重慶城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)研究

魏　星，趙　敏，李景理

(1.河海大學 水利經(jīng)濟研究所，江蘇 南京 211100；2.江蘇沿海開發(fā)與保護中心，江蘇 南京 211100；3.江蘇省水資源與可持續(xù)發(fā)展研究中心，江蘇 南京 211100)

?

重慶城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)研究

魏星1,2,3，趙敏1,2,3，李景理1,2,3

(1.河海大學 水利經(jīng)濟研究所，江蘇 南京 211100；2.江蘇沿海開發(fā)與保護中心，江蘇 南京 211100；3.江蘇省水資源與可持續(xù)發(fā)展研究中心，江蘇 南京 211100)

摘要：針對城市化快速發(fā)展如何與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的問題，建立重慶市2005—2014年城市化和生態(tài)環(huán)境評價的指標體系，采用全排列多邊形綜合圖示法對指標數(shù)據(jù)進行標準化處理，并計算出其綜合評價指數(shù)；建立兩大系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)模型，觀察其耦合度和耦合協(xié)調(diào)度的趨勢變化，評價重慶市城市化和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)的水平。結(jié)果表明，2010年后重慶市城市化發(fā)展水平較快；兩個系統(tǒng)之間的耦合度聯(lián)系一直比較緊密；2011年以后兩個系統(tǒng)開始進入?yún)f(xié)調(diào)狀態(tài)，但整體屬于生態(tài)環(huán)境滯后型，需要對生態(tài)環(huán)境加強投入，以保證二者之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。

關鍵詞：城市化；生態(tài)環(huán)境；全排列多邊形；耦合協(xié)調(diào)

城市化的發(fā)展，從以往單純指人口向城市集聚到后期包括生活水平提高、經(jīng)濟發(fā)展、社會文化發(fā)展等內(nèi)涵，再到如今強調(diào)與生態(tài)環(huán)境之間的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，更多地體現(xiàn)了以人為本的精神內(nèi)涵。發(fā)展是指要素自身變強變大的過程，是量的改變；而協(xié)調(diào)是指一種良性循環(huán)、和諧匹配的關系，是質(zhì)的突破[1]。城市化和生態(tài)環(huán)境可各自作為一個系統(tǒng)，系統(tǒng)要素因子相互影響、相互耦合，影響著城市化系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，以及兩個系統(tǒng)間的發(fā)展[2]。重慶市是我國的重要直轄市、“一帶一路”中心城市、中西部要塞城市，有著較強的城市化發(fā)展需求；而重慶特殊的地理環(huán)境、豐富的自然資源，需要對其生態(tài)環(huán)境進行大力保護。因此，一方面要大力發(fā)展經(jīng)濟，加快城市化，另一方面要對生態(tài)環(huán)境進行保護，兩個系統(tǒng)之間需要相互協(xié)調(diào)，才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1研究綜述

針對城市化和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的研究，GROSSMAN等[3]對42個國家進行了實證分析，指出城市化水平和生態(tài)環(huán)境之間呈倒U型的發(fā)展關系，同時提出了環(huán)境庫茲涅茨曲線假設；劉耀彬等[4]從協(xié)同學的思想出發(fā)，建立了耦合度模型，并對我國1985年以來的城市化和生態(tài)環(huán)境之間的耦合度進行了時間和空間分析，探討了時空分布規(guī)律；宋建波等[5]以長江三角洲城市群為研究對象，認為需重視生態(tài)環(huán)境的保護，并且將16個城市分為4個發(fā)展類型進行分析；孫曉等[6]認為社會、經(jīng)濟、自然是一套復合的生態(tài)系統(tǒng)，分類建立指標體系，并對我國200多個城市進行時序分析。

筆者采用全排列多邊形綜合圖示法處理數(shù)據(jù)，然后進行趨勢變化的分析，探求影響城市化或生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)變化的因素；并引入耦合協(xié)調(diào)的模型，分析重慶市近十年的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度和耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展狀況。

