全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, ,
大连市城市生态系统发展趋势研究 ‘
史作民
陈 涛
中国林业科学研究院森林生态环境研究所 , 北京
中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳 。。
【摘要 】 在对大连市城市生态系统进行系统分析的基础上 , 用系统动力学和灰色系统等
方法探讨了大连市城市生态系统在 种不同策略下的发展趋势 , 为大连市城市规划和发
展提供了科学依据和对策
关键词 城市生态系统 大连
妙 “ 理
舒 , , 。 ,‘ , , , 卿 理 , 访
,孟
, 舒 , , 州 “ , 八户户
五‘。 , ,
,
,
,
引 言
城市生态系统是社会 一经济一 自然复合
生态 系统川 城市生态 系统发 展趋势的研
究不仅可以为城市规划和发展的宏观决策
提供一定的科学依据 , 而且 可 以探讨这种
研究的适用方法 国 内外 曾开展过这方 面
的工作 补‘一 ‘ 」 , 取得 了一 定 的经验 , 本研 究
在此基础 上 , 对大连 市城市生态 系统 的发
展趋势进行了探讨
研究方法
模型的建立
本研究的 目的主要是探讨大连市城市生态系
统的发展趋势 , 由于有些 因子难 以 用统一的标准
进行量化或其精确数据无法获得 , 因此 , 在确定系
统边界和建立系统模型 时仅 比较粗略地考虑 人
口 、工业经济 、 废水排放量
、工业废气排放量
、 工业
固体废弃物产生量 以及居住 、工业和交通用地等
个子模块 在对各模块进行因果关系分析及确定
各变量类型和参数的基础上建立 了系统流图 图
, 并用 仿真语言编写仿真程序 仿真
模型共有 个方程和语句 , 包括 个状态变量 、
个速率变量 、 个辅助变量和 个参数 参数
值主要根据 大连市社会经济统计资料 , 大连
市社会经济发展 “ 八五 ”计划和 年规划 大连
市环境规划 大连市环境质量报告书等资料的
数据 获得 , 仿真步长 为 , 仿真 时间为
年
模型说明
工业投资转化为工业固定资产有一个延迟过
程 , 影响延迟时间的因素较多 , 经过 比较北京等城
市的延迟时间和进行程序调试 , 确定本模型延迟
时间为 工业固定资产的折旧取决于工业投
资
、
折旧和工业迁出 , 折就常数取 , 即工业固
定资产每年折旧 人 口 机械迁移率有历史数据
分析定为 。
, 中国科学院“ 八 五 ”重大资助项 目
年 月 日收到 , 年 月 日改 回
期 史作民等 大连市城市生态系统发展趋势研究
图 仿真模型系统流 图
恤 若盔
固废处理率 , 固废 处 理 量 , 粉 尘 回 收
量 , 废水处理率 , 一氧化碳排放量 , 粉尘
排放量 , 城市 人 口 , 柴 油 消 耗 量 , 产 值
率 , 废 水 处 理 达 标 率 , 废 水 处 理 达 标 量 ,
冷 工 业 投 资 延 迟 , 工 业 废 气 中粉 尘 量 ,
废气排放系数 , 废气治理 总量 , 工
业固废产生系数 , 固废产生总 量 , 固废排放
率 , 固废排放量 , 工业废水处理 量 ,
工业产值 , 工业废气产 生量 , 工业 固废产
生量 , 工业 固定 资产原值 , 生产工艺废气
产生量 , 丁 工业投 资 , 工业废水产 生 量 ,
固定 资产 折 旧 粉尘 回 收 百 分 比 工艺废
气净化处 理率 , 工艺废气净化处 理 量 , 经济
发展科技因 子 , 居住 、 工 业 、 交 通 用地 , 固 废
综合利用量
, 固废综合利 用率 , 二 氮氧化物排放
量 , 粉尘排放率 , 工业废水排放系数 ,
汽车尾气排二 氧化硫量 , 汽油消耗 量 嫩料嫩
烧废气量 , 人均 生 活 垃 圾 , 人均 生 活 用水 ,
