中國焦化場地近20年時空演變特征及驅(qū)動因素

劉振坤 ，吳華勇，劉峰*，張甘霖 ，李德成，鄭光輝，曾榮

1. 中國科學(xué)院南京土壤研究所/土壤與農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008；2. 南京信息工程大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210044；3. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4. 中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所流域地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008

焦化是對生態(tài)環(huán)境影響最大的產(chǎn)業(yè)之一，它是指以煤炭為主在能源結(jié)構(gòu)中進(jìn)行清潔能源轉(zhuǎn)換的流程工業(yè)，作為中國冶金、化工的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在國民經(jīng)濟(jì)中舉足輕重。

中國是全世界煤炭資源儲量最豐富的國家之一，已查明的儲量為1.67×1014t。自20世紀(jì)90年代以來，中國焦化行業(yè)發(fā)展飛速。根據(jù)國家統(tǒng)計局和中國煉焦行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2019年中國焦炭產(chǎn)量達(dá)4.71×109t，占世界焦炭總產(chǎn)量的68%，多年居全球首位（本刊，2020）。在區(qū)域分布上，中國焦炭產(chǎn)量分布呈現(xiàn)出北多南少，西多東少的特征。2018年華北地區(qū)焦炭產(chǎn)量占比最大，為40.85%；其次是華東地區(qū)，占比19.04%；第三是西北地區(qū)，占比16.29%（陳子萍，2019）。山西省、河北省產(chǎn)能超過1×109t，山東省、陜西省和內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)能超過5×108t（中國煉焦行業(yè)協(xié)會，2018）。

在國家尺度上研究焦化場地的時空變化與形成機(jī)制，對于中國現(xiàn)階段開展土壤、水、大氣環(huán)境的空間治理和國家生態(tài)環(huán)境建設(shè)的宏觀戰(zhàn)略決策具有重要意義（于曉曼等，2015；彭逸喆等，2020；王秦等，2020；陶詩陽，2016），同時對焦化及相關(guān)產(chǎn)業(yè)制定未來發(fā)展規(guī)劃具有重要參考價值，目前已成為生態(tài)環(huán)境與資源領(lǐng)域一個重要的研究問題。國內(nèi)外學(xué)者對于焦化行業(yè)和場地的研究，當(dāng)前主要集中在以下3個方面。一是焦化工業(yè)的行業(yè)發(fā)展與對策。丁明潔等（2013）、李超等（2018）、鄭文華（2004）等探討了中國焦化工業(yè)的發(fā)展近況，并針對存在的主要問題，結(jié)合未來發(fā)展提出了應(yīng)對政策。趙小英（2006）從國際煉焦技術(shù)與國家焦炭產(chǎn)業(yè)政策的角度，論述了山西省焦化工業(yè)未來的發(fā)展策略及技術(shù)路線。二是環(huán)境污染治理。趙春麗等（2019）對焦?fàn)t煙囪廢氣SO2、NOx污染控制技術(shù)進(jìn)行了研究，梳理了國內(nèi)在源頭控制、過程控制和末端治理方面采取的污染治理技術(shù)。Rachawl et al.（2015）應(yīng)用地球化學(xué)法和礦物學(xué)方法對波蘭南部靠近焦炭工業(yè)地區(qū)的森林表層土壤進(jìn)行了定性和定量評估。三是單個焦化場地的污染物濃度時空特征。劉庚等（2012；2013）研究了某大型焦化企業(yè)污染場地內(nèi)多環(huán)芳烴污染的空間分布，分析了污染物空間范圍預(yù)測的不確定性。

然而，在國家尺度或長時間跨度上對焦化場地的空間分布格局及其演變過程的研究鮮見報道，這在一定程度上影響了國家生態(tài)環(huán)境建設(shè)的宏觀決策以及對土壤、水和大氣環(huán)境空間治理的有效開展。為此，本文以中國具有較大潛在污染的焦化場地為研究對象，利用多種地理信息空間分析方法，在國家尺度上研究焦化場地近 20年來的時空演變過程特征，探討其與自然地理因素和社會經(jīng)濟(jì)政策等因素的關(guān)系，以期為中國現(xiàn)階段環(huán)境空間治理、國家生態(tài)環(huán)境建設(shè)的宏觀戰(zhàn)略決策以及焦化及相關(guān)行業(yè)的宏觀調(diào)控和發(fā)展規(guī)劃提供支撐。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

