黑龍江省資源型城市環(huán)境污染水平時空格局演化特征及驅(qū)動因素研究*

楊 旭，王 穎，劉 威，趙高茜，陳柯鑫

(哈爾濱師范大學(xué)；寒區(qū)地理環(huán)境監(jiān)測與空間信息服務(wù)黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

0 引言

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

該文選擇東北地區(qū)代表省份(黑龍江省)作為研究區(qū)域，參照《全國資源型城市可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃(2013-2020)》中資源型城市的概念和劃分標(biāo)準(zhǔn)，選定黑龍江省鶴崗市、大慶市、七臺河市、雞西市、黑河市、牡丹江市等8個資源型城市為研究對象，由于大興安嶺地區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺失較為嚴(yán)重，無法滿足該文研究需求，因此該文不將其納入研究區(qū)域范圍.根據(jù)資源型城市的劃分標(biāo)準(zhǔn)，可將黑龍江省各資源型城市劃分為3類，分別為煤炭型城市、森工型城市和石油型城市.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自2005～2017年《黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒》[1]、《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》[2]、《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》[3]以及各地級市統(tǒng)計(jì)年鑒、國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)等.

1.2 研究方法

1.2.1 環(huán)境污染水平評價體系的構(gòu)建及評價方法

環(huán)境污染水平評價體系包括工業(yè)廢水排放量(萬t)、工業(yè)二氧化硫排放量(t)、工業(yè)煙(粉)塵排放量(t)3個指標(biāo),見表1.為使該文數(shù)據(jù)量綱統(tǒng)一，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，同時運(yùn)用熵值法對二級評價指標(biāo)進(jìn)行處理，得出環(huán)境質(zhì)量指數(shù)[4].標(biāo)準(zhǔn)化處理過程如公式(1)與(2)所示.

對于正向指標(biāo)：

i=1,2,…m;j=1,2,…,n

(1)

對于負(fù)向指標(biāo)：

舉辦大型的文化事件營銷活動，也是城市發(fā)展的途徑之一。德國西部魯爾區(qū)的波鴻，通過打造魯爾藝術(shù)節(jié)、魯爾鋼琴節(jié)和波鴻綜合音樂節(jié)等在歐洲擁有較高聲譽(yù)和影響力的藝術(shù)節(jié)慶活動，實(shí)現(xiàn)了從工業(yè)基地到文化藝術(shù)中心城市的轉(zhuǎn)型。法國名城戛納，以每年5月舉行電影節(jié)的方式，走上了城市發(fā)展的快車道。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，戛納國際電影節(jié)已躋身世界最大、最重要的四大電影節(jié)之一，每年吸引著30萬人前來參加，給城市帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好口碑，戛納也因此成為世界名城，吸引著眾多游客。

i=1,2,…,m;j=1,2,…,n

(2)

1.2.2環(huán)境污染水平影響因素的選擇

為使資源型城市社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面協(xié)調(diào)發(fā)展，特選取社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)增長、創(chuàng)新驅(qū)動、資源消耗為影響動因，分別以失業(yè)人數(shù)占在業(yè)人數(shù)之比、城鎮(zhèn)職工年平均工資衡量社會發(fā)展、GDP增長率衡量經(jīng)濟(jì)增長、科研、技術(shù)服務(wù)、地質(zhì)勘察業(yè)從業(yè)人員數(shù)衡量創(chuàng)新驅(qū)動，單位地區(qū)生產(chǎn)總值能耗衡量資源消耗，運(yùn)用熵值法對所有指標(biāo)進(jìn)行處理.

(1)借鑒重心理論，將重心的概念引入該文，用以分析環(huán)境質(zhì)量的空間變化，能夠客觀的反映黑龍江省資源型城市環(huán)境質(zhì)量的空間集聚狀況和變化狀況[5].

區(qū)域重心確定：假定某區(qū)域由n個一級區(qū)域i構(gòu)成，那么該區(qū)域某屬性重心計(jì)算過程如公式(3)與(4)所示.

