系统动力学论文范文

第一篇：系统动力学论文范文

生态移民工程与生态系统可持续发展的系统动力学研究

摘要 生态移民工程是近年来移民和生态环境研究方面的热点问题之一，它是在生态脆弱性地区面临“生态”和“贫困”双重短板下，基于人口、资源环境与经济社会的协调可持续发展原则而形成的一种由政府主导的系统的保护生态和扶贫的专项工程，着重实现生态脆弱性区域脱贫致富和生态保护，而实现生态移民的可持续安置和发展的基本前提是生态移民工程和生态系统可持续发展。通过构建生态移民工程中的生态可持续系统动力学模型，揭示了生境破碎化、生态移民工程和生态福利绩效三个子系统之间的因果关系和动态反馈机制，并以三江源地区生态移民为例对移民前后迁入地和迁出地的生态系统的可持续性进行仿真模拟。对模型进行的结构适合性和行为一致性检验表明，模型真实有效地反映了生态移民工程中生态系统的实际系统结构和功能。最后，通过调整生境破碎度指数、生态移民环境保护投资、生态恢复因子和生态发展因子四个政策变量的取值，从而设定了六种模式以进行生态移民生态可持续发展政策的模拟。政策模拟的结果显示：政策模式1～6反映了生态移民环境保护投资的增加，有助于降低生态移民区域生境破碎指数和提高生态福利绩效;政策模式3～6反映了生态移民环境保护投资应侧重于移民迁入地的生态发展投资，适当降低移民迁出地的生态修复投资比例;政策模式5～6说明了生态移民环境保护投资运作效率，影响生态移民生态系统可持续发展。因此，加大生态移民环境保护投资力度，调整迁出地和迁入地的生态投资比重对于实现生态移民生态系统重建和可持续发展至关重要，在此基础上提高生态投资运作效率是促进生态移民工程与生态系统可持续协调发展的最佳政策模式。

关键词 系统动力学;生境破碎化;生态移民工程;生态福利绩效

随着中国进入资源消耗与财富集聚的加速更迭消长阶段，区域发展不平衡不充分问题愈发突出，尤其是生态等因素长期制约着区域间的平衡与协调发展。一方面，由于人为因素或者自然因素而导致完整的生态系统不断被分割破碎或生态系统服务功能降低，生境破碎化已经成为生态系统空间演化的重要特征，直接影响生态系统的可持续发展;另一方面，生态环境脆弱性往往与贫困现象陷入一种互为因果的恶性循环，生态移民是改善生态环境和消除区域性贫困而不得不实施的战略工程，生态移民群体已经成为除水电等工程移民之外的第二大移民群体。生态移民可以被理解为是一种调整生态系统服务供给与需求的空间不匹配的一种措施，通过改变人们利用生态系统服务的位置或变换生态系统服务供给的地点来实现人与自然关系的重新调整。生态移民过程中，面临迁出地的自然生态环境问题和迁入地的发展性生态环境问题，如何实现生态移民涉及区域生态系统的重建与可持续发展，进行生境破碎化研究与生态移民相关活动的分析显得十分必要。

1 文献综述

生境破碎化主要表现在环境因素自变和人为因素它变引起的形态破碎和功能破碎两个方面，其所产生的面积、隔离、边缘效应通过作用于生物和非生物条件影响生态系统可持续发展，学者们分别从耕地和森林景观等生境面积的丧失和城市等生境空间格局的改变展开了研究[1-5]。武正军等[6]提出应确定物种的适宜生境比例、物种分布和绝灭阈值，以研究异质种群动态、生境破碎化对物种绝灭的相对影响以及生态系统的生态过程。张天新等[7]利用地块数量与面积相关指数、通道密度，结合Google地图数据，构建了城市边缘区空间破碎化指标，论证了城市空间破碎化程度过高直接制约着城市空间的可持续发展。定量研究生境格局破碎化是景观生态学的主要内容，常用的景观格局分析和模拟软件为Fragstats和Apack[8]。在研究生境破碎对动物物种群动态的影响时，生態学家常用显空间模型模拟动物个体在景观碎片间的活动(如迁移等)，并借助于遥感、全球定位系统、地理信息系统(3S)和GIS等技术研究生境破碎化对种群动态活动的影响[9-12]。

生态移民是指因环境脆弱而不具备生产生活所必需的条件或减少人类活动对重要生态功能区的生态环境压力而引发的人口迁移活动[13-14]，同时，生态移民不是简单的人口生存空间转移，更是对移民传统的生产生活方式的重大转型[15]。即，生态移民可持续安置与发展既

是人与生态系统关系调整的过程，又是包含区域经济系统与社会系统的整体可持续发展与重构过程。而目前关于生态移民的研究多以经济社会问题为核心诉求，体现出生存型移民的部分特征与功能，生态移民现象在生态与经济社会之间表现出一种倒置状态[16]。许多学者从可持续发展的角度对生态移民问题进行了研究。李笑春等[17-18]

指出了保护西部地区生态环境脆弱性的紧迫性，从人口压力与生态环境承载力角度论证了实施生态移民的必要性。侯东民等[19-20]提出借助国家财政能力以提高生态移民效益，把生态移民与城镇化、“退耕还林”“退牧还草”等政策结合以来，可以更好地促进生态恢复与经济持续发展。刘学敏等[21-22]认为西北地区人地矛盾是导致生态环境恶化与经济落后的主要原因，生态移民的实施可以改变农牧区人口分布的不合理，通过实现农牧区移民的城镇化，可以改善西部地区生态环境压力和促使产业结构合理化。刘慧等[23]

