城市化与干旱区环境耦合度分析——以喀什市为例

阿力木江·塔依尔，木合塔尔·艾买提

(喀什大学生命与地理科学学院，新疆喀什　844000)



城市化与干旱区环境耦合度分析
——以喀什市为例

阿力木江·塔依尔，木合塔尔·艾买提

(喀什大学生命与地理科学学院，新疆喀什844000)

摘要：城市化与环境问题是当今世界人类所面临的热点问题。城市化与环境的耦合发展是社会不可避免的发展道路。通过建立城市化系统和环境系统的耦合指标体系，基于利用灰色关联度分析法、数学模型量算理论来计算喀什市城市化与环境的耦合度。结果表明：2005—2013年，喀什市城市化与环境耦合度分别为0.7417、0.7669、0.7838、0.8212、0.8047、0.8532、0.7949、0.776、0.7420。其中，2005年耦合度最低，2006年开始逐渐增高，到2010年达到最高，2005—2010年城市化与干旱区环境耦合度呈逐渐增加的趋势，2010—2013年耦合度呈逐渐减退趋势。城市化与环境之间存在“U”型曲线关系。

关键词：城市化；干旱区环境；耦合度分析

耦合作为一个物理学概念，是指两个系统或运动形式通过各种相互作用而彼此影响的现象，而耦合度就是反映这种协同作用的度量[1]。由于近十年来我国城市化的速度非常快引起的环境问题当今已经成为焦点问题之一。城市化是社会生产力发展水平的高低，生产分工方式和程度，严格的制约着城市化水平及历史进程。探讨城市化有助于人们把握城市形成发展的客观规律，对未来城市发展趋势做出科学预测。

城市化是全球社会经济发展的必然趋势。随着我国的城市化水平速度非常快和社会发展过程中需要消耗大量的资源和资金，给自然环境带来了很大压力，这些问题对环境系统产生了一系列对城市可持续发展产生很多负面影响。喀什市城市化速度超出了正常的发展轨道，城市要求大规模电力和优质能源供应及大型集中型的水源供应。因此为了满足需求很大程度上破坏环境与消耗自然资源。喀什市属于内陆边缘区，降水稀少、沙暴、浮尘和蒸发强烈。因此生态环境质量方面自我调节能力较弱、生态环境稳定性差等一系列环境问题严重。喀什市的生态环境脆弱，荒漠化速度快，加上生态环境一旦遭到破坏，喀什市的生态平衡难以恢复，因此喀什市的生态环境质量进行研究工作十分重要。

可持续发展观概念提出后，人们逐渐理解了城市化与环境之间要耦合发展，城市化与环境之间存在着相互耦合的关系，其耦合状态关系到一个区域的城市化与环境同步发展的程度[2]。城市化与环境之间的耦合关系已经成为当前的研究热点[3]。

本文以2005—2013年《喀什市统计年鉴》数据为基础，借鉴前人相关研究，定量分析喀什市发展与环境系统的耦合发展关系，以其为喀什市可持续发展战略的实施提供一定实际依据。

1研究区概况

喀什市是中国最西部边陲城市，是古“丝绸之路”的交通枢纽和东西方文明交汇之地，位于新疆西南角，是我国最西端的一座城市，东西宽46.37 km，南北高24.32 km，建成区面积56.04 km2，地域辽阔，自然资源丰富。占新疆土地总面积的1/12。喀什市三面环山，一面敞开，北有天山南脉横卧，西有帕米尔高原耸立，南部是绵亘东西的喀喇昆仑山，东部为一望无垠的塔克拉玛干大沙漠。

因喀什地区处在中亚腹部，受地理环境的制约，属暖温带大陆性干旱气候带。因此，喀什境内四季分明、光照长、昼夜气温温差大，而且降水少、蒸发强烈。这也导致该地区夏季炎热，但酷暑期短；冬无严寒，但低温期长；春季和夏季多大风、沙暴、浮尘天气；秋季短促，降温迅速。

因地貌类型复杂，气候差异较大，年平均气温在11.41～11.7℃，年降水量38.7～663.8 mm。喀什地区的气候大体分为5个区，每个气候区的状况都不一样，都有自己的特征。

近几年来，尤其是2010年新疆工作座谈会后，喀什市被设立经济开发区，而发展逐渐迅速变化，同时城市化与环境之间产生的问题更加突出。因此，研究喀什市城市化与环境的耦合发展成为今后喀什市可持续发展中的一个重要环节。

2研究方法

2.1构建指标体系

城市化综合测度指标体系包括人口城市化、经济城市化、社会城市化、空间城市化4个1级指标。其中，人口城市化包括城市人口比重、第二产业从业人口占总人口的比重和第三产业从业人口占总人口的比重;经济城市化包括人均GDP、第二产业占GDP的比重和第三产业占GDP 的比重;社会城市化包括城镇居民年人均可支配收入；空间城市化包括城市每万人拥有道路面积、建成区面积、建成区绿化覆盖率和人均公共绿地面积。