2000—2020年全國焦化場地信息（包括名稱、位置、運(yùn)營時間等）來源于國家企業(yè)信用信息公示系統(tǒng)（http://www.gsxt.gov.cn/index.htm）、國家中小企業(yè)發(fā)展子基金旗下官方備案企業(yè)征信機(jī)構(gòu)天眼查（https://www.tianyancha.com/）等企業(yè)信息共享平臺網(wǎng)站以及中國知網(wǎng)（https://www.cnki.net/）2000—2018年相關(guān)文獻(xiàn)（例如，張尚宣等，2017；張俊葉等，2017），收集 1000余個以煉焦為主且工藝陳舊的主要因搬遷產(chǎn)生的焦化場地，這些場地都存在較大的潛在污染，共計樣本數(shù)量1045個。焦化場地位置的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)是利用中國高分一號遙感影像、Google Earth高分遙感影像和百度地圖等按場地范圍中心處拾取。地形數(shù)據(jù)使用SRTM（Shuttle Radar Topography Mission）DEM（Digital Elevation Model）數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，空間分辨率250 m，來源于數(shù)據(jù)共享網(wǎng)站（Consortium for Spatial Information，https://srtm.csi.cgiar.org/srtmdata/）；地形坡度是在 ArcGIS軟件中利用坡度分析工具基于DEM采用文獻(xiàn)David（1999）的坡度算法計算；全國地級市行政區(qū)和鐵路與公路矢量數(shù)據(jù)來源于資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn/）。在ArcGIS軟件中，利用投影工具將所有地理數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為WGS1984/Albers投影坐標(biāo)系統(tǒng)。另外，焦化行業(yè)國家政策信息主要來源于國家發(fā)展和改革委員會官網(wǎng)（https://www.ndrc.gov.cn/）和北極星環(huán)保網(wǎng)（http://huanbao.bjx.com.cn/）。

1.2 研究方法

首先，以中國地級市區(qū)行政單元為基本分析單元，按場地運(yùn)營時間分別提取全國所有分析單元在2000、2005、2010、2015和2020年5個年份的焦化場地數(shù)量，并統(tǒng)計計算了5個年份每個分析單元內(nèi)焦化場地的數(shù)量及變化。然后，基于各年份焦化場地樣本點(diǎn)，采用 ArcGIS軟件空間統(tǒng)計分析工具中的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法（Lefever，1926；Furfey，1927）、最鄰近分析法（Clark et al.，1954）和核密度函數(shù)（Silverman，1998）3種方法，定量分析了焦化場地的時空演變特征，然后對其與資源稟賦、地形地貌、交通條件、公眾環(huán)保意識和國家行業(yè)政策等因素的關(guān)系進(jìn)行了分析。

（1）標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法

采用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法可以研究焦化場地在空間上的總體分布情況，計算公式為如下：

式中，x和y表示焦化場地i的坐標(biāo)；表示焦化場地標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的重心（平均中心）坐標(biāo)；n表示焦化場地的數(shù)量。

分別計算2000、2005、2010、2015和2020年5個年份的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓轉(zhuǎn)角θ、最大標(biāo)準(zhǔn)差距離x（橢圓長軸）、最小距離y（橢圓短軸）等參數(shù)，定量描述中國焦化場地的空間分布特征，揭示其空間擴(kuò)散方向以及離散程度。其中橢圓轉(zhuǎn)角是指從正北方向開始按順時針進(jìn)行測量的長軸夾角；橢圓長半軸表示焦化場地在空間分布上的總體擴(kuò)散方向；橢圓短軸的長度代表焦化場地的集聚程度，短軸越短，表示焦化場地越集聚。