认为生态移民生态扶贫包含原地扶贫和离地扶贫，前者依托当地的生态资源环境发展特色绿色产业体系，创造生态管护等就业岗位，后者依托城镇化等战略，引导移民向城镇和东部沿海地区转移，实现异地就业，并提出了人力资本开发、绿色优势产业建设、制度创新建设的政策建议。张建军等[24]

通过梳理塔里木河流域生态、生态移民状况，认为迁入地有限的环境资源不能完全满足生态移民的发展需要，应探索以人口素质提高等为主要内容的非农化转移方式，从而实现人口迁移与环境资源配置的可持续发展。定量分析中，层次分析法是通过权衡费用和效益以评估生态移民综合效益的主要方法;效率双重差分法是分析生态移民前后移民收入变化、移民和非移民农户差异、地区人口迁移效率差别的主要方法，“压力—状态—相应”(PSR)模型是评估资源可持续发展的主要方法[25]。

一些学者运用系统动力学方法对生态可持续发展(如资源环境耦合协调发展模式、生态承载力预警、生态服务功能价值仿真、生态安全评估)进行了研究。李柏山[26]

基于距离指数法和GIS技术构建了汉江流域水资源承载力系统动力学模型，提出了提高水资源承载力的最优方案，并分析了流域水资源承载力、水电梯级开发对汉江流域生态环境的影响及主要影响因子，从而对汉江流域的生态系统健康进行评价。薛建春[27]

通过构建生态足迹系统动力学模型，分析了20年间平朔矿区生态系统的生态赤字状况，并借助生态足迹指数、效率、多样性等探索了生态系统的管理方式，提倡建立生态产业链式的发展模式。李华[28]

运用系统动力学方法对崇明生态系统的发展趋势和生态风险进行仿真，构建并评价了河口岛屿的生态安全及空间分异性，在揭示生态系统作用机制的基础上，提出生态管理和保护措施。张晶[29]利用产业生态系统的生态可承载、产业多样性与主导型协调、生态效率高效三个定量化特征構建了产业生态系统的健康评价系统动力学模型，并探讨了徐州市的环境压力、产业经济、社会发展与可持续发展四个子系统的演化状况。

综上所述，当前学者对于生态可持续发展的研究，涉及生境破碎化、生态移民中的生态修复与生态—经济—社会系统的协调发展、基于系统动力学的对于生态系统健康安全评估和生态系统服务价值估算等多个方面，而缺少对生境破碎化、生态移民及生态福利绩效三者相互影响机制的研究。本文试图构建生境破碎化、生态移民、生态福利绩效的系统动力学(SD)模型，并借助系统动力学可视化建模工具 Vensim PLE 6.2版本软件，对生态移民迁入地和迁出地的生态系统的可持续性进行仿真模拟，深入系统地分析生态移民工程中生态可持续系统的功能、结构与移民行为之间的关系，并系统仿真和政策模拟生态移民涉及区域的生态系统可持续发展的演化，以为生态移民政策的制定提供具有操作性的建议。

2 生态移民工程生态系统可持续系统动力学模型构建

2.1 系统边界及子系统划分

本文考虑的生态移民工程中生态可持续系统边界包含由于实施生态移民工程所要实现的生态系统可持续的发展，即研究生态效果改善与生境破碎化、生态移民工程之间的关系，从而寻找促进生态可持续发展的生态移民途径。因此，生态可持续发展系统由生境破碎化子系统、生态移民子系统和生态福利绩效子系统组成。需要说明的是，经济社会系统必定会对生态可持续发展产生影响，但考虑到本研究中侧重生态移民工程中生态系统的重建，因而没有单独设置经济和社会发展子系统，但是将受其影响的变量作为输入变量，以表函数形式呈现，同时采用拟合方程的形式，使系统设定更贴近生态移民现实数据，能够较好地反映生态移民的实际状况。

生境破碎化子系统主要研究移民迁出地区人们以土地过度开垦、砍伐森林、污水排放等形式对生态环境的干扰，以及交通、水利、电力通信、教育、医疗卫生条件的密度和差异性，并且研究了其与周边产业基地(园区)、集(城)镇、乡村旅游景区和其他满足水土资源平衡的生态盈余地区的距离，设定密度差异、干扰度和邻近指数等变量;生态移民子系统主要研究生态移民工程如何通过人口密度重组、资源重配和结构重调，实现移民与迁入地区的人口、资源和环境的可持续发展，表现在移民选址与安置、移民就业、移民社区各个方面，设定移民投资、移民数量、移民就业等变量;生态福利绩效子系统主要研究迁出地区的生态修复与迁入地区发展生态产业如何通过调整人类发展指数和生态足迹以影响生态可持续发展，设定人类发展指数、生态足迹等变量。这三个子系统是相互影响与相互制约的，每个子系统的运行既取决于子系统内部的结构，也取决于与其他子系统的关系，例如生境破碎化子系统直接影响生态能否可持续发展，但是生态移民工程的实施却有助于改善生境破碎化，通过生态效果的逐步改善实现生态可持续发展。在相关文献、调查研究和新闻报道的基础上，以及前文关于关键要素的分析，构建了生态移民工程中生态可持续发展的系统理论图(见图1)。

2.2 因果关系模型构建

2.2.1 生境破碎化子系统因果关系分析

生态可持续的生境破碎化子系统主要是指生态移民迁出地的脆弱性生态系统。由于邻近指数涉及生态移民迁出地与迁入地的实际距离和预期距离等不确定性因素，为了表征迁出地的脆弱性生态系统，仅考虑了生境破碎度量化中的关键因素，即以森林面积、草地面积、水土流失面积和耕地面积作为密度和差异指数，以人为砍伐面积和过度放牧(放牧牲畜数量)作为干扰度指数来表征生境破碎度。

