（管理科学与工程专业论文）基于熵的工业生产环境影响问题研究.pdf

西南交通大学博士研究生学位论文第l 页 摘要 作为对环境影响最大和最直接的经济活动 工业生产的环境保护问题对 可持续发展目标的实现至关重要 按照可持续发展的要求 探索实现减少污 染 使投入 生产过程 产品与人类提高生存环境质量的要求相适应的工业 绿色化发展方式是当今发展的必然趋势 工业生产的环境影响问题研究作为 工业环境保护决策的重要依据之一 是工业可持续化发展研究的关键和重要 内容 本文在结合系统热力学 经济学 环境学 生态学等相关理论的基础上 将工业生产系统作为对象 以工业生产对环境产生影响的熵增为研究手段 对工业生产过程中环境影响的相关问题展开研究 试图解决对工业可持续发 展本质的认识问题 工业活动对自然环境破坏性影响的定量评价问题 工业 生产环境保护的绩效评价问题 工业企业的环境经济行为问题 工业绿色化 的模式选择问题等 在2 1 世纪以可持续发展为主题的时期 不仅具有紧迫的 现实意义 而且对可持续发展在不同领域的交叉研究提供了一种新思路 归 纳起来 本文主要做了以下创新性工作 首先 从工业环境影响特点的研究出发 提出将工业生产系统与自然生 态系统作为一个统一体系 工业一环境系统进行研究 以熵作为研究工业 生产对环境产生的综合影响的评价指标和手段 应用工业生产产生的熵增描 述其对环境的影响 并依据工业生产对自然生态资源消耗和环境污染的不同 情况 提出了工业生产资源熵和污染熵的概念 通过构建工业生产的熵增模 型 环境承受阈限熵模型 从工业生产系统和自然生态环境系统两个方面 对工业生产造成的环境破坏的实质进行研究和分析 其次 展开了工业生产环境综合影响度量的熵指标研究 在研究分析工 业生产对环境的综合影响的基础上 提出并建立了工业生产环境综合影响熵 指标的计算方法 主要包括资源熵和污染熵的计算方法 综合影响效应系数 提出及其模糊神经网络的确定方法 用环境综合影响熵指标将工业生产对环 境造成破坏的两类不同问题 资源消耗和环境污染有机结合起来 并简化 了工业生产的环境影响综合评价 同时统一了量纲 具有对不同生产行业和 部门环境影响比较的可公度性 第三 工业生产环境保护绩效研究 针对目前工业环境保护绩效评价方 第1 i 页西南交通大学博士研究生学位论文 法复杂 指标多样 并且主要从经济角度考虑环境保护绩效的问题 本文根 据工业生产系统综合环境影响熵指标的研究 结合世界事业可持续发展委员 会 w b c s d 和经济合作与发展组织o e c d 等提出的生态效率概念框架 提出并构建了基于熵的工业环境绩效模型 生态经济效率模型 通过该模 型 从环境影响和经济效益两个方面综合评价工业生产的环境保护绩效 并 应用上述方法 对某工业集团清洁生产的环境绩效进行评价分析 最后 进行了工业绿色化生产的决策分析研究 主要包括不同工业生产 模式的环境影响比较研究 工业绿色化的环境成本内在化研究 以及在此基 础上的工业绿色化的外部激励机制博弈分析研究 提出了促进工业企业实施 工业绿色化的方法和建议 关键词决策分析 工业环境影响 熵 生态经济效率 西南交通大学博士研究生学位论文第1 i i 页 a b s t r a c t a sa ne c o n o m i ca c t i v i t y i n d u s t r yp r o d u c t i o nh a st h em o s ta n dd i r e c ti n f l u e n c e o nt h ee n v i r o n m e n t t h ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o no fi n d u s t r yp r o d u c t i o ni sv e r y i m p o r t a n tt ot h ea c h i e v e m e n to ft h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t i ti st h ec e r t a i l 赴 t r e n d e n c y t op u r s u eag r e e ni n d u s t r i a l d e v e l o p m e n tm o d ea c c o r d i n gt o t h e r e q u i r e m e n t o fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t o fw h i c ht h ei n p u t t h ep r o d u c t i o n p r o c e s sa n dt h ep r o d u c t so fi n d u s t r yc o r r e s p o n dw i t ht h e n e e d st h e l i v i n g e n v i r o n m e n tq u a l i t yo fh u m a n b e i n g a so n eo ft h ei m p o r t a n tb a s e sf o rd e c i s i o n s o fi n d u s t r i a le n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n