基于资源环境承载力约束的县域人口和产业调控方法研究
——以云南省隆阳区为例

(1.云南省环境科学研究院环境规划研究中心，云南 昆明 650034；2.西南林业大学环境科学与工程学院，云南 昆明 650224)

资源环境承载力是一个综合性的概念，其主要包括资源承载力(土地资源承载力和水资源承载力等)和环境承载力(水环境承载力和大气环境承载力等)[1-3]。人口和产业调控对于一个地区的经济社会稳定发展较为重要[4]，研究资源环境承载力约束下的人口和产业调控方法将为可持续发展打下坚实理论基础。目前，基于资源环境承载力约束的人口和产业发展调控研究偏重于水资源和水污染物容量[5-9]为承载力的较多，考虑到系统的复杂性和模糊性，倾向于向多目标灰色线性规划[10-11]和不精确模糊规划[12-15]的方向发展。但是针对云南省县域的资源环境承载力约束下的人口和产业发展调控研究相对较少。本文在前人的研究基础上，拟建立完整的基于资源环境承载力的人口和产业发展调控的双目标区间线性规划模型，此模型着重包括了资源环境利用效率系数的优化与决策。该模型简单实用，参数容易获取，特别适用于县域人口和产业的优化调控，其不仅有助于解决资源短缺、环境污染和产业结构不合理等实际问题，还进一步丰富和完善了资源环境承载力与人口和产业优化等相关理论，为县域社会和经济的和谐可持续发展提供了新的思路。

隆阳区位于云南省保山市市政府所在地，2011—2015年，GDP年均增速13.38%，随着城镇化的不断推进及工贸园区的积极建设，建设用地、工业用地、能源资源等面临着巨大挑战，并且已出现轻微的大气污染的趋势。基于隆阳区资源环境承载力约束下的产业发展调控案例研究，将为此方法的实际应用及推广提供借鉴。

1 技术路线与方法

该研究的技术路线主要包括三个阶段：优化阶段、决策阶段、评价阶段，详见图1。

1.1优化阶段

根据城市总体规划、国民经济发展规划等确立规划年的人口和经济规划发展模式，根据基准年的人口和经济现状确立规划年的基准发展模式，然后根据现有资源环境利用效率系数(包括污染物排放强度)确立在基准模式和规划模式的发展下资源环境承载力(用水总量、污染物环境容量、耕地面积、建设用地面积等)是否超载，若超载进入《规划模型一》进行资源环境利用效率系数优化，最终再与中国、云南省平均水平、生态创建标准等标准和数据对比，确立优化模式。《规划模式一》模型表述如下：

① 水资源约束条件下的用水量系数最优化(万元GDP用水量最大)，其为：

Maxw=(wfTf+wixsas+wuuP*10-3*365+wr(1-u)P*10-3*365)/(xp+xs+xt)

s.t.wfTf+wixsas+WuuP*10-3*365+wr(1-u)P*10-3*365≤TW

wI≤wp(wi,wu,wr)≤wU

式中：wf为农田亩均用水量，m3/亩；Tf为耕地面积，亩；wi为单位工业增加值用水量，m3/万元；Xp为第一产业产值，万元；Xs为第二产业增加值，万元；Xt为第三产业增加值，万元；as为工业增加值占二产的比重，%；Wu为城镇居民人均生活用水定额，L/d；wr为农村居民人均生活用水定额，L/d；u为城镇化率，%；P为总人口数，人；TW为用水总量控制线，m3；WI为用水量系数下限值；wU为用水量系数上限值。

② 污染物排放约束条件下的排放量系数最优化(万元GDP污染物排放强度最大)，其为：

Max=(Cpxp+Csxs+CtPu)/(xp+xs+xt)

s.t.Cpxp+Csxs+CtPu≤TC

Ci≤Cp(Cs,Ct)≤Cu

式中：Cp为第一产业单位产值污染物排放强度，kg/万元；Cs为第二产业单位产值污染物排放强度，kg/万元；Ct为城镇人口人均污染物排放量，kg/万人；TC为污染物环境容量，污染物主要为COD、NH4-N、SO2、NOx；Ci为排放量系数下限值；Cu为排放量系数上限值。

