省际交界区城镇化与生态环境耦合协调度分析

王语苓, 何伟. 省际交界区城镇化与生态环境耦合协调度分析——以晋冀蒙为例[J]. 环境保护科学, 2021, 47(5): 50-59. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021.05.009
引用本文: 王语苓, 何伟. 省际交界区城镇化与生态环境耦合协调度分析——以晋冀蒙为例[J]. 环境保护科学, 2021, 47(5): 50-59. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021.05.009
WANG Yuling, HE Wei. Analysis of coupling coordination between urbanization and ecological environment of inter-provincial border area ——A case study of Shanxi-Hebei-Inner Mongolia border area[J]. Environmental Protection Science, 2021, 47(5): 50-59. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021.05.009
Citation: WANG Yuling, HE Wei. Analysis of coupling coordination between urbanization and ecological environment of inter-provincial border area ——A case study of Shanxi-Hebei-Inner Mongolia border area[J]. Environmental Protection Science, 2021, 47(5): 50-59. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2021.05.009

省际交界区城镇化与生态环境耦合协调度分析

——以晋冀蒙为例
    作者简介: 王语苓(1995-),女,博士研究生。研究方向:可持续发展管理、区域环境与产业开发。E-mail:yulingwang1224@163.com
    通讯作者: 何 伟(1985-),男,博士。研究方向:可持续发展与环境政策管理。E-mail:heweinwnu@126.com
  • 中图分类号: X24

Analysis of coupling coordination between urbanization and ecological environment of inter-provincial border area ——A case study of Shanxi-Hebei-Inner Mongolia border area

    Corresponding author: HE Wei, heweinwnu@126.com
  • 摘要: 以晋冀蒙省际交界区为研究对象,通过构建城镇化和生态环境综合评价指标体系,借助于熵值权重法、综合评价法、耦合协调度模型和灰色关联度方法,对其城镇化与生态环境的耦合协调度的时空特征展开分析。结果表明:晋冀蒙省际交界区城镇化综合水平和生态环境综合水平总体均呈波动上升趋势,城镇化与生态环境耦合协调度呈逐年上升趋势,耦合协调度由最初的“城镇化滞后、生态环境超前”型的“濒临协调衰退—勉强协调发展”阶段,不断转向“城镇化滞后、生态环境超前”型的“良好协调发展”阶段;城镇化与生态环境基本上呈现低关联度关系特征。建议应加快提升城镇化水平,增强区域绿色经济发展能力,不断完善区域生态环境治理能力。
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  • 图 1  晋冀蒙省际交界区城镇化和生态环境的影响因素综合指数变化趋势

    图 2  晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境综合指数变化趋势

    图 3  晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境耦合协调度变化趋势

    表 1  城镇化与生态环境系统综合评价指标体系

    一级指标二级指标三级指标单位方向
    城镇化人口城镇化X1城镇人口比重%正向
    X2三产业从业人口比重%正向
    经济城镇化X3人均GDP元·人−1正向
    X4第二产业产值占GDP比重%正向
    X5人均固定资产投资元·人−1正向
    X6人均工业总产值元·人−1正向
    X7人均地方财政收入元·人−1正向
    社会城镇化X8百人公共图书馆总藏书量册·百人−1正向
    X9人均社会消费品零售额元·人−1正向
    X10人均教育经费元·人−1正向
    X11万人高等院校在校人数人·万人−1正向
    空间城镇化X12万人拥有建成区面积km2·万人−1正向
    X13人均城市道路面积m2·人−1正向
    X14城市建成区面积占市区比重%正向
    生态环境生态保障Y1建成区绿化覆盖率%正向
    Y2人均园林绿化面积hm2·万人−1正向
    Y3人均综合水资源利用量L/(人·日)−1负向
    生态压力Y4人均工业SO2排放量t·万人−1负向
    Y5人均工业烟尘排放量t·万人-1负向
    Y6人均生活垃圾产生量t·人−1负向
    生态响应Y7污水处理厂集中处理率%正向
    Y8生活垃圾无害化处理率%正向
    Y9工业固体废物综合利用率%正向
    一级指标二级指标三级指标单位方向
    城镇化人口城镇化X1城镇人口比重%正向
    X2三产业从业人口比重%正向
    经济城镇化X3人均GDP元·人−1正向
    X4第二产业产值占GDP比重%正向
    X5人均固定资产投资元·人−1正向
    X6人均工业总产值元·人−1正向
    X7人均地方财政收入元·人−1正向
    社会城镇化X8百人公共图书馆总藏书量册·百人−1正向
    X9人均社会消费品零售额元·人−1正向
    X10人均教育经费元·人−1正向
    X11万人高等院校在校人数人·万人−1正向
    空间城镇化X12万人拥有建成区面积km2·万人−1正向
    X13人均城市道路面积m2·人−1正向
    X14城市建成区面积占市区比重%正向
    生态环境生态保障Y1建成区绿化覆盖率%正向
    Y2人均园林绿化面积hm2·万人−1正向
    Y3人均综合水资源利用量L/(人·日)−1负向
    生态压力Y4人均工业SO2排放量t·万人−1负向
    Y5人均工业烟尘排放量t·万人-1负向
    Y6人均生活垃圾产生量t·人−1负向
    生态响应Y7污水处理厂集中处理率%正向
    Y8生活垃圾无害化处理率%正向
    Y9工业固体废物综合利用率%正向
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    表 2  耦合协调度判别标准和类型划分