（2）最鄰近分析法

最鄰近分析法是一種空間計量統(tǒng)計法，用來判斷區(qū)域內(nèi)地理要素的空間集聚形態(tài)，其表達(dá)公式為：

式中，為最鄰近距離指數(shù)；n為樣本點(diǎn)的數(shù)量；A為區(qū)域總面積。

對各年份進(jìn)行最鄰近分析計算得到最鄰近距離指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差Z值和P值等參數(shù)，分析焦化場地樣本的集聚程度。其中反映了焦化場地的集聚形態(tài)，＜1為集聚型分布，=1為隨機(jī)型分布，＞1為均勻型分布。標(biāo)準(zhǔn)差Z值用來指示焦化場地的離散程度，P值代表顯著程度，標(biāo)準(zhǔn)差Z的臨界值（雙側(cè)檢驗(yàn)）1.65、1.96、2.58分別對應(yīng)P值的 0.1、0.05、0.01。P＞0.1時顯著性較差，說明焦化場地為隨機(jī)分布；0.05＜P＜0.1時顯著性一般；0.01＜P＜0.05時顯著性較強(qiáng)；P＜0.01時極為顯著。

（3）核密度函數(shù)

核密度函數(shù)是利用平滑的曲線模擬焦化場地樣本點(diǎn)，形成模擬的概率分布曲線，它可根據(jù)單位網(wǎng)格內(nèi)樣本點(diǎn)的密度估計網(wǎng)格周圍焦化場地分布密度并形成空間連續(xù)的光滑表面。核密度函數(shù)算法公式為：

式中，η(m)表示焦化場地的核密度估計；r為核密度函數(shù)的搜索半徑，即帶寬；n為在帶寬范圍內(nèi)的焦化場地數(shù)量；dis是焦化場地點(diǎn)i與m之間的距離；θ表示dis的權(quán)重。

帶寬是核密度估算的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，本文分別選取了 100、150、200、250、300、350、400和 450 km的帶寬進(jìn)行試驗(yàn)，對結(jié)果得到的核密度分布圖檢查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)帶寬小于300 km時，不能有效捕捉到中國部分地區(qū)如西北地區(qū)焦化場地的空間變異；大于300 km時，則因帶寬過大也不能有效捕捉到中國一些地區(qū)焦化場地的空間變異，結(jié)果過于粗略；而300 km左右?guī)拕t最能體現(xiàn)中國焦化場地的時空變異特征，所以將該帶寬值作為計算搜索帶寬。核密度值越大則集聚范圍越大，生成相關(guān)年份的核密度分布圖，利用核密度函數(shù)來探索中國焦化場地的分布狀態(tài)。

（4）多因素時空關(guān)聯(lián)分析方法

為甄別焦化場地與其驅(qū)動因素之間的關(guān)系，在對焦化場地時空演變驅(qū)動因素已有認(rèn)識的基礎(chǔ)上，一方面采用空間疊加分析和統(tǒng)計分析方法對焦化場地空間分布與煤礦資源、交通條件和地形地貌等的空間分布進(jìn)行關(guān)系分析，另一方面采用時間變化一致性分析方法對焦化場地的時間演化特征與交通條件、社會經(jīng)濟(jì)與政策和公眾環(huán)保意識等的時間演變特征進(jìn)行關(guān)系分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 中國焦化場地時空分布特征

2.1.1 數(shù)量分布特征

2000、2005、2010 、2015和2020年5個年份中國焦化場地的數(shù)量統(tǒng)計描述和時空分布如表1和圖1所示。從焦化場地數(shù)量來看，2000年最少，2005年劇增，增幅達(dá)227%，2010年略增，增幅僅有2005年增幅的1/10，2015年達(dá)到最多，2020年開始有所下降。這說明，2000—2020年間中國焦化場地數(shù)量呈先快速增加后緩慢增加再緩慢減少的變化趨勢，2005年左右是重要時間拐點(diǎn)。這種數(shù)量變化趨勢也清晰地反映在這一時期焦化場地空間分布的變化中（圖1）。另外，由圖1也可以看出，盡管在時間上不斷變化，但基本空間格局大體比較一致，焦化場地主要分布在中國華北、西南和西北地區(qū)，東南地區(qū)分布較少。

