可持续发展评价是区域水资源综合评价的重点之一,也是可持续发展研究关注的焦点之一。联合国环境与发展会议的 《21世纪议程》第40章明确指出:“国民生产总值或个别资源或污染流动的计量单位等常用的指标,不能充分说明可出现发展能力。目前,用来评价不同部门的环境、人口、社会和发展参数之间相互作用的反复尚未充分制定或应用。必须制定出可持续发展的指标,以便为各级决策提供坚实的基础,并促进一体化环境与发展体现能自我调节的可持续发展能力。”还进一步要求:“各国在国家一级,国际组织和非政府组织在国际一级应探讨制定可持续发展的指标概念,以确定可持续的指标。”联合国持续发展委员会第二次会议 (纽约,1994年5月)强调:目前急需建立起持续发展的评价指标,它直接关系到持续发展的能否实现,是持续发展研究的关键问题,也是持续发展研究的热点和难点之一。

事实上,在可持续发展概念形成的同时,人们就开始着手建立可持续发展评价的指标和指标体系。可持续发展评价指标以比较简单的方式向人们提供持续发展过程的信息。指标体系是建立在某些原则基础上的指标集合,它是一个完整的有机整体,而不是一些指标的简单组合。可持续发展指标或指标体系至少具备三个功能:首先,它应该能描述和表现出任一时刻发展的各方面的现状；其次,要能够描述和表现出任一时刻发展的各个方面的变化趋势；第三,要能够描述和表现出发展的各个方面之间的协调程度。

现有可持续发展评价指标和指标体系,有三种评价类型,即:效益评价主要是经济评价、特性评价以及它们的折中；有三个发展趋势:第一,从定性分析到定量评价；第二,从单一综合指数到多维指标体系；第三,从区域可持续发展测度延伸到特定领域可持续发展评价。我们首先概述区域水资源系统外部环境可持续发展指标,特别是区域可持续发展测度指标研究现状,然后深入系统内部,探讨其可持续发展测度指标。

4.1.5.1　效益评价指标

美国经济学家Nordaus和Tobin (1972)对衡量发展的传统指标——国民生产总值(GNP)提出挑战,因为GNP不能反映生活质量和环境效益,于是他们提出环境核算的概念,并用“经济福利”(Economic Welfare)来修正GNP。从此,许多可持续发展评价研究都集中在GNP的修正上,于是拉开了以评价对象系统效益为核心的评价指标研究的序幕。

Daly和Cobb (1989)用可持续经济福利(Index of Sustainable Welfare)测度可持续发展能力。这一指标的构成指标复杂,反映问题也较全面,它不仅反映人们生活水平的指标,而且有环境方面的指标,它不仅反映人们生活质量,而且反映生态破坏的影响。他们还计算了美国1950～1986年各年度的指数值。但是可持续经济福利指数实用面很窄,因为有些指标在许多国家几乎没有任何统计资料可资利用。

Y.阿罕默德等人 (1989)提出和持续发展相对应的国民收入应是 “持续收入”(Sustainable Income),SI是指在不减少产生社会福利的各项要素的总储量的情况下,有多少收入可用于消费。他们用持续收入水平是否增长或至少持平来衡量一个社会是否维持发展。SI=GNP-DK-Dn-R-A-N。其中,DK 为固定资产等生产资料的消耗；Dn为环境资源的减少或损失；R 为恢复环境损失的开支；A 为防止环境损失的开支；N 为过量开采可更新资源的价值。

Christain和Leipert(1991)则认为由GNP向ANP (调节的国民生产总值)的转移是度量持续发展的先决条件,用ANP 来衡量发展的成果更有利于持续发展。ANP 是GNP减去所有部门的“外部成本”,诸如环保支出；污染损失补偿支出；空间聚集、生产集中和城市化的外部成本；由不健康的消费和行为模式,以及生活和工作条件等引起的成本；日益增加的风险敏感性和安全敏感性的成本；生产过程中间环节的额外支出等。ANP与SI对GNP的修正相类似,但它更多涉及社会效果,由于这些社会效果的货币化非常困难,因此ANP的计算难度更大。