(3)

(4)

式中，X，Y表示該區(qū)域某屬性“重心”經(jīng)緯值；Xi、Yi表示第i個次一級區(qū)域重心的經(jīng)緯值；Mi表示第i個次一級區(qū)域某屬性其量值.該文研究區(qū)域?yàn)楹邶埥?，次一級區(qū)域?yàn)楹邶埥?個資源型地級市，各次一級區(qū)域的重心坐標(biāo)依據(jù)各區(qū)域經(jīng)緯度，通過ArcGis10.2計(jì)算得出.區(qū)域重心年際移動距離的計(jì)算公式為：

Ds-k=C·[(Ys-Yk)2+(Xs-Xk)2]1/2

(5)

式中，D為兩個區(qū)域重心的年際移動距離；s和k分別表示兩個不同年份；(Ys,Yk)和(Xs,Xk)分別表示第s年及第k年區(qū)域某一特定屬性重心的地理坐標(biāo)；C為常數(shù)，取111.111，是地理坐標(biāo)單位(經(jīng)緯度)換算成平面距離(km)后的系數(shù).

(2)地理加權(quán)回歸：基于地理位置的回歸模型.GWR模型將數(shù)據(jù)的空間位置引入回歸參數(shù)，對樣本點(diǎn)賦予不同的權(quán)重進(jìn)行局部回歸估計(jì)，地理位置變化回歸參數(shù)也跟著變化.地理加權(quán)回歸將屬性數(shù)據(jù)和空間位置結(jié)合，利用黑龍江省8個資源型城市2005～2017年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)及影響因素年際變化數(shù)據(jù)，建立地理加權(quán)回歸模型[6].模型表達(dá)式如下：

(6)

式中，yi為第i點(diǎn)的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；xi為第i個點(diǎn)的某一環(huán)境質(zhì)量影響因素指標(biāo)；(ui,vi)為第i個點(diǎn)的空間地理坐標(biāo)；βi是第i點(diǎn)相應(yīng)的回歸參數(shù)，是地理位置函數(shù)；εi為殘差，i為1,2，…，n,表示樣本點(diǎn)個數(shù).

2 環(huán)境污染水平時空演化特征分析

2.1 環(huán)境污染水平時序變化特征

黑龍江省各資源型城市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化情況如圖1所示，由圖1可以看出，總體來看，研究期內(nèi)各資源型城市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)總體偏低，全省環(huán)境質(zhì)量指數(shù)平均值為0.125，共3個城市達(dá)到了全省平均水平，分別是雞西市，雙鴨山市，牡丹江市，其余資源型城市則一直未達(dá)到全省均值水平.各資源型城市的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)從大到?。弘u西市>雙鴨山市>牡丹江市>大慶市>伊春市>鶴崗市>七臺河市>黑河市.

圖1 黑龍江省各資源型城市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化情況

黑龍江省各資源型城市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)2005～2017年變化情況如圖2所示，由圖2可知，總體上，鶴崗市、雙鴨山市、雞西市、牡丹江市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)在2005～2017年波動較大.黑河市2005～2006年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)呈下降趨勢，降幅3.7%，2006～2009年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)持續(xù)上升，漲幅14.27%，2010年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)相比2009年降幅20.86%，2010～2012年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)上升，漲幅31.33%，2012～2015年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)持續(xù)下降，降幅19.32%，2015～2017年漲幅48.61%.鶴崗市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)2005～2007年持續(xù)下降，降幅8.81%，2008年回升，相比2007年漲幅0.9%，2009年相比2008年降幅16.04%，2009～2011年環(huán)境質(zhì)量上升，漲幅81.83%，2011～2014年環(huán)境質(zhì)量下降，降幅41.94%，2014～2017年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)上升，增幅106.57%，2005～2006年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)下降，降幅5.55%，2007年略有回升，相比2006年漲幅3.15%，2008年相比2007年降幅11%，2009年回升漲幅25.49%，2009～2012年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)持續(xù)下降，降幅34.88%，2012～2017年波動式上升，增幅19.37%，七臺河市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)2005～2013年波動式下降，降幅25.52%，2013～2016年持續(xù)上升漲幅22.79%，2017年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)相比2016年降幅4.59%.大慶市2005～2007年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)下降，減幅17.3%，2007～2017年波動式下降，降幅20.04%，牡丹江市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)2005～2009年持續(xù)增長，漲幅80.93%，2009～2011年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)下降，降幅33.9%，2011～2014年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)上升，漲幅57.5%，2014～2017年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)下降，降幅50.82%.雞西市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)2005～2006年漲幅1.73%，2006～2009年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)持續(xù)下降，降幅15.71%，2009～2012年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)漲幅61.89%，2012～2014年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)降幅25.4%，2015年回升，相比2014年漲幅14.13%，2015～2017年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)降幅44.49%.雙鴨山市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)2005～2013年波動式上升漲幅為25.18%，2013～2016年持續(xù)上升，漲幅32.74%，2017年相比2016年降幅20.37%.

