礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性評價——以銅陵市為例

王乃舉，周濤發(fā)

（合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院，安徽 合肥 230009）

礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性評價
——以銅陵市為例

王乃舉，周濤發(fā)

（合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院，安徽 合肥 230009）

礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性包含敏感性和適應(yīng)性兩方面，具有典型的復(fù)雜、非線性系統(tǒng)特征。以一般系統(tǒng)理論構(gòu)建敏感性和適應(yīng)性發(fā)展水平和發(fā)展速度評價模型，以反正切函數(shù)構(gòu)建二者耦合度評價模型，并以耦合度表征經(jīng)濟系統(tǒng)的脆弱度。以銅陵市為例，2001－2010年該市經(jīng)濟系統(tǒng)敏感性和適應(yīng)性狀態(tài)值呈遞增正相關(guān)變化，適應(yīng)性變化速度快于敏感性（前者先遞增后遞減，后者平穩(wěn)遞增）;脆弱度在2005年前遞增，之后遞減，評價結(jié)果與銅陵市經(jīng)濟發(fā)展實際相符。基于一般系統(tǒng)理論的耦合度評價模型為礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性研究提供了一種新途徑。

敏感性;適應(yīng)性;脆弱性;耦合度;銅陵市

0 引言

20世紀90年代以來，全球變化引致自然和人文系統(tǒng)的脆弱性成為諸多國際研究計劃、機構(gòu)（IHDP、IPCC、IGBP）關(guān)注的熱點，脆弱性已成為自然災(zāi)害對自然生態(tài)系統(tǒng)和人文可持續(xù)生計影響研究的一門新興科學［1－3］。脆弱性研究引入國內(nèi)后，研究范式總體上延續(xù)國外模式，在社會經(jīng)濟領(lǐng)域（如城市經(jīng)濟、社會及其復(fù)合系統(tǒng)）拓展了原有的研究傳統(tǒng)［4－11］。

我國大多數(shù)礦業(yè)城市經(jīng)歷了計劃經(jīng)濟時代國家礦產(chǎn)資源宏觀調(diào)配，因價值外流缺乏資金積累和后續(xù)發(fā)展能力，同時面臨生態(tài)環(huán)境治理、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重組和社會矛盾化解等多重壓力。礦業(yè)城市人地系統(tǒng)存在天然的脆弱性，對其開展脆弱性評價已成為礦業(yè)城市可持續(xù)發(fā)展研究的新領(lǐng)域。目前，礦業(yè)城市人地系統(tǒng)脆弱性評價方法主要有函數(shù)模型法、模糊評判法和圖形法等。函數(shù)模型法認為脆弱性包含敏感性和適應(yīng)能力，以二者呈反比關(guān)系構(gòu)建函數(shù)表達式［4，5，9－12］;模糊評判法運用指標值隸屬模糊區(qū)間進行等級評判［7，13］;圖形法通過構(gòu)建二維或三角坐標系，顯示子系統(tǒng)綜合值在坐標圖中位置變化［14－16］。以上方法缺少對礦業(yè)城市人地系統(tǒng)復(fù)雜性、多層次性和非線性的考慮。在沒有綜合考慮系統(tǒng)發(fā)展水平和發(fā)展速度的前提下，簡單將適應(yīng)能力與敏感性綜合值進行比較和坐標位置對比，或?qū)⑵浔戎底鳛榇嗳跣灾笖?shù)容易得出與實際相謬的結(jié)論。

本研究依據(jù)一般系統(tǒng)理論構(gòu)建礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)近似線性模型，通過擬合系統(tǒng)行為變化趨勢，以系統(tǒng)發(fā)展速度構(gòu)建耦合度模型，以表征系統(tǒng)脆弱性動態(tài)變化。本方法從復(fù)雜非線性系統(tǒng)行為入手，綜合敏感性和適應(yīng)能力發(fā)展水平和協(xié)調(diào)程度（耦合度）表征礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)的脆弱性，是人地系統(tǒng)脆弱性研究的一種新方法。