③ 耕地面积约束条件下的单位耕地面积所能产生增加值系数最优化(单位耕地面积所能产生增加值最小)，其为：

Min=ap

式中：a为农业增加值占第一产值的比重，%；ap为单位耕地面积的产值，万元/亩；CAL为耕地保有量。

④ 城乡建设用地面积约束条件下单位建设用地所能产生增加值系数最优化(单位建设用地面积所能产生增加值最小)，其为：

Min=Is

式中：b为建筑业增加值占第二产业的比重，%；Is为单位建设用地面积所能产生增加值，万元/亩；ACL为建设用地面积控制线，亩。

⑤工矿用地面积约束条件下单位工矿用地面积所能产生增加值系数最优化(单位工矿用地面积所能产生增加值最小)，其为：

Min=Ms

式中：c为工业增加值占第二产业的比重，%；Ms为单位工矿用地面积所能产生增加值，万元/亩；IL为工业用地面积控制线，亩。

⑥居民生活保障约束条件下人均GDP系数最优化(人均GDP最大)，其为：

Max=PGDP

s.t.xp+xs+xt≥PGDP*P

式中：PGDP为人均GDP，万元/人。

⑦能源消费约束条件下单位产业能源消费量及人均居民消费量系数最优化(万元GDP能源消耗量最大)，其为：

Max=(Epxp+Esxs+Etxt+ErP)/(xp+xs+xt)

s.t.Epxp+Esxs+Etxt+ErP≤TE

式中：Ep、Es、Et分别为第一、二、三产业单位增加值能源消费量，t标准煤/万元；Er为居民人均消费量，t标准煤/人；TE为能源消费总量，t标准煤。

1.2 决策阶段

确立优化模式下的资源环境利用系数，然后进入《规划模式二》，在资源环境承载力的约束下最终求解得到适宜的人口和经济发展规模。规划模型二(双目标区间线性规划)如下：

MaxPOP=P±

用水量约束(1)

COD排放约束(2)

氨氮排放约束(3)

SO2排放约束(4)

NOx排放约束(5)

耕地面积约束(6)

建设用地面积约束(7)

工业用地面积约束(8)

居民生活保障约束(9)

人均建设用地面积约束(10)

能源消费总量约束(11)

基准年值约束(12)

式中：ACL0为人均建设用地面积限值，依据《城市用地分类与规划建设用地标准》；xp0、xs0、xt0、p0分别为一产、二产、三产、总人口基准年值。根据实际情况，资源环境利用系数及约束值、决策变量均有可能为区间范围变量，±为区间范围上下线标识。

1.3 评价阶段

最终确立的优化模式与基准模式、规划模式下的人口和经济发展规模相比，识别需优化的主要资源环境利用效率系数，提出相应的管控措施。

2 隆阳区人口和产业发展调控案例分析

分析了隆阳区2011—2015年的资源环境利用效率系数，发现：单位城乡建设用地面积所能产生增加值、单位工矿用地面积所能产生增加值、单位耕地面积所能产生增加值指标均有所上升，表明2011—2015年生产科学技术水平有所提高；用水量中，单位工业增加值用水量显著减小，但是农田亩均用水量存在上升的趋势，表明应该重视农田灌溉用水效率；污染物排放强度中，城镇人口人均SO2排放量、第二产业单位增加值NOx排放量、城镇人口人均NOx排放量、城镇人口人均COD排放量、城镇人口人均氨氮排放量、万元GDP氮氧化物排放量指标存在上升的趋势或者减缓不明显，表明近几年减排效果不太明显；能源消耗中，单位第二产业能源消费量、人均居民消费量指标变化不大，表明在第二产业和居民能源消耗中节能效果有待于进一步提高。

表1 规划年资源环境承载力指标约束表

注：从实际出发，为从严控制污染物排放，隆阳区的水环境容量和大气环境容量以支流COD环境容量、支流氨氮环境容量、工业园区SO2环境容量、工业园区NOx环境容量代替。限于篇幅，相关的容量测算步骤不再论述，水环境容量测算方法参考《全国水环境容量核定技术指南》，大气环境容量测算采用A-P值法。

