全 文 ： 一3 G
、 第5卷 第1期
1 9 9 7年 3月
生 态 农 业 研 究
ECO—AGRICULTURE RESEARCH
Vo【．5 N n．1
March，1997
流域生态经济系统规划
包晓斌
、- 。 - _ 。 ● — — - — - — ，
(中国社会科学院农村发展研究所 北京 100732)
E1 一摘 要 依据流域生态经济秉统规划特征+用目标规划法进行流域生态羟济系统规划。以黄
，＼ 土高原地区为倒，建立了相应的流域生态经济系统目标规划模型，井舟析了规划模型的运行
过程。
关键调 生态经济系统 童 1．模型 日标规划
On watershed ego—eeoao~de system plarming．BaoXiaobin(RuralDevelopment[nstitute，Chi—
mse Academy of Social Sciences，Beifing 100732)．EAR，1997，5(1)l27~30．
Abstract Based on the characteristics of watershed e~o—economic system ptanning，the goa[
programming method Was selected to conduct the programming process．Taking the Loess
1"lateau as an example，a goal programming mode[for watershed
tablished and its running process was analyzed．
Key words Eco-economic system，Programming mod el，Watershed．Goal programming
流域生态经济系统规划是以合理利用土地资源，充分发挥综合生产力，追求多目标统
筹兼顾和经济、社会、生态效益总体最佳为前提。一般依靠经验制订的系统规划，很难达到
统筹兼顾与各区域协调发展、优化管理结合的目的。而流域生态经济系统规划以系统现状
为基础，通过运行数学规划模型获得合理的土地利用结构及各业内部结构，形成流域及各
区域内优化的产业结构，使各业相互协调，稳定发展。
l 流域生态经济系统规划特征
流域生态经济系统规划是一个多目标、多层次、多内容的综合规划，包括种植业、林
业、畜牧业和副业等，其中林业工程体系又包括用材林、经济林和水土保持林等林种。整个
系统与土地、气候、水等自然资源以及资金、人口等社会经济条件密切相关。
实行总体优化结构和合理调整各业内部结构的基本途径，是要合理利用土地资源，调
整物种与林种布局、产值结构和投资及劳力结构，提高土地生产力，促进土地、森林和草场
资源的更新、再生与保护，有利于永续利用。同时，注重传统技术与先进技术的有机结合，
在动态优化过程中取得最佳的总体效益 优化结构必须建立在准确诊断产业结构现状、分
析存在问题的基础上，按照流域生态经济综合分区，分 建立符合各类型区实际状况的系
统结构优化模型，并预测其发展趋势，寻求改善农林牧结构和提高生产力的途径
车文于1995年 12月 18日收到，1996年4月28日改回
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生 态 农 业 研 究 第5卷
2 建立流域生态经济系统规划模型的方法
在实际研究中，流域生态经济系统规划的任务是在满足一系列的限制条件下，尽可能
达到几个具体目标，这也正是目标规划(GP)所研究的问题。目标规划是多目标决策的一
种方法，其模型结构具有较大的灵活性，特别适于解决具有不同度量单位的多目标决策问
题。其解题思路较符合实际决策过程，从而能够较好地协调主观愿望(目标)和客观条件
(有限资源约束)之间的关系。故选用目标规划法进行流域生态经济系统规划较为合适。
根据目标规划的理论，建立流域生态经济系统最优结构模型，要求设定各目标函数的
期望值，由于条件限制，目标函数的实际值与期望值之间存在着正或负的偏差，这就需要’
对每个目标函数引进正、负偏离变量，然后，对所有的目标函数建立约束方程，并纳入原来 。
的约束条件中，组成新的约束条件以寻找偏差值最小的方案，使流域生态经济系统在经
济、生态等多方面同时得到优化。目标规划是在线性规划的基础上发展起来的多目标线性 ．
数学模型，要求在既定的决策环境内，运用单纯形算法最佳地完成 1组目标。目橱；规划的
基本组成为决策变量、约束条件和目标函数。目标规划模型的建立是为求决策变量的解，
使其满足全部约束方程，并使其达成函数最小。其基本形式为达成函数：
埘 一 A (Ⅳi +Ⅳ )
目标约束：
c ，+ 一 一
条件约束；
n ，≤(或≥ ( z⋯，D
决策变量x，及偏差变量约束： x ≥0 (』一1，2，⋯， )；d7、 ≥0 ( 1，2，
⋯ ，m)
其中有 个决策变量，m个目标，2m个偏差变量，原有z个约束条件，，为达成函数。
式中，x，为决策变量， 是在第i个目标中x』的相应系数，e 为第i个目标的期望值，nⅡ
为第i个约束条件中x 的系数， 为约束条件边界值．d 、 分别为第i个目标高于或
低于期望值的正、负偏差变量，只表示目标的优先级别(共 级^)，附 、 分别为只级目 ·
标中 和 的权系数(Ⅳ 、Ⅳ ≥o)。
3 流域生态经济系统目标规划模型案例分析
