环境规划中情景分析方法及应用研究
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第 18 卷 第 3 期
环 境 科 学 研 究 Research of Environmental Sciences
Vol. 18 ,No. 3 ,2005
环境规划中情景分析方法及应用研究
刘 永1 , 郭怀成1 3 , 王丽婧1 , 戴永立1 , 张秀敏2 , 贺 彬2
(1. 北京大学 环境学院 ,北京 100871 ; 2. 云南省环境科学研究院 ,云南 昆明 650034)
f . 情景的丰富 。选取一定的指标 ,在分析现状发 展的基础上 ,利用模型对设计的情景进行量化 ,给出不 同情景下的详尽资料 。
g. 应用和结论 。分析预测的情景结果 ,结合实现 这些目标的假定条件 ,给出未来规划区域内环境变化 趋势以及环境技术上 、经济上和政策上的建议 。
3 案例 ———邛海流域环境规划情景分析
情景分析是政策和规划领域中的重要研究工具 , 但将其应用在环境规划中还处于起步阶段 ,且相对简 单 。笔者对环境规划中的情景分析方法进行了研究 , 并以四川省邛海流域环境规划为例加以阐释 。
1 情景分析综述
情景是对一些有合理性和不确定性的事件在未来 一段时间内可能呈现的态势的一种假定[1 - 2] ,情景分 析是预测这些态势的产生并比较分析可能产生影响的 整个过程 ,其结果包括 :对发展态势的确认 ,各态势的 特性 、发 生 的 可 能 性 描 述 , 并 对 其 发 展 路 径 进 行 分 析[3 - 4] 。与传统的趋势外推法相比 ,它在对随机因素 的影响[5] 和决策者意愿的处理上具有更大的灵活性和 实用性 ;与 Delphi 法相比 ,它更强调专家之间的观点差 异 ,并试图解释这种不一致性 ,这也使得它更复杂和更
图 1 情景设计中的驱动因子排序 Fig. 1 Ranking of driving forces in the
Scenario2Building Process
n ×m 矩阵 S ,形成 n ×m 种不同的情景 (见式 (1) ) 。 S = f ( U1 , U2 ) = f ({ U1 ,1 , …U1 , i …, U1 , n } ,
收稿日期 : 2004 - 05 - 08 作者简介 : 刘永 (1980 - ) ,男 ,河南南阳人 ,博士研究生. 3 通讯联系人
完善[6] 。 情景构建是情景分析中的核心步骤 , 是由 Kahn
Herman 于 20 世纪 50 年代在 RAND 公司提出的 ,最早 的文献资料见于 1967 年他和 Wiener 合著的《The Year 2000》一书[2] ,而 Dennis 和 Donella Meadows 出版的《增 长的 极 限》则 是 情 景 分 析 引 起 公 众 普 遍 关 注 的 起 点[6 - 7] 。在情景分析方法的发展过程中 ,Shell 公司发 挥了重要的作用 。在 20 世纪 70 —90 年代 ,Shell 的规 划人员对石油危机 、东欧社会政治体制变化和全球经 济一体化等做出了成功的预测 。此外 ,20 世纪 70 年 代 ,在 Willis Harman 等的领导下 ,SRI 国际咨询公司设 计了一种情景构建方法 ,用于辅助战略规划 ;同时期其 他的一些咨询公司 ,如 Battelle 和 The Futures Group 及 Global Business Network 等 ,也提供了一些情景构建的 方法 。此后 ,情景分析得到了越来越广泛的应用 ,如欧 盟的未来研究 、全球通讯业的发展 、美国国防业等[8] 。
311 邛海流域的生态环境问题 邛海流域位于四川省西昌市 , 地处 102°16′E～
102°20′E和 27°47′N～27°51′N ,辖西昌市的五乡一镇以 及昭觉县和喜德县的部分地区 ,面积 307167 km2 (见图 2) 。邛海是四川省第二大淡水湖泊 ,在海拔 1 51013 m 以下的湖面面积为 271877 km2 ,库容为 21891 ×108 m3 , 以海河为出水口 。邛海不仅是西昌城区及邛海湖盆区 居民的重要水源 ,同时 ,邛海 - 泸山景区是国家级风景 名胜区 ,在西昌市经济发展中占据了举足轻重的地位 。 但是随着社会经济的发展及其固有的自然地质结构特 征 ,邛海流域的生态环境遭到一定程度的破坏 :水质由 Ⅱ类向 Ⅲ类转变 ,并呈现出中 - 富营养化趋势 ;流域内 的水土流失和泥石流危害严重 ,生态系统脆弱性明显 。 为了恢复邛海流域的生态环境 ,需要对流域进行环境 规划 ,实施综合整治工程 , 规划分为近中期 ( 2005 — 2010 年) 和远期 (2011 —2015 年) 。 312 邛海流域环境规划情景设计
{ U2 ,1 , …U2 , j …, U2 , m }) = { S1 ,1 , …Si , j …, Sn , m }