生境破碎化子系统的主要反馈回路有：

森林面积→砍伐成耕地比例→砍伐成耕地面积→耕地面积→耕地收入→移民贫困→人为砍伐面积→森林面积;

草地面积→其他收入→移民贫困→过度放牧→草地面积;

水土流失面积→耕地面积→耕地收入→移民贫困→人为砍伐面积→森林面积→水土流失面积;

生境破碎化子系统的演化，始于森林面积、草地面积、水土流失面积和耕地面积等生境密度和差异，并受制于砍伐面积、过度放牧等人为因素的干扰。自然因素和人为因素的双重作用，影响迁出地生态脆弱性的程度和区域面积，并影响了迁出地与迁入地的(具备优越的自然条件)距离，从而影响了生态移民的选址与安置方式，移民的迁出反过来又缓解了生境破碎度的人地矛盾。

2.2.2 生态移民子系统因果关系分析

生态移民工程子系统是一个包含诸多因素的非线性系统，本文仅侧重分析促使生态可持续的生态移民工程子系统，即生态移民工程中与生态有关并影响生态可持续的因素是分析的重点。因此，生态可持续的生态移民子系统主要是指生态移民工程中，通过实施迁出地生态恢复投资和迁入地生态发展投资，以解决迁出地的自然性环境问题和迁入地的发展性环境问题。在该系统中，重点考虑迁出地的水土治理投资、退耕还林(植树造林)、退牧还草等生态恢复措施，迁入地移民发展中的生态休闲产业和现代服务业，以动态反映生态移民工程中生态系统可持续的实现过程。

生态移民子系统的主要反馈回路有：

迁出地生态恢复投资→水土治理投资→迁出地的生态赤字→迁出地生态恢复投资;

迁出地生态恢复投资→植树造林投资→迁出地的生态赤字→迁出地生态恢复投资;

迁出地生态恢复投资→退耕还林投资→迁出地的生态赤字→迁出地生态恢复投资;

迁出地生态恢复投资→退牧还草投资→迁出地的生态赤字→迁出地生态恢复投资;

迁入地生态发展投资→移民产业生态化效率→第一产业所占比重→产业结构能耗系数→迁入地生态发展投资;

迁入地生态发展投资→移民产业生态化效率→第三产业所占比重→产业结构能耗系数→迁入地生态发展投资。

2.2.3 生态福利绩效子系统因果关系分析

生态可持续的生态福利绩效子系统是影响生态可持续水平的重要子系统，生态福利绩效是衡量自然消耗转化为福利水平的效率的重要指标，一方面，在生态环境的承载能力内实现较高的福利水平是可持续发展的目标[30];另一方面，生态移民具有扶贫和生态修复的双重目标，以生态福利绩效考核生态移民中的生态可持续发展，若生态福利绩效提升，表明生态移民用较少的自然消耗(较多的生态修复)实现了更高比例的福利水平提升，生态正朝着可持续发展的目标不断靠近。因此，在生态福利绩效子系统中，主要考虑了GDP、教育、预期寿命和生态足迹等因素。

生态福利绩效子系统的主要反馈回路有：

GDP→财政支出→生态移民环境保护投资→GDP漏出→GDP;

GDP→财政支出→社区医疗投入→死亡率降低比例→预期寿命→移民收入→财政收入→GDP;

GDP→财政支出→教育投入→移民平均受教育年限→移民可就业比例→移民收入→财政收入→GDP;

教育投入→移民平均受教育年限→平均受教育年限对环保的支持度→环保态度→人均生态足迹→迁入地生态发展投资→生态移民环境保护投资→GDP漏出→教育投入;

预期寿命→移民收入→财政收入→GDP漏出→社区医疗投入→预期寿命;

人均生态足迹→生态盈余→环境质量→生态移民环境保护投资→迁入地生态发展投资→人均生态足跡;

人均生态足迹→生态盈余→环境质量→生态移民环境保护投资→迁出地生态恢复投资→人均生态足迹;

综合生境破碎度子系统、生态移民子系统和生态福利绩效子系统的因果关系分析，构建出生态移民工程中生态可持续系统的因果关系模型。

3 系统动力学总流图模型构建

通过对生态移民工程中生态可持续系统的因果关系图的深入分析，根据各变量在系统中的不同作用，构建出生态移民工程中生态可持续系统的流图模型，如图2所示。

3.1 系统变量性质设置

在生态移民工程中生态可持续系统的流图中，状态变量包括森林面积等10个，速率变量包括森林面积增加量、森林面积减少量等17个，表函数为水土治理投资因子等17个，其他变量均为辅助变量，共74个，具体设置如下：

(1)生境破碎化子系统中，森林面积、草地面积、水土流失面积和耕地面积为状态变量;森林面积增加量、森林面积减少量、草地面积增加量、草地面积减少量、水土流失面积增加量、水土流失面积减少量、耕地面积增加量、耕地面积减少量为速率变量;水土治理投资因子、植树造林投资因子、退耕还林投资因子、退牧还草投资因子、人均生态承载能力、水土流失影响系数、森林面积影响系数、放牧因子、全国农牧民纯收入为表函数;其余为辅助变量。

(2)生态移民子系统中，迁出地生态恢复投资和迁入地生态发展投资为状态变量;生态恢复投资增加量、生态恢复投资减少量、生态发展投资增加量和生态发展投资减少量为速率变量;生态修复因子、生态因子、地区人口总数、人均生态承载能力为表函数;其余为辅助变量。本文设置的移民投资主要是针对生态治理的投资，包括两个方面：迁出地生态恢复投资和迁入地生态发展投资。移民选址和移民安置方式，主要取决于迁出地距离拟迁入地(生态盈余地区)的邻近指数和迁入地的资源禀赋条件，鉴于迁入地与迁出地之间距离的不易测量性，本文不对此展开讨论。