    负向耦合(发展失调)正向耦合(协调发展)
    类型D类型D
    极度协调衰退0.00~0.09勉强协调发展0.50~0.59
    严重协调衰退0.10~0.19初级协调发展0.60~0.69
    中度协调衰退0.20~0.29中级协调发展0.70~0.79
    轻度协调衰退0.30~0.39良好协调发展0.80~0.89
    濒临协调衰退0.40~0.49优质协调发展0.90~1.00
    负向耦合(发展失调)正向耦合(协调发展)
    类型D类型D
    极度协调衰退0.00~0.09勉强协调发展0.50~0.59
    严重协调衰退0.10~0.19初级协调发展0.60~0.69
    中度协调衰退0.20~0.29中级协调发展0.70~0.79
    轻度协调衰退0.30~0.39良好协调发展0.80~0.89
    濒临协调衰退0.40~0.49优质协调发展0.90~1.00
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    表 3  晋冀蒙省际交界区域城镇化与生态环境综合指数变化趋势

    t/a新型城镇化综合指数生态环境综合指数
    张家口大同乌兰察布晋冀蒙张家口大同乌兰察布晋冀蒙
    20070.101 20.146 40.206 50.151 40.277 00.324 20.136 80.246 0
    20080.188 70.282 80.215 30.228 90.269 50.376 80.224 00.290 1
    20090.216 40.448 40.240 50.301 80.405 00.513 70.218 90.379 2
    20100.312 90.434 60.322 60.356 70.465 60.378 00.453 30.432 3
    20110.419 40.487 80.382 40.429 90.414 00.334 60.292 10.346 9
    20120.551 10.606 30.637 30.598 20.418 10.399 10.583 50.466 9
    20130.518 70.595 40.610 60.574 90.588 70.457 00.792 30.612 7
    20140.606 20.667 20.566 50.613 30.613 60.543 30.613 90.590 3
    20150.675 40.689 00.593 30.652 60.708 70.565 60.741 60.672 0
    20160.814 30.645 80.588 40.682 80.784 50.709 90.853 10.782 5
    20170.871 30.676 90.647 90.732 00.731 10.755 70.858 30.781 7
    t/a新型城镇化综合指数生态环境综合指数
    张家口大同乌兰察布晋冀蒙张家口大同乌兰察布晋冀蒙
    20070.101 20.146 40.206 50.151 40.277 00.324 20.136 80.246 0
    20080.188 70.282 80.215 30.228 90.269 50.376 80.224 00.290 1
    20090.216 40.448 40.240 50.301 80.405 00.513 70.218 90.379 2
    20100.312 90.434 60.322 60.356 70.465 60.378 00.453 30.432 3
    20110.419 40.487 80.382 40.429 90.414 00.334 60.292 10.346 9
    20120.551 10.606 30.637 30.598 20.418 10.399 10.583 50.466 9
    20130.518 70.595 40.610 60.574 90.588 70.457 00.792 30.612 7
    20140.606 20.667 20.566 50.613 30.613 60.543 30.613 90.590 3
    20150.675 40.689 00.593 30.652 60.708 70.565 60.741 60.672 0
    20160.814 30.645 80.588 40.682 80.784 50.709 90.853 10.782 5
    20170.871 30.676 90.647 90.732 00.731 10.755 70.858 30.781 7
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    表 4  晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境耦合协调度

    t/a耦合度C综合协调度T耦合协调度D耦合协调发展类型
    20070.889 60.198 70.419 1濒临协调衰退
    20080.986 10.259 50.503 7勉强协调发展
    20090.967 80.340 50.567 5勉强协调发展
    20100.976 90.394 50.620 8初级协调发展
    20110.988 20.388 40.618 9初级协调发展
    20120.985 90.532 60.723 8中级协调发展
    20130.990 20.593 80.765 1中级协调发展
    20140.997 70.601 80.774 8中级协调发展
    20150.994 10.662 30.811 2良好协调发展
    20160.988 30.732 70.850 4良好协调发展
    20170.990 40.756 80.865 5良好协调发展
    t/a耦合度C综合协调度T耦合协调度D耦合协调发展类型
    20070.889 60.198 70.419 1濒临协调衰退
    20080.986 10.259 50.503 7勉强协调发展
    20090.967 80.340 50.567 5勉强协调发展
    20100.976 90.394 50.620 8初级协调发展
    20110.988 20.388 40.618 9初级协调发展
    20120.985 90.532 60.723 8中级协调发展
    20130.990 20.593 80.765 1中级协调发展
    20140.997 70.601 80.774 8中级协调发展
    20150.994 10.662 30.811 2良好协调发展
    20160.988 30.732 70.850 4良好协调发展
    20170.990 40.756 80.865 5良好协调发展
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    表 5  晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境耦合协调度变化趋势