t h es t u d y o nt h ee n v i r o n m e n t a lo f i n d u s t r i a lp r o d u c t i o ni sa ni m p o r t a tk e yc o n t e n to ft h es t u d i e so fi n d u s t r i a l s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h i s p a p e rh a sm a d es t u d i e s o nt h er e l e v a n ts u b j e c t so fe n v i r o n m e n t a l i n f l u e n c ei nt h ep r o c e s so fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o nb a s e do nt h er e l e v a n tt h e o r e t i c a l f o u n d a t i o n so ft h e r m o d y n a m i c s e c o n o m i c s e n v i r o n i c sb i o n o m i c sa n ds oo n t a k i n gt h es y s t e mo fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o na st h eo b j e c ta n dt h ee n t r o p yi n c r e a s e o ft h ei n f l u e n c e o fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o no nt h ee n v i r o n m e n ta st h em e t h o do f s t u d y i tt r yt or e s o l v et h ep r o b l e m sa sf o l l o w t h ep r o b l e mo fu n d e r s t a n d i n gt o t h ee s s e n c eo fi n d u s t r i a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h ep r o b l e mo ft h eq u a n t i t a t i v e e v a l u a t i o no nt h ed e s t r u c t i v ei n f l u e n c eo fi n d u s t r i a la c t i v i t i e so nt h ee n v i r o n m e n t t h ep r o b l e mo ft h ee v a l u a t i o no f t h ep e r f o r m a n c ee f f e c t so fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o no ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o n t h ep r o b l e mo ft h ee n v i r o n m e n t a le c o n o m i c a c t i v i t i e so fi n d u s t r i a le n t e r p r i s e s t h ep r o b l e mo ft h ed e c i s i o no fg r e e ni n d u s t r y a n ds oo n t h es t u d i e sn o to n l yh a v ep r a c t i c a lv a l u e b u ta l s oh a v et h e o r e t i c a l v a l u et ot h ei n t e r c r o s s i n gs t u d i e so fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti nd i f f e r e n tf i e l d si n t h e2 1 c e n t u r yt h a th a st h em a i ns u b i e c to fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h i sp a p e r h a sm a d et h ef o l l o w i n gc r e a t i v es t u d i e s f i r s t l y a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so fi n d u s t r i a le n v i r o n m e n t a li n f l u e n c e t h e p a