表2 优化决策后的资源环境利用效率系数表

通过分析城市总体规划、土地利用总体规划等文件归纳出规划年的资源环境承载力约束指标阈值见表1。若按照2015年的资源环境利用效率系数发展，到2020年，基准模式和规划模式下耕地、用水总量、能源消耗量、工业园区SO2环境容量、工业园区NOx环境容量均会突破阈值，这表明隆阳区未来的经济社会发展中，耕地、用水总量、能源消耗量、大气环境容量将变为发展的瓶颈，也即发展的短板。另外，也需重视城镇工况用地面积，其也处于阈值附近。

根据该研究的技术路线图，利用《规划模型一》进行资源环境利用效率系数优化。结合隆阳区历年系数变化趋势、中国和云南省2020年的相关规划、国家生态县创建标准等材料，最终决策得到的资源环境利用效率系数见表2。

通过调整后的系数范围值，建立起隆阳区区域产业发展调控的双目标区间线性规划模型，利用Huang和Moore[11]提出的一般区间线性规划模型求解方法及多目标转单目标的方法(认为隆阳区的人口和经济同等重要，分别取权重0.5)，通过MATLAB编程计算结果见表3。

从表3中可以看出：优化模式下隆阳区区域能容纳更多的人口，人口承载上限为110.26～122.29万人，GDP为341.80～390.63万元。与基准模式、规划模式相比，承载的人口更多，但是承载的GDP适中，GDP增速控制在10.80%～13.34%，三产比为19.46∶38.15∶42.39，减缓了第二产业的速度，这符合当地经济发展的实际。因为，若按照规划模式或者基准模式发展，在有限的资源环境承载力范围之内，就必须大力提高资源环境利用效率系数(降低污染物排放强度)，这可能很难实现。优化模式下发展的其他指标分别为：城镇化率0.46，农业增加值占一产比0.5倍，工业增加值占二产比0.62倍，人均GDP范围为3.1万元/人。

综上所述，针对隆阳区现有的资源环境短板问题，建议采取的产业发展调控策略为：提高农田灌溉用水系数，提高万元工业增加值用水量；优化种植业种植结构，提高单位耕地面积产值；优化工业产业结构，减少大气污染物排放；强化节能技术，减少能源消耗。

3 结论

(1)未来几年发展中，耕地、用水总量、能源消耗量、工业园区SO2环境容量、工业园区NOx环境容量会成为发展的主要瓶颈。为了更好实现2020年的经济社会发展目标，为了隆阳区可持续发展，优化和决策资源环境利用效率系数势在必行。

(2)按照优化后的资源环境利用效率系数值(单位城乡建设用地面积所能产生增加值、单位工矿用地面积所能产生增加值、单位耕地面积所能产生增加值、农田亩均用水量、单位工业增加值用水量、城镇居民人均生活用水定额、农村居民人均生活用水定额、第二产业单位增加值SO2排放量、城镇人口人均SO2排放量、第二产业单位增加值NOx排放量、第一产业单位增加值COD排放量、第二产业单位增加值COD排放量、城镇人口人均COD排放量、第一产业单位增加值氨氮排放量、第二产业单位增加值氨氮排放量、城镇人口人均氨氮排放量、单位第一产业能源消费量、单位第二产业能源消费量、单位第三产业能源消费量、人均居民消费量、城镇人口人均NOx排放量分别为[5.0,5.1]万元/亩、[35,40]万元/亩、[0.38,0.39]万元/亩、[180,185]m3/亩、[49,51]m3/万元、[100,102]L/d、[100,102]L/d、[1.0,1.05]kg/万元、[0.8,0.85]kg/人、[1.0,1.05]kg/万元、[1.6,1.7]kg/万元、[4.5,4.6]kg/万元、[12,13]kg/人、[0.34,0.35]kg/万元、[0.03,0.04]kg/万元、[1.8,1.85]kg/人、[0.01,0.02]t标准煤/万元、[0.6,0.65]t标准煤/万元、[0.08,0.09]t标准煤/万元、[0.14,0.15]t标准煤/人、[0.10,0.11]kg/人引领发展，隆阳区能承载发展人口至少能承载人口110.26万人，能承载GDP 341.80亿元。

(3)通过云南省隆阳区的案例分析验证，该研究提出的基于资源环境承载力约束的县域人口和产业发展调控方法具有可操作性，可进行适当的推广应用。