全球环境、社会与经济研究中心(CSEPGE)提出的持续性指数基于四种尺度:财政储蓄与国民收入的比值；人造资本(机器和道路等)；人力资本 (知识与技能等)和自然资本(自然和资源的储备)。CSEPGE 的D.Pearce(1990)提出弱持续性 (Weak Sustainability)和强持续性(Strong Sustainability)两个发展持续性尺度。如果用D 表示四种尺度构成的发展向量,用T 表示发展的时间尺度,则可持续发展就是发展向量D 满足:

弱续性准则要求环境破坏成本的贴现值对全部项目的总和来讲非负,而强持续性准则是指净环境破坏成本对全部项目的每个项目以及每个项目的每一时刻都非负。但是强持续性要求过分苛刻,因此Amsbery J.(1993)提出了 “持续性谱”的概念。持续性谱是指从弱持续性到强持续性的整个谱系,这一概念的目的是从弱持续性指标不断向强续性指标过渡。

联合国国际经济和社会事务部环境统计处主任P.Bartelmus(1992)提出综合核算,并给出一个净国内生产总值(ENP)的概念。ENP 由GNP 演绎而来,它将自然资源枯竭、环境质量退化、改进的成本和效益考虑了进去,将可持续发展定义为ENP 的长期增长。D.Pearce等人(1993)还提出绿色核算,并给出一个绿色国民生产净值 (GNNP)的概念。

式中:C 为国内消费总额；S 为国民储蓄总额；Km为人造资本的折旧；Kn1为自然资本的消耗；Kn2为自然资本的退化。

胡涛(1991)根据复合生态系统的理论,把一个生态经济系统商品和负商品的价值之和称为生态经济复合价值。他认为:

绝对复合价值:Ea=Vg-Cp-Ce

相对复合价值:Er=Vg/(Cp+Cc)

人均复合价值:E′a= (Ea,Er)/N

式中:Vg为商品的经济总价值；Cp为生产成本；Ce为生态成本；N 为人口总量。

因此,生态经济复合价值随时间的变化趋势可以作为可持续发展的判断标准。即:

为了消除GNP 固有的弊端,叶文虎等人 (1994)也提出一个新的国民生产总值(GNP*):

式中:ΔRV 为资源价值的增量；ΔECV 为环境承载力价值的增量。

他们还示例性给出几个衡量可持续发展能力的指标:GNP*,人均GNP*,单位废气排放产出GNP*,单位耗能产出GNP*,单位废水排放产出GNP*,单位废气排放产出GNP*等,通过指数化手段得到指数SDIi,求出协调度:,借以判断一个国家或地区的发展是否符合可持续发展战略的要求。

GNP 的修正指标还有不少,但据此判断可持续发展能力还很困难,因为评价对象往往是一个非常复杂的社会-经济-自然复合系统,分析它的持续发展过程必然涉及生态、环境、社会、经济等方面,因此需要有一个评价指标体系进行多维多层的评价。可持续发展测度也可以从效益出发即从生态效益、社会效益和经济效益出发。

张壬年等(1994)针对“持续农业与农村发展”(SARD)实验区提出SARD 评价指标库就是由6个社会效益指标,6个经济效益指标,5个生态效益指标和3个综合效益指标组成。他们具体评价了黑龙江省拜泉县的SARD。

张陆彪等(1992)引进协调系数概念用以测度可持续发展能力。他们提出用于准确判断系统进行发展中生态效益、经济效益和社会效益协调状况的静态协调系数λ和动态协调系数λ(t):

其中:Xi(i=1,2,3)分别是生态、经济和社会效益综合评价指数,他们还给出了判断标准,Xi的界定范围是:0.5～0.6为初级效益水平；0.6～0.7为中级效益水平；0.7～0.8为不良好效益水平。λ的界定范围:小于0.6为不协调状态；0.6～0.7为中级协调状态；大于0.8为优质协调状态。

