基于可拓學(xué)理論的新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合評價研究

李 韌，聶春霞

(新疆維吾爾自治區(qū)發(fā)展與改革委員會 經(jīng)濟(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830002)

基于可拓學(xué)理論的新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合評價研究

李 韌，聶春霞*

(新疆維吾爾自治區(qū)發(fā)展與改革委員會 經(jīng)濟(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830002)

通過建立城市化與生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)體系和可拓學(xué)評價模型，評價了2000～2014年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合狀況；通過構(gòu)建灰色系統(tǒng)預(yù)測模型，預(yù)測了2015～2020年城市化與生態(tài)環(huán)境耦合趨勢。分析得出：2000～2014年新疆城市化和生態(tài)環(huán)境耦合水平由中上升為高，但城市化和生態(tài)環(huán)境均為低水平。預(yù)計2015～2020年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合水平呈下降趨勢，由高下降到中，其中，人口城市化和設(shè)施城市化水平保持為低水平；經(jīng)濟(jì)城市化和社會城市化水平由低上升到高。生態(tài)環(huán)境保持為低水平，其中，生態(tài)環(huán)境壓力保持為低水平，生態(tài)環(huán)境狀況由低上升到較低水平，生態(tài)環(huán)境保護(hù)由低上升為高水平。

城市化；生態(tài)環(huán)境；耦合；可拓學(xué)評價；新疆

目前，世界一半以上的人口生活在城市，城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)問題已成為世界性的戰(zhàn)略問題[1]。2014年我國城鎮(zhèn)人口比重達(dá)到54.77%，但70%左右的城市不能達(dá)到新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，一半城市市區(qū)地下水污染嚴(yán)重。隨著我國城市化的快速發(fā)展，城市成為環(huán)境污染最集中的地域，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)受到前所未有的挑戰(zhàn)，城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展是我國現(xiàn)代化進(jìn)程中必須解決的問題。新疆是我國典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，其干旱區(qū)面積占我國干旱區(qū)面積的2/3，新疆城鎮(zhèn)分布在面積不足10%的綠洲上，綠洲城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間具有高度相關(guān)性，城鎮(zhèn)人口比重為46.01%，雖然低于全國平均水平8.76個百分點(diǎn)，但隨著新疆城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，其外部性將對周圍的綠洲生態(tài)環(huán)境造成一定的壓力。評價和預(yù)測新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合的狀況與趨勢，有利于制定符合新疆城市化的發(fā)展戰(zhàn)略，也有助于新疆生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策的制定，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 相關(guān)研究綜述

國外學(xué)者主要研究城市化對生物、氣候等方面的影響，McKinney[2]分析了城市化對生物均質(zhì)性的影響，認(rèn)為城市化使得城市動物種群增多，鄉(xiāng)村動物種群減少；Zanette L R S等[3]分析了城市化改變土地覆被而引起黃蜂與蜜蜂種群數(shù)量變化的驅(qū)動作用及機(jī)制；Deosthali V[4]通過模擬分析了城市化對城市局部氣候的影響。國內(nèi)學(xué)者側(cè)重于城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性評價，劉耀彬[5]、安瓦爾·買買提明[6]、任芳[7]、趙安周[8]、曾浩[9]、張朝瓊[10]等構(gòu)建了城市化與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)度模型，評價了區(qū)域城市化與生態(tài)環(huán)境2個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r；黃金川等[11]根據(jù)環(huán)境庫茲涅茨曲線假設(shè)，采用數(shù)學(xué)模型分析城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系，得出城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的數(shù)理函數(shù)和幾何曲線。

上述關(guān)于城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系的研究為本文提供了良好的借鑒，但仍需進(jìn)一步深入研究：一是城市化與生態(tài)環(huán)境耦合評價模型需要深化，現(xiàn)有的評價模型采用均等化評價等級，實(shí)際上各指標(biāo)在同一等級范圍的屬性不同，使得評價結(jié)果偏離現(xiàn)實(shí)；二是現(xiàn)有的研究僅對城市化與生態(tài)環(huán)境耦合狀況進(jìn)行評價，鮮有對城市化與生態(tài)環(huán)境耦合趨勢進(jìn)行預(yù)測的成果?；诖耍疚慕^(qū)域城市化與生態(tài)環(huán)境耦合評價指標(biāo)體系，構(gòu)建可拓學(xué)評價模型，避免了指標(biāo)的均等化問題，科學(xué)評價了2000～2014年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合狀況；利用耦合度模型，揭示城市化水平與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量間的耦合關(guān)系；建立灰色系統(tǒng)預(yù)測模型，預(yù)測2015～2020年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合趨勢，深化城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系的研究。

