城市化與干旱區(qū)環(huán)境耦合度分析
——以喀什市為例

阿力木江·塔依爾，木合塔爾·艾買提

(喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院，新疆喀什　844000)

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城市化與干旱區(qū)環(huán)境耦合度分析
——以喀什市為例

阿力木江·塔依爾，木合塔爾·艾買提

(喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院，新疆喀什844000)

摘要：城市化與環(huán)境問題是當(dāng)今世界人類所面臨的熱點問題。城市化與環(huán)境的耦合發(fā)展是社會不可避免的發(fā)展道路。通過建立城市化系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)的耦合指標(biāo)體系，基于利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法、數(shù)學(xué)模型量算理論來計算喀什市城市化與環(huán)境的耦合度。結(jié)果表明：2005—2013年，喀什市城市化與環(huán)境耦合度分別為0.7417、0.7669、0.7838、0.8212、0.8047、0.8532、0.7949、0.776、0.7420。其中，2005年耦合度最低，2006年開始逐漸增高，到2010年達(dá)到最高，2005—2010年城市化與干旱區(qū)環(huán)境耦合度呈逐漸增加的趨勢，2010—2013年耦合度呈逐漸減退趨勢。城市化與環(huán)境之間存在“U”型曲線關(guān)系。

關(guān)鍵詞：城市化；干旱區(qū)環(huán)境；耦合度分析

耦合作為一個物理學(xué)概念，是指兩個系統(tǒng)或運動形式通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象，而耦合度就是反映這種協(xié)同作用的度量[1]。由于近十年來我國城市化的速度非?？煲鸬沫h(huán)境問題當(dāng)今已經(jīng)成為焦點問題之一。城市化是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的高低，生產(chǎn)分工方式和程度，嚴(yán)格的制約著城市化水平及歷史進(jìn)程。探討城市化有助于人們把握城市形成發(fā)展的客觀規(guī)律，對未來城市發(fā)展趨勢做出科學(xué)預(yù)測。

城市化是全球社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢。隨著我國的城市化水平速度非常快和社會發(fā)展過程中需要消耗大量的資源和資金，給自然環(huán)境帶來了很大壓力，這些問題對環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生了一系列對城市可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生很多負(fù)面影響?？κ彩谐鞘谢俣瘸隽苏５陌l(fā)展軌道，城市要求大規(guī)模電力和優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)及大型集中型的水源供應(yīng)。因此為了滿足需求很大程度上破壞環(huán)境與消耗自然資源?？κ彩袑儆趦?nèi)陸邊緣區(qū)，降水稀少、沙暴、浮塵和蒸發(fā)強(qiáng)烈。因此生態(tài)環(huán)境質(zhì)量方面自我調(diào)節(jié)能力較弱、生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性差等一系列環(huán)境問題嚴(yán)重?？κ彩械纳鷳B(tài)環(huán)境脆弱，荒漠化速度快，加上生態(tài)環(huán)境一旦遭到破壞，喀什市的生態(tài)平衡難以恢復(fù)，因此喀什市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行研究工作十分重要。

可持續(xù)發(fā)展觀概念提出后，人們逐漸理解了城市化與環(huán)境之間要耦合發(fā)展，城市化與環(huán)境之間存在著相互耦合的關(guān)系，其耦合狀態(tài)關(guān)系到一個區(qū)域的城市化與環(huán)境同步發(fā)展的程度[2]。城市化與環(huán)境之間的耦合關(guān)系已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點[3]。

本文以2005—2013年《喀什市統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借鑒前人相關(guān)研究，定量分析喀什市發(fā)展與環(huán)境系統(tǒng)的耦合發(fā)展關(guān)系，以其為喀什市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施提供一定實際依據(jù)。

1研究區(qū)概況

喀什市是中國最西部邊陲城市，是古“絲綢之路”的交通樞紐和東西方文明交匯之地，位于新疆西南角，是我國最西端的一座城市，東西寬46.37 km，南北高24.32 km，建成區(qū)面積56.04 km2，地域遼闊，自然資源豐富。占新疆土地總面積的1/12?？κ彩腥姝h(huán)山，一面敞開，北有天山南脈橫臥，西有帕米爾高原聳立，南部是綿亙東西的喀喇昆侖山，東部為一望無垠的塔克拉瑪干大沙漠。