p e rt a k e st h ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o ns y s t e ma n dn a t u r a le c o s y s t e ma sau n i f o r m s y s t e mo fs y s t e m i n d u s t r y e n v i r o n m e n t i tu s et h ee n t r o p yi n c r e a s eo fi n d u s t r i a l p r o d u c t i o n t od e s c r i b ei t si n f l u e n c et ot h ee n v i r o n m e n ta n d p r e s e n t t h e c o n c e p t i o no fr e s o u r c ee n t r o p ya n dp o l l u t i o ne n t r o p yo fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n 第1 v 页西南交通大学博士研究生学位论文 a c c o r d i n g t ot h e d i f f e r e n ts i t u a t i o n so ft h ec o n s u m p t i o no fn a t u r a l e c o l o g i c r e s o u r e c e sa n dt h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o no fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n i nt h ep a p e r t h ee s s e n t i a lo ft h ed e s t r u c t i o no fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o nt ot h ee n v i r o n m e n th a s b e e na n a l y s e d t h r o u g ht h ef o r m i n go fe n t r o p yi n c r e a s e m o d e lo fi n d u s t r i a l p r o d u c t i o na n dt h ee n t r o p ym o d e lo ft h e t h r e s h o l do ft h en a t u r ee n v i r o n m e n t 鲫s t e m s e c o n d l y t h i sp a p e rm a d eas t u d yo nt h ee n t r o p yi n d e xo ft h es y n t h e t i c a le f f e c t o fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o ns y s t e m b a s e do nt h ea n a l y s i so nt h eg e n e r a li n f l u e n c eo f i n d u s t r i a lp r o d u c t i o nt ot h ee n v i r o n m e n tw i t ht h ec o m b i n a t i o no ft h e o r i e ss u c ha s t h e r m o d y n a m i c sa n ds oo n t h ep a p e rh a sp e r s e n t e da n ds e tu pac a l c u l a t i o n m e t h o do f t h ee n t r o p yi n d e xo fg e n e r a le n v i r o n m e n t a li n j l u e n c eo fi n d u s t r i a l p r o d u c t i o n w h i c hi n c l u d e sc a l c u l a t i o no f r e s o u r c ee n t r o p ya n dp o l l u t i o ne n t r o p y t h ep e r s e n to ft h ee f f e c tc o e f f i c i e n to fg e n e r a li n f l u e n c ea n dm e t h o d s t h ef u z z y n e u r a ln e t w o r k sm e t h o d o l o g yu s e di ni t sc a l c u l a t i o ni sd i s c u s s e d n e x t t ot h eq u e s t i o n so fc o m p l i c a t e dm e a n sa n dv a r i o u si n d e x