    t/a张家口市大同市乌兰察布市
    D耦合协调发展类型D耦合协调发展类型D耦合协调发展类型
    20070.385 0轻度协调衰退0.466 8濒临协调衰退0.405 6濒临协调衰退
    20080.471 1濒临协调衰退0.571 4勉强协调发展0.468 6濒临协调衰退
    20090.531 1勉强协调发展0.692 8初级协调发展0.478 7濒临协调衰退
    20100.611 8初级协调发展0.636 6初级协调发展0.614 0初级协调发展
    20110.645 5初级协调发展0.635 6初级协调发展0.575 5勉强协调发展
    20120.689 5初级协调发展0.701 4中级协调发展0.780 5中级协调发展
    20130.742 6中级协调发展0.722 2中级协调发展0.830 5良好协调发展
    20140.781 0中级协调发展0.775 9中级协调发展0.767 6中级协调发展
    20150.831 7良好协调发展0.790 1中级协调发展0.811 9良好协调发展
    20160.893 9良好协调发展0.822 9良好协调发展0.834 5良好协调发展
    20170.891 6良好协调发展0.845 7良好协调发展0.859 3良好协调发展
    t/a张家口市大同市乌兰察布市
    D耦合协调发展类型D耦合协调发展类型D耦合协调发展类型
    20070.385 0轻度协调衰退0.466 8濒临协调衰退0.405 6濒临协调衰退
    20080.471 1濒临协调衰退0.571 4勉强协调发展0.468 6濒临协调衰退
    20090.531 1勉强协调发展0.692 8初级协调发展0.478 7濒临协调衰退
    20100.611 8初级协调发展0.636 6初级协调发展0.614 0初级协调发展
    20110.645 5初级协调发展0.635 6初级协调发展0.575 5勉强协调发展
    20120.689 5初级协调发展0.701 4中级协调发展0.780 5中级协调发展
    20130.742 6中级协调发展0.722 2中级协调发展0.830 5良好协调发展
    20140.781 0中级协调发展0.775 9中级协调发展0.767 6中级协调发展
    20150.831 7良好协调发展0.790 1中级协调发展0.811 9良好协调发展
    20160.893 9良好协调发展0.822 9良好协调发展0.834 5良好协调发展
    20170.891 6良好协调发展0.845 7良好协调发展0.859 3良好协调发展
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    表 6  新型城镇化与生态环境灰色关联度

    X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13X14均值
    Y10.441 60.411 80.458 60.350 80.393 10.495 70.454 70.414 00.431 10.467 10.308 80.345 20.459 80.413 30.417 5
    Y20.531 70.370 00.611 90.353 00.571 50.521 50.541 70.388 50.587 60.556 60.366 20.537 20.708 80.440 80.506 2
    Y30.241 80.354 60.246 90.385 40.243 00.273 50.266 10.362 20.260 90.270 70.368 60.262 10.250 10.410 30.299 7
    Y40.293 80.314 90.276 00.478 30.339 80.291 80.272 60.330 60.281 60.272 10.379 90.327 00.328 70.366 70.325 3
    Y50.297 80.366 70.336 70.453 70.349 50.343 40.313 20.344 80.323 20.323 30.371 40.292 70.330 10.345 10.342 3
    Y60.494 30.410 70.526 50.416 70.468 60.451 60.489 30.547 00.461 90.488 10.386 90.441 50.544 60.486 60.472 5
    Y70.513 40.354 60.607 50.316 40.512 20.518 50.613 00.461 90.557 40.568 30.334 50.490 60.604 80.366 70.487 1
    Y80.390 40.406 40.473 30.364 10.336 50.416 60.444 70.375 90.425 20.412 20.366 60.402 70.428 50.353 20.399 7
    Y90.470 10.363 60.496 00.305 30.451 10.420 50.526 80.436 20.499 90.506 00.337 20.474 00.483 20.393 00.440 2
    均值0.408 30.372 60.448 20.380 40.407 30.414 80.435 80.406 80.425 40.429 40.357 80.397 00.459 80.397 3
    X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X13X14均值
    Y10.441 60.411 80.458 60.350 80.393 10.495 70.454 70.414 00.431 10.467 10.308 80.345 20.459 80.413 30.417 5
    Y20.531 70.370 00.611 90.353 00.571 50.521 50.541 70.388 50.587 60.556 60.366 20.537 20.708 80.440 80.506 2
    Y30.241 80.354 60.246 90.385 40.243 00.273 50.266 10.362 20.260 90.270 70.368 60.262 10.250 10.410 30.299 7
    Y40.293 80.314 90.276 00.478 30.339 80.291 80.272 60.330 60.281 60.272 10.379 90.327 00.328 70.366 70.325 3
    Y50.297 80.366 70.336 70.453 70.349 50.343 40.313 20.344 80.323 20.323 30.371 40.292 70.330 10.345 10.342 3
    Y60.494 30.410 70.526 50.416 70.468 60.451 60.489 30.547 00.461 90.488 10.386 90.441 50.544 60.486 60.472 5
    Y70.513 40.354 60.607 50.316 40.512 20.518 50.613 00.461 90.557 40.568 30.334 50.490 60.604 80.366 70.487 1
    Y80.390 40.406 40.473 30.364 10.336 50.416 60.444 70.375 90.425 20.412 20.366 60.402 70.428 50.353 20.399 7
    Y90.470 10.363 60.496 00.305 30.451 10.420 50.526 80.436 20.499 90.506 00.337 20.474 00.483 20.393 00.440 2
    均值0.408 30.372 60.448 20.380 40.407 30.414 80.435 80.406 80.425 40.429 40.357 80.397 00.459 80.397 3
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-10
  • 刊出日期:  2021-10-20

