蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系的分析

王莉霞，王新民，王國(guó)印

（天水師范學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，甘肅 天水 741001）

蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系的分析

王莉霞，王新民，王國(guó)印

（天水師范學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，甘肅 天水 741001）

本文在城市化與環(huán)境耦合關(guān)系模型的理論基礎(chǔ)上，結(jié)合蘭州市實(shí)際情況，通過(guò)構(gòu)建城市化綜合指數(shù)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)的指標(biāo)體系，根據(jù)耦合關(guān)系模型，對(duì)蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合演化的趨勢(shì)進(jìn)行量化分析，依此來(lái)反應(yīng)蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題。耦合結(jié)果顯示：蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合程度較低，主要表現(xiàn)為拮抗期，處于中等發(fā)展階段，城市化滯后于環(huán)境發(fā)展，表明蘭州近幾年環(huán)境治理與保護(hù)程度提升。

城市化；生態(tài)環(huán)境；耦合關(guān)系；蘭州市

城市化也稱(chēng)為城鎮(zhèn)化，是指人口向城市地區(qū)集中的過(guò)程，具體指社會(huì)化、經(jīng)濟(jì)化和產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程。[1]在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與文化快速發(fā)展的同時(shí)，基礎(chǔ)的生態(tài)環(huán)境卻時(shí)刻面臨著惡化。城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境狀況必然存在某種耦合，一方面，城市化使城市得以迅速發(fā)展，但對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了一定危害；另一方面，生態(tài)環(huán)境的承載力限制了城市的無(wú)序發(fā)展。因此，做好區(qū)域城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合評(píng)價(jià)，對(duì)協(xié)調(diào)城市經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

蘭州市位于東經(jīng)102°35″～104°34″，北緯35° 34″～37°07″之間，地處黃河上游，甘肅省中部，是我國(guó)陸域版圖的幾何中心。蘭州市城區(qū)被南北兩山夾峙，地形呈東北高，西南低，相對(duì)高度差超過(guò)600m.南北最窄處不足5km，是一東西長(zhǎng)、南北窄的帶狀河谷盆地城市，封閉的河谷盆地地形使其環(huán)境容量受到很大限制。因此污染難以得到雨水的凈化，城市生態(tài)環(huán)境狀況較差。西部大開(kāi)發(fā)給蘭州的城市發(fā)展帶來(lái)了前所未有的契機(jī)，2013年蘭州市全年GDP總值為1776.28億元，比2012年增長(zhǎng)了13.40%；蘭州市城市化進(jìn)程明顯加快，工業(yè)規(guī)模擴(kuò)張、用地緊張和地形封閉等因素帶來(lái)了一系列環(huán)境污染問(wèn)題，尤其是大氣污染相當(dāng)嚴(yán)重。因此，未來(lái)蘭州城市在發(fā)展的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展也不容忽視。

表1　蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境指標(biāo)體系

一、城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.指標(biāo)的選擇

城市化與生態(tài)環(huán)境耦合是一個(gè)發(fā)展復(fù)雜的系統(tǒng)，反映城市和環(huán)境的要素很多，而且兩個(gè)系統(tǒng)中各要素間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，因此指標(biāo)選取是耦合關(guān)系評(píng)價(jià)中的核心環(huán)節(jié)。

本文在參考相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，[2-5]結(jié)合城市、環(huán)境系統(tǒng)各自的特點(diǎn)，確定指標(biāo)選定原則。鑒于城市化與環(huán)境系統(tǒng)的復(fù)雜性、多功能性等特點(diǎn)，選用的指標(biāo)要能反映城市化與環(huán)境的主要特征與狀態(tài)；城市化指標(biāo)選取應(yīng)充分反映城市人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r等各方面的綜合機(jī)制；生態(tài)環(huán)境指標(biāo)應(yīng)從城市化對(duì)其造成的影響及控制措施來(lái)選?。粚?shí)際評(píng)價(jià)中，指標(biāo)選取應(yīng)易于統(tǒng)計(jì)。綜上述原則可得，蘭州市城市化和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)體系關(guān)系（見(jiàn)表1）。

2.數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理

由于各指標(biāo)的單位不一樣，因此要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，對(duì)不同量綱的數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變?yōu)椴缓烤V化的標(biāo)準(zhǔn)值。筆者根據(jù)指標(biāo)的性質(zhì)及數(shù)據(jù)情況，選取極差變換法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中原始正向指標(biāo)數(shù)據(jù)按公式（1）處理，原始負(fù)向指標(biāo)數(shù)據(jù)按公式（2）處理。

3.指標(biāo)權(quán)重值的計(jì)算

確定權(quán)重的方法有很多種，本文采用客觀賦值的變異系數(shù)法來(lái)確定，計(jì)算方法見(jiàn)表2，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1.