so ft h ea c t u a l s t u d y o nt h ep e r f o r m a n c ee f f e c t so fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n o f i n d u s t r y p r o d u c t i o n t h ep a p e rh a ss e tu pa ni n d u s t r i a le n v i r o n m e n t a le f f e c t sm o d e lb a s e o nt h ec o n c e p t i o nf r a m ep r e s e n t e db yt h ew o r l db u s i n e s sc o u n c i lf o rs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t w b c s d t h eo r g a n i z a t i o n f o re c o n o m i c c o o p e r a t i o na n d d e v e l o p m e n t o e c d a n ds oo na n dw i t ht h ec o m b i n a t i o no ft h es t u d yo i lt h e e n t r o p yi n d e xo ft h eg e n e r a le n v i r o n m e n t a li n f l u e n c eo fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n s y s t e m b a s e dt h e r e s e a r c ha b o v e t h ep a p e ra p p l i e st h ea b o v em e t h o d st o e v a l u a t ea n da n a l y z et h ep r a c t i c eo fg r e e ni n d u s t r yo fa ni n d u s t r yg r o u p f i n a l l y as t u d yo nt h ed e c i s i o no fg r e e ni n d u s t r yh a sb e e nd o n e i tm a i n l y i n c l u d e s t h e c o m p a r a t i v es t u d y o nt h ee n v i r o n m e n ti n f l u e n c e o fd i f f e r e n t i n d u s t r i a lp r o d u c t i o np a t t e r n t h es t u d yo nt h ei n t e r n a l i z a t i o no ft h ee n v i r o n m e n t c o s t so f g r e e ni n d u s t r y a n d t h e g a m b l i n gs t u d y o nt h ee x t e r n a l i n s p i r i t m e c h a n i s mo fg r e e ni n d u s t r yb a s e do ni t t h ec o n d i t i o n sa n dm e t h o d st op r o m o t e g r e e ni n d u s t r yi ni n d u s t r i a le n t e r p r i s e sh a sb e e np e r s e n t e d k e y w o r d sd e c i s i o na n a l y s i s i n d u s t r i a le n v i r o n m e n t a li n f l u e n c e e n t r o p y e c o e f f i c i e n c y 西南交通大学 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版 允许论文被查阅和借阅 本人授权西南交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 本学位论文属于 1 保密口 在 年解密后适用本授权书 2 不保密囡 适用本授权书 请在以上方框内打 学位论文作者签名 楚呜伙 指导教师签名 参野 日期 三口口j 年组月2 乒日日期 2 a a j 年 2 月2 用 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 使本人在导师指导下独立 进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果 对本文 的研究做出贡献的个人和集体 均已在文中作了明确的说明 本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担 本学位论文的主要创新点如下 1 