資源型城市生態(tài)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展及預(yù)測(cè)分析

劉 潔，雷思友

(安徽理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 淮南 232001)

隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程加快，對(duì)資源的需求大大增加，產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水、廢氣和污染物沒(méi)有得到有效處理，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭受?chē)?yán)重污染，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境發(fā)展不平衡，以單一系統(tǒng)為研究對(duì)象往往無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。為了解決此類(lèi)問(wèn)題，部分學(xué)者開(kāi)始以多維角度來(lái)研究生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的耦合協(xié)同發(fā)展。姜磊等[1]對(duì)資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)3個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行耦合分析并修正，之后推廣到n個(gè)系統(tǒng)；程廣斌等[2]利用TOPSIS模型計(jì)算西北地區(qū)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)度；王穎等[3]以安順市為例，探究生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平及其影響因素；張琪等[4]剖析了淮南市多維關(guān)系的協(xié)調(diào)發(fā)展；田童等[5]分析了北京市各區(qū)3個(gè)系統(tǒng)綜合發(fā)展和協(xié)調(diào)程度。

根據(jù)已有文獻(xiàn)，以淮南市為例，基于2009—2018年的面板數(shù)據(jù)，構(gòu)建生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用耦合度、協(xié)調(diào)度模型，對(duì)淮南市生態(tài)與經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)證分析，并根據(jù)灰色GM(1,1)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)未來(lái)5 a的發(fā)展趨勢(shì)，以期為淮南市生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

淮南市位于安徽省中北部，總面積5 533 km2，是一座歷史文化名城，也是能源之都、國(guó)家首批試點(diǎn)智慧城市[6]。2018年淮南市全年地區(qū)生產(chǎn)總值約1 133億元，城鎮(zhèn)化率64.11%，2019年淮南市地區(qū)生產(chǎn)總值比上年增長(zhǎng)5.2%?；茨鲜心茉吹V產(chǎn)資源較豐富，既是“皖電東送”的領(lǐng)軍主力和“火電三峽”，也是“華東工業(yè)糧倉(cāng)”，其儲(chǔ)量分別占安徽省與華東區(qū)域的70%和32%。正是由于大量采煤、發(fā)電，采煤沉陷區(qū)面積逐年增加，環(huán)境污染程度也在逐年提高。據(jù)預(yù)測(cè)，淮南市最終沉陷面積可能會(huì)達(dá)到700 km2，涉及全市人口的16.5%。

1.2 指標(biāo)體系構(gòu)建與數(shù)據(jù)來(lái)源

參考相關(guān)研究，在不違背科學(xué)性、關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上[7]，依據(jù)數(shù)據(jù)可獲得性、普遍性的原則，建立生態(tài)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系。其中，生態(tài)子系統(tǒng)包括園林綠地面積、化肥施用量、城市建設(shè)用地面積等16個(gè)指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)包括地方財(cái)政收入、固定資產(chǎn)投資、GDP等13個(gè)指標(biāo)，具體指標(biāo)體系如表1所示。

文中評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中數(shù)據(jù)的研究時(shí)段為2009—2018年，數(shù)據(jù)來(lái)源于《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒(2010—2019)》和《淮南市統(tǒng)計(jì)年鑒(2010—2019)》，其中，2018年淮南市的工業(yè)廢氣排放量一項(xiàng)數(shù)據(jù)存在缺失，將采用回歸估計(jì)法進(jìn)行填補(bǔ)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

借助SPSS軟件，用回歸估計(jì)法插補(bǔ)2018年的工業(yè)廢氣排放量的缺失值。為了消除指標(biāo)數(shù)據(jù)間的不可比性[8-9]，采取最大最小標(biāo)準(zhǔn)化法，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱處理，用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重。設(shè)原始指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣為X=(Xij)m×n，對(duì)指標(biāo)數(shù)值Xij進(jìn)行如下處理：

1)最大最小標(biāo)準(zhǔn)化。

zij=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin),

(1)

zij=(Xmax-Xij)/(Xmax-Xmin).