省际交界区城镇化与生态环境耦合协调度分析

    通讯作者: 何 伟(1985-),男,博士。研究方向:可持续发展与环境政策管理。E-mail:heweinwnu@126.com
    作者简介: 王语苓(1995-),女,博士研究生。研究方向:可持续发展管理、区域环境与产业开发。E-mail:yulingwang1224@163.com
  • 1. 中国人民大学环境学院,北京 100872
  • 2. 中国人民大学环境政策与环境规划研究所,北京 100872
  • 3. 北京数汇通信息技术有限公司,北京 100872

摘要: 以晋冀蒙省际交界区为研究对象,通过构建城镇化和生态环境综合评价指标体系,借助于熵值权重法、综合评价法、耦合协调度模型和灰色关联度方法,对其城镇化与生态环境的耦合协调度的时空特征展开分析。结果表明:晋冀蒙省际交界区城镇化综合水平和生态环境综合水平总体均呈波动上升趋势,城镇化与生态环境耦合协调度呈逐年上升趋势,耦合协调度由最初的“城镇化滞后、生态环境超前”型的“濒临协调衰退—勉强协调发展”阶段,不断转向“城镇化滞后、生态环境超前”型的“良好协调发展”阶段;城镇化与生态环境基本上呈现低关联度关系特征。建议应加快提升城镇化水平,增强区域绿色经济发展能力,不断完善区域生态环境治理能力。

English Abstract

  • 改革开放以来,我国城镇化逐渐步入加速发展期,城镇化率由1978年的17.92%增加到2017年的58.52%,依据国际社会对于城镇化发展水平阶段性的认定,目前我国城镇化水平已进入经济发展的“黄金期”(城镇化水平达到40%~60%),城镇化已经成为促进我国经济增长与社会发展变革的重要驱动力。但是,在我国城镇化过程中经济总量加速增长的同时,导致诸如大气污染、水污染、生活垃圾围城、生态植被破坏和土壤质量等级下降等一系列的环境外部性问题。因此,如何确保城镇化与生态环境之间的协调发展,是当前国际与国内社会经济发展模式定位研究的重要议题之一。2014年“未来地球”研究计划将“城市化建设”列为重要研究领域[1-2]。党的“十八大”以来,生态文明建设与绿色发展成为我国社会经济发展模式转变的根本目标,为区域城镇化与生态环境耦合协调发展关系研究奠定了扎实的政策依据。

    国内外关于城镇化与生态环境耦合协调发展关系研究的文献主要集中于二者关系的理论探讨和实证分析。有关城镇化与生态环境耦合协调发展关系的理论探讨主要有“环境库兹涅茨曲线(EKC)假说”[3]、“脱钩理论”[4]、“复合生态理论”[5]、“耦合生态圈理论”[6]和“远程关联理论”[7]等,城镇化与生态环境耦合协调关系的内涵与研究意义逐渐丰富。关于城镇化与生态环境耦合协调发展关系的实证分析,学者们普遍基于耦合协调度模型[8-10]、灰色关联度模型[11]、交互胁迫模型[12-13]等方法实证测算了全国[14-15]、经济带[16-17]、流域[18]、省域[19-21]、城市群[22-23]、都市圈[24-25]和市域[26]等区域尺度的城镇化与生态环境耦合协调发展关系,为我国生态文明建设实践提供决策参考。整体而言,国内学术界有关城镇化与生态环境耦合协调发展关系研究以定量化实证分析为主,研究区域主要集中于经济发达地区,经济欠发达地区的研究较为少见,主要原因在于经济发达地区的生态环境问题较为突出,普遍受到学术界的关注。省际交界区,相比较特大城市群、城市群而言,属于经济欠发达地区;然而,随着省际交界区的政府实体间分工合作的深入和城镇化水平的提高,业已成为区域经济增长和协调发展研究的热点区域。随着区域间人口、经济、技术、资源等生产要素的不断交互,同样面临着有效解决城镇化与生态环境协调发展的重大课题。为此,本文以经济欠发达地区——晋冀蒙省际交界区为例,探讨其城镇化与生态环境耦合协调发展关系,对于促进该区域城镇化高质量发展、生态文明建设和绿色发展具有重要的现实指导意义。