人 口 出生率 , 人 口 死 亡 率 , 〔 燃料
燃烧废气排二 氧化 硫 , 生活 垃圾量 , 生 活
污水量 , 二氧 化硫排放总量
, 人 口 出生数
人 口 死 亡 数 , 人 口 迁 移数 , 人
口 总数 , 工业投资率 , 未处理废水量 ,
废水总量 , 燃料燃烧废气消烟 除 尘率 , 燃料
然烧废气消烟 除尘量 , 烟尘排放总 量 , 工业投
资因子 , 固 定 资产 折 旧 率 , 人 口 迁 移率
然料燃烧废气占废气总量百分 比 , 工艺费气
占废 气 总 量 百 分 比 , 废 气 中二 氧 化 硫 浓 度 ,
废气 中氮 氧 化物 浓 度 , 废 气 中烟 尘 浓 度
废气中一氧化碳浓度 , , 汽 油燃烧排二氧化
硫系数 , 柴油燃烧排二氧化硫系数
现状年的科技因子 由历史固定资产完备率和
劳动生产率数据 , 根据柯布一道格拉斯生产函数计
算 , 结果为
模型中城市人 口 取大连市 区人 口 , 其预测
方程及大连市每年的汽油消耗量 、 柴油消耗量
、
大
连湾主要污染物和 年均浓度 、大连市区大气
中 、 二 、 日均浓 度值的预测方程均 有
, 模型求得 , 然后直接将其写入系统动
力学模型中
居住 、工业和交通用地与工业产值和 人 口 数
量有较大的相关性 , 其预测方程 由多元 回 归方法
求得 , 然后将其写入系统动力学模型 中
占地面积 一 人 口
沐 工业产值一 名
复相关系数 。 , 在置信水平 口 一 。
上显著相关
经分析可知 , 模型 中的主要变量对工业投资
率 的年 递 增 百 分数 较 为敏 感 , 因 此 分 别选 择
、 和 作为工业投资率年递增百分
数的 个速度 , 比较这 种策略下大连市城市生
态系统主要因子的变化情况 , 其中 是 由历史
数据计算得出的工业投资年递增百分数
结果与分析
, 模型的结果
预测方程结果见表
模型精度分析
为验证模型精度 , 选 择总 人 口 数量用
两种方法进行验证 系统动力学模 型结果
与 , 结果和宋健人 口 模型结 果的
比较 见 图 由图 可见 , 种 不 同方法预
测的人 口 数量趋势一致 , 差别不大 模
型结果开始稍低于 , 的结果 , 但其
增加速度较快 这两种模型 的预测结果均
稍低于宋健人 口模型的预测结果
用 模型对人 口 数据进行历史 回顾
以验证模型精度 由于历史上人 口 数量与
计划生育等国家政策关 系较大 , 所 以验证
时仅取 年的人 口 数据 二者 比
较 见 图 由图 可见 , 系统 动 力学模型计
应 用 生 态 学 报 卷
表 , 预测方程结果
,
自 变 量 单 位
工业总产值 ‘ 元
预 侧 方 程
《 一 · 一
论
人 口总数 人 一
· 一
一
柴油消耗量 ‘ 十 一
· ‘ , 一
汽油消耗量 ‘ 一
·
, , 一
城市人 口 又 人 一 , 一
大连湾石油年均浓度值 《 、 一 一 , , 一
大连湾无机氮年均浓度值 卜 “ 一
大连湾活性磷酸盐年均浓度值
一
一 十 一 · , 一
大连湾 年均浓度值 · 十 , 一 一
市区大气中 日均浓度值 , 一 一 , , 一
市区大气中 二 日均浓度值 一 , , “ 一
市区大气中 丁 日均浓度值 , 一》
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好
好
满意
好
勉强
满意
好
好 浏
满意
好
好
满意
合格
合格
满意
好
合格
满意
好
好
满意
好
好
满意
好
好
满意
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图 大连市总人 口 变化趋势图
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模型 , , , , 宋健 人 口 模型
讯