提出以熵作为研究工业生产对环境产生的综合影响的评价指标和手段 详见第2 章2 1 2 节 在分析工业生产环境影响时 将工业生产系统与自然 生态系统作为一个统一体系 工业一环境系统进行研究 用工业生产产生的 熵增评价其对环境的影响 并依据工业生产对自然生态资源消耗和环境污染的 不同情况 提出了工业生产资源熵和污染熵的概念f 详见第2 章2 3 2 节 通 过构建工业生产的熵增模型 环境承受阈限熵模型 从工业生产系统和自然生 态环境系统两个方面 对工业生产造成的环境破坏的实质进行研究和分析 详 见第3 章3 2 节 2 建立度量工业生产环境综合影响的熵指标方法 在研究分析工业生产对 环境的综合影响的基础上 提出并建立了工业生产环境综合影响熵指标的计算 方法 主要包括资源熵和污染熵的计算 以及综合影响效应系数提出和模糊神 经网络的确定方法 详见第4 章4 二节 第4 章4 3 节 与传统的环境影响指 标不同 本文提出的环境综合影响熵指标将工业生产的资源消耗和环境污染两 类不同问题有机结合起来 并简化了工业生产的环境影响综合评价 同时统一 了量纲 可以对不同生产行业和部门的环境影响进行比较 3 本文根据工业生产系统综合环境影响熵指标的研究 结合世界事业可持 续发展委员会 w b c s d 和经济合作与发展组织o e c d 等提出的生态效率概 念框架 提出并构建了基于熵的工业环境绩效指标模型 生态经济效率模型 详见第5 章5 1 节 第5 章5 2 节 与传统工业生产环境保护绩效的评价方 法不同 该方法突出了工业生产的环境影响因素 通过该模型 可以从环境影 响和经济效益两个方面综合评价工业生产的环境保护绩效 并且模型简化 统 一了工业环境保护绩效的指标 有助于工业环境保护措旌的比较和分析 4 从工业生产的环境影响的角度 本文进行了工业绿色化生产的决策分析 研究 主要包括不同工业生产模式的环境影响比较研究 详见第6 章6 1 节 工业绿色化的环境成本内在化研究 详见第6 章6 2 节 以及在此基础上的工 业绿色化的外部激励机制博弈分析研究 提出促进工业企业实施工业绿色化的 方法和建议 详见第6 章6 2 节 学位论文作者签名 丝鱼群 日期 2 0 0 年 7 月z 弘日 西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 中国工业生产的环境影响状况 1 1 1 1 污染情况严峻可持续发展是当今人类面临的 个基本问题 工 业生产对环境造成的不利影响是困扰实现可持续发展的一个核心问题 工业 文明是现代文明的物质基础 没有工业的发展 就没有现代社会的进步 然 而 工业污染又是工业文明的 固疾 自产业革命以来 工业污染与工业文 明相伴而生 而且对自然环境造成的危害有愈演愈烈之势 在我国经济高速 增长的同时 为使环境污染和生态破坏加剧的趋势得到基本控制 国家对大 气污染物 水体污染物和固体废物等指标提出了污染物排放总量控制 从各 年排污情况看 喜忧参半 近几年 国家出台了各行业的有关法规 通过采取各种有效措施 加大 了对环境污染的监管力度 使得 三废 排污总量呈现逐年下降的趋势 见 表1 1 中国环境统计公告 1 9 9 5 2 0 0 3 但总体来看 形势依然严峻 表1 1各年主要污染物排放总量表单位 万t 烟尘工业粉尘二氧化硫 工业固体工业固体工业废水 年份废物产生废物排放排放量 亿 排放量排放量排放量 e 量 t 1 9 9 5 8 3 8 6 3 91 8 9 1 6 4 4 7 42 2 4 22 2 2 1 9 9 67 5 85 6 2 1 3 9 76 5 8 9 81 6 9 02 0 6 1 9 9 71 5 6 51 5 0 51 8 5 21 0 5 8 4 91 8 4 1 4 2 2 7 1 9 9 81 4 5 21 3 2 22 0 9 08 0 0 0 07 0 0 02 0 1 1 9 9 91 1 5 91 1 7 51 8 5 87 8 4 4 23 8 8 11 9 7 2 0 0 0 1 1 6 5 1 0 9 2 1 9 9 58 1 0 6 83 1 8 31 9 4 2 0 0 11 0 9 59 9 11 9 4 88 9 0 0 03 0 0 02 0 1 2 0 0 2 1 0 1 39 4 1 1 9 2 79 5 0 0 02 6 3 52 0 7 2 0 0 31 0 4 8 78 4 6 2 2 1 2 8 7 1 0 0 0 0 01 9 4 0 9 2 1 2 4 大气污染 由于我国以煤为主要能源 造成我国大气污染属煤烟型污染 由此形成的酸雨 s 0 2 和烟尘危害最为严重 长期的酸雨导致农业生态环境 急剧恶化 加速了上壤酸化过程 中国科学院可持续发展研究组 2 0 0 2 年 水污染 我国江河湖库岸水域不断增加的工业废水排放量而普遍受到不 同程度的污染 7 8 城市河段不适宜作饮用水源 5 0 的城市地下水受到污 第2 页西南交通大学博士研究生学位论文 染 8 0 的人群流行病由污染水传播 中国科学院可持续发展研究组 2 0 0 2 年 全国人大环境资源委员会2 0 0 4 年1 0 月1 1 日又强调指出 目前 我国 水体污染仍相当严重 治理严重滞后 4 6 个重点城市中 4 5 6 的水质较差 农村饮用水卫生合格率仅为6 2 1 固体废弃物污染 城市生活垃圾每年以1 0 的速率增长 工业固体废物 历年储存量已达6 