(1) 其中 , f 表征 U1 和 U2 的组成函数 ; U1 , i 和 U2 , j 分别表 U1 和 U2 的不同发展趋势 ; Si , j 是最终设计的情景 ,用 情景矩阵或者是情景树的方法来表示 。
摘要 : 确定环境规划中情景分析的步骤和方法主要包括 :对象和焦点问题及关键决策识别 ,核心要素识别 ,驱动因子列举 ,驱动因子重要性和不确定 性排序 ,核心情景驱动选择和情景勾画 ,情景的丰富和应用 。以邛海流域的环境规划为案例进行分析 ,设计了 2005 —2015 年的 4 种情景 ,并利用系统 动力学模型 (SD) 和不确定性模糊多目标模型 ( IFMOP) 对情景进行了定量描述和分析 。结果显示 ,邛海的环境污染压力正在增大 ,污染源治理和生态 工程是需要优先考虑的项目 ,但所需的投资巨大 ,对地方财政造成很大压力 ,需要寻求新的投资途径并加强环境管制 。 关键词 : 情景分析 ; 环境规划 ; 邛海流域 中图分类号 : X321 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 6929 (2005) 03 - 0082 - 06
d1 驱动因子的重要性和不确定性排序 。用二维 坐标轴对所确定的驱动因子进行重要性和不确定性排 序 (见图 1[22] ) ,其中 Ⅲ和 Ⅳ象限是情景设计中次要考 虑的因子 , Ⅰ和 Ⅱ象限内的因子重要性程度高 ,在情景 设计中需要加以重点考虑 。
e. 核心情景驱动选择和情景勾画 。根据驱动因 子的排序情况 ,通常选择 2 种或者 2 种以上的驱动因 子作为构建情景的核心不确定性因子 。以 2 种驱动因 子为例 ,如将经济发展 ( U1 ) 和环境政策 ( U2 ) 分别设计 成 U1 和 U2 的 2 种 (或多种) 发展趋势 ,从而构成一个
Abstract : The method of scenario analysis is introduced into environmental planning. Based on former studies , the main steps suitable for environmental planning are proposed as follows : identifying objects , focal issues and key decisions , listing core elements , ranking driving forces by importance and uncertainty , selecting central scenarios , plotting drivers and scenarios , fleshing out scenarios and putting into practices. Besides , Lake Qionghai Basin , Sichuan Province is further employed as a case study. With system dynamics ( SD) model and inexact fuzzy multiobjective programming ( IFMOP) model , four scenarios from 2005 to 2015 are properly designed , scientifically quantified and finally analyzed. Results indicate that the basin is facing more and more pollutions ; however the related investment is rather a big burden for the local economy. Apparently , seeking new investments is urgent for the environmental improvement in Lake Qionghai Basin. Key words : scenario analysis ; environmental planning ; Lake Qionghai Basin
2 环境规划中的情景设计与分析
情景分析可分为情景设计和应用 ,其中情景设计 通常由 5～7 步组成[14 ,21 - 22] 。最佳的设计应该是基于 团队合作的基础上 ,提出的情景相对比较合理和有所 创新 ,且内容丰富 。在选择情景设计的团队时 ,一些有 影响的研究和咨询机构 、高等院校等是理想的合作方 , 因为他们在相关领域享有较高的学术地位和丰富的实 践经验[22] 。尤其是当该团队中拥有一些享有盛誉的 专家时 ,设计出的情景更易被接受 。环境规划中的情 景设计与分析主要包含 7 步[14 ,21 - 22] :
国内的情景分析研究始于 20 世纪 80 年代后期 , 主要应用在交通企业的发展战略 、人口 、农业[9] 、土地
