矿区可持续发展指标体系与评价方法研究.pdf
1999年12月系统工程理论与实践第12期矿区可持续发展指标体系与评价方法研究汤万金1,高林1,李祥仪2(1.中科院生态环境研究中心系统生态研究室,北京100080;2.北京科技大学资源工程学院,北京100083)摘要:以可持续发展思想为指导,以我国矿区为研究对象,着重研究了矿区可持续发展指标体系与评价方法 首先,探讨了可持续发展指标体系建立的原则和方法以及矿区可持续发展的评价方法;其次,分析了矿区资源、环境、经济、社会系统的运行模式,在此基础上提出了矿区可持续发展评价指标体系,确定了各指标的权值;再者,给出了矿区可持续发展评价方法的原理和步骤;最后,将所建立的指标体系与评价方法应用于我国的铁法矿区,并根据评价结果分析了矿区进一步提高可持续发展能力应采取的对策关键词:矿区;可持续发展;评价指标体系;评价方法中图分类号:F407.1Evaluation Index System and Evaluation M ethod ofSustainable Development in M ining A reasTAN G W an2jin1,GAO L in1,L IXiang2yi2(1.Research Center for Eco2Environmental Sciences,Chinese A cademy of Sciences,Beijing 100080;2.Beijing U niversity of Science and Technology,Beijing 100083)Abstract:This paper studied the evaluation index system and evaluation method ofsustainable development on the basis of the theory of sustainable development.Thepaper showed that,first,construct2rule and methods of evaluation index system andevaluation methods in m ining areas sustainable development were discussed.Second,based on investigating processing model of resources,environment,economy andsociety system in m ining areas,evaluation index system s of sustainable development inm ining areas was suggested,and the weight2value of multi2indices was given.Third,the principle and procedure of evaluation method of sustainable development in m iningareas were provided.L ast,the evaluation index system s and evaluation methods wereapplied in the T ie Fa m ining areas,and based on the evaluation result,corers poundingcounter2measures for enhancing the sustainable development capacity of the m iningareas are discussed.Keywords:m iningareas;sustainabledevelopment;evaluationindexsystem;evaluation method在我国矿业的发展过程中,已经形成了数以万计的、遍布全国各地的各类矿区另外,为了保证矿业的稳定发展,还要建设许多新矿区 这些矿区是以矿产资源的开发利用为主业,并带动和支持本区经济和社会发展的典型经济社区由于受到矿业生产特殊规律和计划经济模式的影响和制约,我国已建成的各类矿区存在着许多复杂的资源、环境、经济和社会问题 这些问题严重影响和制约着矿区持续、稳定、健康的发展 可持续发展思想的提出,无疑为解决这些问题提供了理论基础和思路收稿日期:1998212204资助项目:国家自然科学基金资助(项目编号:79770010)1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.