(2)

2)計(jì)算第i年的第j項(xiàng)指標(biāo)值所占比重。

(3)

表1 生態(tài)與經(jīng)濟(jì)耦合關(guān)系評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

3)計(jì)算m年n項(xiàng)指標(biāo)的熵值。

(4)

4)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)差異性系數(shù)及權(quán)重。

dj=1-Ej,

(5)

(6)

5)計(jì)算單一指標(biāo)的評(píng)價(jià)指數(shù)及第i年的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

Sij=Wj×zij,

(7)

(8)

式中：zij，Xij，Xmax，Xmin分別表示標(biāo)準(zhǔn)化值、第i年第j項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值、第j項(xiàng)指標(biāo)的最大最小值；Aij為指標(biāo)的比重；Ej為指標(biāo)熵值，且Ej∈[0,1]；dj,Wj分別為指標(biāo)差異性系數(shù)和指標(biāo)權(quán)重；Sij，Si分別是單一指標(biāo)發(fā)展水平和綜合指標(biāo)的發(fā)展水平。

1.4 建立模型

1.4.1 耦合度模型

為研究生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)間的相互作用及其影響程度，構(gòu)建二維系統(tǒng)耦合度模型，計(jì)算子系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)得分和耦合度。

(9)

(10)

式中：Bi和C分別表示子系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)得分和耦合度，C?[0,1]。為研究生態(tài)與經(jīng)濟(jì)之間的耦合度強(qiáng)弱，根據(jù)相關(guān)研究中的耦合度劃分標(biāo)準(zhǔn)[10-12]，將耦合度分成6種類(lèi)型，分別為：無(wú)關(guān)狀態(tài)且無(wú)序發(fā)展：C=0;低水平耦合:(0,0.3];拮抗:(0.3,0.5];磨合耦合:(0.5,0.8];高水平耦合:(0.8,1);良性共振:C=1。

1.4.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

雖然耦合度可以反映生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)度和耦合性的強(qiáng)弱，但是無(wú)法反映出系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)程度。因此，為了解系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)程度和整體動(dòng)態(tài)發(fā)展水平，引入耦合協(xié)調(diào)度模型[13-14]為

(11)

T=αS1+βS2.

(12)

式中：O，T分別表示協(xié)調(diào)度和總體效應(yīng)，O?[0,1]；α,β為子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展貢獻(xiàn)，α=β=0.5。為研究生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)程度，根據(jù)相關(guān)研究中的耦合協(xié)調(diào)類(lèi)型劃分標(biāo)準(zhǔn)，將耦合協(xié)調(diào)度分為10個(gè)類(lèi)型[15-16]，如表2所示。

表2 耦合協(xié)調(diào)類(lèi)型劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.4.3 灰色預(yù)測(cè)模型

為方便對(duì)指標(biāo)未來(lái)的變化情況做定量預(yù)測(cè)，采用灰色預(yù)測(cè)模型[17-19]。首先，假設(shè)原始數(shù)據(jù)時(shí)間序列為A0=[a0(1)，a0(2)，…，a0(n)]，通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)A0做累加處理，生成新的序列A1=[a1(1),a1(2),…,a1(n)]，構(gòu)造矩陣B，Yn，得出白化微分方程

(13)

k=1,2,…,n.