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第3期
刘 永等 :环境规划中情景分析方法及应用研究
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ83
利用[10 - 12] 、能源[13 - 14] 、污染物排放[15] 和水污染控制规 划[3] 、景观规划[16 - 17] 、生态环境规划[18] 、水资源承 载 力[19] 及区域生态安全格局设计[20] 等领域 。在环境规 划中 ,情景分析的方法和应用均未形成完整的体系 ,尤 其是涵盖的范围小 ,如仅对社会经济发展的某一方面 进行情景设计[18] 。笔者在基于现有研究的基础上 ,借 鉴政策领域的情景分析研究方法 ,对环境规划中的情 景分析及其研究步骤 、情景的量化模型和采取的对策 等给予系统阐释 。
a. 规划对象 、焦点问题及关键决策识别 。环境规 划情景的设计要面对一定的对象群体 ,并鉴别这些对 象所关心的焦点问题 (如污染和生态破坏) 和相关的重 要决策 。
b. 核心要素识别 。核心要素是在情景设计时需要 重点考虑的影响因子 ,如规划区域的经济因素 、环境管 理因素等 。
c. 驱动因子列举 。驱动因子主要是由情景设计小 组以研讨会或其他方式邀请一些专家和对象群体代 表 ,对未来区域内生态环境可能出现的一些情况和预 期达到的目标进行展望 ,以“头脑风暴”的形式产生 。 这一过程分 3 步 : ①根据所识别的核心要素将邀请到 的人员分组 ,使他们就某些问题发表自己的看法 ,从而 得到一系列的观点清单 ,在这一阶段不审核哪些观点 是不重要或是不切合实际的 ; ②对观点进行归纳整理 , 去掉一些含混不清的和重复的观点 ; ③根据观点涵盖 范围的不同进行分类 。
(1. College of Environmental Sciences ,Peking University ,Beijing 100871 ,China ; 2. Yunnan Institute of Environmental Science , Kunming 650034 ,China)
Scenario Analysis and It s Applicatio n in Enviro nmental Planning
LIU Yong1 , GUO Huai2cheng1 , WANG Li2jing1 , DAI Yong2li1 , ZHANG Xiu2min2 , HE Bin2
环 境 科 学 研 究 Research of Environmental Sciences
Vol. 18 ,No. 3 ,2005
环境规划中情景分析方法及应用研究
刘 永1 , 郭怀成1 3 , 王丽婧1 , 戴永立1 , 张秀敏2 , 贺 彬2
(1. 北京大学 环境学院 ,北京 100871 ; 2. 云南省环境科学研究院 ,云南 昆明 650034)
f . 情景的丰富 。选取一定的指标 ,在分析现状发 展的基础上 ,利用模型对设计的情景进行量化 ,给出不 同情景下的详尽资料 。
g. 应用和结论 。分析预测的情景结果 ,结合实现 这些目标的假定条件 ,给出未来规划区域内环境变化 趋势以及环境技术上 、经济上和政策上的建议 。
3 案例 ———邛海流域环境规划情景分析
情景分析是政策和规划领域中的重要研究工具 , 但将其应用在环境规划中还处于起步阶段 ,且相对简 单 。笔者对环境规划中的情景分析方法进行了研究 , 并以四川省邛海流域环境规划为例加以阐释 。
1 情景分析综述
情景是对一些有合理性和不确定性的事件在未来 一段时间内可能呈现的态势的一种假定[1 - 2] ,情景分 析是预测这些态势的产生并比较分析可能产生影响的 整个过程 ,其结果包括 :对发展态势的确认 ,各态势的 特性 、发 生 的 可 能 性 描 述 , 并 对 其 发 展 路 径 进 行 分 析[3 - 4] 。与传统的趋势外推法相比 ,它在对随机因素 的影响[5] 和决策者意愿的处理上具有更大的灵活性和 实用性 ;与 Delphi 法相比 ,它更强调专家之间的观点差 异 ,并试图解释这种不一致性 ,这也使得它更复杂和更
图 1 情景设计中的驱动因子排序 Fig. 1 Ranking of driving forces in the
Scenario2Building Process
n ×m 矩阵 S ,形成 n ×m 种不同的情景 (见式 (1) ) 。 S = f ( U1 , U2 ) = f ({ U1 ,1 , …U1 , i …, U1 , n } ,
收稿日期 : 2004 - 05 - 08 作者简介 : 刘永 (1980 - ) ,男 ,河南南阳人 ,博士研究生. 3 通讯联系人
完善[6] 。 情景构建是情景分析中的核心步骤 , 是由 Kahn