目前人们对可持续发展的认识基本上集中于定性的分析 为了增强可持续思想在研究和制定发展战略中的指导作用,就必须将矿区可持续发展目标具体化,即用一些可测量的定量指标将其明确地表征出来,并构成指标体系,对矿区可持续发展水平进行定量分析与评价,从而为矿区发展政策的制定提供定量支持本文以我国煤矿区为例,探讨建立矿区可持续发展指标体系与评价方法11矿区可持续发展指标体系研究的方法1.1构建评价指标体系的原则矿区可持续发展研究,一方面要遵循可持续发展的一般要求,同时又必须充分考虑矿区的特点 为了客观、全面、科学地衡量矿区可持续发展的水平,在研究和确定评价指标体系及其评价方法时,应遵循如下原则1)科学性原则指标的选择、指标权值的确定、数据的选取、计算必须以公认的科学理论(统计理论、决策科学的理论等)为依据同时,必须在对矿区这一复杂系统的运行过程及各方面的相互关系做出准确、全面的分析和描述基础上,综合考虑资源、环境、经济、社会等诸多方面,使指标体系既满足可持续发展的全面性和相关性要求,同时,又要避免指标间的重叠2)动态性原则因为矿区的可持续发展既是一个目标,也是一个过程这就决定了指标体系应具有动态性,以综合反映矿区的发展趋势和现状特点3)可操作性原则要求指标体系的设置避免过于繁琐,还要考虑指标体系所涉及的指标的量化及数据获取的难易程度和可靠性,尽量利用现有统计资料及有关矿区建设的规范标准,注意选择能够反映矿区发展状况的综合指标和具有代表性的指标4)引导性原则指标体系的设置和评价的实施,目的在于引导被评估矿区走向可持续发展的目标,因而,指标及其权值要体现所在地区可持续发展总体战略目标相一致的政策引导性,以规范和引导矿区未来发展的行为和方向5)可比性原则为了便于与同类矿区进行对比,要求指标数据的选取和处理采取某一规范化的方法1.2指标选择和设置的方法用指标体系测度矿区可持续发展这一综合性目标,其基本目的在于寻求一组具有典型代表意义,同时,能全面反映这一综合性目标各方面要求的特征指标,这些指标及其组合能够恰当地表达人们对该综合性目标的定量判断这一基本目的便规定了我们进行指标体系研究的基本任务,即通过分析被描述对象的系统结构和要素,建立综合性目标与系统结构及要素间的对应关系,然后,研究定量指标与准则及综合性目标的相关程度,从而决定指标的选择与设置一般情况下,综合性目标往往是一种定性的概念,为建立与定量指标的联系,必须将综合目标分解为较为具体的分目标,我们称之为准则这些准则从某一侧面反映了被描述对象间的相关关系较综合性目标更为直接和简单,因而更便于进行研究和判断在确定各准则所包含的具体指标时,所需的指标不外乎下列三种情况:1)容易准确定量计算,如投资、产值等 在构建指标体系时应首选这类指标2)可以定量分析,但很难准确计算,如“三废”综合治理率等 这类指标与所要描述的准则在某个方面存在相关性,因此,利用这类指标间接地满足准则的需要3)只能定性分析,如社会影响、平均期望寿命等 这类指标与准则间的相关关系只有一种经验上的判断,尚未建立准确的定量规律,只能进行粗略的估算和专家定性分析 这是由于这类指标所涉及的因素较多,它们之间的关系较为复杂所造成的 本文在构建矿区可持续发展评价指标体系时暂未能考虑这类指标,有待今后进一步完善1.3评价方法的确定矿区可持续发展既是一个过程,又是一个发展目标 由于矿区的发展过程具有明显的阶段性特点,即511第12期矿区可持续发展指标体系与评价方法研究 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.