因喀什地區(qū)處在中亞腹部，受地理環(huán)境的制約，屬暖溫帶大陸性干旱氣候帶。因此，喀什境內(nèi)四季分明、光照長、晝夜氣溫溫差大，而且降水少、蒸發(fā)強(qiáng)烈。這也導(dǎo)致該地區(qū)夏季炎熱，但酷暑期短；冬無嚴(yán)寒，但低溫期長；春季和夏季多大風(fēng)、沙暴、浮塵天氣；秋季短促，降溫迅速。

因地貌類型復(fù)雜，氣候差異較大，年平均氣溫在11.41～11.7℃，年降水量38.7～663.8 mm?？κ驳貐^(qū)的氣候大體分為5個區(qū)，每個氣候區(qū)的狀況都不一樣，都有自己的特征。

近幾年來，尤其是2010年新疆工作座談會后，喀什市被設(shè)立經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，而發(fā)展逐漸迅速變化，同時城市化與環(huán)境之間產(chǎn)生的問題更加突出。因此，研究喀什市城市化與環(huán)境的耦合發(fā)展成為今后喀什市可持續(xù)發(fā)展中的一個重要環(huán)節(jié)。

2研究方法

2.1構(gòu)建指標(biāo)體系

城市化綜合測度指標(biāo)體系包括人口城市化、經(jīng)濟(jì)城市化、社會城市化、空間城市化4個1級指標(biāo)。其中，人口城市化包括城市人口比重、第二產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口占總?cè)丝诘谋戎睾偷谌a(chǎn)業(yè)從業(yè)人口占總?cè)丝诘谋戎?經(jīng)濟(jì)城市化包括人均GDP、第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比重和第三產(chǎn)業(yè)占GDP 的比重;社會城市化包括城鎮(zhèn)居民年人均可支配收入；空間城市化包括城市每萬人擁有道路面積、建成區(qū)面積、建成區(qū)綠化覆蓋率和人均公共綠地面積。

生態(tài)環(huán)境綜合測度指標(biāo)體系包括生態(tài)環(huán)境水平、生態(tài)環(huán)境壓力和生態(tài)環(huán)境保護(hù)3個1級指標(biāo)。其中，生態(tài)環(huán)境水平主要包括建成區(qū)的綠化覆蓋率和人均公共綠地面積;生態(tài)環(huán)境壓力主要包括年工業(yè)廢水排放量、年工業(yè)廢氣排放量、年工業(yè)煙塵排放量和年工業(yè)固體廢棄物綜合利用率;生態(tài)環(huán)境保護(hù)主要包括城鎮(zhèn)生活污水集中處理率、工業(yè)廢水排放量達(dá)標(biāo)率、污水集中處理率、生活垃圾無害化處理率以及工業(yè)固體廢棄物綜合利用率。

2.2數(shù)據(jù)處理

在進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析法之前，需對各個數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)化處理，確定指標(biāo)體系權(quán)重和計算指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。因此，第一步驟是對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2.1數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

由于綜合評價指標(biāo)數(shù)量較多，并且有些指標(biāo)的量綱和數(shù)量級不同，為了多個指標(biāo)綜合成一個數(shù)值，消除量綱和數(shù)量級的影響，需要對最初的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化處理方法，計算公式如下:

(效益型)(1)

(成本型)(2)

其中，Xij為第j項指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值；Xij為第j項指標(biāo)數(shù)值；MAX(Xij)為第j項指標(biāo)最大值；MIN(Xij)為第j項指標(biāo)最小值。若指標(biāo)數(shù)值越大，表示系統(tǒng)發(fā)展得越好，該類指標(biāo)稱為正指標(biāo)，采用公式為(1)；若指標(biāo)數(shù)值越小，表示系統(tǒng)發(fā)展越差，該類指標(biāo)稱為逆指標(biāo)，采用公式(2)。

