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user: 3. 实证分析 随着我国城市化的进程，城市生活垃圾产量不断增加，环境污染日趋严重，严重制约了城市的可持续发展。而生活垃圾分类与治理，既是一个城市文明的重要标志，也是节能减排的重要组成部分。 3.1. 数据来源及处理 通过研究分析长沙市城市生活垃圾处理模式，依据系统动力学建模的原则和方法，综合考虑人口、政策、经济、社会等因素，本文借助Vensim PLE软件构建了长沙市生活垃圾分类治理模型(一)，见图1，该SD模型主要包括人口子模型、生活垃圾收集与回收子模型和垃圾处理子模型，共同构成一个动态反馈的复杂系统。有关我国城市生活垃圾分类与治理的问题及相关分析，见表1，而本文研究范围包括长沙市城乡所有区域，时间的模拟边界为2010~2025年，模型中主要的数据以及参数来源于2011~2017年《中国城乡建设统计年鉴》、2010~2017年的《长沙市统计年鉴》、《长沙市城市总体规划(2003~2020年) (2014年修订)》以及《长沙市环境质量状况公报》，而2017~2025年的参数数据根据历史统计资料及趋势外推法获得。 图1. 长沙市生活垃圾分类治理模型(一) Table 1 Classification and treatment of municipal solid waste in China and its analysis tabl 主体 主要问题 具体表现 原因分析 公众 分类意识及普遍不高 公众未能深刻认识到生活垃圾分类的 目的和意义，对垃圾如何分类、 如何投放、以及垃圾资源循环利用 等不了解。 我国并未实行强制垃圾分类， 公众认为垃圾分类麻烦，参与度不高； 宣传工作收效甚微， 个人垃圾分类意识形态尚未形成。 政府 政策型 法律法规不健全 立法过于原则性、法律责任不够明确、缺乏综合性法律； 分类处置收费制度尚未完善。 我国城市生活分类起步较晚， 相应的立法体系不够健全； 对于违法行为，缺少相应的行政处罚措施， 治理型 落实不到位 垃圾分类的公共设施建设不完善； 分类标准不一、处理效率低。 分类标准众多，阻碍了垃圾分类工作有效开展； 各地区的政策文件未能贯彻落实， “形象工程”颇多。 社会 组织 市场化运作机制 推行缓慢 企业参与度较低，整体技术水平低。 产业机械化和自动化程度低，垃圾回收变现价值低， 缺少专业化管理、精细化操作和产业化运营。 表1. 我国城市生活垃圾分类与治理问题及分析表 3.2. 系统动力学模型的构建分析 城市“垃圾围城”困境是一个复杂的社会经济问题，是多重矛盾综合作用产生的结果，其治理较为复杂，在众多治理措施中，许多政策产生了一定的效果，缓解了城市生活垃圾日益增涨的难题。但是，由于不注重对“垃圾围城”的成因分析以及缺乏对生活垃圾分类难题的客观规律的认识，目前对城市生活垃圾的分类治理往往会和预期效果产生一定的偏差，大部分垃圾分类试点城市收效甚微，城市“垃圾围城”的困境始终难以摆脱。 1) 模型参数的选择与界定 城市生活垃圾治理包括源头分类，收集、回收利用和末端处理环节，是一个极其繁琐的系统，而传统垃圾处理研究中采取的静态方法模型、经济分析方法和数学模型结合的生活垃圾治理系统，在实际应用中存在一定的缺陷，如方法和模型过于简单、易产生较大误差、不符合实际情况，而本文研究运用的系统动力学模型(system dynamics， SD)能分析社会、经济、生态方面的复杂问题，不仅能动态模拟出未来城市生活垃圾总量的发展趋势，还能反馈和调控城市生活垃圾处理各环节上的问题，帮助政府进行宏观调控。因此，笔者在借助前人研究成果的基础上，以长沙市具体情况为依据，构建了长沙市生活垃圾分类治理模型，模拟预测长沙市未来常住人口规模、生活垃圾产生总量、回收量和分类收集量，对不同垃圾处理方式年处理量进行总结分析，为长沙市绿色发展与公共治理的和谐共生提供对策建议，助力长沙市生态文明建设。 经过系统因果关系分析和建立系统存量流量图后，可以对系统的存量流量图输入模型初始参数、方程和表函数，从而对模型进行仿真。 长沙市自2010年至今，一直保持“清运量 = 处理量 = 无害化处理量 = 卫生填埋量”，无害化处理能力也逐年提高。