在各阶段表现出不同的特征因此,我们根据矿区发展的特点和研究问题的需要将矿区的发展过程划分为三个阶段,即矿区形成阶段、矿区发展阶段和矿区转产阶段 我们认为矿区可持续发展评价属于有时序多层次、多目标评价问题,即在评价空间和目标空间的基础上,增加了时间空间,在评价因素集为三维的情况下,对矿区可能的发展方案进行综合评价 为此,应采用“有时序多层次多目标评价方法”来评价矿区可持续发展状况2评价指标体系的设计2.1矿区可持续发展目标的分解描述可持续发展的思想体现在矿区发展上,应根据可持续发展的一般要求和矿区这一复杂系统的运行过程,在深入分析、研究矿区特点和矿区总体发展规划的基础上,对矿区可持续发展的总体目标及其各个方面作出具体描述从可持续发展的角度观察矿区资源、环境、经济、社会这一复杂系统(简称矿区REES系统),其基本运行模式可用图1表示它包括四个层次,第一层次是系统的目标层;第二层次是系统表现层,它是系统的运行结果主要包括资源承载能力、经济发展水平、社会发展水平和生态环境质量等四个方面;第三层次是系统运行层次,该层次含有资源利用、经济社会系统运行、对环境的影响三个主要过程,其中经济系统运行是核心第四层次是系统的措施层,主要包括为了提高系统运行效率和质量所采取的措施,如资源管理、清洁开采、综合开发、洁净生产技术和环境保护措施等从可持续发展的角度评价矿区REES系统运行,应主要评价经济系统运行与资源利用、社会系统运行、污染防治、及生态维护之间的协调性和稳定性图1矿区REES系统运行模式2.2评价指标体系的建立我们认为,衡量矿区可持续发展水平,不仅应考虑矿区REES系统的各个组成部分(资源、环境、经济、社会)的状况,而且应充分考虑其各组成部分发展的稳定性,以及各组成部分之间的协调性 因此,在准则层中我们设立了“系统稳定性”、“系统协调性”和“系统发展水平”的三个准则在矿区REES系统的发展过程中,经济子系统处于核心的和支配的地位,其它子系统都与经济子系统发生较强的相互作用 例如:资源对经济增长提供支持作用;生态环境治理资金的投入力度依赖经济子系统运行的效益,同时生态环境治理的效果反过来又制约着未来经济的增长;社会各项事业的发展和生活质量的提高同样依赖于经济发展的水平,反之某些社会因素(如人口数量、质量等)又对经济发展产生重要的影响 因此,在“系统稳定性”这个准则中我们设立了“人口增长”、“经济增长”和“矿区建设”这个指标;在611系统工程理论与实践1999年12月 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.“系统协调性”设立了“资源转换效率”、“环境协调状况”和“经济社会协调状况”三个指标;在“系统发展水平”包括“资源状况”、“环境影响、“经济绩效”和“社会生活质量”四个指标根据以上框架设计,我们选择相应指标,建立了如图2所示的评价指标体系目标层A 准则层B指标层C分指标层D矿区可持续发展度A系统发展稳定性B1(0.3480)0.2108人口增长C1(0.1184)0.1820人口自然增长率D1(0.2643)0.1818非矿业人口增长率D2(0.2391)0.5455科技人员增长率D3(0.4966)0.2727经济增长C2(0.4079)0.4799矿区总产值平均增长率D4(0.725)0.325非矿业产值平均增长率D5(0.275)0.675矿区建设C3(0.4737)0.3381基础设施投资D6(0.3684)0.2400矿区总投资D7(0.4737)0.3901环保投资D8(0.1579)0.3699系统发展协调性B2(0.3471)0.4378资源转换效率C4(0.4262)0.3143矿产资源回采率D9(0.3926)0.3228矿产资源综合利用率D10(0.2765)0.2886伴生资源综合利用率D11(0.1820)0.2331工业用水循环利用率D12(0.1489)0.1555环境协调状况C5(0.3443)0.2571环保投资?矿区总产值D13(0.3684)0.4209污染指数递增率?矿区总产值增长率D14(0.4105)0.3764塌陷土地综合利用率D15(0.2211)0.2027经济社会协调状况C6(0.2295)0.4286非矿业产值?