這類轉(zhuǎn)化的范圍為[0，1]，具有更明顯的一致性，它使各指標(biāo)最初數(shù)據(jù)Xij經(jīng)轉(zhuǎn)換后變化幅度控制在[0，1]，而且各指標(biāo)內(nèi)的衡量數(shù)據(jù)間離散程度的標(biāo)準(zhǔn)差最小。

2.2.2指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理得出的數(shù)值可計算出各評價指標(biāo)的權(quán)重。首先計算第i指標(biāo)的均方差：

(3)

計算各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)：

(4)

2.2.3計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

利用灰色關(guān)聯(lián)分析模型方法對以上指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度量算。

灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計算公式為[7-9]：

ξij=(Δmin+kΔmax)/(Δij+kΔmax)

(5)

式中，ξij為因素Eij對Si的關(guān)聯(lián)系數(shù)；Δij=|si-Ej|,Δmin=miniminj|sj-Ej|,Δmax=maximaxj|sj-Ej|,k為介于(0，1)上的灰數(shù)，一般取值0.5。

2.2.4求關(guān)聯(lián)度, 形成關(guān)聯(lián)度矩陣

關(guān)聯(lián)度的表達(dá)式為：

(6)表1　喀什市城市化與環(huán)境耦合發(fā)展評價指標(biāo)體系及權(quán)重Table 1　The evaluation index system and weight of the coupling development between urbanization and environment in Kashi City

則關(guān)聯(lián)度矩陣可表示為：

(7)

公式(6)中,M為樣本數(shù),即某個系統(tǒng)內(nèi)選取的指標(biāo)數(shù)，城市化系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)耦合作用是錯綜復(fù)雜關(guān)系。關(guān)聯(lián)度rij的取值范圍為[0，1]，當(dāng)0

表2　城市化指標(biāo)與環(huán)境指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度及類型Table 2　The correlation degree and types of urbanization and environmental indicators

3城市化與環(huán)境耦合度分析

在關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣基礎(chǔ)上按行或列求平均值, 可得到系統(tǒng)的耦合關(guān)聯(lián)度模型, 并用于分析城市化與環(huán)境系統(tǒng)的相互影響因素。

計算公式為：

(8)

(9)

式中，di為城市化系統(tǒng)的第i個指標(biāo)與環(huán)境系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)度；dj為環(huán)境系統(tǒng)的第j個指標(biāo)與城市化系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)度；m、L分別為城市化系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)的指標(biāo)數(shù)；rij為關(guān)聯(lián)度。

城市化發(fā)展是城市人口數(shù)量增多，經(jīng)濟(jì)收入增加，城區(qū)面積不斷擴(kuò)大的漫長的過程。人類居住的自然環(huán)境也影響到該地區(qū)的發(fā)展速度和發(fā)展方向。城市化速度非常快也給生態(tài)環(huán)境帶來很大的壓力，在空間上建設(shè)布局出現(xiàn)無序乃至失控。耕地、水資源等重要的自然資源的過度消耗，環(huán)境受到了嚴(yán)重污染，破壞生態(tài)環(huán)境的平衡。

4數(shù)據(jù)分析

通過公式(7)可計算城市化系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)耦合度和發(fā)展水平。建立2005—2013年喀什市城市化與環(huán)境發(fā)展的綜合指標(biāo)體系，根據(jù)城市化指數(shù)和環(huán)境指數(shù)值為基礎(chǔ)，利用公式(7)計算城市化系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)耦合度和發(fā)展水平。

通過公式(8)和公式(9)可計算得出城市化與環(huán)境系統(tǒng)之間的耦合度，結(jié)果如表3所示。2005—2010年，系統(tǒng)耦合度上升，2010—2013年，系統(tǒng)耦合度下降，此時系統(tǒng)的耦合度處于波動狀態(tài)。這是由于從20世紀(jì)90年代開始，隨著喀什市工業(yè)基礎(chǔ)逐漸形成，經(jīng)濟(jì)水平開始提高，就業(yè)需求不斷增加，農(nóng)村人口向城市集中，進(jìn)而導(dǎo)致大量垃圾、廢水、廢氣排放到生態(tài)環(huán)境中，超出了生態(tài)環(huán)境的自凈能力，從而使自然環(huán)境遭遇了巨大破壞。