虽然实现了全市生活垃圾无害化处理，但是处理方式仅有卫生填埋一种，因此长沙生活垃圾处理承载能力较薄弱。表2和表3展示了模型参数的方程表达式和初始值。 Table 2 Parameter description table of System Dynamic 模型参数 含义 数学表达式 R P t 常住人口 R P t − 1 × ( 1 + γ ) S w 生活垃圾产生总量 S i n c 无害化处理量 S w × α 1 S s l 卫生填埋处理量 S w × α 2 S c o 生活垃圾分类收集量 S w × α 3 S r e 生活垃圾回收量 S w × α 4 V s l 卫生填埋场总容量 — V ′ s l t 卫生填埋场剩余容量 V s l − S s l W t 卫生填埋年投入 w 0 ( 1 + α 5 ) t 表2. 系统动力学模型参数描述表 Table 3 Initial values of some parameters of the System Dynamic 模型参数 初始值/取值 单位 α 1 100 % α 2 100 % α 3 25 % α 4 20 % α 5 5 % β 12 % γ 1.69 % V sl 4.5 × 10 7 立方米 w 0 5.5 亿元 表3. 系统动力学模型部分参数初始值 2) 模型的有效性检验 模型的检验步骤主要包括结构检验、量纲检验和历史性检验。结构检验是在整个模型构建过程中，出现结构问题时，系统会自动提示，令操作者进行修正。量纲检验是检验方程两边的量纲是否一致。历史性检验是选定过去的历史数值作为参照值，然后从初始值进行模拟，将得到的结果与历史数据进行误差检验、关联度检验等，以判断该系统是否可以反映实际情况。本模型已经通过了结构检验和量纲检验。 选取长沙市2010~2017年常住人口和生活垃圾产生总量的实际数据对上述模型进行历史性检验，检验结果如表4所示。表中，长沙市常住人口模拟值与实际值最小误差为0，最大误差为1.77%，垃圾产生总量的模拟值与实际值的最小误差为0.53%，最大误差为8.91%，两者模拟值的相对误差均小于10%，与实际值相差较小，认为该系统反映了长沙市城市生活垃圾处理的实际情况，可进行进一步的实际模拟。 Table 4 A historical test of Changsha’s resident population and total waste generation in 2010~201 年份 常住人口/万人 垃圾产生总量/万吨 模拟值 实际值 误差/% 模拟值 实际值 误差/% 2010 704.07 704.07 0.00 110.89 106.89 3.74 2011 709.92 709.07 0.12 128.09 134.30 −4.62 2012 720.02 714.66 0.75 151.96 143.74 5.72 2013 730.37 722.14 1.14 173.18 182.61 −5.16 2014 741.53 731.15 1.42 185.42 173.25 7.02 2015 754.40 743.18 1.51 204.12 203.04 0.53 2016 778.05 764.52 1.77 219.52 215.28 1.97 2017 793.19 791.81 0.17 257.85 283.08 −8.91 表4. 2010~2017年长沙市常住人口与垃圾产生总量历史性检验 3.3. 系统动力学模型的模拟运算 1) 现状分析 近年来，长沙市生产总值以远超14.5%的速度高速增长，受到经济因素和政府政策的影响，人口自然增长率自2014年以来就保持着9%的速度，常住人口稳定增长，直接影响长沙城市生活垃圾的产生量。目前，长沙垃圾收集率已达100%且基本实现无害化处理，垃圾分类收集率和垃圾回收率分别估计为25%和20%，垃圾处理方式主要以填埋为主，累计卫生填埋垃圾800多万吨，难以承受与日俱增的垃圾量，而垃圾焚烧厂自2018年运行以来，长沙市生活垃圾处理承载能力得到大幅提升。但由于垃圾焚烧厂运行时间短，本文模型中没有到垃圾焚烧处理对长沙市生活垃圾分类治理的影响。 