(3)生态福利绩效子系统中，GDP、预期寿命、教育和生态足迹为状态变量;GDP增加量、GDP减少量、预期寿命减少量、教育增加量、生态足迹减少量为速率变量;GDP增长速度、生态移民数量、教育因子、产业生态化因子为表函数;其余为辅助变量。

3.2 系统变量间参数确定

三江源地区，是长江、黄河和澜沧江三大河流的发源地，属于青海省南部范围，行政区域上包括四个藏族自治州的16个县和格尔木市的唐古拉山镇[31-32]。选取三江

源生态移民为研究对象，以对生态移民生态可持续进行模拟仿真。2005年《青海三江源自然保护区生态保护和建设总体规划》的实行，标志着三江源地区正式开始移民安置迁移工作，考虑到生态移民前后生态状况变化的时间跨度性和相关数据获取的难度，选取2005—2013年作为仿真模拟的历史期间，2014—2020年为生态移民政策预测期间，仿真步长为1年。

生态移民生态可持续系统变量间的参数估计方法及变量间方程如下：

(1)资料查阅法。直接通过查阅既有文献、青海省统计年鉴、中国区域经济统计年鉴及相关的统计公报获取系统中一些状态变量数据，如森林面积、草地面积等历年数据。通过寻找替代变量，考核系统中的特殊变量，如生产方式主要考察经济发展与资源消耗的关系，用万元生产总能消耗(t标煤)、单位GDP二氧化硫排污强度(kg/万元)和工业固体废物综合利用率(%)来表示，数据来源为青海省年度环境统计公报。

(2)算术平均法。通过对既有数据进行初步的分析与处理，确定系统中一些变量，如老年人口比例，移民社区疾病发生率，森林覆盖率，砍伐成耕地比例等变量;通过考核三江源生态移民地区的环境相关数据，依据《生态环境状况评价技术规范(试行)》评价研究区域的环境质量指标[33];参照全国农牧民人均纯收入，定义三江源生态移民的移民贫困程度。在生境破碎指数的计算中，

结合人类发展指数(HDI)和生态足迹(EF)，将生态福利绩效(EP)定义为：EP=HDI/EF[30]。以PPSD表示森林面积、草地面积、耕地面积和水土流失面积的标准差，αi为四种类型的地块面积，MPS为平均地块面积，则生境破碎指数(HFI)的计算公式为：

HFI=PPSDMPS，PPSD=∑4i=1(αi-MPS)23

(3)回归分析法。如系统中的砍伐因子，人为砍伐面积常量，二者与人为砍伐面积存在如下关系：移民医疗投入=财政支出×移民医疗投入因子+移民医疗投入常量，通过将移民医疗投入与财政支出进行回归，R2为0.861 5，移民医疗投入因子为0.096 5，移民医疗投入常量为5 351.32。对于难于估计的参数，采取可能值模拟测试的方法，直至模型行为无显著变化时，确定相应值为参数值[34]。

(4)灰色预测模型。根据仁善英的《三江源生态移民生产生活效益研究》和杜发春的《三江源生态移民研究》三江源地区生态移民研究成果，只能获取2005—2013年间的三江源地区生态移民部分数据(移民数量，移民收入等)，而本系统的仿真年份是2005—2020年，因此缺失年间数据需要通过预测得到。根据邓聚龙的灰色系统预测理论，即从2005—2013年间的已知的数据中寻找其内在规律， 再通过建立灰色模型以预测未来数值，并将预测值输入生态移民生态可持续SD[35]。

通过综合运用以上方法，构建出生态移民生态可持续SD模型变量间的方程，主要方程如下：

(1)生态恢复投资增加量=生态移民环境保护投资×生态修复因子;

(2)迁出地生态恢复投资=INTEG(生态恢复投资增加量×0.322-迁出地的生态赤字×73.61+4 489.36，5 500);

(3)生态发展投资增加量=生态移民环境保护投资×(生态因子-生态修复因子);

迁入地生态发展投资=INTEG(生态发展投资增加量×0.777+产业结构能耗系数0.093+2.206， 5 300);

(4)生态移民环境保护投资=财政支出×0.315+36.89×DELAY3(生态盈余，1)-1 092.44;

(5)植树造林面积=迁出地生态恢复投资×植树造林投资因子;

(6)退耕还林面积=迁出地生态恢复投资×退耕还林投资因子;

(7)水土治理面积=迁出地生态恢复投资×水土治理投资因子;

(8)退牧还草面积=迁出地生态恢复投资×退牧还草投资因子;

(9)森林面积=INTEG(森林面积增加量-森林面积减少量，138.53);

(10)草地面积=INTEG(草地恢复面积-草地退化面积，399.989);

(11)水土流失面积=INTEG(水土流失面积增加量-水土流失治理面积，74.43);

(12)耕地面积=INTEG(耕地面积增加量-耕地面积减少量，11.16);

(13)迁出地生态赤字=生态移民数量×(人均生态承载能力-33.95+0.052×水土流失面积+0.058×草地面积+0.008 96×森林面积+0.260 3×耕地面积);

(14)GDP=INTEG(GDP增长，329 673);

(15)移民教育投入=INTEG(财政支出×教育因子，24 588);

(16)移民医疗投入=财政支出×0.096 5+5 351.32;

(17)预期寿命=INTEG(1 069.92×人口死亡率-65.613，66.03);