4 9 亿吨 占地面积5 1 7 万公顷 中国科学院可持续发展 研究组 2 0 0 2 年 工业固体废物产生量随着生产总量的增加而增长 若排 放量同比增长 则说明治理污染成效不大 现将1 9 9 5 2 0 0 3 年工业固体废物 产生量与其排放量差额进行对比 从侧面观察我国在固体废物排放治理方面 所作的工作 虽然固体废物排放量自1 9 9 7 年以来有明显的下降趋势 但其产生量仍一 直处于较高的水平 固体废物产生量增加的原因是多方面的 一是产品产量 的增加而造成 另外一个原因 也是人们比较容易忽略的 就是生产过程中 原材料及能源利用率低下所致 观察1 9 9 5 年至2 0 0 2 年工业固体废物产生量 与排放量之间的差距 有逐年增大的趋势 表1 2 中国环境统计公告 1 9 9 5 2 0 0 3 表1 2 各年工业固体废物产生量与排放量之问的差距 年份工业固体废物产生量与排放量之间的差距 1 9 9 56 2 2 3 2 1 9 9 66 4 2 0 8 1 9 9 78 7 4 3 7 1 9 9 87 3 0 0 0 1 9 9 97 4 5 6 1 2 0 0 07 7 8 8 5 2 0 0 18 6 0 0 0 2 0 0 29 2 3 5 6 2 0 0 39 8 0 5 9 工业固体废物产生量与排放量之差距的间逐年增大 显示了我国治理污 染的力度与成效 但并非是一件令人乐观的事情 从另一个角度看 暴露了 我国污染治理大多仍停留在末端 而污染的 末端治理 已成为各国亟待改 进的一种治理方式 也是我国需要进一步改进的问题之一 总之 我国污染物排放仍表现上乜 污染负荷高 污染物排放居高不下 据统计2 0 0 3 年与2 0 0 2 年相比 c o d 排放量有所减少 但二氧化硫 烟尘 粉尘比2 0 0 2 年分别增加1 2 5 8 主要污染物排放量远远超过环境容 量 排放强度大 表1 1 显示的大气污染 水污染和固体污染其量值都是 非常巨大的 以上两点说明我国的环境形势严重性 若继续下去环境问题将 更加突出 环境退化的趋势将无法从根本上得到遏制 西南交通大学博士研究生学位论文第3 页 1 1 1 2 资源 能源消耗严重中国资源数量和品种在世界居于前列 但人均资源量显着落后 且资源的质量如品位 均衡度 匹配度等较差 中 国科学院可持续发展研究组设计的资源压力指标体系显示 我国资源在分布 和使用上存在着极大压力 中国科学院可持续发展研究组 2 0 0 2 从1 9 4 9 年以来的5 0 年 中国的实际g d p 1 9 7 8 年不变价格 从1 9 4 9 年到1 9 9 3 年 增长了3 0 8 倍 能源消耗增长了4 6 1 倍 是实际g d p 增长 的1 5 倍 说明中国在工业化过程中 是以能源大量投入为代价增加国民财 富的 这种粗放型的能源使用效率非常低 而且严重影响到自然环境 世界 最发达的 七国工业集团 的平均能耗产出率为1 1 7 1 0 6 焦耳生产出1 美元 而中国是6 9 1 0 6 焦耳生产出1 美元 中国是世界发达国家 七国工业集团 的平均值 单位产出能耗的5 9 倍 孙炳彦 1 9 9 7 2 0 0 3 年我国g d p 是 1 4 亿美元 约占世界g d p 的4 但为此消耗的资源是巨大的 原煤1 6 亿 t 铁矿石3 亿t 钢材2 4 6 亿t 氧化铝1 1 7 8 万t 水泥8 5 亿t 分别为世 界消费量的3 1 3 0 2 7 2 5 4 0 谢振华 2 0 0 4 由此看出 中 国能源的使用效率非常低 这种低效率的能耗最终产生两个结果 能源使用 量大 能源使用后的废物排放量也大 由此环境污染非常严重 4 0 3 9 3 8 3 7 3 6 3 5 3 4 l 蚶4l 蛐51 9 9 6l 蜘7l 删81 9 w z u 0 02 l j j l 2 0 u 2 年份 图1 1 我国能源消耗总量图 引自王虹等资料 2 0 0 4 1 0 注 b t u 的定义是 1 磅纯水从3 2 f 加热到2 1 2 f 所需热量的1 1 1 8 0 1 b t u 1 0 5 5 7 9 焦耳 据有关数据显示 我国1 9 9 5 2 0 0 1 年能源消耗情况如图1 1 1 9 9 7 年 能源消耗总量和综合污染排放量均呈现为高峰 之后表现为小的波动 联系 当时我国经济发展状况 在 九五 期间 我国g d p 从9 1 的速度增长 在经济增长的同时 治理污染问题依然严峻 若按库茨尼兹曲线分析 我国 的经济发展模式还没有进入经济发展的良性运行轨道 或者说 真正体现低 消耗 低污染 高利用率的经济模式还没有形成 1 1 2 工业生产环境影响问题的提出 人们已经认识到工业化是目前环境污染的丰要根源 如我国工业污染物 第4 页西南交通大学博士研究生学位论文 占了污染排放总量的7 0 工业生产造成的环境影响已成为制约可持续发展 的关键因素之一 面对环境保护和经济发展的共同挑战 国际社会进行了生 态理念性的思考 逐步意识到不能单纯依靠环境治理来解决环境问题 必须 认识到环境保护是可持续发展进程中的一个有机组成部分 人们还认识到 现代的全球系统是一个复杂的大系统 人类社会一经济系统只是其中的复杂的 子系统 为解决人类生存和可持续发展这一重大问题 人类首先面对的是复 杂大系统 面临的是自然生态系统和人类经济社会系统本身复杂的运行机制 和它们之间的相互作用的复杂的综合性问题 人类只有在不断深入认识地球 