    • 晋冀蒙省际交界区范围包括山西省大同市、河北省张家口市以及内蒙古自治区乌兰察布市等3个地级以上城市。3市从自然环境、气候特征、资源禀赋和人文特征而言,存在非常相似的地域性,大同市拥有丰富的煤炭资源,张家口市作为华北较大的发电中心,乌兰察布市作为国家重要的能源输出基地,同属于能源矿产资源富集区,生态环境功能区特征相同,产业发展也存在较强的互补性。在积极融入京津冀一体化与环渤海经济圈协同发展的同时,3市正在积极推进“长城金三角”经济一体化合作模式的构建,建立新的区域经济增长极和产业空间格局。从2014年的“长城金三角”经济合作战略协调会起,3市正式开启了区域经济一体化合作发展征程。有关城镇化和生态环境的耦合关系理论,学术界已经有了非常明晰的定论,本文不再做过多阐述。综合参考文献[11-17],本文对城镇化和生态环境系统指标体系进行了外延和拓展,在坚持指标数据的可获得、易量化与可靠性等原则的基础上,分别构建了晋冀蒙省际交界区城镇化和生态环境的综合评价指标体系,见表1。所有指标数据来源于2008~2018年《中国统计年鉴》和《中国城市统计年鉴》,城市人口城镇化率、生态压力和生态响应类数据来源于各地级市国民经济与社会发展统计公报。

    • 熵值法是一种客观赋权法,其根据各项指标观测值所提供的信息大小来确定指标权重。设截面数据矩阵X =(Xijm×n,对于指标项目列Xj,指标值Xij的差距越大,则表明该指标在综合评价中所起的作用越大;反之,如果指标项目列Xj,指标值Xij都相等,则表明该指标在综合评价中不起作用。即,指标的离散程度越大,该指标对综合评价的影响越大;反之则越小。可以利用信息熵计算出各个指标的权重,为多指标综合评价提供依据。首先进行数据矩阵标准化,假定需要评价的项目单元个数为m,指标数为n,形成初始数据矩阵,见式(1)。

      式(1)中,$ {x}_{ij} $为第i个样本 第j项评价指标的数值。

      熵值法计算的项目单元的某一指标占同一指标值总和的比值,得到的是比例值,所以不存在指标量纲、数量级所造成的影响。但是,对于一些负向指标而言,需要进行非负化处理。

      对于越小越好的指标,非负化处理方程,见式(2)。

      对于越大越好的指标,非负化处理方程,见式(3)。

      其次,计算第j项指标在第i个单元占该指标的比重和第j项指标的熵值,见式(4~5)。

      其中,k > 0,ln为自然对数,$ {e}_{j} $≥0。一般令$\mathrm{k}= $$ 1/ \mathrm{l}\mathrm{n}\left(m\right),\mathrm{则}0\leqslant \mathrm{e}\leqslant 1 $

      再次,计算第j项指标的差异系数、权数。对于第j项指标,指标值$ {X}_{ij} $的差异越大,对于项目单元评价的作用越大,熵值就越小。$ {g}_{j} $为第j项指标的差异系数,$ {g}_{j} $越大越重要,$ {g}_{j}=1-{e}_{j} $$ {w}_{j} $为第j项指标的权数,见式(6)。

      最后,计算各个单元的综合评价指数,采用熵值法进行城镇化和生态环境水平综合评价。

      $ {S}_{i} $为各个项目单元的综合评价指数,见式(7)。

    • 耦合是物理学中的一个概念,是指2个(或以上)系统在本系统内部和其他外部系统的多重作用下彼此相互影响的现象,而耦合协调度是对系统间关联程度的度量,用来描述系统或者要素之间作用影响程度[27]。城镇化和生态环境可看做2个子系统,二者存在复杂的非线性耦合关联关系。伴随人口城镇化、经济城镇化、社会城镇化和空间城镇化,城镇化子系统不断对生态环境子系统产生胁迫影响,而生态环境子系统反作用于城镇化子系统,对其发展进行约束和高质量城镇化发展目标进行调控。耦合协调度模型被广泛应用到度量城镇化、经济增长、资源与生态环境两两之间的互动关系研究[27-32]。本文也参考此构建城镇化与生态环境系统耦合协调度模型。耦合协调度是对系统“发展”与“协调”2个维度的综合考量,见式(8)。

      式(8)中,D为系统耦合度;C为系统协调度,T为系统发展度。耦合度的判别标准[20]表2

      系统协调度C的计算,见式(9)。

      式(10)中,C值越大,越接近于1,表明系统协调度越好;反之,C值越小,越接近于0,表明系统协调度越差。f(x)为城镇化系统的发展水平,$f(x) = $$ \displaystyle\sum {\mathop a\nolimits_i } \mathop x\nolimits_i$g(y)为生态环境系统的发展水平,$g(y) = $$ \displaystyle\sum {\mathop b\nolimits_i } \mathop y\nolimits_i$$ \mathop a\nolimits_i $$ \mathop b\nolimits_i $分别为城镇化和生态环境的指标,$ \mathop x\nolimits_i $$ \mathop y\nolimits_i $分别为各自相应的指标权重。遵循柯布−道格拉斯形式,系统发展度T的计算公式,见式(10)。