矿区总产值D16(0.325)0.7矿区就业率D17(0.675)0.3系统发展水平B3(0.3041)0.3514资源状况C7(0.3093)0.1311矿产资源静态储量指数D18(0.4286)0.4262耕地人均占有量D19(0.2571)0.3443水资源人均占有量D20(0.3143)0.2295环境影响C8(0.2268)0.2182固体废渣综合利用率D21(0.2488)0.4411工业有害废气治理率D22(0.3366)0.2375工业污水治理率D23(0.4146)0.3214经济绩效C9(0.2783)0.3452矿区人均产值D24(0.325)0.525资金利润率D25(0.625)0.475社会生活质量C10(0.1856)0.3055矿区职工人均收入D26(0.3599)0.4146矿区人均住宅面积D27(0.4)0.2488矿区入学率D28(0.241)0.3366注:()矿区形成阶段权值,矿区发展阶段权值图2矿区可持续发展评价指标体系及其权值2.3指标权的确定由于矿区的发展过程具有明显的阶段性,因此,各发展阶段所表现出的特征也有所不同 人们对矿区各阶段发展的预期目标也是有所差异的为了表现出矿区可持续发展评价的引导性作用,就要从指标权的确定上表达出这种差异性 为此,本文采用“改进的二元对比分析法”2对矿区的形成阶段和发展阶段的权值进行了确定(如图2所示)该方法具有简单、实用的特点,同时也充分体现了权的模糊随机性特征,便于根据矿区的发展情况及时修正和调整各指标的权值3评价的原理与方法通过上述分析可知,矿区可持续发展评价为有时序多层次多目标的评价问题 目前,对这类问题的研究还比较薄弱,就目前所提出的几种方法,即有时序多层次多目标关联分析法3、有时序多层次多目标的711第12期矿区可持续发展指标体系与评价方法研究 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.理想矩阵法4,5、有时序多层次多目标模糊优选法6等方法各有其优缺点 用这些方法单独评价往往难以保证评价结果的可靠性 为此,本文采用“综合集结”的方法,以求能得到一较可靠的评价结果7所谓“综合集结”的方法,是指用几种不同的方法对问题进行评价,其评价结果可能不尽相同,然而把各种评价方法所得到的结果进行综合集结(常采用平均值法),所得到的结果即认为是可靠的评价结果下面举例说明其原理设有A、B、C三个待评方案,其真正的排序假如是123(A第一,B第二,C第三)但由于这一真实情况是未知的,故需要采用各种方法进行评价 假如各种评价方法的结果都是随机的,则下面六种情况出现的概率相同,即,123、132、213、231、312、321 但实际上各种方法的排序结果不会是随机的 虽然每个方法不可能都作出完全准确的评价(123),但至少不能作出完全相反的评价(321),同时,上述排序中的第四种情况(231)与第五种情况(312)也不可能出现 因为不可能把最好的方案排到最后一位,或者把最差的方案排到第一位这样,评价的结果只能出现前面三种情况,即123、132、213为了证明通过综合集结(平均值法),所得到的结果即为真正的排序结果,采用如下描述性的方法予以证明因为评价结果常以隶属度的形式出现,故用Rij(i=1,2,3;j=1,2,3)表示对第j种方案评价结果的隶属度 则上述三种情况123、132、213可表示为:R11R12R13R11+R12+R13=1R21R23R22R21+R23+R22=1R32R31R33R32+R31+R33=1设 为一任意小的正数,并作如下极端假设:R11=R21=R32=1?3+,R12=R23=R31=1?3,R13=R22=R33=1?3-然后,分别计算采用不同评价方法对不同方案评价结果的平均值,其结果为:R1=1?3(R11+R21+R31)=1?3(1?3+1?3+1?3)=1?3+2?3R2=1?3(R12+R22+R32)=1?3(1?3+1?3-+1?3+)=1?3R3=1?3(R13+R23+R33)=1?3(1?3-+1?3+1?3-)=1?3-2?3可得,R1R2R3,即在极端情况下通过综合集结,最终评价结果反映了各方案的真实的排序而在一般情况下,会得到十分清晰可靠的结果 对于多方案(4)情况也可采用类似的方法证明综合集结方法的步骤可归纳如下:第1步确定待评方案 删除明显不可接受的方案第2步采用几种方法,对待评方案进行评价 这里主要采用有时序多层次多目标评价关联分析法、有时序多层次多目标评价的理想矩阵法和有时序多层次多目标模糊优选法第3步综合集结 分别计算各方案应用不同方法得到的评价结果的平均值,依此作为各方案的最终评价结果 如果两个方案的平均值相同,则以较小方差的方案为较优方案4应用实例铁法矿区是我国的主要煤炭生产基地,是国家重点建设的矿区之一目前矿区煤炭生产尚未达到规划能力,按本文矿区发展阶段的划分方法,该矿区处于形成阶段 