表3　城市化與環(huán)境耦合度年際變化Table 3　Inter-annual variability of coupling degree between urbanization and environment

由表3可以看出，系統(tǒng)平均關(guān)聯(lián)度發(fā)展趨勢值在[0.741 7，0.853 2]區(qū)間，不穩(wěn)定呈波動狀態(tài)。變化趨勢前一年耦合度為基礎(chǔ)依據(jù)就分為兩種情況：

第一種是穩(wěn)定上升趨勢：在2005—2010年期間，喀什市城市化與環(huán)境發(fā)展變化趨勢呈較穩(wěn)定的狀態(tài)，2010年達(dá)到最大峰值，城市化與環(huán)境系統(tǒng)呈中度耦合的發(fā)展趨勢。

第二種是下降、衰退趨勢：2010年期間，喀什市城市化與環(huán)境發(fā)展變化趨勢呈快速衰退狀態(tài)，城市化與環(huán)境系統(tǒng)呈低度耦合發(fā)展趨勢。

這表明城市化與環(huán)境耦合發(fā)展的過程是緩慢的，喀什市城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合發(fā)展是一項復(fù)雜而困難的工程。

2005—2010年，城市化系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)耦合度緩慢上升，2005年系統(tǒng)的耦合由頡頏階段跨入磨合階段。城市化水平越來越高，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人口素質(zhì)的不斷提高，而且人們的環(huán)境保護(hù)意識開始提高，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也逐漸完整，城市與工業(yè)所產(chǎn)生的環(huán)境污染開始下降。2010—2013年出現(xiàn)耦合度下降、衰退、逐年減退趨勢。人與環(huán)境不和諧的趨勢日益嚴(yán)重，但耦合度無法反映出環(huán)境系統(tǒng)耦合的整體功能以及綜合水平。這兩個趨勢都是由經(jīng)濟(jì)、文化教育、科學(xué)技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生、人口遷移、宗教、習(xí)俗、人口政策、自然環(huán)境、人體生理素質(zhì)等社會經(jīng)濟(jì)因素和自然因素的綜合影響的結(jié)果。

圖1　城市化與環(huán)境耦合度年際變化Fig.1　Inter-annual variability of coupling degree between urbanization and environment

由圖1可知，在2005—2010年期間，喀什市城市化與環(huán)境耦合發(fā)展總的來說逐年增大，變化范圍在[0.741 7，0.853 2]，喀什市城市化與環(huán)境之間的耦合度越來越好的，2005—2008年加速增大，2008—2009年出現(xiàn)減退趨勢。2009—2010年又開始猛速提高，2010年最大峰值。說明喀什市城市綜合發(fā)展趨勢逐漸提高，有加速發(fā)展的趨勢。2010—2013年喀什市城市環(huán)境質(zhì)量變差的階段?？κ彩谐鞘谢c環(huán)境的耦合度則經(jīng)歷了由頡頏階段向磨合階段轉(zhuǎn)變的過程。

5結(jié)論

本文根據(jù)喀什市統(tǒng)計數(shù)據(jù)類型及特點采取了理論分析法，公眾調(diào)查法等方法建立了城市化與環(huán)境的耦合指標(biāo)體系。利用灰色關(guān)聯(lián)分析法計算了喀什市城市化與環(huán)境的耦合度。綜合判定表明，喀什市的城市化與環(huán)境系統(tǒng)處于中度耦合階段。

