基于系统动力学的资源型城市经济转型路径研究

——以延安市为例

摘要:资源型城市凭借特有的资源禀赋,为中国工业化发展做出了巨大贡献。但随着经济长期粗放式的发展,引发了资源储量不足、生态环境恶化等一系列问题,严重阻碍了这些城市的转型发展。基于此背景,选取延安市为典型案例,从系统论的角度出发,分析其资源型经济转型过程的实践困境,并建立延安市资源型经济转型系统动力学模型,同时设计自然发展、产业优化、绿色低碳、资源节约、创新推动、复合发展六大转型路径,为延安市资源型经济转型探索最优路径。模拟结果表明:复合发展路径对延安市资源型经济转型的作用更为显著,能更好地为延安市资源型经济转型助力。最后从该维度出发,提出促进延安市资源型经济转型的建议。

关键词:资源型经济;系统动力学;转型路径;延安市

资源型城市是指以资源开采、加工为主导产业的城市类型。自改革开放以来,这些城市作为我国经济发展的能源保障基地,在国民经济发展过程中做出了巨大的贡献。然而伴随资源大规模地开采,这些城市发展潜力逐渐降低,并面临资源枯竭、生态环境破坏等一系列突出问题。

众多学者通过定性与定量相结合的方法,从多个层面对资源型城市的转型路径进行了探究。综合来看,现有研究为解决资源型城市转型问题贡献良多,提出了众多有效路径,但在以下方面略有不足:一是现有研究以资源型城市资源、阶段特征的静态研究和评价居多,从动态演化角度考虑的较少;二是部分文献虽运用系统动力学方法探索资源型经济转型路径,但在系统结构划分方面,忽视创新对资源型城市经济转型的关键作用。

基于此,本文以中国典型资源型城市延安市为研究对象,填补了目前多以省域为研究主体的空缺,丰富了研究领域。同时将含有创新子系统的系统动力学模型与资源型城市转型结合起来,扩充了资源型城市经济转型发展的理论框架,并为延安市及其他资源型城市探寻资源型经济转型路径提供参考和借鉴。

1.1  产业发展的路径锁定

延安市近10年的产业结构数据见表1。由表1看出:延安市与全国和陕西省产业结构相比,存在工业基础较好、农业和第三产业发展水平相对较低的现状。说明延安市经济增长的同时,产业结构有所优化,但“工业重、服务业轻”的经济格局在持续延续。

2.1  基本思想

系统动力学(简称SD)是一门探索如何认识和解决系统问题的科学,以社会、经济等复杂系统及复合的各类复杂大系统作为研究对象。它主要采用定性与定量相结合的方法,对复杂的系统问题整体分析、综合推理,运用SD理论与方法建立系统模型,通过计算机模拟,分析研究复杂系统随时间变化的各种问题。

2.2  明确建模目的

第一,运用SD方法,构建延安市资源型经济的转型模型,深入了解延安市五大子系统与其资源型经济转型之间相互联系、相互影响的因果反馈关系。

第二,根据延安市的现实情况,设定多种路径,通过对相关路径的参数进行调整,模拟其发展趋势,找出能够实现延安市资源型经济转型发展的相对较优路径。

2.3  界定系统边界

结合上文延安市资源型经济转型面临的四大困境,界定延安市资源型经济转型系统的时空边界。研究时序为2011—2035年。其中2011年为基期年份,2011—2020年为历史数据年份,2021—2022年是检验年份,2023—2035为预测年份。将空间边界设定为延安市的行政界线。

2.4  系统结构分析

2.4.1  经济子系统

经济子系统是资源型城市转型发展的核心子系统。其发展离不开从社会子系统中取得物质资料来源,为转型发展提供重要资金和物质保障。其次,经济子系统的生产开发也会引发各类资源的大量耗费和工业三废的排放,造成环境污染加剧,资源紧缺。

2.4.2  社会子系统

社会子系统是资源型城市经济转型系统的根蒂。其一方面通过增加人力资本与科技创新水平投入,提升经济发展水平,另一方面随着人口数量增加,也会加大污染物的产生和排放,进而对环境和资源子系统产生不利影响。

2.4.3  资源子系统

资源子系统是资源型城市经济转型系统的物质资料来源。在经济发展速度和人口数量持续增长的同时,对各类资源的需求也大幅增加。依托资源发展的城市随着资源储量的缩减而陷入发展困境,提高各类资源的使用效率、构建资源子系统与其他子系统的因果关系也变得尤为重要。

2.4.4  环境子系统

环境子系统是资源型城市生态文明建设的载体。伴随着经济的发展,环境中会出现大量的污染物;并且社会子系统的生活污染物也会排向环境子系统,给该系统带来沉重负担。此外环境污染问题的增多,会降低城市的综合发展效益,对人才、旅客的吸引力也会逐渐下降。

2.4.5  创新子系统

创新子系统是资源型城市经济转型的新动能。重大科技专项的建立、产业发展关键技术难题的攻克、新型能源的运用都离不开经济的投入;同时随着创新态势的良好发展,会推动产业转型升级,经济结构优化,进而吸引大批人才进驻延安企业,推动延安经济、社会、环境高质量发展。

3.1  系统流图确立

根据建立的因果关系回路图,基于数据的易得性和代表性,结合延安市资源型经济转型的发展特征,设计延安市资源型经济转型系统动力学模型,应用Vensim模拟软件构造系统流图,如图3所示。

3.2  模型检验

3.2.1  结构性检验

在对延安市各系统建模前,对其五大子系统的状况进行全面分析,并借鉴其他相关研究成果。因果结构和方程的设定均根据延安市资源型经济转型实际系统的特征来设定,遵循实际规律。因此,认为本模型与延安市的五大系统结构相符合。