蒋萍等(1994)则提出协调系数体系的概念,社会大系统为G,经济子系统为X1,社会生活子系统为X2,科技子系统为X3,则G={X1,X2,X3}。

王维国(1995)进一步拓展到五个子系统:人口再生产子系统为X1,资源再生产子系统为X2,环境再生产子系统为X3；居民再生产子系统为X4；物质资料再生产子系统为X5；科技再生产子系统为X6,则G={X1,X2,X3,X4,X5,X6}。协调系数体系的结构关系如图4.2所示。

图4.2　协调系统体系示意图

U(i/j)表示Xi系统对Xj系数的协调系数,U(i/j,k)表示Xi系统对Xj系统、Xk系统的协调系数,其余类推,其中,i,j,k,l,m∈{1,2,3,4,5,6},两个系统间协调系数为U(i,j):

三个系统间协调系数为U(i,j,k):

其余类推。通过协调系统体系,不但能描述各层次系统间协调发展程度,而且还可以逐层进行因素分析,为制定发展战略提供依据。

由此可见,系统协调发展首先意味着三种效益在时域 [T0,T1]内持续增长；其次意味着这三种效益对于综合效益的离差应控制在一定的范围之内。因此,当出现下列三种情况之一时,可判定系统发展不协调:

4.1.5.2　特性评价指标

特性评价指标是通过评价对象系统表现出来的特性来测度评价对象的可持续发展能力。这里的特性并非系统单个组分的性质,也不是系统结构或系统功能的一个侧面,而是系统结构和功能交互作用的结果或基本表现,系统特性足以反映出系统结构和功能的状况和水平,因此,特性评价不失为一种很好的可持续发展测度途径。特性评价最早来自Conway的农业生态系统特性评价理论,Conway (1985)针对农业生态系统的特性(Properties of Agroecosystem),提出可持续农业的评价指标:生产力 (Productivity)、可持续性(Sutainability)、稳定性(Stability)和公平性(Equity),如图4.3所示。

他指出,一个理想的农业系统应当能够提供较高的产量,在气候正常波动下保持稳产；在破坏性因素作用下产量虽暂时下降,但随后可以恢复到原有水平,而决不至于从此低产甚至绝产崩溃；农业收入也能较公平地分配,大多数人获得中等收入,极少数人获得较高或较低的收入。这四个特性评价指标虽然源于农业生态系统,但它适用于所有生产力系统,因此,许多可持续发展特性评价指标都是建立在这个基础上。

Marten (1988)在Conway 的基础上增加了自主性 (Autonomy),张陆彪等人(1992)针对Conway特性评价的每一个指标,给出具体评价要素组,进行量化评价。袁从伟等(1993)用协调性 (Homogeneity)代替生产力指标,并给出了每个指标具体的算法。

图4.3　可持续性解释示意图

任久长等(1994)提出一个颇具特色的可持续发展特性评价指标:生态系统整合性。生态系统整合性(Integrity of Ecosystem)是指生态系统在其所处的地理条件下,发育最佳的一种状态,它包括总能量的输入,可获得的水和营养资源,以及物种迁移定居历史等。它是关于生态系统结构、功能及其健康状况的总体认识,既包含物理、化学和生物特征,又包括社会、经济和文化特征。生态系统整合性指标可从结构性指标,如群落组成、种群大小、土地、气候等和功能性指标,如能量流、物质流和信息流等的分析中得出。他们虽然也提出了建立指标体现的原则和方法,但未能给出具体的状态变量。

叶谦吉(1994)则提出一个称脆弱性指数(Fragile Index)的特性评价指标,其定义是:FI=EE×EL×ER×EP/ES,具体算法如下:

