 生态环境自净函数描述的是生态环境自身净化的能力和生态环境污染浓度 之间的关系。一般来说，生态环境自净能力有很强的非线性，容易产生不同状态 间的跃迁。当污染浓度较低时，白净能力将随着污染浓度增加而增加，而当污染 浓度达到一定水平时，自净能力将会呈现为一条下降曲线。该模型用h i l l 函数来 表现生态环境自净能力的非线性变化，函数形式如下： c ( d ) = 万研1 一d q ( d 9 + 群) 】( 2 - 7 ) 其中，万、q 为参数，且q 大于1 ，当d = 见时，生态环境自净能力c = 0 s a d , , ， 如果d 见， 环境自净能力c = 0 。 ( 4 ) 污染造成的经济损失函数l ( y ，d ) 污染造成的经济损失函数所表达的是环境污染造成的经济损失与污染浓度 之间的关系，而污染造成的经济损失与污染浓度达到一定水平环境自净能力下降 有关，所以该模型假定了污染经济损失正比于环境的真实自净能力与假设的环境 线性自净能力之差，函数如下： l ( r ，上) ) = i y d p l ( d 9 + d j )( 2 8 ) 其中，为参数。当d = 见时，污染经济损失l = 0 5 i y d a ，如果d “岛， 污染经济损失函数可以近似为幂函数l ( r ，d ) = 1 y d 叮+ 1 d j 。如果d 岛，污染 经济损失函数可以近似为线性函数l ( y ，d ) = i y d 。 ( 5 ) 治理投资函数 治理投资函数所表现的是治理投资量同污染所造成的经济损失量之间的关 系，该模型假定了污染治理投资是污染经济损失的固定比例，函数为： 易( ) = f d 三 ( 2 - 9 ) 为参数，代表了经济系统对污染造成的经济损失的响应强弱，如越大， 表示经济损失所获得的污染治理投资越多。 2 1 3 资源环境动力学模型 资源环境动力学模型研究的是生态资源与环境之间的动力学关系，在国内方 福康、陈六君等人对此作了一定的研究 4 8 1 ，并建立了下面的模型。 强姒卜例g 眦) - i g l ( n l d ( 2 - 1 0 ) 气 i 三：p 一口吼 在该模型中，生态资源动力学模型通常采用l o g i s t i c 增长形式，如下： 天津大学硕士学位论文第二章海洋生态经济复合系统非线性动力学研究 g = k g ( 1 一g i g 懈) 一v 其中，g 为生态资源储量，g o 为理论上最大生态资源储量， 生态资源的速度，k 为生态资源再生率。 环境污染动力学模型也采用指数衰减的形式： ( 2 - j 1 ) y 为人类使用 l = p 一8 l ( 2 - 1 2 ) 其中，l 为污染物浓度，艿为生态环境系统对污染物的自净比率，p 为人类 向生态环境系统输入污染物的速度，也可称作为经济系统向生态环境投入污染物 的速度。 相对独立的生态资源系统和生态环境系统表现出较为简单的动力学行为。事 实上生态资源系统与生态环境系统是相互耦合相互影响共同发展变化的，其动力 学特征更为复杂。 一方面，污染物浓度也影响着生态资源的再生能力。随着污染物浓度的增加， 生物体内积累了越来越多的污染物，导致生物繁殖能力的下降，或者由于生物的 生存环境遭到污染破坏，生物大量死亡等情况，所以该生态资源动力学模型表示 出了污染导致生物死亡的过程。 生物死亡过程随污染物浓度的变化是非线性的，经常会有突变的出现。当污 染浓度比较低的时候，生物因污染而死亡的个体数几乎为0 ，当污染浓度大大增 加到超过一定水平时，生物个体死亡数突然大大增加，很快到达极限值并发生灾 害现象