2) 基础结果模拟与分析 图2展现的是长沙市2010~2025年常住人口规模的变化趋势。2010年长沙市拥有常住人口704.07万人，2017年长沙市常住人口达到791.81万人，年均增长率为1.69%。2017~2025年长沙市常住人口呈平稳增长趋势，估计2025年长沙市常住人口将达到850万人左右。随着地区人口的增加，生活垃圾产生总量也随之增加，笔者预测长沙生活垃圾将从2010年的117.3万吨增加到2025年的258.9万吨，人均垃圾产生量从目前的0.98 kg/day增加到2025年的1.1 kg/day左右。 图2. 长沙市2010~2025年常住人口规模基础模拟结果 图3展现的长沙市2010~2025年生活垃圾产生总量、回收量和分类收集量的变化趋势。笔者注意到2018年施行的《长沙市生活垃圾分类制度实施方案》提出，从2018年起，通过源头减量和资源化利用，全市每年生活垃圾自然增量与分类减量基本持平，到2020年，全市生活垃圾回收利用率要达到35%以上，并硬性要求各行政区确保每一年的生活垃圾清运量与上一年保持持平，控制生活垃圾来源。因此，在图3中，2018~2025年，长沙市生活垃圾产生总量保持低水平的增长，同时随着长沙市垃圾分类工作的逐步深入落实，生活垃圾的分类收集量和回收量也逐年增加。但是两者的增幅仍低于垃圾产生总量的增幅，垃圾分类形势依然严峻。 图3. 长沙市2010~2025年生活垃圾产生总量、回收量和分类收集量模拟结果 图4展示了长沙市2010~2025年不同垃圾处理方式的年处理量。由图3和图4看出，长沙市在2025年将面临着生活垃圾258.9万吨，人均垃圾产生量1.1 kg/day。长沙市在2018年之前，生活垃圾处理主要依靠唯一的城市固体废弃物处理场，该项目占地2610亩，处理场总库容达4500万立方米，日处理生活垃圾能力最高可达4000吨，目前已累计卫生填埋垃圾800多万吨，难以承载与日俱增的垃圾产量。2018年长沙首个生活垃圾焚烧发电厂投入试运行，每天可以清洁焚烧处理生活垃圾5000吨，年发电量达5.18亿度，实现全市生活垃圾日均填埋量下降至1500吨，焚烧率达80%。据此，不难看出新增垃圾焚烧处理方式后，长沙市生活垃圾处理承载能力得到大幅提升，同时按照项目设计处理规模，全市每年约180万吨生活垃圾可得到清洁焚烧处理，项目二期工程预计在2020年竣工，届时长沙市生活垃圾焚烧可达到日均8000吨，同时推进垃圾分类减量，实现全焚烧，零填埋。因此2018~2025年，长沙市垃圾填埋总量大幅下降，垃圾焚烧逐步成为最主要的生活垃圾处理方式。 图4. 长沙市2010~2025年不同垃圾处理方式年处理量基础模拟结果 3) 模型不足与优化 鉴于长沙市垃圾焚烧发电项目(一期)目前仅运行一年，其对长沙城市生活垃圾治理方面的成效暂未明确，但未来几年，长沙市会加大垃圾焚烧长的投资力度，垃圾焚烧量会持续超过垃圾填埋量，同时随着长沙市生活垃圾深度综合处理(清洁焚烧)二期项目、岳麓区大件垃圾、园林绿化垃圾综合处理场和长沙餐厨垃圾无害化处理项目等多个生活垃圾资源化项目的建成运行，在可预见的将来，长沙市生活垃圾分类治理将进入新阶段。因此综合考虑人口、经济、社会等因素，本文在长沙市生活垃圾分类治理模型(一)的基础上，加入了垃圾发电子模型以及垃圾宏观经济子模型，和人口子模型、生活垃圾收集与回收子模型和垃圾处理子模型相互联系、相互作用，在Vensim PLE的窗口中经过整合成为长沙市生活垃圾分类治理模型(二)，为长沙市未来城市生活垃圾处理方式与治理模式提供一个可行度高，而且更加资源化、高效化的模式，如图5。 本研究模型仍存在不足，如对垃圾减量的影响因素考虑不全面，经验不足导致模拟结果存在误差。但不可否认的是，科学治理好城市生活垃圾是城市生态文明建设中必不可少的环节，城市生活垃圾治理SD模型运行结果显示长沙市的垃圾产生总量会在未来几年里持续增长，因此加大垃圾回收利用力度，提高垃圾分类收集率，能有效减少垃圾产量，实现资源最大化利用，同时提升垃圾焚烧比例，不但可以缓解垃圾填埋场压力和延长其适用寿命，而且能将垃圾转化为电能，实现垃圾资源化，此外，宣传力度和政府的资金支持等方面也可以实现长沙市生活垃圾资源化处理，具体对策建议会在下章提出。 图5. 长沙市生活垃圾分类治理模型(二)