2城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)模型研究

2.1全排列多邊形綜合圖示法

在已有的關于耦合協(xié)調(diào)的相關文獻中，對指標數(shù)據(jù)的處理方法包括加權平均法、層次分析法等。其中，專家打分相關的層次分析法具有一定的主觀局限性，且數(shù)據(jù)不具有直觀性。筆者引入全排列多邊形綜合圖示法對指標進行處理，并根據(jù)所做的多邊形圖對單個系統(tǒng)中每個指標在不同年份的趨勢狀況進行分析，多邊形圖示做出了10年間某個指標的最大值、最小值，可根據(jù)單個指標和最值之間的差距得到單個指標的狀況以及變化情況。

全排列多邊形綜合評價法的內(nèi)涵是：設共有n個標準化后的指標，將這些指標的上限值作為半徑做一個中心n邊形，每個指標值在同一個年份的連接線構(gòu)成一個不規(guī)則的n邊形，不規(guī)則n邊形的每個頂點即是這些指標相連接的全排列，n個指標總共有(n-1)!/2個相異的不規(guī)則中心n邊形[7]。每個系統(tǒng)的綜合評價指數(shù)為所有不規(guī)則多邊形的面積均值和整體中心多邊形面積的比值。

(1)對指標進行標準化，計算公式為：

(1)

式中：Mi為第i個指標在所有年份中的最大值；Li為第i個指標在所有年份中的最小值；Ti為第i個指標在所有年份中的閾值。將標準化后的指標值[L,M]約束在[-1,+1]之間，對指標進行約束后值的增長速度進行了改變，閾值以下的標準化指標增長速度逐漸降低，閾值以上的標準化指標增長速度逐漸提高，由原來的線性變化變成了快-慢-快的非線性增長。在中心正n邊形基礎上根據(jù)標準化后的值做出全排列多邊形，從所做的圖形中可以看到每個年份對應的每個指標值、指標在不同年份的變化趨勢及其對應的最大值、最小值。

(2)

城市化和生態(tài)環(huán)境的綜合協(xié)調(diào)指數(shù)為：

(3)

其中，α、β為待定系數(shù)，表示城市化系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)貢獻系數(shù)。對城市體來說，經(jīng)濟、文化、基建等方面的發(fā)展非常重要，而城市可持續(xù)的發(fā)展需要生態(tài)環(huán)境的支撐，兩者需要相互促進，協(xié)調(diào)并進。筆者將兩個貢獻系數(shù)設置為α=β=0.5。

2.2耦合協(xié)調(diào)評價模型

依據(jù)文獻[1]和文獻[8]，建立城市化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)評價模型。對兩個系統(tǒng)之間的耦合關系及協(xié)同協(xié)調(diào)的效應進行分析和計算。建立系統(tǒng)之間的耦合度模型：

(4)

由此推導出兩個系統(tǒng)之間的耦合度模型為：

(5)

其中耦合度模型能反映出城市化和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的耦合程度，但并不是唯一判斷協(xié)同發(fā)展的因素。有的系統(tǒng)之間具有很高的耦合度，但每個系統(tǒng)的發(fā)展水平處于不同層次。因此需要引入耦合度和耦合協(xié)調(diào)度結(jié)合的模型，來反映出兩者的真實協(xié)調(diào)發(fā)展水平。基于以上分析，建立了城市化系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度模型：

(6)

式中:D為耦合協(xié)調(diào)度；C為耦合度；T為綜合協(xié)調(diào)指數(shù)。

筆者對耦合協(xié)調(diào)度進行等級標準的劃分如表1所示。

表1　城市化系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的判斷標準

3重慶城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)研究

3.1指標體系的構(gòu)建

指標體系是判斷系統(tǒng)內(nèi)各指標發(fā)展程度的重要標準，筆者采用文獻頻度分析法、專家咨詢法對指標進行篩選和確定[9-10]。城市化系統(tǒng)的指標包括5個準則層二級指標和相應的19個三級指標；生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的指標體系包括有3個準則層二級指標以及對應的15個三級指標，其中有正向?qū)傩缘闹笜藶楦邇?yōu)指標，如人均GDP；負向?qū)傩缘闹笜藶榈蛢?yōu)指標，如生態(tài)環(huán)境壓力的幾個指標。參照重慶市2005—2014年的統(tǒng)計年鑒、重慶市環(huán)境狀況公報及水資源公報等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，獲得各指標的統(tǒng)計值。根據(jù)全排列多邊形計算方法對原始數(shù)據(jù)進行了處理，由式(1)求出標準化之后各年份的指標值，且對負向?qū)傩缘闹笜诉M行了處理。由于篇幅的限制，此處羅列了2010—2014年5年間兩個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標準化處理結(jié)果，如表2和表3所示。