(18)移民平均受教育年限=移民教育投入×0.000 024 4+6.944;

(19)人口死亡率=社区医疗投入×(-8.51×10-9)+0.062 3;

(20)移民后人均收入=预期寿命×295.346+12 808.1×移民可就业比例-21 500.1;

(21)产业结构对环保的支持度=1-产业结构能耗系数;

(22)移民产业生态化效率=迁入地生态发展投资×产业生态化因子;

(23)移民产业蕴含工作岗位程度=移民产业生态化效率×0.208 9+0.581 7;

(24)平均受教育年限對环保的支持度=移民平均受教育年限/22;

(25)移民收入对环保的支持度=移民收入×0.000 117 8-0.353;

(26)移民环保态度=MIN(MIN(产业结构对环保的支持度，平均受教育年限对环保的支持度)，移民收入对环保的支持度);

(27)产业结构能耗系数=2.495 5-第三产业所占比重×3.683-第一产业所占比重×5.91;

(28)生态足迹减少量=环保态度×生态足迹因子产业结构能耗系数;

(29)生态盈余=(人均生态承载能力-人均生态足迹)×地区人口总数。

3.3 模型有效性检验

通过建立生态可持续系统动力学总流图和确定系统变量间参数，生态移民工程中生态系统重建的SD模型已经基本构建起来。为了验证模型的有效性，对所构建的模型进行结构适合性检验和行为一致性检验，结合建模目的及三江源生态移民研究现有文献，认为生态移民生态可持续动力学系统指标设置和方程量纲反映了实际系统的结构和功能，可以反映三江源地区生态移民过程中生态系统现状，也可以用来预测生态系统发展的可持续性趋势。

4 系统仿真与政策模拟

本节将运用所构建的生态移民生态可持续SD模型进行系统仿真与政策模拟，以为生态移民工程实施中实现生态可持续提供决策依据。选取生境破碎度指数、生态移民环境保护投资、生态恢复因子和生态发展因子四个变量为政策变量，自然发展状况下，三江源地区生态移民生态系统可持续的仿真结果如表1所示。

由表1可以看出，生态福利绩效呈现上升趋势，且随着生态因子增长速度加快，生境破碎度明显下降。主要得益于仿真期间政府对三江源地区生态移民迁出地生态恢复和迁入地生态发展投资力度的加大。2005年，国务院批准了《青海三江源自然保护区生态保护和建设总体规划》，投资75亿元以开展三江源地区生态保护与建设一期工程，该工程于2005—2013年实施，主要包括生态保护与建设项目、农牧民生产生活基础设施建设项目和支撑项目三大类[36]。

根据中国科学院地理科学与资源研究所对三江源地区一期工程生态成效开展了连续9年的科学监测与评估资料，结果显示三江源地区的生态保护和改善效果明显[37]。三江源生态保护和建设二期工程规划于2013年12月开始实施，治理范围从15.23万km2扩大至39.5万km2，旨在通过生态系统修复与生态工程建设的有机结合，以实现生态系统保护和建设。

随着对生态系统恢复和发展的治理，生境破碎度对生态系统可持续的制约作用减小，三江源地区居民人类发展指数逐步提升，从而提高了生态福利绩效。

4.1 不同政策方案设置

在对自然发展状况下生态移民生态可持续SD模型进行系统仿真的基础上，发现生态移民生态系统的可持续发展存在提升的潜力。生境破碎度指数直接影响生态移民生态系统的可持续性，而生态因子(即生态移民环境保护投资)通过生态恢复因子与生态发展因子(生态发展因子=生态因子-生态恢复因子)二者的分配比例，间接影响生态移民生态系统的可持续性，这些是实现生态系统重建与提高生态系统福利绩效的重要问题。本文通过调整生境破碎度指数、生态移民环境保护投资、生态恢复因子和生态发展因子四个变量的不同取值，以形成不同的政策模式，从而通过观察不同模式下生态移民生态可持续发展的运行情况，为生态移民生态系统重建提供决策依据。

生境破碎度指数与森林面积、草地面积、耕地面积和水土流失面积直接相关，受生态移民环境保护投资和生态恢复因子的影响，这些变量与生态发展因子共同影响生态福利绩效。通过改变这些政策变量参数的不同组合，可以进行生态系统可持续的政策方针。在这里，主要讨论以下六种政策方案，如表2所示。表中第一行为三江源地区生态移民生态系统的自然状态，政策模式1～4的设置假定生态移民环境保护投资在原有的基础上均增加50%，以此作为其他政策参数的调控基础，每个方案中针对迁出地的生态修复投资和迁入地的生态发展投资的侧重点不一样。在政策模式1中，假定生态修复因子和生态发展因子协调发展，增加比重均为25%。为了探讨生态移民生态福利绩效的提升过程中，是否应该平等对待迁出地的生态修复和迁入地的生态发展投资，分别调整二者的投资比例，以生态修复因子和生态发展因子增加比重为(30%，20%)、(20%，30%)和(10%和40%)为例，设置政策模式2、3和4。为了实现生境破碎指数最小化和生态福利绩效最大化，在政策模式5中，设置生境破碎指数为0.5的目标，迁出地生态修复投资和迁入地生态发展投资增加比例为(10%和40%);在政策模式6中，设置生态福利绩效为1的目标，迁出地生态修复投资和迁入地的生态发展投资比例为(10%和40%)。