表1 2000—2020年中國焦化場地的數(shù)量變化特征Table 1 Changes in the number of coking sites during the period 2000-2020

圖1 中國焦化場地數(shù)量的時空分布Fig. 1 Spatio-temporal distribution of the quantity of coking sites

2.1.2 分布方向性差異和發(fā)展趨勢

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓用于定量刻畫焦化場地空間分布的方向和形態(tài)特征（Furfey，1927）。圖2顯示了5個年份中國焦化場地標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的位置、方向和形態(tài)。近20年來，焦化場地的空間集聚重心總體上呈現(xiàn)不斷向西北方向移動的趨勢，但主要在111°27′—114°09′E 和 34°29′—35°26′N 范圍內(nèi)變動（表2），該范圍偏離中國大陸的幾何中心（103°40′E，36°03′N），說明中國焦化場地不是均衡化的發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的覆蓋范圍在 2000—2010年間呈現(xiàn)不斷擴(kuò)大的離散特征，2010—2020年間呈現(xiàn)縮小的趨勢，表明 2000—2010年間橢圓外部的焦化場地不斷增加，2010—2020年間分布在橢圓外部的焦化場地減少。

圖2 2000—2020年中國焦化場地分布的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的位置和形態(tài)Fig. 2 Locations and shapes of standard deviation ellipses of the coking sites distribution during the period 2000-2020

表2 2000—2020年焦化場地分布的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓參數(shù)Table 2 Parameters of standard deviation ellipses for the distributions of coking sites during the period 2000-2020

2000年橢圓扁率最大，說明該年份焦化場地的分布方向趨勢最明顯；2015年橢圓短軸最長，面積最大，說明該年份焦化場地分布最廣，隨機(jī)性最強(qiáng)；在轉(zhuǎn)角和長軸方向上，2020年轉(zhuǎn)角比2000年增加了17.88°，呈現(xiàn)從西南—東北走向往西—東走向變化的趨勢，即向西—東走向的集聚效應(yīng)日益增強(qiáng)；分布重心具有向北偏西方向位移的趨勢，移動距離介于28.13—149.18 km之間（表2）。

2.1.3 時空分布形態(tài)和集聚特征

表3列出了不同年份全國焦化場地的平均最鄰近距離計算結(jié)果。5個年份的平均最鄰近指數(shù)均小于1，|Z|均大于2.58，且P值均小于0.01，表明近 20年中國焦化場地分布模式總體上均呈顯著性的集聚分布。

圖3展示了中國焦化場地核密度的時空分布，直觀地刻畫了焦化場地在地理空間上的集聚和分布形態(tài)及其變化。圖中不同的顏色代表了不同的核密度值，不同的形狀代表集聚區(qū)的大小，顏色越深則集聚程度越高，顏色越淺集聚程度越低。根據(jù)核密度數(shù)值分布，將其劃分為低集聚（＜0.42×10-4/km2）、中集聚（0.42×10-4—4.86×10-4/km2）、高集聚（＞4.86×10-4/km2）。

圖3 中國焦化場地的核密度時空分布Fig. 3 Spatio-temporal distribution of nuclear density of coking sites

表3 2000—2020年中國焦化場地的最鄰近距離分析結(jié)果Table 3 Results of nearest proximity distance analysis on the coking sites during the period 2000-2020