表2　城市化評價指標體系及數(shù)據(jù)標準化處理

表3　生態(tài)環(huán)境評價指標體系及數(shù)據(jù)標準化處理

然后根據(jù)式(2)求出各年份城市化和生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)。標準化的數(shù)值顯示在中心多邊形中，用綜合圖示法對各個年份的指標結(jié)果進行趨勢分析，城市化系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)排列綜合圖示分別如圖1和圖2所示。

3.1.1城市化水平綜合評價指數(shù)分析

根據(jù)城市化系統(tǒng)各項子指標，觀察全排列多邊形綜合評價結(jié)果可知，重慶市的城市化系統(tǒng)整體上是依據(jù)年份而向外拓展。人均GDP、人均非農(nóng)總產(chǎn)值、全員勞動生產(chǎn)率、高校普及率這些指標，呈逐年向多邊形外圍擴張的態(tài)勢，且擴張的速度相對接近，說明重慶市在這段時間內(nèi)經(jīng)濟、人口、文化等細分方面的發(fā)展比較穩(wěn)定。但城市軌道交通的發(fā)展，從2010—2011年的跳躍幅度較大，據(jù)統(tǒng)計，輕軌里程數(shù)由2010年的19 km增至2011年的70 km，增幅達到260%，而到了2014年則開通了總長度為202 km的軌道交通線路，這段時間前后集中開通了一、三、六號線，城市軌道公共交通的迅猛發(fā)展使得重慶市的城市化進程加快。公交系統(tǒng)在2013年之前的水平較低，與軌道交通呈現(xiàn)互補，而到了2013年后，重慶市的整體城市化水平出現(xiàn)了10年來的最大增幅，相應的公交系統(tǒng)也得到了完善，公共交通系統(tǒng)建設趨于成熟。另外第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重沒有很大幅度的增加，甚至有些年份還出現(xiàn)倒退的狀況，根據(jù)對統(tǒng)計年鑒和相關資料的查閱，被稱為“山城”的重慶，由于地理條件的限制，第三產(chǎn)業(yè)的貢獻還有待增強，第三產(chǎn)業(yè)還沒有成為經(jīng)濟的主導因素。

圖1　城市化系統(tǒng)全排列綜合圖示

圖2　生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)全排列綜合圖示

3.1.2生態(tài)環(huán)境水平綜合評價指數(shù)分析

由圖2可看出，生態(tài)環(huán)境綜合評價指數(shù)呈波動上升的狀態(tài)，其上升速度不如城市化系統(tǒng)。2010年較前一階段有了快速提升，而后的幾年基本沒變化，直到2014年才有了突破。且重慶市生態(tài)環(huán)境狀況下各子指標并不明顯地依照年份做相應的拓展趨勢，每個年份上下波動，甚至出現(xiàn)明顯的下滑趨勢。其中主城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)比例這一指標，在2013年以前都穩(wěn)步上升，但從2013年開始出現(xiàn)急劇下滑，2012年比例為92.9%，而2013年比例僅為56.4%，據(jù)了解，2013年以來我國霧霾天氣明顯增多，環(huán)保局開始加強對PM 2.5的監(jiān)測，同時2013年開始實施新的環(huán)境空氣質(zhì)量標準；人均水資源擁有量在前幾年緩慢下降，2014年出現(xiàn)急劇增加，原因在于2013年的水資源屬偏枯年份，到了2014年的增加量大于30.0%，屬于平水年份；人均工業(yè)廢水排放量和人均煙塵排放量等工業(yè)污染排放指標幾乎沒有變動，而萬元GDP能耗卻呈現(xiàn)逐年增長的態(tài)勢，環(huán)保投資占GNP比例也波動下降，可見重慶市在近些年對環(huán)境污染的治理力度并沒有隨著經(jīng)濟發(fā)展和能耗的增多而加強。