算值在 年以后与统计值有些差别 , 但
图 大连市人 口 仿真值与统计值变化趋势图
统 计 值 , 仿 真 值
二者基本上一致 , 吻合程度较高 两种检验
期 史作民等 大连市城市生态系统发展趋势研究
结果表 明该模型有一定的可靠性 , 可用于
预测大连市城市生态系统的发展趋势
仿真结果及分析
由于该模型输 出变量较多 , 本文仅选
择总人 口 、 工业产值 、废水排放总量 、 工业
废气排放量 、工业固体废弃物产生总量 、市
区大气中 、 二 和 日均浓度值及
’
大连湾主要污染物和 年均浓度值的
。 仿真结果作简单分析 图 、 、 、 、 和表
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图 ‘ 大连市工业废气排放量变化趋势图
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年度
图 大连市工业产值变化趋势图
工业投产率年递增 结 果 ,
, 工业投 产率年递增 结果 ,
工 业 投 产 率年递 增 结果 ,
, 一 结果 下同
图 大连市工业固废产生量变化趋势图
,
业总产值年递增 、 和 如
果要达到工业总产值年递增 以上 , 则
应需进一步加大工业 固定资产的投资 尽
管万元产值废水排放量逐年降低 年
的值取大连市环境规划 目标值 但由于工
业产值增加速度较快 , 加之人均生活污水
量越来越大 , 废水排放总量的增加趋势仍
很 明显 到 年 , 种 不同策略下大连
市废 水排放总量将分别达到 义 。,
、 义 , 和 义 , 工业废气
和固体废弃物产生量的增加趋势也 比较明
显
大 连 市 区 大 气 中 日均 浓 度
年以前符合国家 级标准
, 年以后超 出 级标准 ,
时将超 出标准 倍 二 日均浓
则 在 年 超 过 国家 级 标 准
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一 日年度
图 大连市废水排放量变化趋势图
、 云‘
本世纪末 , 大连市人 口 将达到 多
万人 , 基本符 合大连市人 口 控制 目标 种
策 略下的工业总产值 年不变价 到
年将分别达到 只 元 、
元和 元 , 分 别相 当于 工
应 用 生 卷态 报
表 大连市区大气污染物 日均浓度值 · 一 ,
韶
年 度
浓度
二 浓度 二
浓度
。
。
。
。
。
表 大连湾海域污染物及 年均浓度值 · 一 ’
年 度
无机氮浓度
活性磷酸盐浓度
石油浓度 ,
浓度
· 一 ’ , 年将超过 级标 准 一 倍
·
日均 浓度 年时虽未超标 , 但 总
体趋势仍是增加的 大连湾无机氮 、 活性磷
酸盐和石油等污染物 年时的年均浓
度值分别为 年的 倍 、 倍和
倍 , 而 年均浓度值的增加趋势
比较缓和 近海海域污染程度的加重 , 不仅
对海水养殖业有一定的影响 , 而且还影响
到沿海旅游区的发展
管模型中的环境参数值取 自大连市环境规
划 目标 , 但预测结果表 明环境污染仍有进
一步加重的趋势 为了在未来城市发展过
程中保证环境不再进一步恶化 , 大连市必
须提高现今环境规划 目标 , 增加环保投入 ,
使其真正与经济发展处于同步水平
参考文献
大连市城市发展进程在今后一段时期
内将更加迅猛 , 到 。。 年 , 大连市总人 口
将达到 多万 人 , 种策 略下工业总产
值 年不变价 将分别达到 又
元、 又 元和 又 元 尽
马世骏 、 王 如 松 社 会 一经济一 自然复合生态 系
统 生态学报 , 一
王 其藩 系统动力学 北京 清华大学出版社
邓聚龙 灰色系统基本方法 武汉 华中理工大
学 出版社
赵英魁 承德市生态系统仿真模型 及其应用研
究 地理学与国土研究 ,
绝 ,
· · ·
,
七 ,
“
” , 是 ,
,翻
结 论