2000年，中國焦化場地的中集聚區(qū)出現(xiàn)在華北、東北黑龍江、東南和云貴地區(qū)，這些地區(qū)幾乎無高集聚區(qū)，呈斑狀分散分布（圖3a）。到了2005年，整個華北地區(qū)、東北黑龍江和西南云貴地區(qū)形成了高集聚區(qū)，華南中部、西北新疆和東北遼寧等地為中集聚區(qū)，西北的甘肅等地為低集聚區(qū)，相比2000年集聚區(qū)數(shù)量和程度有了顯著增加（圖3b）。2010年，在華北地區(qū)、華南中部、東北的黑龍江和西南的云貴地區(qū)等地形成了高集聚區(qū)，西北新疆和東北部分地區(qū)等地形成了中集聚區(qū)；與 2005年相比，西北的甘肅形成了新的中集聚區(qū)，新疆的集聚程度又有了明顯增加（圖3c）。2015年，高、中集聚程度與 2010年相比無明顯變化，華中的湖北省形成了新的中級集聚區(qū)，西北的甘肅由中集聚區(qū)降為低集聚區(qū)（圖3d）。2020年，高和中集聚區(qū)也無明顯變化，僅東北部分地區(qū)和華南中部由中集聚區(qū)降為低集聚區(qū)，西北青海形成低集聚區(qū)，集聚區(qū)在空間上漸次連接成片，說明焦化場地空間關(guān)聯(lián)性也在加強(qiáng)（圖3e）。

2.2 中國焦化場地時空演變的驅(qū)動因素分析

2.2.1 煤礦資源稟賦條件

焦化工業(yè)的主要原料是煤，為了減小運(yùn)輸成本，焦化場地的選址一般會考慮距離煤礦的遠(yuǎn)近和交通便利性。中國統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)（中華人民共和國國家統(tǒng)計局，2018）顯示，全國煤炭消費(fèi)總量2001—2013年間呈現(xiàn)先快速增長后緩慢增長的趨勢，2014年后煤炭消費(fèi)總量緩慢減少，這與焦化場地在近20年間先快速增加后緩慢增加再緩慢減少的趨勢一致。截至2018年底，全國規(guī)模以上煤礦企業(yè)數(shù)量為4505家，內(nèi)蒙古、山西、陜西、新疆、貴州、山東、河南、安徽8個?。ㄗ灾螀^(qū)）億噸級規(guī)模以上企業(yè)原煤產(chǎn)量3.12×1010t，占全國的88.1%，其中，晉陜蒙新四省（自治區(qū)）原煤量占全國的74.3%。在區(qū)域分布方面，煤炭生產(chǎn)重心繼續(xù)向晉陜蒙新等資源稟賦好、競爭力強(qiáng)的地區(qū)集中。以山西為例，山西省煤炭資源豐富、資源儲量大，其煤炭勘察開發(fā)區(qū)域主要集中在晉北、晉中和晉南地區(qū)（霍超，2020），受煤礦影響的焦化企業(yè)也主要分布在山西的中部和南部（易海杰等，2019）。作為全國煤化工大省的陜西，擁有著14個煤炭規(guī)劃礦區(qū)，位居全國第四的煤炭儲量，其煤炭資源主要分布在渭河以北，豐富的煤炭資源不斷吸引焦化企業(yè)向渭河以北的石炭-二疊紀(jì)煤田銅川礦區(qū)、蒲白礦區(qū)、澄合礦區(qū)和韓城礦區(qū)演遷移（李聰聰?shù)龋?020）。中國煤炭資源分布總體上是西多東少、北多南少，華北地區(qū)比例最大，其次是西北地區(qū)，西南和華東地區(qū)的比例相差較小，中南地區(qū)的比例最?。ㄍ鹾?，2018）。這種分布與本研究焦化場地集聚區(qū)域具有一定的一致性，即在一定程度上影響了焦化場地在華北地區(qū)、西北新疆和西南云貴等地區(qū)形成高中集聚區(qū)，東北部分地區(qū)和華南中部形成低集聚區(qū)的空間分布格局。