4.2 不同方案的对比分析

自然状态和六种政策模式之下的生态福利绩效变化对比情况如图3所示。从七条仿真结果折线图可以看到，政策模式6的生态福利绩效效果最好，其次为政策模式5。由表2可知，这二种模式的生态修复因子占比小于生态发展因子，即生态移民迁出地的生态修复投资小于迁入地的生态发展投资。这表明通过改善生态移民迁入地的生态发展性问题可以显著提高生态移民生态福利绩效，而单纯性地增加生态移民环境保护投资，忽视生态福利绩效最大化或者生境破碎指数最小化的政策导向目标，会出现增加生态移民环境保护投资的效果反倒不如自然状态下生态移民效果的情况。

自然状态和六种政策模式之下的生境破碎指数对比情况如图4所示。从七条仿真结果折线图可以看到，政策模式5的生境破碎指数运行效果最好，在2010年以前政策模式6为次优政策选择，2010年以后政策模式4为次优政策选择，体现了随着三江源地区移民规模的扩大，生态移民的生活安置、就业和生产发展等经济活动强度与生境破碎指数之间的矛盾凸显。由表2可知，政策模式4、5和6的生态修复因子占比小于生态发展因子的同时，分别具备生态移民环境保护投资向迁入地生态保护倾斜、以生境破碎指数最小化和生态福利绩效最大化为目标导向的特点，实现了生境破碎指数改善的最佳运行效果，即当生态移民环境保护投资有限的时候，只要协调迁出地和迁入地的生态投资，充分利用既有资源和资金条件，是可以实现生态移民生态系统可持续发展的。

对于政策模式1～4，虽然这几种模式并没有实现生态福利绩效最佳，但是相比于自然状态，这几种模式均对生境破碎指数有所改善，主要原因在于生态移民环境保护的稳步增加。而在这三种政策模式中，政策模式4的运行效果最好，原因在于生态移民环境保护不变的情况下，迁出地的生态修复投资占比最小。

综合对比自然状态和六种政策模式的生态福利绩效和生境破碎指数仿真结果，政策模式5为最优选择。即只注重提高生态移民环境保护投资，而忽视迁出地的生态修复投资和迁入地的生态发展投资比重分配，并不能有效提高生态移民的生态福利绩效;同样，只调整迁出地的生态修复投资和迁入地的生态发展投资比重，而不注重生态投资的运作效率，也会影响生境破碎指数的改善。因此，为了实现生态移民生态系统的可持续发展，不仅要提高生态移民环境保护投资，协调生态移民迁出地和迁入地的投资分配比重，而且还要提高生态投资的运作效率，即实現生境破碎指数最小化的运作模式是促使生态移民生态可持续发展的最佳政策实施模式。

5 结论和建议

生态移民的过程，是迁出地的自然生态环境问题和迁入地的发展性生态环境问题与“人”的因素交织在一起的过程，为了实现生态移民涉及区域生态系统的重建与可持续发展，本文构建了生态移民生态可持续发展系统动力学模型，并辅以三江源地区的自然资源和生态投资等数据进行了系统仿真和相关政策模拟，得出如下结论：

第一，生态移民生态可持续发展与生境破碎指数和生态福利绩效密切相关，生境破碎指数与生态移民环境投资密切相关。三江源生态移民的实现过程，伴随着生态移民生产生活条件的改善，实现了生态环境保护的斐然成绩，截止2015年实现生态移民受益人口约达234 771人，农牧民人均纯收入年均增长10%以上，同时实现了草地均产量、森林新增覆盖面积等五个增加。在建立生态移民可持续发展系统仿真时，发现生态移民环境保护投资影响迁出地的生态修复投资，并通过构造植树造林投资因子、退耕还林投资因子、水土治理投资因子和退牧还草投资因子描述了生态脆弱与贫困的恶性循环关系影响的同时，也在影响着生境破碎指数。

第二，生态移民环境保护投资的增加有助于降低生境破碎指数和提高生态福利绩效，尤其是对迁入地的生态发展投资比重大于对迁出地的生态修复投资时。根据生态移民生态可持续系统仿真结果可知，在六种政策模式中，生态移民环境保护投资均有所增加，政策模式5和6的生态福利绩效相比三江源自然状态的生态移民效果均有所改善。政策模式1～5的生境破碎指数仿真模拟结果优于自然状态，原因在于生态移民环境保护投资一定时，迁入地的生态发展投资比重高于对迁出地的生态修复投资。

第三，生态移民生态可持续发展应以生境破碎指数最小化为目标，并注重生态移民环境保护投资资金的分配比重和运作效率。在六种政策模式中，政策模式5运行实现的生境破碎指数最低和生态福利绩效最高，即运行效果最佳。自然状态下，三江源地区生态移民过程中的生境破碎指数为0.927 7、生态福利绩效为0.592 6，在政策模式5之下，仿真期间所实现的生境破碎指数平均值为0.5，生态福利绩效的平均值为1.187 5。雖然政策模式2～6的生境破碎指数和生态福利绩效仿真模拟结果有所改善，但是政策模式5和6以生境破碎指数最小化和生态福利绩效最大化为导向的运行结果远优于政策模式3和4，并且政策模式5的运行效果最佳，说明了生态移民生态可持续发展不但依赖于对迁出地和迁入地的生态环境保护投资的增加，更依赖于迁出地和迁入地的生态投资资金分配比重以及投资资金运作效率。