      $ \delta $为外生变量,$ \theta $$ 1{\text{ - }}\theta $分别为城镇化系统和生态环境系统的贡献弹性,反映各自对于系统发展度的贡献程度,一般情况$ \theta $取值为0.5。

    • 灰色关联度是根据因素之间发展趋势的相似或相异程度来衡量两两系统因素之间关联程度的1种方法,被广泛应用于城镇化与生态环境之间关联关系测量[33-34]当中。在系统发展过程中,若2个因素变化的趋势具有一致性,即同步变化程度较高,即,二者关联程度较高;反之,则较低。灰色关联度计算过程首先设n个数据序列形成如下矩阵。

      式(11)中,m为指标个数,i=1,2,···,n;

      其次,根据评价目标确定参考数据列,并采用初值法或均值法对n个数据序列进行无量纲化,见式(12~13)。其中,公式(12)为均值法,公式(13)为初值法。

      式(13~14)中,i=0,1,2,···,nk=1,2,···,m

      对指标数据进行无量纲化的矩阵,见式(14)。

      逐步计算每个评价对象对应指标列与参与序列对应的绝对差值($ \left| {\mathop x\nolimits_0 \left( k \right) - \mathop x\nolimits_i \left( k \right)} \right| $),(k=1,···,mi=1,···,n);在此基础上,确定$\mathop {\min }\limits_{i = 1}^{\text{n}} \mathop {\min }\limits_{k = 1}^{\text{m}} \left| {\mathop x\nolimits_0 \left( k \right) - \mathop x\nolimits_0 \left( k \right)} \right|$$ \mathop {\max }\limits_{i = 1}^{\text{n}} \mathop {\max }\limits_{k = 1}^{\text{m}} \left| {\mathop x\nolimits_0 \left( k \right) - \mathop x\nolimits_0 \left( k \right)} \right| $,分别计算每一个比较序列与参与序列对应元素的关联系数。

      式(15)中,ρ为分辨系数,$ \rho \in \left( {0,1} \right) $;若ρ越小,关联系数之间的差异越大,区分能力越强。这里取ρ =0.5。

      再计算关联度,对各评价对象(比较序列)分别计算其各指标与参与序列对应元素的关联系数的均值,以反映评价对象与参与序列的关联关系,并称其为关联度,见式(17)。

      式(16)中,0<rij1,其值越接近1,说明关联性越强,即:该指标对另一系统的影响程度较大,是决定两个系统能否协同发展的关键因素。相关研究对于灰色关联程度的具体评价标准如下为:0<rij≤0.35,表示较低关联度;0.35<rij≤0.45,表示低关联度;0.45<rij≤0.65,表示中等关联度;0.65<rij≤0.85,表示高关联度;0.85<rij≤1,表示极高关联度。

    • 按照上述模型计算得出2007~2017年晋冀蒙省际交界区整体的和所属的大同市、张家口市和乌兰察布市的城镇化与生态环境综合指数f(x)g(x),以及系统协调度C、系统发展度T和耦合协调度D,分别展开详细分析。

    • 2007~2017年,晋冀蒙省际交界区城镇化综合指数由2007年的0.151 4上升到2017年的0.732 0,但是从2013年起,城镇化发展速度显著缓慢,原因在于大同市、乌兰察布市的城镇化发展水平速度有所降低;从对城镇化综合水平贡献程度讲,2017年,经济城镇化、社会城镇化和空间城镇化是新型城镇化的主要驱动力,分别各自占约30%的贡献率;人口城镇化的贡献程度较低,约10%的贡献率。从时间序列上,人口城镇化指数的变化趋势较为缓慢,且2007~2011年,晋冀蒙省际交界区的人口城镇化发展水平总体较低,综合指数低于0.05;2012年至2017年,人口城镇化指数开始逐步上升,由2012年的0.05缓慢上升至2017年的0.10;经济城镇化对于城镇化的贡献程度总体呈现先上升后下降的变化趋势,其综合指数由2007年的0.04上升到2013年的0.27,之后呈现逐年下降趋势,降至2017年的0.21;社会城镇化和空间城镇化对于新型城镇化的贡献程度逐渐凸显,两者均呈现逐年波动上升趋势,其综合指数分别由2007年的0.05和0.03上升至2017年的0.20和0.21,见表3图1

      从晋冀蒙省际交界区的城镇化发展水平空间特征分析,2017年,张家口市的城镇化水平高于大同市、乌兰察布市;2007~2011年期间,大同市的城镇化水平相对最高,综合指数基本高于张家口市和乌兰察布市;2013年起,张家口市的城镇化水平增速加快,到2016、2017年,其城镇化综合指数达到0.80以上,显著高于其他两地级市;从2015年起,大同市、乌兰察布市的城镇化发展速度趋缓,见图2