2.2.2 交通條件

焦化場地原料的輸入和產(chǎn)品的輸出需要便利的交通條件，對交通運(yùn)輸具有較強(qiáng)依賴性。以2020年中國焦化場地樣本數(shù)據(jù)為例，分析交通對焦化場地分布的空間依賴關(guān)系（圖4）。焦化行業(yè)對交通的依賴性使焦化場地表現(xiàn)出臨近交通線布局指向，多數(shù)焦化場地主要分布在鐵路干線附近，如南北向的京哈線、京廣線、寶成-成昆線和焦柳線以及東西向的浙贛線、貴昆線、滬杭線等，少數(shù)依公路分布，如京津唐線、京石太線等?？傮w上看，西疏東密的交通運(yùn)輸格局表現(xiàn)出由點(diǎn)到面的網(wǎng)絡(luò)化擴(kuò)張趨勢，不斷吸引焦化場地沿交通線布局。另外，焦化工業(yè)的主要產(chǎn)品是焦炭，焦炭主要服務(wù)于鋼鐵冶煉工業(yè)，焦化場地選址與鋼鐵冶煉廠位置也有一定的依賴性。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示（中華人民共和國國家統(tǒng)計局，2020），中國粗鋼產(chǎn)量在近20年持續(xù)增加，由 2001年 1.51×108t增加到 2020年1.06×109t，與焦化行業(yè)總體上上升的趨勢有一定的一致性，鋼鐵產(chǎn)量的持續(xù)上升使其對焦化行業(yè)保持較強(qiáng)需求，在一定程度上也增強(qiáng)了兩個行業(yè)之間的依賴關(guān)系。以山西省為例，作為全國第五大鋼鐵大省，其鋼鐵聯(lián)合企業(yè)選址普遍分布在交通網(wǎng)更密集的晉中和晉南地區(qū)（杜國名，2017），與省內(nèi)焦化企業(yè)分布特征相一致，這也說明了兩個行業(yè)在發(fā)展演變上的依賴性。

圖4 2020年焦化場地與主要交通線的空間關(guān)系Fig. 4 Spatial relationship of coking sites to major traffic routes in the year 2020

2.2.3 社會經(jīng)濟(jì)與政策

改革開放的 40年中，中國焦化行業(yè)與鋼鐵行業(yè)發(fā)展緊密相連，1993—2002年中國鋼鐵和焦炭產(chǎn)量均先后跨越 l×109t臺階。這一時期，中國加入WTO，擴(kuò)大了機(jī)電產(chǎn)品等外貿(mào)出口，申辦奧運(yùn)成功等加快了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，同時，中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國內(nèi)GDP由2000年1×1014元快速增長到2005年1.87×1014元（中華人民共和國國家統(tǒng)計局，2018），使中國焦化場地在2000—2005年間快速大量增加。隨后在2005—2015年間，中國粗鋼、生鐵產(chǎn)量先后跨越 5×109、6×109、7×109t臺階（中國煉焦行業(yè)協(xié)會，2018）。快速增長的社會經(jīng)濟(jì)與鋼鐵產(chǎn)量帶動了國內(nèi)焦化場地的數(shù)量增長。同時，根據(jù)當(dāng)時中國焦化行業(yè)“多、小、散、亂”的問題，國家發(fā)展改革委于2004年發(fā)布了《焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件》，并于2008年和2014年進(jìn)行修訂，2007年國家頒布《節(jié)約能源法》，2011年修訂《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》等一系列環(huán)境治理的法規(guī)政策和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的影響下，焦化場地在 2005—2015年間的增長速率有所放緩。黨的十八大以來，中央把生態(tài)文明建設(shè)作為“五位一體總體布局”其中之一，于2015年起實(shí)施新修訂的《環(huán)境保護(hù)法》及4個配套辦法，執(zhí)行新建企業(yè)污染物排放限值，通過“關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)”等分化調(diào)整，使 2015—2020年間煤焦鋼市場供需狀況趨于平衡，焦化場地數(shù)量在 2020年出現(xiàn)了負(fù)增長。