系统的同时 采取有效的措施 使这一复杂大系统的各个组成部分相互协调 发展 才能使人类社会的发展得以持续 随着工业系统工程研究在深度和广度上的加强 工业界和学术界提出了 许多环境保护理念和模式 如最早的 废物最小化 w a s t em i n i m i z a t i o n 后来发展的 污染预防 p o l l u t i o np r e v e n t i o n 环境化设计 d e s i g nf o r e n v i r o n m e n t 清洁生产 c l e a n e rp r o d u c t i o n 和 工业生态学 i n d u s t r i a l e c o l o g y 等 目前考虑环境目标的工业系统工程研究受到广泛重视 其中 一个重要的课题就是如何表征和衡量工业过程的环境性能 期望用适当的方 法 对工业生产活动的全过程的资源消耗和造成的环境影响有一个彻底 全 面 综合的了解 建立为可持续工业生产决策提供行之有效的评价指标体系 建立为可持续工业生产决策提供行之有效的评价指标体系 以实现环境和经 济的可持续发展 1 2 国内外研究综述 1 2 1 环境影响的研究现状 1 环境影响评价方法 环境影响评估是对于直接或间接的环境影响的分析和测量标准的总称 对于环境影响的研究是随着人们对于环境与经济发展关系的逐步深入而不断 发展的 j a s c hc 2 0 0 0 c o l er j 2 0 0 0 l ic p h u ii k 2 0 0 1 主要分为以下几 类 1 环境影响评价 e i a 环境影响评价 e i a 通常是对建设项目 区域开发计划以及国家政策 实施后可能对环境造成的影响进行预测和估计 它能促进城市生态系统良性 循环 有利环境综合整治 是协调城r h 发展和环境保护的有效方法 同时也 是制定经济发展计划和城市环境规划的理论基础 其中已经发展得比较成熟 第4 页西南交通大学博士研究生学位论文 占了污染排放总量的7 0 9 6 工业生产造成的环境影响已成为制约可持续发展 的关键囚素之一 面对环境保护和经济发展的共同挑战 国际社会进行了生 态理念性的思考 逐步意识到不能单纯依靠环境治理来解决环境问题 必须 认识到环境保护是可持续发展进程中的一个有机组成部分 人们还认识到 现代的垒球系统是一个复杂的大系统 人类社会 经济系统只是其中的复杂的 子系统 为解决人类生存和可持续发展这一重大问题 人类首先 面对的是复 杂大系统 面临的是自然生态系统和人类经济社会系统本身复杂的运行机制 和它们之间的相互作用的复杂的综合性问题 人类只有在不断深入认识地球 系统的同时 采取有效的措施 使这一复杂大系统的各个组成部分相互协调 发展 才能使人类社会的发展得以持续 随着工业系统工程研究在深度和广度上的加强 工业界和学术界提出了 许多环境保护理念和模式 如最早的 废物最小化 w a s t em i n i m i z a t i o n 后来发展的 污染预防 p o l l u t i o np r e v e n t i o n 环境化设计 d e s i g nf o r e n v i r o n m e n t 清洁生产 c l e a n e r p r o d u c t i o n 和 工业生态学 i n d u s t r i a l e c o l o g y 等 目前考虑环境目标的工业系统工程研究受到广泛重视 其中 个重要的课题就是如何表征和衡量工业过程的环境性能 期望用适当的方 法 对工业生产活动的全过程的资源消耗和造成的环境影响有 个彻底 全 面 综合的了解 建立为可持续工业生产决策提供行之有效的评价指标体系 建立为可持续工业生产决策提供行之有效的评价指标体系 咀实现环境和经 济的可持续发展 1 2 国内外研究综述 1 2 1 环境影晌的研究现状 1 环境影响评价方法 环境影响评估是对于直接或间接的环境影响的分析和测量标准的总称 对于环境影响的研究是随着人们对于环境与经济旋展关系的逐步深入而不断 发展的 j a s c hc 2 0 0 0 c o l er j 2 0 0 0 l ic p h u ii k 2 0 0 1 主要分为以下几 类 1 环境影响评价 e i a 环境影响评价 e i a 通常是刘建设项目 区域开发计划以及国家政策 实施后可能对环境造成的影响进行预测和估计 它能促进城市生态系统良性 循环 有利环境综合整治 是协调城f i 发展和环境保护的有效方法 同时也 是制定经济发展汁划和城市环境规划的理论基础 其中已经发展得比较成熟 是制定经济发展计划和城市环境规划的理论基础 其中已经发展得比较成熟 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 的方法有两种 环境质量综合评价 e n v i r o n m e n t a lq u a l i t y a s s e s s m e n t 和战 略环境评价 s t r a t e g i ce n v i r o n m e n t a l a s s e s s m e n t 尤其是前者 度被广泛地 采纳应用于具体工程或项目对环境影响的综合评估 o l u s e g u na o g u n b a 2 0 0 4 g i b s o nr b 2 0 0 2 该方法通常选择与自然环境因素和社会环境因素 有关的指标 然后 