2 研究方法

2.1 新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

構(gòu)建區(qū)域城市化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展評價指標(biāo)體系不僅應(yīng)遵循客觀性、科學(xué)性和有效性等原則，還應(yīng)遵循以下原則：一是層次性和動態(tài)性原則，城市化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是一個多層次的、動態(tài)的復(fù)合系統(tǒng)，指標(biāo)體系應(yīng)該包括各個層次，動態(tài)性是反映變化的動態(tài)指標(biāo)；二是全面性原則，指標(biāo)體系必須能夠全面地反映城市化與生態(tài)環(huán)境的各個方面，使指標(biāo)體系成為一個有機(jī)整體；三是可操作性原則，盡可能選取已有的統(tǒng)計指標(biāo)，保證數(shù)據(jù)的可采集性[12]。根據(jù)上述評價指標(biāo)體系的構(gòu)建原則，從人口城市化、經(jīng)濟(jì)城市化、設(shè)施城市化、社會城市化4個方面評價城市化水平，從生態(tài)環(huán)境狀況、生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境保護(hù)3個方面評價生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。具體評價指標(biāo)見表1。

表1 評價指標(biāo)及其經(jīng)典域

2.2 可拓學(xué)評價模型的構(gòu)建

可拓學(xué)評價是將每個事物(指標(biāo))的屬性劃分為若干等級，再將待評價事物代入各等級集合進(jìn)行多指標(biāo)評定，通過比較它與各等級集合的關(guān)聯(lián)度大小，得出評價等級結(jié)果[13]。

2.2.1 確定經(jīng)典域和節(jié)域 經(jīng)典域就是建立等級物元模型。設(shè)poj是事物的第j個等級，在此，將評價等級劃分為高、中、較低、低4個等級；ci是poj的第i個特征；xo1j，xo2j，…，xonj分別是poj關(guān)于ci的經(jīng)典域，各個指標(biāo)的經(jīng)典域劃分見表1。節(jié)域就是建立各指標(biāo)量值范圍物元模型。xp1，xp2，…，xpm分別是p關(guān)于c1，c2，…，cm的取值范圍，即p的節(jié)域，各指標(biāo)的節(jié)域都為[0，1]。

2.2.2 距的計算公式

(1)

其中，i=1，2，…，m;j=1，2，…，n。

2.2.3 關(guān)聯(lián)函數(shù)的計算公式

(2)

2.2.4 權(quán)系數(shù)的確定 對于評價等級Mi(i=1，2，…，m)的門限值xij(j=1，2，…，n)，權(quán)系數(shù)計算公式為：

(3)

其中，bij為權(quán)系數(shù)，i=1，2，…，m;j=1，2，…，n。

2.2.5 隸屬度的計算公式

Lj(p0)=∑bijLj(vi)

(4)

其中，Lj(p0)表示待評價對象p0關(guān)于等級j的關(guān)聯(lián)度，若Lj=maxLj(p0)，則評價對象的評價等級屬j。

2.2.6 耦合度模型 耦合度反映了城市化和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的一致性，兩系統(tǒng)之間的耦合度越大，表明系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性越高[14]。耦合度公式為：

(5)

其中，f(x)為城市化隸屬度；g(x)為生態(tài)環(huán)境隸屬度，耦合度C也劃分為高、中、較低、低4個層次，按最大隸屬度確定耦合度的等級。當(dāng)耦合度C的隸屬度為高時，城市化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展進(jìn)入高水平耦合階段；當(dāng)耦合度C的隸屬度為中時，為磨合期，城市化與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展處于良性耦合階段；當(dāng)耦合度C的隸屬度為較低時，處于城市化與生態(tài)環(huán)境頡頏時期；當(dāng)耦合度C的隸屬度為低時，城市化與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展處于低水平耦合階段。