2.2.4 公眾環(huán)保意識

隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、脫貧溫飽問題的解決和人民生活水平的提高，公眾越來越關(guān)注生活環(huán)境質(zhì)量，對土壤、水和大氣等環(huán)境保護(hù)的意識不斷提高。焦化生產(chǎn)往往伴隨工業(yè)污染，公眾環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)在一定程度上推動了焦化場地的分布發(fā)生變化。為減少碳排放，中國 1998年簽署京都議定書（楊紅強(qiáng)等，2005），2016年加入巴黎氣候變化協(xié)議以期減緩全球變暖（巢清塵等，2016），提前兩年實(shí)現(xiàn)2020年氣候行動目標(biāo)并力爭2060年實(shí)現(xiàn)碳中和（新華社，2020）。這促進(jìn)了焦化行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，可能是導(dǎo)致 2005年后焦化場地增長速率逐漸降低的原因之一。在公眾環(huán)境訴求的驅(qū)使下，為了改善煤炭產(chǎn)業(yè)空間布局與城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村聚落，以及生態(tài)功能區(qū)的空間沖突，許多原來位于城區(qū)或近郊的焦化場地被要求向外搬遷或關(guān)閉，如 2018年京津冀及周邊實(shí)施“以鋼定焦”，計劃 2020年底所有4.3 m的焦?fàn)t全部關(guān)停，選址必須在產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)或建設(shè)鋼焦一體企業(yè)等（河北省工業(yè)和信息化廳，2019）。在公眾環(huán)保意識的推動下采取的這些舉措與近幾年焦化場地的數(shù)量變化有一定的一致性，如2015—2020年的焦化場地數(shù)量出現(xiàn)了負(fù)增長。

2.2.5 地形地貌條件

地形地貌對焦化場地的分布有重要影響。高程和坡度是兩個重要的地形屬性。不同的高程和坡度條件下，焦化場地的分布數(shù)量存在差異（表4）。各年份均有約75.3%的焦化場地在高程小于800 m的低海拔區(qū)分布，傾向于分布在坡度9°以下平原丘陵區(qū)的焦化場地數(shù)量高達(dá)88.3%，其中，坡度3°以下的區(qū)域是焦化場地的主要集中區(qū)，數(shù)量占比約為65.4%。中國地勢西高東低，大致呈階梯狀分布，西部的多山地海拔高，運(yùn)輸條件較差成本高，而且遠(yuǎn)離煤炭和鋼鐵等相關(guān)產(chǎn)業(yè)主要分布區(qū)，而中東部有著寬廣的平原和低緩的丘陵，場地限制少，運(yùn)輸成本低，往往是焦化場地選址的優(yōu)先考慮。低海拔地區(qū)地勢平坦，平緩的坡度便于工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)輸。因此，中國地形地貌條件的空間差異，在一定程度上造成了中國焦化場地在低海拔的平川區(qū)集聚分布以及空間上北多南少、東多西少的特點(diǎn)。

表4 中國焦化場地在不同高程和坡度級別的分布數(shù)量Table 4 Number of coking sites distributed in different levels of elevation and slope gradient

綜上所述，煤炭作為焦化行業(yè)的原料，由于其西多東少、北多南少的資源分布特點(diǎn)，以及中國地形地貌的空間差異對工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)輸?shù)男?yīng)，在很大程度上決定了焦化場地的基本空間分布格局。在其時間演化上，2000—2005年，隨著世界經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇和中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(nèi)焦化行業(yè)投資不斷升溫，生產(chǎn)能力迅猛擴(kuò)張，刺激了中國焦化場地數(shù)量的劇增，這一階段主要驅(qū)動是社會經(jīng)濟(jì)因素。2005—2015年，隨著“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)的興建，交通運(yùn)輸格局表現(xiàn)出由點(diǎn)到面的網(wǎng)絡(luò)化擴(kuò)張趨勢，鐵路運(yùn)營里程數(shù)由 2005年 7.54×104km增長到2015年1.21×105km（中華人民共和國國家統(tǒng)計局，2018），奧運(yùn)舉辦成功等進(jìn)一步促進(jìn)中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，焦化場地數(shù)量進(jìn)一步增加，對交通的依賴性促使焦化場地沿交通網(wǎng)分布；同時，焦化污染問題日益突出，節(jié)能降耗和環(huán)境保護(hù)逐漸被高度重視，在國家宏觀政策和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)控下焦化場地數(shù)量增長有所減緩，這一階段主要驅(qū)動是交通條件、社會經(jīng)濟(jì)與政策。2015—2020年，政府在推進(jìn)引導(dǎo)焦化行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的同時，加大環(huán)保宣傳力度，公眾環(huán)保意識顯著提升，將環(huán)境和生態(tài)保護(hù)理念納入?yún)^(qū)域發(fā)展規(guī)劃和政策制定當(dāng)中，焦化場地數(shù)量有所減緩，這一階段發(fā)生演變的主要驅(qū)動是公眾環(huán)保意識和政策。近 20年中國焦化場地的時空演變，不僅受到資源稟賦、地形地貌、交通依賴以及制度設(shè)計等因素的影響，也是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式戰(zhàn)略不斷轉(zhuǎn)變的結(jié)果，即這種時空演變是自然地理條件、社會經(jīng)濟(jì)、國家行業(yè)政策和公眾環(huán)保意識等多因素綜合作用的結(jié)果。其中，自然地理條件在很大程度上決定了中國焦化場地分布的基本空間格局，而社會經(jīng)濟(jì)、政策和公眾環(huán)保意識則是主要推動了這種空間格局近20年的演變。