(14)

最后，對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行殘差檢驗(yàn)和后驗(yàn)差檢驗(yàn)[20]，若檢驗(yàn)結(jié)果同時(shí)滿足后驗(yàn)差比值C<0.65且小誤差概率P>0.70，表明該模型通過(guò)檢驗(yàn)且可得到有效的預(yù)測(cè)值，否則需要進(jìn)行模型修正。

2 結(jié)果與分析

2.1 耦合協(xié)調(diào)結(jié)果分析

對(duì)數(shù)據(jù)處理后，得出子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的動(dòng)態(tài)演化趨勢(shì)(見(jiàn)圖1)，繪制耦合度與協(xié)調(diào)度變化趨勢(shì)(見(jiàn)圖2)，并對(duì)其生態(tài)與經(jīng)濟(jì)耦合類(lèi)型及協(xié)調(diào)類(lèi)型進(jìn)行劃分[10](見(jiàn)表3)。

表3 2009—2018年淮南市生態(tài)與經(jīng)濟(jì)耦合類(lèi)型及協(xié)調(diào)類(lèi)型

圖1 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)動(dòng)態(tài)演化趨勢(shì)

圖2 耦合度與協(xié)調(diào)度變化趨勢(shì)

由表1可知，單一指標(biāo)水平較低的是一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量，單一指標(biāo)水平較高的是工業(yè)廢水排放量。2009年的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)綜合得分最低，2012年的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)綜合得分最低，2017年生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)綜合得分最高。對(duì)淮南市整體發(fā)展而言，2個(gè)子系統(tǒng)對(duì)城市的貢獻(xiàn)程度依次為生態(tài)子系統(tǒng)(0.676 9)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)(0.323 1)。根據(jù)擬合結(jié)果可知：淮南市整體保持上升的發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展前期較緩慢，后期迅猛，生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)緩慢，呈現(xiàn)生態(tài)滯后型；2009—2014年生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)間的空間差異逐漸減小，自2015年起系統(tǒng)間的空間差異持續(xù)增大；生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的擬合優(yōu)度(R2)分別為0.886 3、0.768 5，說(shuō)明擬合曲線與觀測(cè)值的擬合度較好。

由表3與圖2可以看出，2009—2018年淮南市生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合度可能受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，2009年處于較低的磨合耦合，2010年迅速提升到高水平耦合，且2010年后一直處在0.971～1.000之間，保持高水平耦合。2011年“十二五”規(guī)劃的實(shí)施與2015年“中國(guó)制造2025”的提出，項(xiàng)目轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)新突破，其經(jīng)濟(jì)與生態(tài)系統(tǒng)的耦合度分別增加了0.113和0.016，達(dá)到良性共振階段。同時(shí)，該市生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)度從2009年協(xié)調(diào)度為0.265的中度失調(diào)類(lèi)型增長(zhǎng)到2018年協(xié)調(diào)度為0.581的勉強(qiáng)協(xié)調(diào)類(lèi)型，呈穩(wěn)步上升狀態(tài)，但耦合協(xié)調(diào)水平偏低。其中，2016年才開(kāi)始由失調(diào)轉(zhuǎn)為協(xié)調(diào)，2017年協(xié)調(diào)度最高，達(dá)到初級(jí)協(xié)調(diào)。而且隨著淮南發(fā)展穩(wěn)中求進(jìn)，協(xié)調(diào)度從中度失調(diào)上升到初級(jí)協(xié)調(diào)。另外，在2012年的復(fù)雜形勢(shì)下，協(xié)調(diào)度降到低度失調(diào)后持續(xù)穩(wěn)定上升，說(shuō)明環(huán)境問(wèn)題會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、GDP增長(zhǎng)等出現(xiàn)先改善后退化再改善的波動(dòng)。

2.2 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

將淮南市生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)得分、耦合度、協(xié)調(diào)度代入灰色GM(1,1)模型中，運(yùn)用灰色建模軟件對(duì)淮南市未來(lái)5 a的綜合評(píng)價(jià)得分、耦合度、協(xié)調(diào)度發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果如表4所示。

表4 2019—2023年淮南市生態(tài)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測(cè)