4.城市化與生態(tài)環(huán)境綜合指標(biāo)計(jì)算

作者選取城市化評(píng)價(jià)值（fx）和生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)值g（y）的綜合指數(shù)，分別作為城市化水平與生態(tài)環(huán)境水平兩個(gè)目標(biāo)層的定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。

城市化評(píng)價(jià)值綜合指數(shù)（fx），

式中：n為指標(biāo)個(gè)數(shù)，wi指第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，xi指第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。計(jì)算得出的城市化評(píng)價(jià)值越高，則城市化水平越高；城市化評(píng)價(jià)值越低，則城市化水平越低。

生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)值綜合指數(shù)g（y），

式中：n為指標(biāo)個(gè)數(shù)，wi指第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，yi指第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。計(jì)算得出的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)值越高，則生態(tài)環(huán)境越好；生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)值越低，則生態(tài)環(huán)境越差。

表2　城市化與環(huán)境系統(tǒng)耦合度劃分標(biāo)準(zhǔn)

表3　蘭州市2009～2013年城市化——環(huán)境綜合指數(shù)與耦合度值

5.城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度的計(jì)算

借助物理學(xué)中的耦合概念以及推廣得到多個(gè)系統(tǒng)相互作用耦合度模型，可得：

由此可以得到城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合度函數(shù)，[3-4]可表示為：

式中C表示耦合系統(tǒng)中的耦合度數(shù)值，其中C∈[0，1]，（fx）、g（y）分別為城市化系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)對(duì)總系統(tǒng)的貢獻(xiàn)度，即表示城市化綜合指標(biāo)序參量和環(huán)境綜合指標(biāo)序參量。

對(duì)城市化——環(huán)境耦合系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，耦合度的意義為：定量描述耦合系統(tǒng)協(xié)調(diào)形態(tài)隨時(shí)間推移而發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化，反映了城市化與環(huán)境在一定的時(shí)間、區(qū)域內(nèi)相互作用的數(shù)量關(guān)系和調(diào)整過(guò)程。[4-7]

城市化與環(huán)境系統(tǒng)耦合度C的范圍為[0，1]，[8-9]具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2.

二、蘭州市城市化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合度分析

將蘭州市的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)代入公式（3）、公式（4），計(jì)算出蘭州城市化與環(huán)境綜合指數(shù)f（x）、g（y）。再根據(jù)公式（6）計(jì)算出其耦合度（見(jiàn)表3）。

圖1　蘭州市2009～2013年城市化——環(huán)境綜合指數(shù)變化曲線

從圖1可以得出以下結(jié)論：

1.2009～2013年蘭州市城市化綜合指數(shù)水平高于生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)水平（（fx）＜g（y）），但從2011到2013年兩者綜合指數(shù)差值逐漸減小

由于特殊的地形條件，環(huán)境問(wèn)題是多年來(lái)困擾蘭州市發(fā)展較突出的問(wèn)題。在最近幾年的發(fā)展中，蘭州市政府采取各種措施，不斷優(yōu)化城市生態(tài)環(huán)境，使生態(tài)環(huán)境在2009年到2013年間有了較大改善，但兩者綜合指數(shù)相差依然較大，說(shuō)明在投入生態(tài)環(huán)境建設(shè)時(shí)，城市化與環(huán)境系統(tǒng)不能同步提升。因此，城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)同步發(fā)展是蘭州市需要進(jìn)一步發(fā)展的目標(biāo)和任務(wù)。

2.從城市化綜合指數(shù)看，2009年到2013年呈整體上升的趨勢(shì)

2009到2010年基本保持平緩，但稍有下降；2010到2011年從0.48406提高到0.5763，變化幅度明顯增大，對(duì)比生態(tài)環(huán)境則是下降趨勢(shì)，此時(shí)在指標(biāo)參數(shù)上主要表現(xiàn)為人均GDP的增長(zhǎng)、城市非農(nóng)業(yè)人口比重的增大和城鎮(zhèn)居民人均可支配收入的增多；2011到2012年又表現(xiàn)出緩慢下降的趨勢(shì)，此時(shí)，相應(yīng)的環(huán)境綜合指標(biāo)也是降低趨勢(shì)，表明2011年城市化與環(huán)境建設(shè)步調(diào)一致，符合時(shí)代變化需要，但現(xiàn)代化建設(shè)卻沒(méi)有得到提升，人們生活水平?jīng)]有得到改善；2012到2013年，城市化綜合指標(biāo)有較大幅度的增勢(shì)，指標(biāo)參數(shù)表現(xiàn)為人均GDP增長(zhǎng)和第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重的提升，整個(gè)2012年，環(huán)境指標(biāo)也呈上升趨勢(shì)，這符合城市化與環(huán)境耦合的需要。

3.從生態(tài)環(huán)境綜合指標(biāo)看，雖然整體指標(biāo)大于城市化水平，但總趨勢(shì)卻表現(xiàn)為下降，說(shuō)明環(huán)境始終是蘭州市城市化建設(shè)的主要問(wèn)題

2009到2012年綜合指標(biāo)平緩下降，在指標(biāo)參數(shù)上體現(xiàn)在廢水排放量和工業(yè)廢棄物產(chǎn)量方面，NO2排放量先是增大而后又減少，所以蘭州在解決環(huán)境問(wèn)題方面，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)廢水、廢棄物的控制，加大對(duì)城市廢水、工廠廢棄物的管理措施。