1 礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性分析

目前，國內(nèi)外對脆弱性概念研究尚未取得一致意見［17］。綜合已有研究成果［2，18－22］，認為礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性包括內(nèi)外部擾動、暴露單元、敏感性和適應(yīng)能力4大要素集：內(nèi)外部擾動是礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性驅(qū)動機制，暴露單元是內(nèi)外部擾動作用對象，敏感性是脆弱性作用受體的表征，適應(yīng)性是對敏感性的反饋應(yīng)對機制。礦業(yè)城市置于特定的自然－經(jīng)濟－社會環(huán)境中，生態(tài)基礎(chǔ)、資源供給、市場條件和政治環(huán)境等變化擾動，使經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)生敏感振蕩、游離原初平衡狀態(tài)、經(jīng)過自由能積累，重新建構(gòu)新的結(jié)構(gòu)—功能體。按照原因—結(jié)果關(guān)系，敏感性和適應(yīng)性是經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性過程的外在表征和應(yīng)對機制，因此，礦業(yè)城市經(jīng)濟脆弱性系統(tǒng)由敏感性和適應(yīng)性兩方面構(gòu)成（圖1）。

2 礦業(yè)城市經(jīng)濟脆弱性評價模型

2.1 指標體系構(gòu)建和權(quán)值確定

2.1.1 指標體系構(gòu)建 礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)敏感性源于系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)矛盾（結(jié)構(gòu)型敏感性）和外部市場擾動（脅迫型敏感性）。其中，重工業(yè)比重、國有企業(yè)比重、銅產(chǎn)業(yè)比重、建筑業(yè)比重是經(jīng)濟結(jié)構(gòu)敏感性最重要的指標，其值越大，系統(tǒng)的敏感性就越大;財政自給率是負向指標，與敏感性的關(guān)系與上述指標相反;外貿(mào)結(jié)構(gòu)和外貿(mào)總量反映經(jīng)濟系統(tǒng)外界擾動程度，外貿(mào)比重越大，對外依存度就越高，系統(tǒng)敏感性就越強，脆弱性越強。適應(yīng)性指礦業(yè)城市應(yīng)對經(jīng)濟系統(tǒng)敏感性的適應(yīng)協(xié)調(diào)能力，以投入和效益兩方面表示。其中，經(jīng)濟投入主要包括固定資產(chǎn)投資、產(chǎn)業(yè)多樣化、科技投入等，經(jīng)濟效益主要包括人均GDP、全社會勞動生產(chǎn)率、工業(yè)經(jīng)濟效益指數(shù)等?？紤]數(shù)據(jù)可獲得原則，將科技投入指標轉(zhuǎn)換為科技產(chǎn)出指標。適應(yīng)性指標均為正向指標，指標值越大，系統(tǒng)適應(yīng)性越強，脆弱性越小。礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性指標體系根據(jù)以上方法構(gòu)建（表1）。

圖1 礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性過程邏輯框架Fig.1 The logic framework of vulnerability of economy system in mining city

表1 礦業(yè)城市經(jīng)濟脆弱性指標體系Table 1 The index system of economic vulnerability in mining city

2.1.2 指標權(quán)值確定 采用客觀賦權(quán)方法——信息熵法確定指標權(quán)重。主要計算步驟包括［23］：

（1）數(shù)據(jù)標準化處理。選取m個年份，n個指標，構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣。為消除數(shù)據(jù)不同量綱的影響，對原始數(shù)據(jù)采取歸一化處理：

2.2 耦合度模型

2.2.1 敏感性和適應(yīng)性發(fā)展水平及發(fā)展速度評價模型 一般系統(tǒng)理論認為，非線性系統(tǒng)的運動穩(wěn)定性取決于一次近似系統(tǒng)特征根的性質(zhì)，可用近似線性模型表示［24］。敏感性和適應(yīng)性是礦業(yè)城市經(jīng)濟脆弱性系統(tǒng)的兩大部分，也屬于非線性系統(tǒng)，可相應(yīng)構(gòu)建如下近似線性關(guān)系：

根據(jù)式（4）、式（5）可以計算敏感性和適應(yīng)性演化狀態(tài)值（歷年綜合值），為觀察系統(tǒng)行為的時間變化，構(gòu)建敏感性和適應(yīng)性演化速度模型，分別以VS和VA表示：