进行权值的计算 为了定量描述各环境指标对生态环境 的重要程度 采用层次分析法 a h p 计算各指标权重 最后根据计算结果 对所选区域进行质量评价 实际上 就在e i a 得到发展的近3 0 多年间 尽管各类大小建设项目绝大 部分都进行了e i a 相应的末端污染也进行了控制和治理 但建设项目所使用 的材料和生产的产品等却在世界范围内引起了温室效应 臭氧层破坏 海洋 污染 大气污染 酸雨 地面水污染 地方病等一系列环境问题 有的影响 和范围还在逐步扩大和蔓延 并正被人们所认识 显然 以选址 末端控制 为特征的e a i 正面临严峻挑战 2 生态足迹 e c o l o g i c a lf o o t p r i n t 简称e f 生态足迹 或称生态空间占用 最早是由加拿大生态经济学家 r e ew e 等1 9 9 2 提出并由其博士生w a c k e r n a g e l 于1 9 9 6 年完善的一种衡量人类对自 然资源利用程度以及自然界为人类提供的生命支持服务功能的方法 u l i f e n g 2 0 0 0 y a n gk a i z h o n g y a n gy o n g c h e n 2 0 0 0 该方法通过估算 维持人类的自然资源消费量和消纳人类产生的废弃物所需要的生态生产性空 间面积大小 并与给定人口区域的生态承载力进行比较 来衡量区域的可持 续发展状况 生态足迹的计算主要基于以下两个事实 人类能够估计自身消费的大 多数资源 能源及其所产生的废弃物数量 这些资源和废弃物流能折算成 生产和消纳这些资源和废弃物流的生态生产性面积 根据上述理论和概念 其主要计算步骤如下 m a t h i sw a c k e r n a g e l 等 1 9 9 9 划分消费项目 计 算各主要消费项目的消费量 利用平均产量数据 将各消费量折算为生物 生产性土地面积 通过当量因子把各类生物生产性土地面积转换为等价生 产力的土地面积 将其汇总 加和计算出生态足迹的大小 通过产量因子 计算生态承载力 并与生态足迹比较 分析可持续发展的程度 h a r dp b a r g s h o d g et e ta 1 1 9 9 7 但是 无论在理论上还是在方法上 生态足迹分析方 法都存在不足的地方 曹新向等 2 0 0 3 首先 生态足迹分析法是一种基 于静态指标的分析方法 无法反映未来的可持续趋势 不足以监测变化的过 程 对此 些学者通过计算各指标的时间序列值来追踪各个时点的可持续 第6 页西南交通大学博士研究生学位论文 程度 如以h e l m u th a b e r l 为代表的研究小组2 0 0 1 年对奥地利1 9 2 6 1 9 9 5 年长 达7 0 年的生态足迹进行了度量 王书华等 2 0 0 2 以补救生态足迹分析指标 静态性的缺憾 第二 生态足迹分析没有描述完全自然系统提供资源 消纳 废物的功能 忽略了地下资源和水资源的估算 也没有考虑污染的生态影响 第三 从上面所述的应用范围来看 生态足迹分析法仅适合于区域的环境影 响研究 h a b e r lh 2 0 0 1 3 生命周期评价l c a 9 0 年代初 随着环境问题的进一步研究 环境管理手段也亟待发展 研 究开始关注各类产品对环境的真正影响 一种从资源能源的消耗废弃物排放 等多方面去评价 表征某种产品或某种材料在整个寿命过程中造成的环境负 荷的评价方法产生了 环境协调性评估l c a l i f cc y c l ea s s e s s m e n t 也 称为产品生命周期评价 简称l c a 方案 生命周期评价 l c a 是一种评价产品或服务系统从原材料开采与提炼 开始 到产品制造 营销 使用 报废和最终处置全过程环境影响的方法 a b l a n c h m e t i v i e r p i g n o n r g o u r d o n p r o u s s e a u x 2 0 0 4 与其他环境影响 评价方法显著不同的是 l c a 针对产品 工艺技术或服务系统 从摇篮到坟 墓 整个生命周期内所产生的综合环境影响进行系统的评估 从而克服了传 统方法仅从产品 工艺技术或服务系统整个生命周期中某个环节或某个阶段 的 末端影响 进行环境评估的片面性和局限性 e k v a l lt 2 0 0 2 gr e b i t z e r a t e k v a l l e ta 1 2 0 0 4 s t u a r tr o s s d a v i de v a n s 2 0 0 2 从理论上讲 通过清单分析可以量化和评价所研究的产品在整个生命周 期中资源和能量使用以及对环境释放的过程 但通常这是一个长长的数据清 单 很难依此进行评估和决策 1 9 9 1 年欧洲和北美环境毒理学和化学学会 s e t a c 提出生命周期影响评估l c i a l i f ec y c l ei m p a c ta s s e s s m e n t 的概 念和原理 用以解释清单分析结果 1 9 9 2 年荷兰莱顿大学的环境科学研究中 心首先提出了c m l 方法进行生命周期影响评估 在c m lm a n u a l 和随后的 s e t a cc o d eo fp r a c t i c e 1 9 9 3 中 推荐采用归一化处理和影响评估的数据处 理过程 最终用一个特定的数值指标来描述产品的环境特性 此后 美国 荷兰 瑞典