基于上述结论，为实现三江源地区生态移民生态系统的可持续发展与重建，本文提出以下政策建议：一是增加三江源地区生态移民环境保护投资力度，保证迁出地生态修复与迁入地生态发展的资金供给，实现移民迁出地的生态修复问题，并解决移民迁入地的生态发展问题。二是严格监测评估生态移民迁出地和迁入地的生态投资比例，适当地降低移民迁出地区的生态修复投资，提高移民迁入地的生态发展投资。由于生态移民改变了人们利用生态系统服务的位置或变换了生态系统服务供给的地点，因此，应协调好移民迁出地和迁入地的生态投资比重，并通过提高迁出地的森林面积、草地面积等来降低生境破碎指数，通过提高迁入地的GDP、发展教育和医疗、降低生态足迹等来提高生态福利绩效。三是提高生态移民环境保护投资运作效率，促进生态移民生态系统可持续发展。研究发现，在含自然状态的7中政策模式中，政策模式5的运作效果最好。以生境破碎指数最小化为目标，政策5在实现生境破碎指数最小化的同时，也实现了生态福利绩效的最大化。然而，处于自然状态的三江源地区的生态移民工作，还未实现生境破碎指数的最小化和生态福利绩效的最大化。因此，本文建议未来三江源地区生态移民工作应该审视生态移民迁出地生态修复投资与迁入地生态发展投资的辩证关系，以及生态移民环境保护投资的运作效率问题，将生境破碎指数最小化和生态福利绩效最大化目标导向纳入生态移民生态系统重建与可持续发展战略中。

(编辑：王爱萍)

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Key words system dynamics; habitat fragmentation; ecological migration project; ecological welfare performance

作者：钟水映　冯英杰

第二篇：同步系统动力学

R. F. wNagaev, Dachny pr. 9-2-66, 198255 St. Petersburg, Russia

Dynamics of Synchronising Systems

Foundations of Engineering Mechanics

2003, 324 pp.

Hardcover EUR 129.95

ISBN 3-540-44195-6

Springer-Verlag

本书为施普林格出版社出版的《工程力学基础》丛书中的一卷，论述了技术力学和天体力学广泛领域的周期解和准周期解的分解，对于力学中弱相互作用的力学问题都有清晰的物理说明和解释，其中许多思考可应用于振动技术、电气工程和量子力学中，若干结果还可直接应用于实际工程中。

全书共11章，34幅插图，书末附有参考文献103种(篇)。绪论介绍了各章的主要内容及作者科学研究和写作情况;第1章局部可积分的动力学系统，介绍了局部可积分概念、线性非均匀系统、Piecewise-连续系统、均匀Lyapunov系统;第2章保守动力学系统，介绍了保守力学系统、广义Jacobi积分，讨论了在存在广义回转力时的保守系统、电-力系统、允许第一积分的平面系统;第3章介绍了平面中的动力学系统、平面中的保守系统、带单自由度的保守系统中的天平运动、带1个自由度的保守系统中的转动运动等;第4章讨论了带多自由度的保守系统、作用角变量、由惯性使动的保守系统、可积分保守系统的简并化等;第5章论述了广义近似法中可积分系统的共振解、平均系统中定态解的存在和稳定性;第6章论述量子力学方程中的正则平均、绝热近似、Post绝热近似;第7章介绍动力学物体的弱相互作用问题、保守相互作用的类型及其弱性的判据;第8章带单个自由度的非长时物的同步，定态同步运动的极端值性质;第9章惯性振动激发机的同步、工作同步制的稳定性;第10章普通型动态物的同步，带几个自由度的准保守物的同步;第11章力学振动激发问题中的周期解，共振解和非共振解之间的关系等。

本书内容新颖广泛，是同步系统动力学的一部新著作，可供高等学校力学系、物理系及相关系科的教师、研究生和高年级学生参阅，更可供从事力学研究和应用的科技工作者参考。

李国栋，研究员

(中国科学院物理学研究所)

Li Guodong, Professor

(Institute of Physics,the Chinese Academy of Sciences)

作者：Ｋ．纳加耶夫

第三篇：系统动力学在生产领域研究综述

摘 要：为促进系统动力学方法的在生产领域的深入研究和应用，综述了当前国内外系统动力学在生产领域应用的主要研究成果。首先评述了系统动力学在国外的发展历程及应用情况;然后着重从生产的角度分析了系统动力学方法在我国的应用研究情况;最后探讨了系统动力学方法在生产领域中的应用前景。

关键词：系统动力学 应用现状 生产领域 综述

一、引言

随着系统动力学(System Dynamics，简称SD)理论、方法和工具不断完善，其在处理工业、经济、环境、能源、管理、农业等诸多人类社会复杂问题中发挥了重要作用。另一方面，现代社会的复杂性、动态性、多变性等问题加剧，使人们更迫切地需要像系统动力学这样综合系统论、控制论、信息论、经济学等方法，深入处理产生于现代社会的非线性和时变现象，作出动态的、战略性的分析与研究。这为系统动力学方法的进一步发展提供了广阔的平台，也为深入研究系统动力学的应用提供了机遇和挑战。为此，本文从系统动力学应用研究现状入手，通过总结和分析当前系统动力学在生产领域的应用情况，希望能促进系统动力学方法在现代社会生产领域的应用。

二、系统动力学在国外的发展

1956年，美国麻省理工学院J.W.Forrester教授创立了系统动力学方法，并于1958年在《哈佛商业评论》上发表了奠基之作。1969年《城市动力学》通过建立城市的SD模型可以解释美国许多城市，如底特律，圣路易斯，波士顿，纽约发生的怪现象：城市人口先增加后下降，被西方一些媒体称为“70年代的爆炸性杰作”。此后，城市动力学模型被MassSchroeder等，Alfeld等不断扩展和完善。

1972年Donella Meadows教授带领系统动力学研究小组出版了《增长的极限》(Limits to Growth)，1992年出版了20年后的更新版本《Beyongd the Limits》，2005年课题组又出版了30年后的更新版本《Limits to Growth》。关注的问题是：按照当前的政策是否能否实现人类社会的可持续发展，如何调控才能实现全人类的可持续发展。