应用矿区REES系统模型(包括SD模型和辅助预测模型)对矿区形成阶段的19902000年可能采用的发展模式进行了仿真实验(将另文介绍),得到了解5个典型发展方案的结果 在此基础上,应用本文的矿区可持续发展的评价方法分别进行了评价,其结果如表1所示从评价结果看,由于铁法矿区在19902000年仍处于矿区的形成阶段,因此,其可持续发展程度是很低的 而此时由于经济发展水平的制约,还无力对矿区的发展模式进行根本的调整,只能采取局部的调整策略 为了提高矿区的可持续发展能力,矿区今后应优先发展的产业顺序为:首先应加大对资源环境的投入和保护力度,这样可以在短期内收到显著的效果;其次,应大力发展煤炭深加工项目,诸如矿区电厂、煤化工等项目,这样可以提高矿区经济发展水平,改善矿区产业及产品结构,为矿区可持续发展奠定经济基础 再者,应因地制宜地发展农业,因为发展农业也是该矿区近期的优选方案之一,同时,也可以安置大量811系统工程理论与实践1999年12月 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.闲置劳动力,提高矿区就业率 但是,由于铁法矿区人均耕地不足1亩,必然会对今后矿区农业的发展形成瓶颈作用,这就决定了今后铁法矿区需要采取“外向型”的农业发展策略,即区内挖潜,区外租赁、购买相结合发展农业的策略表1矿区发展模式的评价结果发展模式评价发展的稳定性(B1)发展的协调性(B2)发展的水平(B3)持续发展度(A)自然演化模式0.406640.409450.456070.38974农业发展模式0.405900.463420.490460.42543煤深加工模式0.399160.451740.524380.42751资源环境保护模式0.424460.545970.549340.51094可持续发展模式0.412710.559050.584490.53427从矿区REES系统的构成看,现阶段对矿区可持续发展影响较大的是系统发展的稳定性和协调性 因此,应从两方面入手,改善矿区发展的现状,提高矿区可持续发展能力首先,为了提高铁法矿区REES系统的稳定性,一是要提高矿区人口素质,特别是提高矿区科技人员的数量和质量;二是大力发展非煤产业的规模和速度;三是要加快矿区基础设施的建设和加大环保投入力度其次,提高铁法矿区REES系统协调性,可以采取以下几个措施:一是加强煤炭资源的管理,减少煤炭资源的损失与浪费;二是大力发展附加值高、技术含量高的煤炭下游产品的开发与生产,提高煤炭资源的综合利用率;三是进一步提高瓦斯利用率,扩大应用范围,提高应用水平;四是要重视沉陷土地的利用和管理,因地制宜地提高其利用率,同时要加强对水资源的管理,提高循环利用率;五是进一步加大对“三废”的治理力度,特别是工业污水和煤矸石的治理及综合利用,使其对生态环境的影响和破坏控制在最低限度参考文献:1汤万金 1 矿区可持续发展理论与评价方法研究 1 北京科技大学博士学位论文,199812陈守煜著 1 系统模糊决策理论与应用 1 大连:大连理工大学出版社,199413肖新平 1 有时序多目标决策的关联分析及灵敏度分析 1 系统工程与电子技术,1995,17(5):363914陈王 廷1 决策分析 1 北京:科学出版社,198715樊治平 1 有时序多指标决策的理想矩阵法 1 系统工程,1993,11(1):3516李登峰等 1 有时序多目标决策的模糊优选法 1 系统工程与电子技术,1994,16(3):1720.(上接第98页)4结束语由于系统可靠性“灰色”问题,所涉及的不仅有自然科学范畴的内容,还有人类行为科学、心理特征等方面的一系列因素,这些问题的研究模型的建立,决非一朝一夕之事,需要做大量细致的工作 本文的目的,仅在于提出系统可靠性研究中可能出现的方方面面的问题,以及可能行之有效的方法参考文献:1邓聚龙.灰色控制系统.武汉:华中理工大学出版杜.1986.2美E.B.豪根.机械概率设计.北京:机械工业出版社.1985.3段齐骏,施祖原 1 基于灰色系统理论的传动的机构动作可靠度预测 1 南京理工大学学报,1999,23(3).911第12期矿区可持续发展指标体系与评价方法研究 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.