其中:Qi为第i年有用能量的产出值；Pi为第i 年投入的能量。他们还具体给出判定标准的临界值。

叶文虎等人(1994)认为:可持续发展是一个动态的概念,只要一个社会在每一个时间段内都保持资源、经济、社会与环境等四个系统相协调,那么这个社会的发展就符合可持续发展要求,这样可持续发展测度的重点就是四大系统的描述以及相互协调程度的质量。他们引入了一个新的特性评价指标:协调度。

假设多元发展状态变量D(di1,di2Λdin),映射:R:D n→[0,1]为D 上的n 元关系,若(d1,di2Λdin)Dn,ri1,i2Λin∈[0,1]则称ri1,i2Λin= R(di1,di2Λdin)为(di1,di2Λdin)对n元关系R 的协调度。

对于由资源、经济、社会和环境四个子系统组成的社会发展大系统D(d1,d2,d3,d4),如果确定映射关系R,则其协调度为:R(d1,d2,d3,d4)∈[0,1]。因此,衡量一个社会发展是否符合可持续发展目标的思路是:状态(d1,d2,d3,d4)——协调度R(d1,d2,d3,d4)—可持续发展微分d SD/d t——可持续发展函数SDCT。叶文虎等人(1996)根据科学性、实用性、敏感性、完备性、稳定性、层次性、相关性和简明性原则还提出全球和国家二级可持续发展指标体系框架如图4.4所示。

图4.4　全球和国家 (或地区) 两级可持续发展指标体系框架图

(a)全球；(b)国家

但是他们未能给出可以量化的具体指标,郝晓辉(1996)在此基础上,针对资源、经济、社会与环境等四个系统分别提出一些量化指标。

潘存德(1995)也提出了一个测度发展持续能力的协调度 (Degree of Harmony)概念。协调度(DH)是区域自然—社会复合系统结构与功能关系的反映,其定义为:

式中:d(x1,x2Λxn,λ,t)为人类发展的状态函数；e(y2,y2Λym,μ,t)为生态环境的状态函数；xi(i=1,2,…,n)为人类发展的状态变量；yi(i=1,2,…,n)为生态环境的状态变量；λ,μ 为参数；t为时间。

他分别从反映人类发展水平的标志:物质生活质量、文化水平、健康水平和反映生态环境质量的标志:环境质量、生态质量等五个方面选取14个量化指标,计算了新疆伊犁河流域的DH 值。

牛文元等(1993)认为发展是:“一个自然-社会-经济复合系统的行为轨迹,该矢量将导致此复合系统朝着更加均衡、更加和谐、更加互补的方向进化”。他们从空间尺度上对WCED 的可持续发展定义作了补充,并且给出了测度区域可持续发展的特性评价要素:承载力、生产力、稳定性、缓冲性、缓冲力和调控力；相应的评价指标:资源丰度、经济强度、社会稳定性、环境容忍度和决策合理度以及评价的流程图如图4.5所示。

这一评价思想逐渐被许多学者接受:傅伯杰(1993)用承载力、稳定性、缓冲性、缓冲力、生产力和调控力衡量区域可持续发展的能力 (SDA),并且用SDA 作为区域生态环境预警的综合指标。他从自然资源、生态破坏、环境污染和社会经济四个方面选取26个指标,建立区域生态环境评价和预警的指标,对我国各省区的生态环境质量进行评价、排序和预警。蔡运龙(1995)认为:持续发展的实质是正确处理人类与环境的关系和人与人的关系,因此,可持续发展的测度就是人类生态系统持续性的评价。人类生态系统的特性评价指标有:生产力、稳定性、恢复力、公平性、自立性和协调性。(www.daowen.com)

孙玉军(1995)在物质需求度 (DM)、核心发展度 (DC)、经济富强度 (DEC)、资源丰富度(DR)和环境容忍度(DSD)等五个方面的31个指标基础上,综合计算可持续发展度(DSD),他用DSD 实测了福建省明溪县可持续发展的能力,还用系统力学预测了未来的DSD 值。牛文元等(1994)则提出了一组用于比较不同地区持续发展能力和水平的指标体系:

(1)社会的稳定度即社会有序的保持能力；

(2)社会的安全度即社会守法的自控能力；

(3)社会的保障度即社会福利的支配能力；

(4)社会的舒适度即社会环境的净化能力；

(5)社会的公益度即社会的自助互助能力；

(6)社会的抗逆度即社会的自救能力；

(7)社会的满意度即社会准则的共识能力；

(8)社会的文明度即社会公德的约束能力；

(9)社会的控制度即社会管理的公权能力；

(10)社会的自力度即社会恢复的重建能力。

牛文元(1995)分析了限制中国发展的七个基本因素:

(1)人口的数量和质量(P)；

(2)生存支持系统(第一性生产力)的保证度(B)；

图4.5　区域可持续发展的特性评价及其流程图

(3)发展支持系统(资源总体能力)的供给度(D)；

(4)经济支持系统的协调度(E)；

(5)环境支持系统的容忍度(T)；

(6)社会支持系统的稳定度(S)；

(7)中国中观决策支持系统的智能度(M)。

进而提出中国发展能力方程(DCF)如下:

式中:f(·)为贮存能力变量；xi为供给丰度变量；yi为发展选择变量；zi为限制能力变量。

这个概念式方程包含12个子方程,在此基础上,他对中国21世纪可持续发展状况进行了预测,并总结出:“控制人口,节约资源,保护环境,维持稳定,科学决策”的行动纲领。

4.1.5.3　折中评价指标

除了上述两类评价指标外,还有一类可持续发展评价指标,它们要么介于效益评价和特性评价之间；要么是两者的综合；要么从其他角度出发,我们统称为折中评价指标。

以色列希柏莱大学的道夫尼尔(1983)提出用城市人口百分比(UP)表示发展度,用文盲人数百分比(DN)表示人类对自然演替缺乏知识的感应度,用(UP+DN)/2表示地理环境的容忍度,若(UP+DN)/2＜50%,则说明地理环境相对安全,若(UP+DN)/2＞50%,则表示人类活动的影响超过了地理环境容忍度。

道夫尼尔考虑了社会和人文因素,如果加上自然因素,就有一种称作影响地理环境的潜在指数(M):

式中:kci为气候常数；krj为地形常数；R 为研究区域包含的气候带数；S 为研究区域包含的地带数。

Liverman等(1988)则用物质生活质量指数 (Physical Quality of Life Index)和消耗能源进口百分率(Energy Imports as A Percentage Consumption)这两个指标来测度发展的可持续。

IUCN,UNEP和WWF (1991)提出测量可持续性社会实现进展的两类指标是:生活质量指标和生态可持续性指标。生活质量指标采用UNDP的两项指数:人类发展指数(HDI)和人类自由指数(HFI)。HDI有三方面内容:

(1)长寿,通过人出生后预期寿命来测量。

(2)知识,通过人识字率和上学平均年限来测量。

(3)收入,通过人均国内生产总值 (GNP)测量,并根据各国购买力和官方兑换率扭曲影响调整其差距后,计算出真实的GNP,并用反映来自收入的报酬递减来进一步调整。

HFI是查尔斯.休曼纳 “世界人权指南”的变形,共使用40个要素来测量自由度。生态可持续性指标包含三方面内容:

(1)保护生态的生命支持系统和生物多样性。

(2)确保可再生资源的使用是可持续的,并将不可再生资源的耗竭减至最低程度。

(3)保持在支持性生态系统的承受能力内。生态可持续性指标的每个方面又有许多初级、一级和二级指标构成。

赵景柱(1991)认为,建立持续发展指标体系要以复合生态为出发点,以持续发展的目标为核心,以人类需求的满足为基点,并体现出持续发展的基础、途径及实现的程度。据此,他建立了包括人类需求、资源利用、经济和社会四个方面的60个指标构成的可持续发展评价指标体系,利用赋权关联法建立了一个综合满意度函数,来反映系统整体的发展效果。人类需求指标反映持续发展核心目标,资源利用指标反映持续发展的资源基础情况,经济指标反映持续发展的过程,社会指标反映持续发展和社会的宏观状况,但缺少反映复合生态系统各子系统之间协调程度的指标和反映政府行为的指标。