到了20世纪90年代，系统动力学开始在世界范围内广泛地传播和应用，获得了许多新的发展。系统动力学加强了与控制理论、系统科学、结构稳定性分析、灵敏度分析、参数估计、最优化技术应用等方面的联系。许多学者也纷纷采用系统动力学方法来研究社会经济问题，Eric Melse(2006年)从系统动力学的角度研究了财务会计的应用模型。Ines Winz等(2009年)从生态方面入手，建立了水资源管理的系统动力学模型。Dagmar Haase等基于系统动力学、空间经济学等方法建立了城市景观中人类自然交互的模型。Jack Kie Cheng(2010年)将系统动力学方法应用于项目管理。

三、系统动力学在国内的发展

20世纪70年代末，系统动力学由杨通谊、王其藩等学者引入我国，并在我国的研究和应用取得了飞跃发展。南昌大学的贾仁安教授、江苏大学工商管理学院何有世教授、复旦大学李旭副教授、青岛大学钟永光副教授等学者对系统动力学的应用及传播起到了积极地推动作用。

徐南孙等(1998年)对王禾丘能源生态旧系统的主要矛盾进行分析，阐述针对旧系统主要矛盾设计的新的系统工程，确定其主导结构及主导结构的流率基本入树序列的过程。方法及结果。洪佩军、陈思根和张列平(1999年)对企业过程改进的困境进行分析，指出企业过程改进的成败根源所在和避免过程改进进入困境的基本原则。

程进等(2002年)提出用遗传算法构造出一些初始解，借此研究系统结构的变化。王俭等(2009年)应用系统动力学方法建立了水环境承载力模型，并结合层次分析法和向量模法，模拟了辽宁省水环境系统的动态变化，预测了2000—2050年辽宁省水环境在不同发展方案下的承载能力。房方等(2011年)从物质和能量传递过程均衡性的角度，提出基于系统动力学原理，以因果关系和存量流量关系为载体，从相对宏观的层面构建电站热力系统动态模型的建模方案。杨珺等(2012年)建立了基于系统动力学的单个供应商和销售商的供应链模型，并在此基础上引入强制排放和碳税两种碳排放政策。

四、系统动力学在我国生产领域的应用研究

1.生产的相关概述。生产是指人类从事创造社会财富的活动和过程，包括物质财富、精神财富的创造和人自身的生育。亦称社会生产。狭义生产仅指创造物质财富的活动和过程。根据生产对象所属产业的不同，将生产分为农业生产和工业生产。

2.农业生产领域的应用研究。在生产结构方面，余思德(1988年)分析辉南县农业资源条件和农业生产系统存在的问题，建立该县农业生产系统长期发展的动态仿真模型，提出了辉南县农业发展的合理方案。王元知和严国和(1995年)成功地建立了海安县农业发展规划的系统动力学模型，应用模型对海安县农业系统运行机制进行了仿真模拟，为农业发展科学决策提供了优选方案及其实施建议。张红(1990年)结合江津县农业生产结构，綜合考虑影响农业经济发展的因素，使用计童经济学方法或生产函数或根据实际工作者的经验建立单个因素的定义方程，在此墓础上用系统动力学方法将所有单个要素联系起来。王倩和王绍斌(2007年)在实地调查昌图县的资源和系统分析其农业系统结构的基础上，运用生态经济学、反馈控制论等原理，建立了农业结构优化的系统动力学仿真模型，并对未来系统的发展进行宏观的预测。

3.工业生产领域的应用研究。周斌和秦可德(1995年)利用多元统计分析和系统动力学的方法，建立了中国钨业生产系统动力学模型。通过对系统在不同政策条件下发展的动态仿真研究，提出了合理发展我国钨工业的政策建议。肖艳玲等(1997年)针对化工性、加工性工业企业的特点，通过反复的计算机模拟试验，得到了优化政策的量化原则，实现了物流系统的动态控制和统筹管理，为生产管理系统的整体优化提供了新的方法和手段。刘妍和王宇奇(2004年)根据石油工业本身的特点，阐明了石油工业可持续发展的因果关系，构造了石油工业可持续发展的系统动力学模型，经过模型模拟分析，指出了石油工业的发展必须与资源环境保护水平适应。赵士玉等(2012年)建立了青岛市工业经济协调发展的系统动力学模型进行模拟仿真，选择政府科技投入占财政支出比例和投资比例作为控制变量，以工业生产总值和区域GDP为监测变量建立三种发展模式，提出青岛市应加大政府科技投入占财政支出比例和投资比例，实现工业经济协调发展。张炎亮等(2016年)针对现有的煤矿生产物流系统研究方法缺乏对各影响因素间相互关系的剖析、不能动态预测投入对系统效率水平的影响程度等问题，应用系统动力学方法构建了煤矿生产物流系统效率水平影响因素的系统动力学模型，对煤矿生产物流系统效率水平进行了动态仿真。

五、系统动力学在我国生产领域的应用前景

就目前的应用研究状况看，系统动力学的应用研究非常广泛，在生产领域的研究也日渐深入，但仍有许多问题有待于进一步解决。系统动力学作为一种系统的科学分析方法，未来存在更加宽广的应用空间。实践证明其在各种领域的应用研究效果显著，在很多领域都具有很高的应用价值，且在生产领域的研究也从结构性调整深入到生产领域的各个子系统，所以要不停地探索和推动系统动力学在横向和纵深方向的应用，使其在科学研究和人类社会的发展中发挥更大的作用。

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作者简介：孙丹(1991—)女。民族：汉，山东滨州人。山东科技大学矿业与安全工程学院在读研究生。研究方向：经济系统结构与优化。

作者：孙丹