3.2.2  历史性检验

历史性检验是通过对比历史数据和模拟数据的误差大小来检验模型反映真实系统的情况。选取GDP、专利申请受理量2个具有代表性变量进行检验,验证延安市2011—2020年实际值和仿真值的误差,检验结果如图4所示。变量的绝对误差率保持在5%以内,说明模型的拟合优度较好,有较好的预测效果。

3.2.3  稳健性检验

SD模型要求对仿真步长不能敏感,延安市资源型经济转型系统影响因素众多、关系复杂,因此选取不同的仿真步长进行步长的稳健性检验很有必要。该部分将时间步长分别设为DT=1、DT=0.5、DT=0.25,选取GDP、人口总数、节能环保支出与旅游人次4个变量,检验在不同步长下模型的仿真模拟结果,具体仿真结果如图5所示。由图中可以看出,不同步长的仿真分析下,这4个变量的模拟结果均分别体现出相同的发展趋势,说明该模型对仿真补偿并不敏感,整体模型是相对稳健的。

3.2.4  敏感性检验

本文主要对SD模型中的常数参数值进行灵敏度分析,分别改变GDP增长率、专利申请增长率等参数的变化量来测试系统的灵敏度,如图6所示。从图中可以看出,改变GDP增长率、专利申请增长率变量参数之后,模型的行为曲线在波动幅度上有所改变,但模型的行为变化趋势没有出现大幅度改变,对GDP、专利申请受理量的灵敏度都在合理范围。

根据对延安市资源型经济转型的困境分析以及未来政策导向,最终选取GDP增长率等典型变量,设计六大转型发展路径,通过对相关变量的参数调节进行仿真分析,对比不同模拟路径下延安市资源型经济转型发展的仿真结果和趋势,寻求相对较好的资源型经济转型提升路径,如图7所示。

4.1  路径方案设计

4.1.1  自然发展路径

自然发展路径按照延安市目前各指标的发展趋势进行仿真模拟,依据五大子系统各变量的原有状况,保持当前发展趋势直至2035年。经济发展速度维持不变,不进行生态环境的改善和提高能源利用效率,也不加大科技和教育的投入力度等,进而预测延安市资源型经济转型发展的未来趋势。

4.1.2  产业优化路径

产业优化路径的目标是追求经济结构的合理发展,从而推动延安市经济协调有序发展。在产业优化路径中,将文旅支出占比提高1%,第三产业产值系数提高3%,第三产业就业系数提高2%。

4.1.3  绿色低碳路径

绿色低碳路径的目标是改善环境污染问题,以达到保护生态环境的目的。绿色低碳路径通过降低单位产值污染物产生量以及增加环保支出比例来设定单位产值下三废排放年均下降2%的速度进行仿真模拟,同时环保支出比例提高1.5%。

4.1.4  资源节约路径

资源节约路径是基于节约延安市现有的石油、煤炭等资源提出的,目的是提高资源利用率并减少使用。因此应该有序调整延安市能源生产结构,严控煤炭、石油消费总量,促进煤炭、石油的消费替代和转型升级。依据《延安市生态环境保护“十四五”规划》,将石油、煤炭消费量年增长率下降速度设定为1.5%进行仿真模拟。

4.1.5  创新拉动路径

创新拉动路径主要依靠增加科创与教育支出比例,从而提高人才培养数量与科技创新能力。依据《延安市“十四五”科技创新发展规划》,延安市存在科技创新投入不足的问题,2020年科技研发投入为17.59亿元,占GDP比重为1.1%,低于全省2.42%的平均水平。且科创人才总量偏少,人才引领技术创新和产业发展的作用不明显。结合延安市“十四五”科技创新发展主要目标,将科创支出提高0.6%,同时将教育支出提高1.5%进行仿真模拟。

5  结论与建议

5.1  结论

以延安市资源型经济转型存在四大困境为背景,基于系统动力学的研究方法,构建延安市资源型经济转型系统动力学模型,并通过对不同的转型路径进行仿真模拟,考察其转型效果,探索出延安市资源型经济转型的最优路径。经过分析,得出的主要结论如下。

自然发展路径没有改变系统原有参数,转型速度相对缓慢,效果也不是很理想,无法实现延安市转型发展目标;产业优化路径第三产业增加值增长明显,但对资源和环境方面的考虑较少,仅得到部分缓解;绿色低碳路径将环境治理放在首位,加大环保投入,降低单位产值污染物排放量,环境治理成效显著,但创新和产业优化方面进步不明显;资源节约路径将节能目标的实现考虑到延安市资源型经济转型中,在此路径下,煤炭、石油消耗量明显降低,但污染物的排放没有得到控制;创新拉动路径弥补了绿色低碳和资源节约路径的缺陷,人才的储备和引进更广,同时创新能力最为显著,但在资源节约和绿色低碳方面成效微弱;复合发展路径综合考虑各个子系统的整体效益,统筹兼顾产业优化、绿色低碳、资源节约、创新拉动,服务业发展成效、人口素质、创新水平进步明显,降低能源消耗量的同时,环境质量明显都得到提升,实现了延安市各个子系统的协调发展。

5.2  建议

根据上述结论,提出以下建议:延安市可以从资源节约、绿色发展、创新驱动等方面出发,适度提高节能环保、教育、科创支出等比例;优化能源结构,降低对石油、煤炭等资源的依赖;发展高新技术产业,加大人才培养力度,提升创新运作效率;兼顾各个子系统的优化发展,全方位、多角度促进延安市资源型经济转型。