2.3 新疆城市化與生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)的預(yù)測

為了預(yù)測新疆未來城市化與生態(tài)環(huán)境耦合趨勢，根據(jù)2009～2014年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)值，采用灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型預(yù)測2015～2020年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境指標(biāo)值。首先對原始數(shù)列是否符合準(zhǔn)光滑性和準(zhǔn)指數(shù)規(guī)律進(jìn)行檢驗(yàn)，其次，采用文獻(xiàn)[15]中的模型，進(jìn)行精度檢驗(yàn)和模型的適用條件分析。

3 實(shí)證分析

3.1 新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展評價

選取新疆統(tǒng)計年鑒(2005～2015)及新疆50年的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用上述公式進(jìn)行計算，評價結(jié)果見表2。

從城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合狀況看，2014年城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合度為高，屬高水平耦合階段，其中，城市化水平、環(huán)境質(zhì)量均為低。2000～2014年城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合度處于連續(xù)上升趨勢，其中，2000～2005年城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度為中，屬良性耦合水平，城市化和生態(tài)環(huán)境均屬低水平；2006～2014年兩者的耦合度為高，屬高水平耦合階段，城市化和生態(tài)環(huán)境均為低水平。

從城市化水平看，2000～2014年保持為低水平，其中，人口城市化、經(jīng)濟(jì)城市化、設(shè)施城市化和社會城市化均保持為低水平。

從生態(tài)環(huán)境質(zhì)量看，2000～2014年保持為低水平，其中，生態(tài)環(huán)境狀況、生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境保護(hù)均為低水平。

3.2 新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合趨勢分析

對2009～2014年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合評價體系的所有指標(biāo)值進(jìn)行檢驗(yàn)，均通過了準(zhǔn)光滑性和準(zhǔn)指數(shù)規(guī)律檢驗(yàn)。利用灰色系統(tǒng)理論及應(yīng)用(第三版)軟件，建立灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型，得到2015～2020年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)預(yù)測值、平均相對誤差和時間響應(yīng)函數(shù)(表3)。

續(xù)表2:

年份等級人口城市化經(jīng)濟(jì)城市化設(shè)施城市化社會城市化城市化水平生態(tài)環(huán)境狀況生態(tài)環(huán)境壓力生態(tài)環(huán)境保護(hù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量耦合度中√較低低√√√√√√√√√2003高中√較低低√√√√√√√√√2004高中√較低低√√√√√√√√√2005高中√較低低√√√√√√√√√2006高√中較低低√√√√√√√√√2007高√中較低低√√√√√√√√√2008高√中較低低√√√√√√√√√2009高√中較低低√√√√√√√√√2010高√中較低低√√√√√√√√√2011高√中較低低√√√√√√√√√2012高√中較低低√√√√√√√√√2013高√中較低低√√√√√√√√√2014高√中較低低√√√√√√√√√

表3 評價指標(biāo)預(yù)測模型和預(yù)測值

根據(jù)表3中2015～2020年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)的預(yù)測值，計算出2015～2020年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合趨勢的評價結(jié)果，具體見表4。

假定按照2009～2014年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境發(fā)展態(tài)勢，2015～2020年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度呈下降趨勢，由2015年的高水平下降到2020年的中等水平。城市化水平保持為低水平，其中，人口城市化和設(shè)施城市化水平保持為低水平；經(jīng)濟(jì)城市化水平由2014年的低，上升到2015年的較低，2018年上升到中，2019～2020年上升到高水平；社會城市化水平由2014年的低上升為2015年的中，2016～2020年上升為高水平。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量保持為低，其中，生態(tài)環(huán)境壓力保持為低；生態(tài)環(huán)境狀況由2015年的低上升到2020年的較低；生態(tài)環(huán)境保護(hù)水平由2015年的低上升為2018～2019年的較低，2020年上升為高水平。

4 結(jié)論及啟示

通過建立城市化與生態(tài)環(huán)境耦合評價指標(biāo)體系，構(gòu)建可拓學(xué)評價模型，分析2000～2014年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合狀況；構(gòu)建灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型，預(yù)測2015～2020年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合趨勢，與同類研究相比，得出的結(jié)論也更加符合實(shí)際，主要結(jié)論如下。

