经济波动下矿区产业生态系统脆弱性机理、评价模型与恢复力提升研究

To achieve green and low carbon development of mining area, the industrial mode based on industrial metabolism and symbiotic coupling has become a basic developmemnt paradigm. However, due to the unique industry link and growth environment, the vulnerability of mine industry ecosystem (MIES) has become increasingly prominent. Based on crossed multidisciplinary research techniques and dimensions, mixed multi-source data and knowledge, this research mainly focuses on the mine area which is developping coal chemistry. First, we will investige the formation and evolution mechanism of vulnerability of MIES in response to the macroeconomic fluctuations. We will also illustrate the driving mechanism and amplification effect of multiple disturbance (e.g., change of energy price, market demand, government policies and industrial technologies) on vulnerability of MIES. Then concerned on coupling relationship of elements of the MIES, uncertainties and the incompleteness of information, the integrated optimal data mining method will be adopted to construct the theory approach and model of synthetical evaluation of vulnerability of MIES. Based on above, the evaluation and classification of vulnerability of MIES on seveal typical mine districts will be conducted. In the end, we will explore the factors and dynamic gerenating mechanism of MIES resilience. At this part, we will build the scenario simulation model of resilience. Basically from the levels of system, industry, enterprise and government, we will also propose optimal strategy choice for improving resilience at different disturbing situations. Our research findings will provide new theory support and decision references for the management of MIES adaptation.

基于产业代谢与共生耦合的工业模式已成为矿区绿色低碳发展的基本范式，但由于独特的产业链接属性和成长环境，矿区产业生态系统(MIES)的脆弱性问题也日益突出。本项目将以煤化工矿区为重点对象，基于多学科研究方法、视角的交叉和多源数据、知识的融合，首先开展经济波动下MIES脆弱性形成与演化机理研究，阐明能源价格、市场需求、政府政策和产业技术等因素多重扰动对MIES脆弱性的驱动机制和放大效应；然后，针对系统中蕴含的要素耦合关系、不确定因素和信息不完备性，运用集成化的最优数据挖掘方法，建立MIES脆弱性综合评价的理论方法与模型体系，进行重点矿区脆弱性实证评价与分级分类；最后，研究MIES恢复力的关键影响因素与形成机制，开发恢复力建设的情景仿真动力学模型，并通过模拟仿真从系统—产业—企业—政府四个层面，探寻不同扰动情景下恢复力提升的最优策略选择。项目成果将为MIES适应性管理提供新的理论依据和决策参考。

长期以来，煤炭工业在为经济发展做出巨大贡献的同时，其“资源—产品—废弃物排放”的单向线性生产模式也导致矿区生态危机日趋严重。在生态文明建设背景下，“资源—产品—再生资源”的工业代谢模式已然成为矿区绿色发展的基本范式。在各级政府部门的引导和干预下，我国70余个大型矿区采取建设循环经济园区等方式打造矿区产业生态系统（MIES）。然而，MIES独特的产业链接属性和成长环境使其相较于一般工业园区而言存在更为苛刻的稳定边界条件，导致MIES的脆弱性问题日益突出。当前兖州煤化工、阳泉煤化工、蒙西煤电灰铝建等MIES趋于瓦解的一个重要原因即在于此。为此，本项目遵循“实地调研→案例研究→理论阐释→模型构建→数学解析、统计检验或模拟仿真→获得结论→有效性研讨→对策建议”的基本思路，以经济学、管理学、生态学和系统科学的理论知识为基础，综合运用探索式多案例分析、计量统计、数据挖掘、数理分析、模拟仿真等方法，重点围绕经济波动下MIES脆弱性机理、评估方法与模型体系、恢复力形成机制及恢复力建设的“情景—应对”策略开展研究。.研究成果及其主要贡献如下：①基于典型案例分析和复杂网络理论构建了MIES脆弱性演化的自组织分析框架及三类MIES自组织演化动力学模型，首次从网络结构视角阐明了能源价格、市场需求等因素多重扰动对MIES脆弱性的驱动机制和综合放大效应，有助于深刻理解经济波动下MIES脆弱性机理和演化规律；②采用集成化的最优数据挖掘方法构建了集经济波动风险、生命系统敏感性与恢复力、生命支持系统稳定性三者于一体的MIES脆弱性综合评价理论与模型体系，有助于全面表征和科学评价MIES脆弱性程度，解决系统中蕴含的要素耦合关系、不确定因素和信息不完备等突出问题；③运用复杂系统动力学方法研究阐明了经济波动下MIES稳定域的跃迁机制及其关键影响因素，开发了恢复力提升“情景—应对”策略的动力学仿真模型，定量揭示了不同策略的累积效应、对冲效应和协同效应，为MIES的适应性管理和治理政策设计提供了新的理论依据。