Herman 于 20 世纪 50 年代在 RAND 公司提出的 ,最早 的文献资料见于 1967 年他和 Wiener 合著的《The Year 2000》一书[2] ,而 Dennis 和 Donella Meadows 出版的《增 长的 极 限》则 是 情 景 分 析 引 起 公 众 普 遍 关 注 的 起 点[6 - 7] 。在情景分析方法的发展过程中 ,Shell 公司发 挥了重要的作用 。在 20 世纪 70 —90 年代 ,Shell 的规 划人员对石油危机 、东欧社会政治体制变化和全球经 济一体化等做出了成功的预测 。此外 ,20 世纪 70 年 代 ,在 Willis Harman 等的领导下 ,SRI 国际咨询公司设 计了一种情景构建方法 ,用于辅助战略规划 ;同时期其 他的一些咨询公司 ,如 Battelle 和 The Futures Group 及 Global Business Network 等 ,也提供了一些情景构建的 方法 。此后 ,情景分析得到了越来越广泛的应用 ,如欧 盟的未来研究 、全球通讯业的发展 、美国国防业等[8] 。
311 邛海流域的生态环境问题 邛海流域位于四川省西昌市 , 地处 102°16′E～
102°20′E和 27°47′N～27°51′N ,辖西昌市的五乡一镇以 及昭觉县和喜德县的部分地区 ,面积 307167 km2 (见图 2) 。邛海是四川省第二大淡水湖泊 ,在海拔 1 51013 m 以下的湖面面积为 271877 km2 ,库容为 21891 ×108 m3 , 以海河为出水口 。邛海不仅是西昌城区及邛海湖盆区 居民的重要水源 ,同时 ,邛海 - 泸山景区是国家级风景 名胜区 ,在西昌市经济发展中占据了举足轻重的地位 。 但是随着社会经济的发展及其固有的自然地质结构特 征 ,邛海流域的生态环境遭到一定程度的破坏 :水质由 Ⅱ类向 Ⅲ类转变 ,并呈现出中 - 富营养化趋势 ;流域内 的水土流失和泥石流危害严重 ,生态系统脆弱性明显 。 为了恢复邛海流域的生态环境 ,需要对流域进行环境 规划 ,实施综合整治工程 , 规划分为近中期 ( 2005 — 2010 年) 和远期 (2011 —2015 年) 。 312 邛海流域环境规划情景设计
{ U2 ,1 , …U2 , j …, U2 , m }) = { S1 ,1 , …Si , j …, Sn , m }
(1) 其中 , f 表征 U1 和 U2 的组成函数 ; U1 , i 和 U2 , j 分别表 U1 和 U2 的不同发展趋势 ; Si , j 是最终设计的情景 ,用 情景矩阵或者是情景树的方法来表示 。
摘要 : 确定环境规划中情景分析的步骤和方法主要包括 :对象和焦点问题及关键决策识别 ,核心要素识别 ,驱动因子列举 ,驱动因子重要性和不确定 性排序 ,核心情景驱动选择和情景勾画 ,情景的丰富和应用 。以邛海流域的环境规划为案例进行分析 ,设计了 2005 —2015 年的 4 种情景 ,并利用系统 动力学模型 (SD) 和不确定性模糊多目标模型 ( IFMOP) 对情景进行了定量描述和分析 。结果显示 ,邛海的环境污染压力正在增大 ,污染源治理和生态 工程是需要优先考虑的项目 ,但所需的投资巨大 ,对地方财政造成很大压力 ,需要寻求新的投资途径并加强环境管制 。 关键词 : 情景分析 ; 环境规划 ; 邛海流域 中图分类号 : X321 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 6929 (2005) 03 - 0082 - 06
d1 驱动因子的重要性和不确定性排序 。用二维 坐标轴对所确定的驱动因子进行重要性和不确定性排 序 (见图 1[22] ) ,其中 Ⅲ和 Ⅳ象限是情景设计中次要考 虑的因子 , Ⅰ和 Ⅱ象限内的因子重要性程度高 ,在情景 设计中需要加以重点考虑 。
e. 核心情景驱动选择和情景勾画 。根据驱动因 子的排序情况 ,通常选择 2 种或者 2 种以上的驱动因 子作为构建情景的核心不确定性因子 。以 2 种驱动因 子为例 ,如将经济发展 ( U1 ) 和环境政策 ( U2 ) 分别设计 成 U1 和 U2 的 2 种 (或多种) 发展趋势 ,从而构成一个
Abstract : The method of scenario analysis is introduced into environmental planning. Based on former studies , the main steps suitable for environmental planning are proposed as follows : identifying objects , focal issues and key decisions , listing core elements , ranking driving forces by importance and uncertainty , selecting