圖2 黑龍江省各資源型城市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)2005～2017年變化情況

2.2 環(huán)境污染水平空間分布特征

根據(jù)測算出的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，分別繪制2005、2011、2017年的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)空間分布圖，如圖3所示.

2005、2011、2017年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)空間格局變化情況如圖3所示，由圖3可知，2005年黑龍江省資源型城市中伊春市、大慶市、雞西市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)最大，環(huán)境質(zhì)量最差，鶴崗市、雙鴨山市、七臺河市環(huán)境質(zhì)量處于全省中值水平，牡丹江市、黑河市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)較低，環(huán)境質(zhì)量良好.2011年鶴崗市、雙鴨山市、雞西市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)最大，環(huán)境質(zhì)量最差，伊春市七臺河市、牡丹江市、大慶市環(huán)境質(zhì)量處于中值水平，黑河市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)最小，其環(huán)境質(zhì)量最好.2017年雙鴨山市、鶴崗市指數(shù)最大環(huán)境質(zhì)量最差，大慶市、七臺河市、黑河市、伊春市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)處于全省資源型城市中值水平，牡丹江市、雞西市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)最小，環(huán)境質(zhì)量最好.

圖3 2005、2011、2017年環(huán)境質(zhì)量指數(shù)空間格局變化

從整體來看，研究期內(nèi)大慶市環(huán)境質(zhì)量逐漸改善，伊春市除2005年環(huán)境質(zhì)量較差外其余年份處于全省資源型城市中值水平，鶴崗市環(huán)境質(zhì)量除個別年份外(2017年)均處于全省資源型城市較差水平，雙鴨山環(huán)境質(zhì)量逐漸變差，近年來處于較差水平 ，雞西市環(huán)境質(zhì)量得到很好的改善，在2017年處于全省資源型城市較高水平，牡丹江市環(huán)境質(zhì)量得到改善，七臺河市環(huán)境質(zhì)量一直處于中值水平.黑河市環(huán)境質(zhì)量除2017年外一直處于全省資源型城市較高水平.

2.3 重心遷移變化

由測算出的工業(yè)廢水排放量(萬t)、工業(yè)二氧化硫排放量(t)、工業(yè)煙(粉)塵排放量(t)3個指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一熵值化處理得出的環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)為環(huán)境質(zhì)量屬性，求取省域資源型城市環(huán)境質(zhì)量重心，重心位置表示黑龍江省環(huán)境質(zhì)量相對平衡，當(dāng)某資源型城市環(huán)境質(zhì)量指數(shù)較大或增長較多時，環(huán)境質(zhì)量重心就會向該方向偏移，利用ArcGIS10.2繪制了2005～2017年黑龍江省資源型城市環(huán)境質(zhì)量重心遷移圖，如圖4所示.