由表4可知，后驗(yàn)差比值C<0.65且小誤差概率P>0.70，表明該模型檢驗(yàn)合格且預(yù)測(cè)值有效?；茨鲜形磥?lái)5 a將延續(xù)前10 a的穩(wěn)步上升趨勢(shì)，但生態(tài)系統(tǒng)上升趨勢(shì)仍低于經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的上升趨勢(shì)。其中，預(yù)計(jì)2019年之后4 a淮南市的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)將達(dá)到并維持在良性共振階段，協(xié)調(diào)度由原來(lái)的勉強(qiáng)協(xié)調(diào)到2019年上升至初級(jí)協(xié)調(diào)等級(jí)，預(yù)測(cè)在2020年“十三五”規(guī)劃收官之年后，協(xié)調(diào)度上升到中級(jí)協(xié)調(diào)等級(jí)，且到2023年上升到良好協(xié)調(diào)等級(jí)。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

通過(guò)構(gòu)建相應(yīng)的指標(biāo)體系，對(duì)系統(tǒng)綜合發(fā)展水平、耦合趨勢(shì)與協(xié)調(diào)度的發(fā)展及預(yù)測(cè)進(jìn)行分析，揭示出淮南市生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)兩者間的發(fā)展存在差異性。研究結(jié)果表明：

1)在淮南市的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中生態(tài)系統(tǒng)所占權(quán)重較大，生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展較為不平衡，但淮南市整體發(fā)展呈上升趨勢(shì)。其中,經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展前期較緩慢，后期發(fā)展迅猛，生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展后期上升緩慢，呈現(xiàn)生態(tài)滯后型，以至于自2015年起系統(tǒng)間的空間差異持續(xù)增大。

2)耦合度由磨合耦合階段迅速提升到高水平耦合階段并維持平穩(wěn)，2011年和2015年達(dá)到良性共振；耦合協(xié)調(diào)度由中度失調(diào)類(lèi)型增長(zhǎng)到初級(jí)協(xié)調(diào)類(lèi)型，總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

3)通過(guò)預(yù)測(cè)，淮南市未來(lái)5 a內(nèi)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)得分、耦合度、協(xié)調(diào)度發(fā)展水平將穩(wěn)步上升，但其生態(tài)子系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)間綜合發(fā)展速度仍存在明顯差距。其中，在2020年達(dá)到良性共振階段，2023年達(dá)到良好協(xié)調(diào)等級(jí)。

3.2 建議

1)保持經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢(shì)頭，推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展。充分利用自身鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，利用皖江經(jīng)濟(jì)帶、長(zhǎng)三角一體化戰(zhàn)略，建設(shè)城際經(jīng)濟(jì)體系，加強(qiáng)城市之間的聯(lián)系，擴(kuò)大對(duì)外開(kāi)放，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，緩解經(jīng)濟(jì)下行壓力。加大對(duì)新興產(chǎn)業(yè)和科研投入，促進(jìn)能源企業(yè)的新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，帶動(dòng)非煤產(chǎn)業(yè)和民營(yíng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和治理。在不突破生態(tài)底線的基礎(chǔ)上，適度有序地開(kāi)發(fā)資源。借助皖江經(jīng)濟(jì)帶和淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶的建設(shè)，推進(jìn)淮南市生態(tài)環(huán)境建設(shè)，加大對(duì)煤礦、電廠等行業(yè)的整合力度，徹底排查整改“三高”企業(yè)。加強(qiáng)對(duì)淮南市的散煤管控，加大對(duì)“三廢”的治理，有機(jī)利用廢棄礦區(qū)、沉陷區(qū)，全力整改環(huán)境較突出的問(wèn)題。

3)積極推進(jìn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。抓住長(zhǎng)三角一體化新機(jī)遇，借助全面建成小康社會(huì)的契機(jī)，加強(qiáng)招商引資力度，完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；綜合整治沉陷區(qū)，修復(fù)受損的生態(tài)系統(tǒng)，建設(shè)生態(tài)景觀，構(gòu)建綠色循環(huán)生態(tài)經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。