對(duì)表3中耦合度值分析可以得到以下結(jié)論：2009～2013年蘭州市城市化——環(huán)境耦合度值（C）整體在增大，但始終在0.48到0.50之間，按照城市化——環(huán)境耦合度劃分標(biāo)準(zhǔn)，蘭州市在這5年之中處于拮抗期，即蘭州市的環(huán)境承載力下降，城市化過(guò)程中的建設(shè)和發(fā)展還需要更多的人力、財(cái)力來(lái)支撐，但在發(fā)展的同時(shí)，由于環(huán)境承載能力受到限制，導(dǎo)致不均衡發(fā)展。從2009到2013年，耦合度增長(zhǎng)趨勢(shì)不明顯，同時(shí)，環(huán)境的綜合指數(shù)也是呈下降的趨勢(shì)，只有合理的動(dòng)態(tài)變化才是城市化與環(huán)境耦合的正常態(tài)勢(shì)，對(duì)處于拮抗階段的蘭州市而言，總體發(fā)展水平比較低，處于中等發(fā)展階段。

三、結(jié)　語(yǔ)

本文主要運(yùn)用了耦合度的物理模型對(duì)2009～ 2013年蘭州市城市化與環(huán)境耦合系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)度與分析，得到如下結(jié)論。

其一，建立城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系，可以從側(cè)面直觀反映城市化過(guò)程中城市與環(huán)境的融合性，建立好兩者的發(fā)展關(guān)系是城市化建設(shè)的基礎(chǔ)與前提。耦合度表現(xiàn)了城市與環(huán)境相互作用的協(xié)調(diào)程度，正確選取相應(yīng)的指標(biāo)，通過(guò)其貢獻(xiàn)的大小，來(lái)客觀反映協(xié)同程度。

借鑒其他研究者的計(jì)算方法，本文選取一般常見(jiàn)的指標(biāo)來(lái)作為參量，指標(biāo)體系較少，并不能?chē)?yán)格、準(zhǔn)確地描繪蘭州市的城市化與環(huán)境耦合情況，只是對(duì)其發(fā)展走勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)與估計(jì)。

其二，2009年以來(lái)，蘭州市城市化與環(huán)境耦合處于拮抗階段，2009到2013年之間，城市化與環(huán)境的復(fù)合系統(tǒng)耦合度從0.4861增加到0.4979，僅僅增大0.0117，城市化與環(huán)境的協(xié)同程度幾乎沒(méi)有改變，并且蘭州市的城市化與環(huán)境的協(xié)調(diào)度比較低，處于中低水平。環(huán)境綜合指數(shù)高于城市化綜合指數(shù)，雖然蘭州市的環(huán)境保護(hù)近幾年得到質(zhì)的提升，但城市化與環(huán)境并沒(méi)有達(dá)到良好的協(xié)調(diào)與共振。

其三，隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的深入，蘭州市經(jīng)濟(jì)和文化必定要加速發(fā)展，這樣會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)更大的壓力。要改變這種狀況，蘭州市的政府和人民應(yīng)當(dāng)共同響應(yīng)并實(shí)施有效措施。比如提高環(huán)保運(yùn)用技術(shù)、改革市場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)制、增強(qiáng)人們環(huán)保意識(shí)等，使蘭州市城市化與環(huán)境耦合度得以提升，城市化與環(huán)境協(xié)調(diào)有序，最后達(dá)到共振，逐步實(shí)現(xiàn)蘭州市的可持續(xù)發(fā)展。

[1]許學(xué)強(qiáng),周一星,寧越敏.城市地理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1996.

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〔責(zé)任編輯王景〕

An Analysis of the Coupling Relationship between Urbanization and Environment of city of Lanzhou

Wang Lixia,Wang Xinmin,Wang Guoyin
(School of Resources and Environmental Engineering,Tianshui Normal University,Tianshui Gansu741001,China)

In this paper,the theoretical basis of the relationship between urbanization and environmental coupling model,combined with the actual Lanzhou,by some indicators,the relative standard configuration values for the vari?ables were standardized,and finally coupling evaluation,in 2009 to 2013 in Lanzhou City Urbanization and Environ?ment coupling a brief analysis,and so to the reaction in Lanzhou city urbanization and ecological Environment.The results show that the coupling:lower degree of urbanization and ecological environment coupled Lanzhou,mainly as antagonistic stage,in the middle stage of development,urbanization lags behind in environmental development,indi?cating Lanzhou environmental management and protection in recent years has been improved.

urbanization;eco-environment;coupling relationship;Lanzhou

K927

A

1671-1351（2016）05-0027-04

2016-05-10

王莉霞（1980-），女，甘肅甘谷人，天水師范學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院講師，碩士。

天水師范學(xué)院2015年度中青年教師科研項(xiàng)目（TSA1513）階段性成果