(1)目前，新疆城市化與生態(tài)環(huán)境是低水平的協(xié)調(diào)。2000～2014年，雖然新疆城市化和生態(tài)環(huán)境耦合水平由中上升為高，但由于人口密度不斷增大、城鎮(zhèn)人口比重提高緩慢使得城市化水平呈下降趨勢，圖書館、醫(yī)院床位數(shù)等設(shè)施城市化水平低，工業(yè)“三廢”處理水平、環(huán)境治理投資和清潔能源占比等生態(tài)環(huán)境壓力和生態(tài)環(huán)境保護(hù)水平低等原因，新疆城市化和生態(tài)環(huán)境均為低水平。因此，新疆城市化和生態(tài)環(huán)境屬低水平的耦合。

(2)未來，新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合水平下降，但城市化與生態(tài)環(huán)境水平有所提高。2015～2020年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合水平呈下降趨勢，由高下降到中。城市化水平保持為低水平，其中，人口城市化和設(shè)施城市化水平保持為低水平；人均生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值比重、城鎮(zhèn)每人擁有鋪裝道路面積等水平的提高，使得經(jīng)濟(jì)城市化和社會城市化水平由低上升到高。生態(tài)環(huán)境保持為低水平，其中，工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率、平均每人日生活用水量、萬元GDP能耗人均工業(yè)廢氣排放量等水平的下降使得生態(tài)環(huán)境壓力保持為低水平；森林覆蓋率、建成區(qū)綠化覆蓋率、平均每人公共綠地面積等水平的提高，使得生態(tài)環(huán)境狀況由低上升到較低水平；工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率、工業(yè)固體廢物綜合利用環(huán)境污染治理投資總額占新疆生產(chǎn)總值比重、水風(fēng)電消費(fèi)占總能源消費(fèi)的比例水平的提升，使得生態(tài)環(huán)境保護(hù)由低上升為高水平。

雖然新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合水平較高，但是城市化和生態(tài)環(huán)境水平低，有待提高，特別是人口城市化、設(shè)施城市化、生態(tài)環(huán)境壓力水平亟待提升。因此，新疆繼續(xù)推進(jìn)城市化的同時，需要制定嚴(yán)格的政策措施，保護(hù)好森林、草原和水源等自然生態(tài)，增加城市綠地面積，加大工業(yè)節(jié)能減排力度，加快改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，是新疆當(dāng)前和今后一段時期面臨的重要任務(wù)。

表4 2015～2020年新疆城市化與生態(tài)環(huán)境耦合評價結(jié)果

[1] 張曉天,劉養(yǎng)潔.山西省城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度分析[J].山西師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2013,27(2):80-85.

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(責(zé)任編輯：管珊紅)

A Study on Evaluation of Coupling between Urbanization and Eco-environment in Xinjiang Based on Extenics Theory

LI Ren, NIE Chun-xia*

(Institute of Economy Research, Xinjiang Development and Reform Commission, Urumqi 830002, China)

This paper set up evaluation indicator system and extenics evaluation model to evaluate the coupling degree between urbanization and eco-environment from 2000 to 2014 in Xinjiang, and constructed grey model to forecast the trend of coupling degree between urbanization and eco-environment from 2015 to 2020. It was concluded that the coupling degree between urbanization and eco-environment from 2000 to 2014 in Xinjiang increased from middle level to high level, but the levels of both urbanization and eco-environment were low. It was predicted that: during 2015～2020, the coupling level between urbanization and eco-environment in Xinjiang would show a decreasing trend (from high level to middle level); both the population urbanization and the facility urbanization would maintain at a low level, while both the economic urbanization and the social urbanization would rise from low level to high level; the eco-environment would keep at a low level, the pressure of eco-environment would keep at a low level, the status of eco-environment would be improved from low level to slightly low level, and the protection of eco-environment would be improved from low level to high level.

Urbanization; Eco-environment; Coupling; Extenics evaluation; Xinjiang

2016-07-13

國家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目(41661112)。

李韌(1964—)，男，安徽宿州人，高級工程師，研究方向：區(qū)域經(jīng)濟(jì)學(xué)。*通訊作者：聶春霞。

F290

A

1001-8581(2017)01-0112-06