需要說明的是，限于當(dāng)前數(shù)據(jù)資料的可獲取性，本研究僅收集到了1000余個焦化場地樣本，沒有包括全國所有的焦化場地，但是三大資料來源是公開共享的，可查可靠的、有權(quán)威性的，基本涵蓋了所有省區(qū)，在很大程度上可以代表中國各地區(qū)焦化場地分布狀況（中華人民共和國國家統(tǒng)計局，2018；張尚宣等，2017；張俊葉等，2017）。首先，從全國看，據(jù) 2016—2020中國焦化行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告（中投顧問，2015）中提供的中國焦化企業(yè)分布圖，中國焦化企業(yè)的分布特征總體上是北多南少，其中山西和河北數(shù)量最多，其次是河南、山東和遼寧，接著是內(nèi)蒙古、云南和江蘇，其余省份差異不大數(shù)量最少，這與本文中國焦化場地樣本在各省區(qū)的空間分布情況比較吻合。其次，以山西省和陜西兩省為例，在文獻(xiàn)中兩省內(nèi)焦化企業(yè)的空間分布情況，也與本文在這兩省的焦化場地樣本分布情況進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)在省內(nèi)空間格局也比較吻合。如易海杰等（2019）、李聰聰?shù)龋?020）分別對山西省和陜西省內(nèi)焦化企業(yè)空間分布的調(diào)查與本文該地區(qū)的焦化場地分布格局接近。因此，本文整理使用的樣本數(shù)據(jù)在很大程度上可以代表中國各地區(qū)焦化場地分布狀況。同時，需要指出的是，本研究結(jié)果表明近 20年來中國焦化場地空間格局變化顯著，在華北地區(qū)、西南云貴地區(qū)和西北新疆等形成高集聚區(qū)，分布走向有從西南—東北方向往西—東方向變化的趨勢，分布重心有向西北方向移動的趨勢，這表明在國家層面上應(yīng)該及時開展實(shí)時的監(jiān)測，密切關(guān)注其空間布局的動態(tài)變化，以及時制訂和調(diào)整中國土壤、水和大氣環(huán)境的空間治理、生態(tài)環(huán)境建設(shè)的宏觀戰(zhàn)略決策以及焦化行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。

3 結(jié)論

（1）近20年來，中國焦化場地在數(shù)量特征上總體呈現(xiàn)先快速增加（2000—2005年）后緩慢增加（2005—2015年）再緩慢減少（2015—2020年）的演變趨勢；在空間格局上，分布極不均衡，主要分布在華北、西南和西北地區(qū)，東南地區(qū)分布較少，呈現(xiàn)顯著集聚性，集聚程度逐漸增強(qiáng)，形成了華北、西北新疆以及西南云貴等高集聚區(qū)，總體分布走向有從西南—東北方向往西—東方向變化的趨勢，分布重心有向西北方向移動的趨勢。

（2）中國焦化場地的時空演變特征，是煤炭資源稟賦、地形地貌等自然地理條件、交通條件、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家及行業(yè)政策以及公眾環(huán)保意識等多種因素共同作用的結(jié)果。自然地理條件塑造了中國焦化場地空間分布的基本格局，在此基礎(chǔ)上，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家與行業(yè)政策和公眾環(huán)保意識等因素主要推動了空間格局隨著時間的不斷演變。