    • 2001~2017年,晋冀蒙省际交界区生态环境综合指数呈现波动上升趋势,由2007年的0.246 0上升至2017年的0.781 7;从2015年起,其生态环境综合指数显著超过城镇化综合指数。整体表明:党的“十八大”以来,晋冀蒙省际交界区响应和落实中共中央提出的生态文明建设制度要求,积极推进城市生态文明建设和环境保护,成效显著,特别是城市建成区绿化覆盖率、人均绿地面积等生态保障的综合指数呈现逐年上升趋势,对生态环境综合指数的贡献率持续攀升;从2011年起,SO2、烟尘等排放控制力度逐步扩大,显著降低了区域生态压力;同时,城镇生活污水集中处理率和生活垃圾无害化处理率达90%以上,生态响应对生态环境综合指数的贡献度较大。

      从晋冀蒙省际交界区生态环境发展水平的空间特征分析,2017年,乌兰察布市的生态环境综合指数相对较高,其次为大同市、张家口市;乌兰察布市、大同市生态环境综合指数高的主要原因在于自2015年起,2市的烟尘、SO2等大气污染物的减排力度相对较大,尤其是大同市的人均SO2排放量和人均烟尘排放量分别由2015年的281.74、122.56 t/万人降为2017年的54.58、63.44 t/万人。张家口市的生态保障对整体生态环境综合指数的贡献度较大,表明张家口市的城市绿化建设成效显著,冬奥会的承办对于张家口市的生态环境发展水平的贡献度较大。

    • 2007~2017年,晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境之间的耦合协调度呈现逐年上升趋势,耦合协调度D由2007年的0.419 1上升到2017年的0.865 5,且系统耦合度C普遍在0.950 0以上,处于高度耦合状态;从耦合协调度阶段划分,2007~2009年期间,城镇化与生态环境耦合协调度处于“濒临协调衰退—勉强协调发展”阶段,为“城镇化滞后、生态环境超前型”;2010~2011年期间,城镇化与生态环境耦合协调度处于“初级协调发展”阶段,由“城镇化滞后、生态环境超前型”向“城镇化超前、生态环境滞后型”转换;2012~2014年期间,城镇化与生态环境耦合协调度处于“中级协调发展”阶段,为“城镇化与生态环境基本同步型”;2015~2017年期间,城镇化与生态环境耦合协调度处于“良好协调发展”阶段,再次转变为“城镇化滞后、生态环境超前型”,见表4图3

    • 根据耦合协调度阶段类型进行划分,运用 ArcGIS10.2 软件进行空间分布图绘制,探寻其时空分异规律,见表5

      表5可知,2007年,晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境的耦合协调度呈现“西高、东低”的空间格局态势,但基本上处于“轻度-濒临协调衰退”阶段;2009年,晋冀蒙省际交界区域城镇化与生态环境的耦合协调发展正处于迅速发力期,尤其是大同市的城镇化与生态环境的耦合协调类型由“濒临协调衰退”跃升为“初级协调发展”;张家口市的城镇化与生态环境的耦合协调类型由“轻度协调衰退”跃升为“勉强协调发展”,导致晋冀蒙区域城镇化与生态环境的耦合协调度空间差异显著,呈现大同市>张家口市>乌兰察布市的“南高、北低”空间格局态势,原因在于2007~2009年期间,大同市开始大量的城市建设工作,建成区建设用地面积迅速扩张,主城区低矮房屋拆迁和棚户区改造、主城区生态绿化面积大幅提升,导致其城镇化与生态环境发展速度显著提升;2011~2013年,大同市、张家口市和乌兰察布市的城镇化与生态环境的耦合协调度整体显著提升,呈现“东南高、西北低”的空间格局态势;2015年,张家口市和乌兰察布市的城镇化与生态环境的耦合协调度显著提升,晋冀蒙城镇化与生态环境的耦合协调度呈现“北高、南低”的空间格局态势,整体进入“中等-良好协调发展”阶段;2017年,晋冀蒙省际交界区域的城镇化与生态环境的耦合协调度呈现空间均质态势,整体进入“良好协调发展”阶段。2007~2017年是晋冀蒙省际交界区城镇化和生态环境耦合协调发展极为关键的时期,张家口市、大同市、乌兰察布市在对接、融入国家层面的“京津冀区域一体化发展”和“环渤海区域经济协同发展”的区域经济合作发展战略的同时,晋冀蒙三市积极在“京西”经济发展走廊上建立起新的经济增长极和一体化分工合作发展格局,在生态文明制度建设、区域经济分工协作、资源能源供给侧改革、高质量城镇化建设等经济发展与生态环境保护协调发展的重点政策目标指引下,晋冀蒙省际交界区的新型城镇化与生态环境步入了“良好协调发展”阶段。

    • 通过计算晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境各个具体指标之间的灰色关联度,并求取各行各列的均值,得出新镇化系统整体与生态环境系统的9项指标的各自关联系数和生态环境系统整体与城镇化的14项指标的各自关联系数,见表6