2.2.2 敏感性和適應(yīng)性耦合模型 礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展程度（耦合度）取決于敏感性和適應(yīng)性的發(fā)展速度的變化，而耦合度的大小又是系統(tǒng)脆弱性的表征。從系統(tǒng)演化的角度出發(fā)，以幾何圖形構(gòu)建反正切函數(shù)耦合模型（圖2），再以耦合度為基礎(chǔ)構(gòu)建脆弱性評價方法：

式中：θ表示耦合度，C表示脆弱度。

經(jīng)濟活動的人類主體性特征決定了適應(yīng)性滯后于敏感性，因而適應(yīng)性總是具有系統(tǒng)延遲的特性;同時，考慮礦業(yè)城市是人地關(guān)系作用最為強烈的區(qū)域，一旦出現(xiàn)經(jīng)濟系統(tǒng)的振蕩，人為干預(yù)調(diào)控即會發(fā)揮作用，可吸收或轉(zhuǎn)移敏感性，即改變適應(yīng)性或適應(yīng)能力。在當前我國持續(xù)增長的宏觀經(jīng)濟背景下，實際意義的系統(tǒng)演化（圖2、表2）主要在第一象限（0°＜θ＜90°）。

圖2 系統(tǒng)演化幾何示意Fig.2 The geometrical sketch of system evolution

表2 系統(tǒng)演化解釋Table 2 The explanation of system evolution

3 銅陵市經(jīng)濟脆弱性評價

3.1 模型運用

以有色金屬礦業(yè)城市銅陵市為例，數(shù)據(jù)來源于2001－2010年銅陵市統(tǒng)計年鑒、2003－2010年銅陵市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報、2001－2010年安徽省統(tǒng)計年鑒、2001－2010年中國城市統(tǒng)計年鑒;其中，經(jīng)濟指標消除物價要素，轉(zhuǎn)化為可比指標。根據(jù)前述方法構(gòu)建指標體系（表1），據(jù)式（1）－式（3）對數(shù)據(jù)（2001－2010年）進行無量綱化處理，計算各指標客觀權(quán)值。利用式（4）、式（5）計算出銅陵市經(jīng)濟系統(tǒng)歷年敏感性和適應(yīng)性綜合值（狀態(tài)值S和A）（表3）。使用SPSS13.0軟件對S值和A值進行曲線擬合，擬合曲線方程表示如下：

據(jù)式（11）、式（12）分別求出2001－2010年銅陵市經(jīng)濟系統(tǒng)敏感性和適應(yīng)性發(fā)展速度值VS和VA（表3）。利用式（6）－式（8）計算相應(yīng)年份的耦合度和脆弱度值，劃分系統(tǒng)的脆弱性（表4）;最后繪出脆弱性兩大子系統(tǒng)演化速度的變化趨勢圖和耦合度變化趨勢圖（圖3）。

3.2 評價結(jié)果分析

（1）銅陵市經(jīng)濟系統(tǒng)敏感性和適應(yīng)性狀態(tài)值（發(fā)展水平）呈遞增正相關(guān)，適應(yīng)性增速快于敏感性。2001－2010年敏感性S由0.2645增至0.7145，年均增長18.03%;適應(yīng)性A由0.1344增至0.7261，年均增長44.03%。進一步分析可知，2001－2005年，S年均增長22.96%，A年均增長20.61%，兩者相差不大;2005－2010年，S年均增長僅4.29%，而A年均增長27.68%（表1）。以上變化趨勢表明，銅陵市經(jīng)濟系統(tǒng)敏感性和適應(yīng)性均呈遞增趨勢，但是適應(yīng)性增速快于敏感性，特別是2005年以后前者是后者的5倍多。同時，2001－2010年銅陵市經(jīng)濟系統(tǒng)敏感性和適應(yīng)性發(fā)展水平（狀態(tài)值）不斷趨近，對敏感性吸收轉(zhuǎn)化能力不斷提高，有利于降低系統(tǒng)的脆弱性。