喀什市城市化和環(huán)境兩個系統(tǒng)之間存在復(fù)雜的關(guān)系及復(fù)雜的耦合機(jī)制。主要是城鎮(zhèn)化速度虛高，特別是“土地城鎮(zhèn)化”的速度太快對生態(tài)環(huán)境有脅迫作用，環(huán)境基礎(chǔ)對城市化發(fā)展有限制作用的結(jié)果。從2010年城市化與環(huán)境綜合評價指數(shù)以耦合度來看，城市化發(fā)展速度滯后于環(huán)境建設(shè)發(fā)展，2010年后環(huán)境建設(shè)發(fā)展滯后于城市化發(fā)展。從城市化與環(huán)境的耦合度演化過程來看，在2005—2010年期間，兩個系統(tǒng)的耦合度總的來說逐年增大，變化范圍為[0.741 7，0.853 2]。2005—2008年加速增大，2008—2009年發(fā)展到一個轉(zhuǎn)折點，為減退趨勢。2009—2010年又開始猛速提高，達(dá)到高峰值。說明喀什市城市綜合發(fā)展趨勢逐漸提高，綜合指數(shù)都呈線性增長，兩個系統(tǒng)耦合關(guān)系處于良好的狀態(tài)。2010—2013年發(fā)展又出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)折點，喀什市城市環(huán)境質(zhì)量變差的階段，兩個系統(tǒng)的耦合度處于中度耦合狀態(tài)?？κ彩谐鞘信c環(huán)境的耦合度則經(jīng)歷了由頡頏階段向磨合階段轉(zhuǎn)變的過程，耦合發(fā)展度指數(shù)呈波動狀態(tài)。

通過對環(huán)境綜合指數(shù)的計算，可知城市化與環(huán)境之間存在“U”型曲線關(guān)系。本研究表明喀什市的環(huán)境綜合狀況不樂觀?？κ彩袑儆趦?nèi)陸邊緣區(qū)，氣候干旱，土地荒漠化、鹽漬化速度快，環(huán)境脆弱，自然資源利用率較低，因此脆弱的生態(tài)環(huán)境難以承受。城市化發(fā)展超出正常的軌道引起生態(tài)環(huán)境惡化相互影響、惡性循環(huán)。從而城市化與環(huán)境的耦合發(fā)展當(dāng)今面臨巨大挑戰(zhàn)。環(huán)境問題需要人們做大量的工作，逐步成熟和完善。同時需要制定切實可行的發(fā)展戰(zhàn)略計劃。還要充分發(fā)展技術(shù)建設(shè)和系統(tǒng)工程，最終獲得“人與自然的各自利益、價值、權(quán)利、義務(wù)的實現(xiàn)，陽光下的一個完整而偉大的倫理區(qū)域共同體內(nèi)的普遍的道德共享”。

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收稿日期：2016-03-09

基金項目：喀什大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目(201510763100)

作者簡介：阿力木江·塔依爾(1994—)，男(維吾爾族)，新疆喀什人，本科生，E-mail：649616264@qq.com 通訊作者：木合塔爾·艾買提(1982—)，男(維吾爾族)，新疆喀什人，講師，碩士，主要從事經(jīng)濟(jì)地理和城市管理研究，E-mail：muhtar99@sina.com

DOI:10.14068/j.ceia.2016.04.023

中圖分類號：X821

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-6444(2016)04-0092-05

Analysis on Coupling Degree between Urbanization and Arid Area—Taking Kashi City as an Example

ALIMJAN Tayir, MUHETAER Aimaiti

(College of life and Geographical Sciences, Kashi University, Kashgar 844000, China)

Abstract:Urbanization and environmental problems are hot issues in the world today. The coupling development between urbanization and environment is the inevitable development path for the society. We set up the coupling index system of urbanization system and environment system. Based on the theory of coupling mathematical model of measurement between the city and the environment, as well as the coupling degree between urbanization and environmental system in Kashi from 2013 to 2005, two systems were identified in this paper. Results showed: from 2005 to 2013, the coupling degrees of urbanization and environment in Kashi were 0.7417, 0.7669, 0.7838, 0.8212, 0.8047, 0.8532, 0.7949, 0.776, 0.7420 respectively, in which the lowest was in 2005 and the value increased gradually at the year of 2006 and reach the maximum in 2010. From 2005 to 2010, the coupling degree of urbanization and arid area gradually increased, and the coupling degree from 2010 to 2013 decreased year by year. A “U” curve curvilinear relationship exists between urbanization and environment.

Key words:urbanization; arid area environment; analysis on coupling degree