      表6可知,晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境整体之间的关联度不强,所有指标基本上属于低关联度。从横向看,城镇化指标中,人均GDP、人均城市道路面积两个指标与生态环境的灰色关联度相对最高,分别为0.448 2和0.459 8;第三产业从业人员比重与生态环境的灰色关联度最低;其他城镇化指标与生态环境的灰色关联度基本为0.40~0.45的水平。整体表明,晋冀蒙省际交界区的新型城镇化水平较为滞后,对生态环境保护的影响力仍显不足,需要进一步提升其城镇化建设力度。从纵向看,生态环境指标中人均园林绿化面积与城镇化的灰色关联度相对最高,人均水资源综合使用量与城镇化的灰色关联度相对最低;其他生态环环境指标与城镇化的灰色关联度基本为0.40~0.50的水平。晋冀蒙省际交界区的城镇化过程中,城市建成区园林绿地面积有了长足的发展,主要原因在于,随着人口由农村向城市相对集中,人们对于城市优美的人居环境的需求愈加强烈,直接拉动了城市政府注重城市园林绿化的建设力度。当前,晋冀蒙处于水资源供给短缺的区域,人均水资源消耗量相对较高,城镇化建设过程中的水资源利用约束力仍未凸显。整体表明,晋冀蒙省际交界区的生态环境各项指标仍具有进一步提升的空间,需继续发挥对其城镇化建设的重要驱动力。

    • 本文以经济欠发达区——晋冀蒙省际交界区为研究对象,通过构建其城镇化和生态环境综合评价指标体系,借助于熵值权重法、耦合协调度模型和灰色关联度方法,对晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境的耦合协调度时空特征展开分析。

      (1)晋冀蒙省际交界区城镇化综合水平呈现逐年上升趋势,增长速度经历了先快速、后缓慢的历程;经济城镇化、社会城镇化和空间城镇化是城镇化综合水平的主要驱动力,人口城镇化的贡献程度相对较低;2017年,张家口市的新型城镇化水平高于大同市、乌兰察布市。

      (2)晋冀蒙省际交界区生态环境综合水平总体呈现波动上升趋势,从2015年起,生态环境综合水平超过了城镇化综合水平,生态保障、生态压力和生态响均对生态环境综合起到重要的贡献;2017年,乌兰察布市的生态环境综合指数相对较高,其次为大同市、张家口市。

      (3)2007~2017年,晋冀蒙省际交界区的城镇化与生态环境之间的耦合协调度呈现逐年上升趋势,耦合协调度由最初的2007~2009年“城镇化滞后、生态环境超前”型的“濒临协调衰退—勉强协调发展”阶段,不断螺旋式上升为“城镇化滞后、生态环境超前”型的“良好协调发展”阶段。

      (4)2007~2017年,晋冀蒙省际交界区的城镇化与生态环境耦合协调度由“轻度-濒临协调衰退”阶段的显著性空间分异性特征转向“良好协调发展”阶段的空间均质性特征。

      (5)晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境各个指标之间的关联度不强,基本上属于低关联度;城镇化水平的滞后影响其对生态环境水平的提升;生态环境的各项指标仍具有进一步提升的空间,进而发挥其对城镇化的驱动作用。

    • 依据对晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境的耦合协调度分析结果,结合当前生态文明建设和绿色发展战略要求,对晋冀蒙省际交界区城镇化与生态环境的稳步、耦合协调发展提出以下建议。

      (1)继续加快提升新型城镇化水平。加快提升晋冀蒙省际交界区的人口城镇化水平,通过实施多方面的人才引进、增加就业的相关政策,加大区域农村人口向城市人口的转移力度;晋冀蒙省际交界区三市在积极融入“京津冀区域一体化发展”和“环渤海区域经济协同发展”的过程中,必须依靠自生优势,积极承接北京市的产业空间转移接续,依靠市场力量带动城市周边农村人口在中心城市的就业岗位增加;同时加大自身户籍管理制度的改革,从政策方面突破城乡“二元结构”对人口城镇化发展的阻碍;进一步提升土地利用集约化,逐步夯实区域经济城镇化和社会城镇化水平。

      (2)努力提升区域绿色经济发展能力。将生态文明发展模式和建设理念融入到新一轮的城镇化发展规划中,提升产业转换能力,以现代科技创新和能源革命为发展方向,在能源、资源输出为主导产业发展中积极提高其可再生能源和资源的利用比例,减轻对自然资源的消耗程度和生态环境破坏压力。

      (3)不断完善区域生态环境治理能力。在生态保障方面,继续提升城市建成区绿化覆盖率和扩大造林面积,积极打造京西北生态防护屏障;在生态压力和生态响应方面,严格遵循区域“三线一单”环境准入要求,全面实现工业源、水点源全面达标排放,逐步降低区域废气、废水污染物排放总量;加快城市生活垃圾源头分类与资源回收利用政策的实施,夯实当前生态环境治理绩效;加大生态环境治理资金的投入与管理,完善城市生态环境管理问责考核机制。

    参考文献 (34)

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