表3 銅陵市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性評價綜合值及發(fā)展速度Table 3 The comprehensive evaluation value and development speed of economy vulnerability system in Tongling City

表4 銅陵市經(jīng)濟系統(tǒng)耦合度和脆弱性劃分Table 4 The coupling degrees and vulnerability classification of economy system in Tongling City

圖3 2001－2010年銅陵市經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性發(fā)展趨勢Fig.3 The change trend of the development speed and coupling degrees of the vulnerability of economy system from 2001 to 2010 in Tongling City

（2）銅陵市經(jīng)濟系統(tǒng)敏感性和適應(yīng)性變化值（發(fā)展速度）時序變化差異明顯。VS值在2005年以前呈遞增趨勢，2005年之后呈遞減趨勢;而VA值一直呈遞增趨勢，但變化斜率小于VS（圖3a）。VS值和VA值的交互作用，引致經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱度先遞增后遞減（圖3b），分割點在2005年前后。這是由于2001－2005年銅陵市面臨銅礦資源枯竭，銅礦開采、銅產(chǎn)品加工業(yè)產(chǎn)生激烈振蕩，經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性明顯加大;2005年以來銅陵市確立了循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略，經(jīng)濟發(fā)展以“減量化、再利用、資源化”為原則，以“低消耗、低排放、高效率”為基本特征，系統(tǒng)脆弱度降低。

4 結(jié)語

敏感性是礦業(yè)城市經(jīng)濟發(fā)展約束條件，適應(yīng)性則反映了礦業(yè)城市經(jīng)濟發(fā)展的支持條件。本研究采用敏感性和適應(yīng)性發(fā)展速度的耦合度表征系統(tǒng)的脆弱性特征，是礦業(yè)城市脆弱性研究的全新方法。經(jīng)濟發(fā)展是系統(tǒng)交互作用的界面，因而用幾何方法（反正切函數(shù)）構(gòu)建耦合函數(shù)模型，真實體現(xiàn)了敏感性和脆弱性相互作用的空間行為特征。

礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)具有的累積特殊性、經(jīng)濟系統(tǒng)缺乏顯在的暴露單元和人為干預(yù)機制的主觀性是脆弱性研究的難點。因此，加深對礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)規(guī)律的認識，以構(gòu)建更加科學合理的評價指標體系，是下一步提高研究精度的要求。此外，礦業(yè)城市經(jīng)濟系統(tǒng)敏感性和適應(yīng)性耦合界面、耦合機制的研究，是破解礦業(yè)城市可持續(xù)發(fā)展難題的關(guān)鍵，也是今后礦業(yè)城市研究的重要方向。

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Evaluation on Vulnerability of Economy System for Mining Cities：A Case Study of Tongling City

WANG Nai－ju，ZHOU Tao－fa
（SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China）

The economic system′s vulnerability of mining city contains two aspects of sensitivity and adaptability，and is a typical complex，nonlinear system.Based on the general system theory to construct evaluation model for the sensitivity and adaptability of the level and speed of development，and based on the arctangent function to construct evaluation model for coupling degree of the two systems，and using the coupling degree to express the vulnerability of economy system，the results showed that，from 2001 to 2010 in Tongling City，the sensitivity and adaptive state values of the economy system showed increasing positive relation each other，and adaptive changes faster than sensitivity;sensitivity and adaptive speed value changes are different，the former is increasing firstly and then decreasing，the latter increases by degrees smoothly;vulnerability is increasing firstly and then decreasing，segmentation points is before and after 2005;the results of evaluation are consistent with the actual situation of economy development of Tongling，and based on the general theory of system coupling degree evaluation model provides a new way for economic system vulnerability research of mining city.

sensitivity;adaptation;vulnerability;coupled degree;Tongling City

F062.2

A

1672－0504（2012）03－0049－05

2011－12- 04;

2012－02－04

國家自然科學基金項目（41172086）;國家環(huán)保部行業(yè)科研專項（201009041－03）;安徽省優(yōu)秀青年科技基金（08040106907）

王乃舉（1971－），男，博士研究生，副教授，主要研究方向為資源經(jīng)濟與環(huán)境評價。E－mail：wang200541607＠126.com