central scenarios , plotting drivers and scenarios , fleshing out scenarios and putting into practices. Besides , Lake Qionghai Basin , Sichuan Province is further employed as a case study. With system dynamics ( SD) model and inexact fuzzy multiobjective programming ( IFMOP) model , four scenarios from 2005 to 2015 are properly designed , scientifically quantified and finally analyzed. Results indicate that the basin is facing more and more pollutions ; however the related investment is rather a big burden for the local economy. Apparently , seeking new investments is urgent for the environmental improvement in Lake Qionghai Basin. Key words : scenario analysis ; environmental planning ; Lake Qionghai Basin
2 环境规划中的情景设计与分析
情景分析可分为情景设计和应用 ,其中情景设计 通常由 5～7 步组成[14 ,21 - 22] 。最佳的设计应该是基于 团队合作的基础上 ,提出的情景相对比较合理和有所 创新 ,且内容丰富 。在选择情景设计的团队时 ,一些有 影响的研究和咨询机构 、高等院校等是理想的合作方 , 因为他们在相关领域享有较高的学术地位和丰富的实 践经验[22] 。尤其是当该团队中拥有一些享有盛誉的 专家时 ,设计出的情景更易被接受 。环境规划中的情 景设计与分析主要包含 7 步[14 ,21 - 22] :
国内的情景分析研究始于 20 世纪 80 年代后期 , 主要应用在交通企业的发展战略 、人口 、农业[9] 、土地
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第3期
刘 永等 :环境规划中情景分析方法及应用研究
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ83
利用[10 - 12] 、能源[13 - 14] 、污染物排放[15] 和水污染控制规 划[3] 、景观规划[16 - 17] 、生态环境规划[18] 、水资源承 载 力[19] 及区域生态安全格局设计[20] 等领域 。在环境规 划中 ,情景分析的方法和应用均未形成完整的体系 ,尤 其是涵盖的范围小 ,如仅对社会经济发展的某一方面 进行情景设计[18] 。笔者在基于现有研究的基础上 ,借 鉴政策领域的情景分析研究方法 ,对环境规划中的情 景分析及其研究步骤 、情景的量化模型和采取的对策 等给予系统阐释 。
a. 规划对象 、焦点问题及关键决策识别 。环境规 划情景的设计要面对一定的对象群体 ,并鉴别这些对 象所关心的焦点问题 (如污染和生态破坏) 和相关的重 要决策 。
b. 核心要素识别 。核心要素是在情景设计时需要 重点考虑的影响因子 ,如规划区域的经济因素 、环境管 理因素等 。
c. 驱动因子列举 。驱动因子主要是由情景设计小 组以研讨会或其他方式邀请一些专家和对象群体代 表 ,对未来区域内生态环境可能出现的一些情况和预 期达到的目标进行展望 ,以“头脑风暴”的形式产生 。 这一过程分 3 步 : ①根据所识别的核心要素将邀请到 的人员分组 ,使他们就某些问题发表自己的看法 ,从而 得到一系列的观点清单 ,在这一阶段不审核哪些观点 是不重要或是不切合实际的 ; ②对观点进行归纳整理 , 去掉一些含混不清的和重复的观点 ; ③根据观点涵盖 范围的不同进行分类 。
(1. College of Environmental Sciences ,Peking University ,Beijing 100871 ,China ; 2. Yunnan Institute of Environmental Science , Kunming 650034 ,China)
Scenario Analysis and It s Applicatio n in Enviro nmental Planning
LIU Yong1 , GUO Huai2cheng1 , WANG Li2jing1 , DAI Yong2li1 , ZHANG Xiu2min2 , HE Bin2