3.2耦合度和耦合協(xié)調(diào)度的時序分析

由式(3)、式(5)和式(6)計算出相應的綜合協(xié)調(diào)指數(shù)T、耦合度C和耦合協(xié)調(diào)度D。根據(jù)表1 城市化系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的判斷標準，劃分耦合發(fā)展的類型，如表4所示。并依據(jù)表4的數(shù)據(jù)做出趨勢圖，如圖3所示。

表4　重慶市城市化與生態(tài)環(huán)境綜合評價結(jié)果及耦合協(xié)調(diào)評價

圖3　重慶市2005—2014年城市化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)綜合發(fā)展水平

3.2.1耦合度

由表4可看出，除了2005年的耦合度較低外，2006年和2007年的耦合度上升到0.41，此后幾年的耦合度基本處于0.48左右，變化率非常小。2011年和2012年的耦合度最高，達到了0.50。耦合度整體呈現(xiàn)輕度波動狀態(tài)。說明重慶市的城市化系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)存在較強的耦合穩(wěn)定性和緊密性，但不同年份兩者之間的耦合依然存在一定差別。

3.2.2耦合協(xié)調(diào)度

根據(jù)圖3中的耦合協(xié)調(diào)度D曲線，重慶市城市化和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度整體呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢，2009—2010年的耦合協(xié)調(diào)度增幅最大。從表4可看出，兩系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)水平并不高，2014年最高為0.60，屬于初級協(xié)調(diào)類型。而2011年及以前的耦合協(xié)調(diào)處于失調(diào)狀態(tài)，兩個系統(tǒng)間相互促進能力比較弱，2011年后開始逐漸步入?yún)f(xié)調(diào)的狀態(tài)。

2010年以前，兩個系統(tǒng)之間城市化系統(tǒng)處于滯后的水平，依據(jù)耦合協(xié)調(diào)理論，說明城市化對生態(tài)環(huán)境保護的貢獻小于生態(tài)環(huán)境對城市化發(fā)展的貢獻程度；但2011年以后生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)變成滯后水平，說明此時的生態(tài)環(huán)境建設對城市化的促進作用小于城市化發(fā)展對生態(tài)環(huán)境建設的貢獻程度，可見兩者之間并沒做到同步進行。原因在于重慶市在成為直轄市之前，城鎮(zhèn)化率僅有28.0%左右，由于其特殊的地理地貌，丘陵山地較多，城市和農(nóng)村呈現(xiàn)交錯的狀態(tài)，重慶市政府在2010年以后提出了新的城市化建設目標，不僅僅是像其他城市一樣以中心發(fā)展向外擴張，而是需要大力度加強縣城的經(jīng)濟實力，重慶市不斷以“群星伴月式”的格局為建設發(fā)展方向，經(jīng)過幾年的發(fā)展，2014年的城市化綜合水平已經(jīng)有了很大突破，實現(xiàn)了主城區(qū)、縣城和小城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)互動發(fā)展。反映在圖3中城市化綜合水平在這5年的發(fā)展速度遠大于前5年。但是相對而言，重慶市生態(tài)環(huán)境的建設發(fā)展進程不如城市化，2011年是一個轉(zhuǎn)折點，生態(tài)環(huán)境建設在2011年以前以較平穩(wěn)的速度逐漸上升，而2011—2013年間幾乎沒有發(fā)展，原因在于這段時間雖然在生態(tài)環(huán)境的保護環(huán)節(jié)有了一定力度的投入，但隨著城市經(jīng)濟發(fā)展的同時，對生態(tài)環(huán)境的消耗和破壞也在增加，環(huán)境治理和保護沒有能夠跟上發(fā)展的步伐，2014年以來城市化發(fā)展速度趨于穩(wěn)定，同時重慶市加大對環(huán)境保護的力度，因此到2014年耦合協(xié)調(diào)度達到了0.60，耦合協(xié)調(diào)類型也步入到了初級協(xié)調(diào)的階段。