圖4 黑龍江省資源型城市環(huán)境質(zhì)量重心變化

由圖4可知，黑龍江省資源型城市環(huán)境質(zhì)量重心主要分布在佳木斯市的西南部、七臺河市東北部，佳木斯中部市.從2005～2017年間，環(huán)境質(zhì)量重心共向東南方向移動一次、向東北方向移動五次、向西南方向移動三次、向西北方向移動三次.可劃分為以下幾個階段：(1)2005～2006年環(huán)境質(zhì)量重心由佳木斯市移至七臺河市，移動方向?yàn)闁|南，(46°39′30″N,129°39′54″E)移至(46°31′53″N,129°43′31″E)，年移動距離14.85 km.(2)2006～2010年環(huán)境質(zhì)量重心一直停留在七臺河市內(nèi)，具體移動過程為：2006～2007年環(huán)境質(zhì)量重心移動方向?yàn)闁|北，由(46°31′53″N,129°43′31″E) 移至(46°31′44″N,129°46′55″E),年移動距離4345.44 m.2007～2008年環(huán)境質(zhì)量重心移動方向?yàn)槲髂希?46°31′44″N,129°46′55″E) 移至(46°30′6″N,129°45′12″E),年移動距離3736 m.2008～2009年環(huán)境質(zhì)量重心移動方向?yàn)槲鞅?，?46°30′6″N,129°45′12″E) 移至(46°32′18″N,129°39′50″E),年移動距離7971.06 m.2009～2010年環(huán)境質(zhì)量重心移動方向?yàn)闁|北，由(46°32′18″N,129°39′50″E) 移至(46°31′24″N,129°47′55″E),年移動距離10446.95 m.2006～2010年為“十一五”，環(huán)境質(zhì)量重心持續(xù)小幅移動.(3)2010～2011年環(huán)境質(zhì)量重心大幅移動，由七臺河市移動至佳木斯市，移動方向?yàn)闁|北，由(46°31′24″N,129°47′55″E) 移至(46°37′25″N,130°10′37″E)，年移動距離31041.1 m.(4)2011～2014年環(huán)境質(zhì)量重心一直在,七臺河市東北部與佳木斯市西南部之間徘徊.由2011年(46°37′25″N,130°10′37″E) 移至2012年(46°32′1″N,130°2′30″E)移至2013年(46°32′6″N,130°7′26″E)移至2014年(46°26′59″N,129°56′9″E)，移動方向分別為西南移動、東北移動、西南移動，年移動距離分別為14376.86、6306.72、17255.97 m.(5)2015～2017年環(huán)境質(zhì)量重心移動幅度較大，2015～2016年由七臺河市移至佳木斯市，直至2017年移至在佳木斯市內(nèi)移動.具體移動過程為由2015年(46°29′42″N,130°7′27″E)移至2016年(46°46′5.38″N,129°54′44″E)移至2017年(46°52′52″N,129°55′21″E)，移動方向均為西北，移動距離分別為34445.88 m和12614.14 m.

3 環(huán)境污染水平驅(qū)動因素分析

考慮到各資源城市的空間異質(zhì)性以及地理加權(quán)回歸模型(GWR)參數(shù)估計(jì)的空間可視化特點(diǎn)，選取2005、2011、2017年三個年份，利用Arc GIS10.2軟件對影響黑龍江省資源型城市環(huán)境污染水平的4個影響因子進(jìn)行地理加權(quán)回歸處理，回歸結(jié)果如圖5所示.

