基于系统动力学的污水治理企业战略发展研究

摘要

污水治理企业负责城市污水处理厂以及配套设施的运营管理，在控制水污染、保证水环境质量方面起着至关重要的作用。污水治理企业的市场需求、盈利能力以及可持续发展水平是污水治理企业发展过程中的备受关注的问题，也是受多因素影响制约的一个动态变化过程，管理者常常难以科学有效地决策。系统动力学，也被称作政策实验室，研究复杂系统随时间变化的问题，注重系统结构、信息反馈和系统趋势模拟，强调某一条件变化所引起的系统变化。为此，本研究将污水治理企业看作一个复杂的系统，应用系统动力学方法，通过从排水系统内部结构和外部环境着手，对现实系统精简和概括，以分析结果为基础进行建模，借助计算机技术，结合其他优化算法提高模拟的准确性，系统辩证地分析并模拟了污水治理企业在生产、盈利、可持续发展及其评价方面的动态变化。研究可为政府和政策制定者的主动管理提供污水治理关键信息，改变被动的、纠错式的服务方式，更加便捷地考察决策效果，为污水治理企业的战略发展提供科学依据和参考，同时，对保障城市水环境健康、提升城市居民生活质量、实现可持续发展具有重要意义。
　　论文首先探讨了系统动力学在污水治理企业的发展问题的适用性。系统动力学要求系统的思考，甄别污水治理企业与外界及其自身系统中存在的物质元素以及元素之间的信息传递。污水治理企业可视作社会经济系统中的一个重要元素，与系统中其它元素有着错综复杂的因果或相互关系；而污水治理企业自身亦可作为一个复杂的系统，各组织结构间同样存在着物质和信息的交流，系统动力学的理论可用于探索污水治理企业发展战略中的问题。
　　其次，为了合理规划污水治理企业污水处理能力，需要准确把握城市污水量变化趋势。在分析城市污水量影响因素的基础上，确定了影响因素之间的因果及相互关系，构建了城市污水以及水污染系统动力学模型，从社会经济发展的角度考察不同发展政策下城市污水以及水污染的变化情况。结果表明：GDP的增长会导致城市污水量的增长，提高生活污水处理服务费对抑制污水的排放有显著作用；在经济高速增长而资源利用粗放的情况下，城市污水以及水污染增长最为迅速，因而不能盲目追求经济的增长而忽视资源节约；短期内相比于GDP增长速度，万元GDP水耗对城市污水的增长影响更大，长期而言经济增长速度影响更为突出，因而对节水措施的有效执行是减少污水产出的有效途径。
　　在水务行业市场化过程中，污水治理企业发展盈利的重要来源是污水处理服务费的征收。为解决污水服务价格、政府补贴以及居民实际支付的污水处理服务费价格的均衡问题，实现公私合作模式（PPP）下的污水处理项目三个参与方的利益均衡、社会福利最大，构建了污水价格的系统动力学-多目标规划（SD-MOP）耦合模型，并实现了两个模型的交互工作。案例分析表明：在调价频率方面，特许期后半段调价较为频繁，主要原因是污水处理成本的增长较快，前一期的污水结算价格不能满足私人企业合理的收益。
　　从经济、社会和环境三个维度出发分析了污水治理企业可持续发展的影响因素，建立因素之间信息反馈回路，构建了污水治理企业可持续发展系统动力学模型，并通过设定不同的未来发展情景以探究不同政策下的污水治理企业可持续发展状况。研究结果表明：1）未来情景模拟中，环保投资的增加对环境质量的提升有着显著的效用，增加污水处理能力能大量减少未经处理而直接排放的污水量；2）在经济水平方面，增加污水处理服务费对企业经济水平的增长作用明显；3）对于企业社会责任的履行，环保投资的增加对其影响程度最大。
　　最后，确定了污水治理企业可持续发展评价指标，构建了综合评价方法，并与可持续发展系统动力学模型耦合以实现污水治理企业可持续发展的动态评价。结果显示：短期内增加环保投资对可持续发展贡献最大，但与其它两种情景相比差距并不大；长期来看，在一定程度上增加污水处理能力增长率对于污水治理企业的可持续发展的提升最为显著；而环保投资的增加和污水处理服务费的增加也均对可持续发展的提升有所贡献；污水治理企业的可持续发展战略应以提升污水处理能力为主，并增加环保支出，同时制定合适的污水处理服务费价格。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 污水治理企业战略分析

1.4 研究目的及意义

1.5 研究内容、方法及技术路线

2 污水治理企业发展的系统思考

2.1 系统动力学理论

2.2 系统动力学的应用

2.3 污水治理企业发展问题的系统思考

2.4 污水治理企业系统动力学建模方法

2.5 本章小结

3 城市污水及水环境变化动态模拟仿真

3.1 引言

3.2 用水量预测方法

3.3 影响城市污水变化因素分析

3.4 城市污水SD模型构建

3.5 案例分析

3.6 本章小结

4 PPP模式下的城市污水处理服务费动态决策

4.1 引言

4.2 城市污水处理服务费定价现状

4.3 污水处理服务费动态调整模型构建

4.4 案例分析

4.5 本章小结

5 污水治理企业可持续发展系统动力学研究

5.1 引言

5.2 污水治理企业可持续发展系统分析

5.3 污水治理企业系统动力学模型构建

5.4 案例分析

5.5 本章小结

6 污水治理企业可持续发展动态评价

6.1 引言

6.2 可持续发展评价研究概述

6.3 污水治理企业可持续发展动态评价模型

6.4 案例分析

6.5 本章小结

7 结论与建议

7.1 结论

7.2 主要创新点

7.3 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士期间发表论文及专利

附录2 参加的科研项目

附录3 SD方程

附录4 MOP模型MATLAB代码

附录5 问卷调查表