以上述规划方法为依据，选择黄土高原地区为案倒，建立流域生态经济系统目标规划
模型。在黄土高原地区流域生态经济系统规划中，应以土地资源和生物资源为主线，在资
源、资金和劳动力约束条件下，通过土地利用结构和林种结构优化，以满足水土流失治理
和农林牧等产业发展的需求，并取得最大综合效益。建立规划模型的基本框架见图1。
3．1 决策变量的选择
通过调研得知流域各类型区内土地类型的利用方式，将这些不同土地利用类型的面
积设为决策变量，即各决策变量代表不同类型的土地可以发展的某产业或某林种的面
积。
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第l期 包晓斌：流域生态经济系统规划 29
3．2 目标的确定及目标约束方程的建立
水土
控制
． 农林 +
失的 自然资源摹统 社会资源幕统 综音
治理 鲁瑚
l I
土地赍潭 资 金
生物赍潭 劳动力
J J 鲥柬条伴
圉1 规划蕞型t立的基本框架
Fig．1 The fundamental framework 0f planning model
黄土高原地区流域生态经济系统
规划的总目标，即在现有的社会经济
和技术条件下，对流域自然资源进行
合理开发和管理，改善生态环境，满足
社会发展和人民生活的需求。在总目
标的指导下系统结构优化要实现以下
具体目标，即总产值最大：
Gz=Maz—PROFIT=~CpsX．
土壤侵蚀量最小；
G2=M 一EROSION=~C．|X
生物量最大；
G|一M∞：一BIOMAS=~C,X。
式中，xJ为决策变量( 一1，⋯， )aCp，、c 、 为价值系数。相应的目标约束方程为
c X + 一
∑C Xi+dZ-d~一e
． j-1
n
乙Ch Xi+d 一d{一“
式中，e ＆、e 为目标期望值； 、 、 、d7、 、 为偏差变量。
3．3 约束条件的建立
目标规划模型中约束条件是实现目标的限制因素，且能反映系统内在的规律。在建立
模型时应全面分析影响目标实现的各种限制因素，并将其主要限制因素表示为约束关系
式。根据黄土高原的实际情况，规划模型的主要约束为土地资源、资金和劳动力约束等。土
地资源约束包括土地类型约束和各业用地约束。土地类型约束：
n
乙 X．，≤6
式中，b 为第i种土地类型的面积；m为第i种土地类型的决策变量个数。各业用地约束：
_、
2，x ≤(或≥)
式中， 为第i类产业(种植业、牧业)或林种(用材林、经济林、水土保持林)用地的现状面
积；m为用于发展i类产业或林种的决策变量个数。资金投入约束：
厶 a Xi≤
式中， 为最大资金投入值la，为决策变量x|所需的单位面积资金投入值。社会需求约束
中粮食(经济林、用材林)总量需求约束：
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30 生 态 农 业 研 究 第 5卷
∑mX．≥
1一 】
式中，b 为粮食(经济林、用材林)现状总量值 为决策变量x，所需的单位面积粮食(经
济林、用材林)产量值。
生态平衡约束包括森林覆盖率约束和饲草平衡约束。森林覆盖率约束：
∑ ≥见
1
式中，R。为现状森林覆盖率；五为用于林业的决策变量；s为总土地面积 饲草平衡约束：
∑ ．X，≥ x ’
E一 1
式中，H。为每个牲畜需草量 为单位面积的饲草产量；x，为用于牧业用地的决策变量；
x 为牲畜决策变量。人口、牲畜及劳动工日约束： ’
、—、
x ≤P。 x ≤ 25a，五≤L
式中，P。为规划年限的人口总量；Xi为人口决策变量； 为牲畜总量 为单位面积所需
的劳动工日数；L为规划年限的总劳动工日数。
3．4 达成函数的建立
^
]
Minf=厶 P，( +甜 + + + 古 +札 )
式中，Mi．f为达成函数值； 为第i层优先级； 为层次数；∞ 、w7,、w2、∞i、∞ 、∞ 为相
应偏差变量的权系数。
4 流域生态经济系统目标规划模型运行
运行系统目标规划的可执行文件，调入模型数据文件，流域生态经济系统规划模型便
可运行，可获得目标规划模型的运算结果。输出结果包括决策变量的优化解、目标值、正与
负偏差解及偏差目标值(各层达成函数值)。即不仅能给出决策变量的可行解，也能给出各
目标的实现状况及各种约束条件的约束情况，便于分析所建模型是否合理。如不合理，可
以修正模型，再次运算、检验并加以调试，直至模型合理，输出最优解。其实现过程如图2。
囝2 流域生志经济系统目标规划模型运行框图
Fig．2 The running process ot goal planning model
tor eCO economic system ot watershed
综上可知，流域生态经济系统规划 -
特征揭示了在流域生态经济系统内，农
林牧各业及其经济要素的构成是以一定
的生产力水平为基础，以一定的方式实 ’
现的。这就要求在流域生产力发展过程
中，对流域生态经济系统现状进行辩识、
诊断及评价，找出系统内合理因素及症
结所在，以此为主要依据，结合流域的具
体情况，确定流域内各区的发展方向，运
用相应的系统规划方法，建立流域生态
经济系统规划模型，运行模型求解后，可获得优化的土地利用结构及产业结构等，从而实
现合理利用自然资源和社会经济技术条件，获得综合效益最大的目标。
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