GWR模型分析結(jié)果表明:各影響因子對各個資源型城市環(huán)境質(zhì)量的驅(qū)動力模式不同，顯示出明顯的空間分異性.從各資源型城市來看，在研究期內(nèi):①雞西市的環(huán)境質(zhì)量受社會發(fā)展影響最大，受資源消耗影響最小，其他影響因子的影響均處于中等水平.說明雞西市面臨的社會發(fā)展問題最為突出，雞西市在解決貧困、就業(yè)問題，推行社會保障等方面存在一定不足，雞西市目前需要切實(shí)加強(qiáng)社會保障，緩解社會壓力.②鶴崗市的環(huán)境質(zhì)量受創(chuàng)新驅(qū)動影響較大，其次是資源消耗等其他影響因子.鶴崗市在創(chuàng)新驅(qū)動方面仍需進(jìn)一步加強(qiáng).需要加大創(chuàng)新資金的投入，引進(jìn)和培育更多的創(chuàng)新人才.③雙鴨山市的環(huán)境質(zhì)量受社會發(fā)展影響最大，其次是資源消耗等其他影響因子.雙鴨山市面臨的社會發(fā)展問題非常嚴(yán)峻，雙鴨山市要進(jìn)一步強(qiáng)化公共服務(wù)和社會保障工作，從解決群眾最根本利益問題入手，提高民生收入，改善群眾居住條件，促進(jìn)文化建設(shè).④七臺河市社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長對環(huán)境質(zhì)量影響最大，資源消耗對環(huán)境質(zhì)量影響最小，創(chuàng)新驅(qū)動影響處于中等水平.七臺河市面臨的經(jīng)濟(jì)問題較為突出，必須全方位進(jìn)行經(jīng)濟(jì)治理和經(jīng)濟(jì)改革，多元發(fā)展非煤替代產(chǎn)業(yè).同時，也應(yīng)加快社會事業(yè)的建設(shè)，健全社保體系，提升公共服務(wù)水平及質(zhì)量.⑤大慶市資源消耗GWR影響系數(shù)在2005年處于高水平狀態(tài)，2011年處于低水平狀態(tài)，在2017年處于中等水平狀態(tài).經(jīng)濟(jì)增長GWR影響系數(shù)在2005年處于高水平狀態(tài)，2011～2017年處于中等水平狀態(tài).創(chuàng)新驅(qū)動GWR影響系數(shù)在2005、2011、2017年處于高水平狀態(tài).社會發(fā)展因子相比其他影響因子對環(huán)境質(zhì)量的影響最弱.大慶市在資源利用、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、創(chuàng)新驅(qū)動方面仍需進(jìn)一步加強(qiáng).大慶市需加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級，形成產(chǎn)業(yè)多樣性的全新發(fā)展格局，加大創(chuàng)新資金的投入，引進(jìn)和培育更多的創(chuàng)新人才.⑥黑河市創(chuàng)新驅(qū)動對環(huán)境質(zhì)量影響最大，社會發(fā)展對環(huán)境質(zhì)量影響最小.資源消耗和經(jīng)濟(jì)增長對環(huán)境質(zhì)量影響為中等水平.黑河市較為單一的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)致使效率低下.黑河市應(yīng)加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快推進(jìn)能源技術(shù)的創(chuàng)新，建設(shè)安全高效的現(xiàn)代能源體系.⑦伊春市經(jīng)濟(jì)增長對環(huán)境質(zhì)量影響最大.其次是資源消耗等影響因子的影響.伊春市經(jīng)濟(jì)整體衰退、效率低下.伊春市需要加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，努力實(shí)現(xiàn)內(nèi)生驅(qū)動、特色多元的發(fā)展.⑧牡丹江市社會發(fā)展對環(huán)境質(zhì)量影響最大，資源消耗對環(huán)境質(zhì)量影響最小，經(jīng)濟(jì)增長和創(chuàng)新驅(qū)動對環(huán)境質(zhì)量的影響處于中等水平.牡丹江市面臨的社會發(fā)展問題比較突出，社會保障壓力和就業(yè)壓力比較大.牡丹江市需要竭力改善和保障民生，加快促進(jìn)社會事業(yè)的發(fā)展和完善.

圖5 黑龍江省資源型城市環(huán)境質(zhì)量驅(qū)動因素分布圖

4 結(jié)束語

黑龍省資源型城市能力較大，資源不斷開采，自然資源逐漸枯竭，黑龍江省資源型城市失業(yè)人口、貧困人口逐漸增多使資源和經(jīng)濟(jì)社會壓力較大，并且黑龍江省經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力、環(huán)境保護(hù)能力、資源利用能力較差，造成黑龍江地區(qū)環(huán)境質(zhì)量較差.因此國家應(yīng)給予黑龍江省資源型城市全方位扶持，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施與社會保障，提高資源利用率.應(yīng)鼓勵黑龍江省資源型城市推進(jìn)環(huán)境監(jiān)管體制改革，改善黑龍江省資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境.也應(yīng)建立黑龍江省資源型城市生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)保護(hù)設(shè)施并強(qiáng)化節(jié)能減排推進(jìn)節(jié)能技術(shù)及產(chǎn)品的使用發(fā)展，從而提高黑龍江省資源型城市環(huán)境質(zhì)量.