4結(jié)論

(1)根據(jù)年鑒和公報的相關數(shù)據(jù)，對重慶市2005—2014年的城市化系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)進行了實證分析。利用全排列綜合圖示法對兩個系統(tǒng)進行了綜合評價，觀察指標的變化趨勢，找出異常走勢的指標并分析其原因，從而得到各年的耦合度和耦合協(xié)調(diào)度。在耦合度方面，除2005年外，其他9年間的變化幅度都不大，兩個系統(tǒng)之間的耦合度聯(lián)系緊密；在耦合協(xié)調(diào)度方面，10年間呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的態(tài)勢，2011年以前處于失調(diào)的狀況，2011年以后開始走向協(xié)調(diào)，但是2011年以后城市化發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的貢獻度大于生態(tài)環(huán)境對城市化的貢獻度，可見生態(tài)環(huán)境的建設需要增強，另外耦合協(xié)調(diào)度的最高水平僅有0.60，說明重慶市在后期還需要進行相應的建設，提高整體城市化水平、同時不斷進行生態(tài)環(huán)境保護。

(2)整體而言，重慶市城市化系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展是平穩(wěn)上升的，如果能夠繼續(xù)制定合理、科學的政策，重視兩個系統(tǒng)的建設，尤其是在生態(tài)環(huán)境保護方面的研發(fā)、投入、建設力度能夠與城市化進程相匹配，重慶市的城市化和生態(tài)環(huán)境將會邁向更高水平的協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻：

[1]廖重斌.環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的定量評判及其分類體系：以珠江三角洲城市群為例[J].熱帶地理,1999,19(2):12-16.

[2]劉耀彬,宋學鋒.城市化與生態(tài)環(huán)境耦合模式及判別[J].地理科學,2005,25(4):408-414.

[3]GROSSMAN G M, KRUEGER A B. Economic growth and the environment [J]. The Quarterly Journal of Economics, 1995,110(2):353-377.

[4]劉耀彬,李仁東,宋學鋒.中國城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度分析[J].自然資源學報,2005,20(1):105-112.

[5]宋建波,武春友.城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展評價研究：以長江三角洲城市群為例[J].中國軟科學,2010(2):78-87.

[6]孫曉,劉旭升,李鋒,等.中國不同規(guī)模城市可持續(xù)發(fā)展綜合評價[J].生態(tài)學報,2016,36(17):1-10.

[7]吳瓊,王如松,李宏卿,等.生態(tài)城市指標體系與評價方法[J].生態(tài)學報,2005,25(8):2090-2095.

[8]王毅,丁正山,余茂軍,等.基于耦合模型的現(xiàn)代服務業(yè)與城市化協(xié)調(diào)關系量化分析:以江蘇省常熟市為例[J].地理研究,2015,34(1):97-108.

[9]凌亢,趙旭,姚學峰.城市可持續(xù)發(fā)展評價指標體系與方法研究[J].中國軟科學,1999(12):106-110.

[10]胡忠俊,姜翔程,劉蕾.區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展綜合評價指標體系的構(gòu)建[J].統(tǒng)計與決策,2008(20):17-19.

WEI Xing:Postgraduate; Water Conservancy Economic Institute, Hohai University, Nanjing 211100, China.

文章編號：2095-3852(2016)03-0333-06

文獻標志碼:A

收稿日期：2016-01-18.

作者簡介：魏星(1989-)，女，江蘇揚州人，河海大學水利經(jīng)濟研究所碩士研究生.

基金項目：中央高?；緲I(yè)務費專項基金項目(2015B09814).

中圖分類號：F290

DOI：10.3963/j.issn.2095-3852.2016.03.015

Research on the Coupling Coordination between Urbanization and Ecological Environment in Chongqing

WEIXing，ZHAOMin，LIJingli

Abstract：The developing of urbanization, not only reflected in the unceasing of people's material life, but also need the coordinated development of ecological environment. It established Chongqing urbanization and ecological environment evaluation index system from 2005 to 2014, using permutations polygon comprehensive graphic method for indicators data standardization, and calculated the comprehensive evaluation index. It established the two big system coupling coordination model, observed its trend of coupling degree and coupling coordination degree, evaluated the urbanization and eco-environment coupling coordination level. The results showed that it entered into a rapid urbanization development level in Chongqing since 2010; the coupling relationship between the two systems have been more closely. After 2011 the two systems began to enter a state of coordination, it is necessary to strengthen the investment and ensure the coordinated development between the two systems since the ecological environment lag behind.

Key words：urbanization； ecological environment； entire array polygon； coupling coordination