赵景柱等人(1995)还给出了两个概念式指标:年度持续发展指标A(t)和世代持续发展指标G(t)。它们的定义是:

式中:t为年度；fi为关于指标xi的某种度量；pi为指标xi的权重。

对于任意的t1和t2,t2＞t1,如果都有:A(t2)＞A(t1)或G(t2)≥G(t1),则表明评价系统处于持续发展轨道。

咎延全(1991)提出人口、资源与环境协调发展的三大范畴:广义资源、竞分元与竞分规范。广义资源是自然资源概念的引申与推广；广义资源所对应的广义主体称作竞分元；竞分规范是指竞分元在广义资源的竞争配置和开发利用时应遵从的原则,包括生态规范、社会规范和经济规范。衡量宏观层次的广义资源配置的合理性可用持续发展指标(IS):

g(·):自变量中数值为1的数量。

测度微观层次的广义资源配置的合理性可用社会经济过程与生态过程的耦合度(IO)

式中:f1(x 1,x 2∧,xn,λ,t)为社会经济过程函数；f2(x 1,x 2∧,xn,μ,t)为生态过程函数；λ,μ 为参数；t为时间；T1,T2分别是社会经济过程和生态经济过程的特征时间长度；t1,t2分别是f1与f2交点的横坐标投影后所对应的位置；t1∈[-T1,T1],t2∈[-T2,T2]。

社会经济的发展以不降低持续发展指标(IS)和耦合度指标(IO)的数值为前提,逐步建立和完善广义资源在个竞分元之间的竞争分配规范。

Kunugi(1992)则认为:可持续性(S)是全球目前和未来人口(P)公平分享资源(R)和技术(T)的数值,因此S=R×T/P,这只是一个概念等式,实际量化非常困难。

赵秦涛(1991)提出了测度城市工业可持续发展的折中评价指标体系,其评价指标(IO)的定义是:

式中:E=f 1(M,E,I,L,C)代表效率,用以测度流经系统的物质(M)、能量(E)、信息(I)、资金(C)及其利用效率,利用深度和利用广度。B=f 2(S,J,N)代表效益,用以测度系统的社会效益(S),用生活质量表示；经济效益(J),用经济贡献率表示；自然环境效益(N),用环境质量表示。A=f 3(R,S,V)代表系统的可持续能力,用以测度系统过程稳定性,用循环再生功能(R)、协调共生功能(S)和自生活力(V)来测度。

其中的f,f 1,f 2,f 3表示各级指标要素的综合判断方法,他们还把IO应用到马鞍山城市生态对策的研究之中。基于这个思路,贾敬业(1992)建立了一个涵盖E、B 和A三方面共36个指标体系,用于县城可持续发展能力的测度,实测了江苏大丰生态县可持续发展能力。

郑杭生(1993)提出了以人的全面发展为中心的社会运行和发展指标体系,这一体系体现了可持续发展以人为中心或满足人的多方面需求为中心的思想,其顶层结构如图4.6所示。

图4.6　以人为中心的社会运行与发展指标体系的顶层结构图

这一指标体系包含三个指标系统:

(1)物质生产和物质生活指标系统:由5个二级指标,24个三级指标构成。

(2)社会生活及社会关系指标系统:由5个指标22个三级指标构成。

(3)个性发展活指标系统:由4个二级指标以及15个三级指标构成。

张志强(1994)认为,一定区域的人口(P)、资源(R)、环境(E)和发展(D)问题之间相互作用、相互影响、相互制约而构成紧密相连的统一体即区域PRED 系统。他建立了从人口发展、资源数量与利用、生态与环境、经济发展四个截面评价区域持续发展的指标体现,但是这个指标体系信息涵盖不全,缺少社会发展指标。