生态环境综合测度指标体系包括生态环境水平、生态环境压力和生态环境保护3个1级指标。其中，生态环境水平主要包括建成区的绿化覆盖率和人均公共绿地面积;生态环境压力主要包括年工业废水排放量、年工业废气排放量、年工业烟尘排放量和年工业固体废弃物综合利用率;生态环境保护主要包括城镇生活污水集中处理率、工业废水排放量达标率、污水集中处理率、生活垃圾无害化处理率以及工业固体废弃物综合利用率。

2.2数据处理

在进行灰色关联度分析法之前，需对各个数列标准化处理，确定指标体系权重和计算指标的权重系数。因此，第一步骤是对所有数据进行标准化。

2.2.1数据标准化

由于综合评价指标数量较多，并且有些指标的量纲和数量级不同，为了多个指标综合成一个数值，消除量纲和数量级的影响，需要对最初的数据进行标准化处理。标准化处理方法，计算公式如下:

(效益型)(1)

(成本型)(2)

其中，Xij为第j项指标标准化后的数值；Xij为第j项指标数值；MAX(Xij)为第j项指标最大值；MIN(Xij)为第j项指标最小值。若指标数值越大，表示系统发展得越好，该类指标称为正指标，采用公式为(1)；若指标数值越小，表示系统发展越差，该类指标称为逆指标，采用公式(2)。

这类转化的范围为[0，1]，具有更明显的一致性，它使各指标最初数据Xij经转换后变化幅度控制在[0，1]，而且各指标内的衡量数据间离散程度的标准差最小。

2.2.2指标权重

根据指标标准化处理得出的数值可计算出各评价指标的权重。首先计算第i指标的均方差：

(3)

计算各指标的权重系数：

(4)

2.2.3计算灰色关联系数

利用灰色关联分析模型方法对以上指标进行关联度量算。

灰色关联系数计算公式为[7-9]：

ξij=(Δmin+kΔmax)/(Δij+kΔmax)

(5)

式中，ξij为因素Eij对Si的关联系数；Δij=|si-Ej|,Δmin=miniminj|sj-Ej|,Δmax=maximaxj|sj-Ej|,k为介于(0，1)上的灰数，一般取值0.5。

2.2.4求关联度, 形成关联度矩阵

关联度的表达式为：

(6)表1　喀什市城市化与环境耦合发展评价指标体系及权重Table 1　The evaluation index system and weight of the coupling development between urbanization and environment in Kashi City

则关联度矩阵可表示为：

(7)

公式(6)中,M为样本数,即某个系统内选取的指标数，城市化系统与环境系统耦合作用是错综复杂关系。关联度rij的取值范围为[0，1]，当0

表2　城市化指标与环境指标之间的关联度及类型Table 2　The correlation degree and types of urbanization and environmental indicators

3城市化与环境耦合度分析

在关联系数矩阵基础上按行或列求平均值, 可得到系统的耦合关联度模型, 并用于分析城市化与环境系统的相互影响因素。

计算公式为：

(8)

(9)

式中，di为城市化系统的第i个指标与环境系统的关联度；dj为环境系统的第j个指标与城市化系统的关联度；m、L分别为城市化系统与环境系统的指标数；rij为关联度。

城市化发展是城市人口数量增多，经济收入增加，城区面积不断扩大的漫长的过程。人类居住的自然环境也影响到该地区的发展速度和发展方向。城市化速度非常快也给生态环境带来很大的压力，在空间上建设布局出现无序乃至失控。耕地、水资源等重要的自然资源的过度消耗，环境受到了严重污染，破坏生态环境的平衡。

4数据分析

通过公式(7)可计算城市化系统与环境系统耦合度和发展水平。建立2005—2013年喀什市城市化与环境发展的综合指标体系，根据城市化指数和环境指数值为基础，利用公式(7)计算城市化系统与环境系统耦合度和发展水平。

通过公式(8)和公式(9)可计算得出城市化与环境系统之间的耦合度，结果如表3所示。2005—2010年，系统耦合度上升，2010—2013年，系统耦合度下降，此时系统的耦合度处于波动状态。这是由于从20世纪90年代开始，随着喀什市工业基础逐渐形成，经济水平开始提高，就业需求不断增加，农村人口向城市集中，进而导致大量垃圾、废水、废气排放到生态环境中，超出了生态环境的自净能力，从而使自然环境遭遇了巨大破坏。

表3　城市化与环境耦合度年际变化Table 3　Inter-annual variability of coupling degree between urbanization and environment

由表3可以看出，系统平均关联度发展趋势值在[0.741 7，0.853 2]区间，不稳定呈波动状态。变化趋势前一年耦合度为基础依据就分为两种情况：

第一种是稳定上升趋势：在2005—2010年期间，喀什市城市化与环境发展变化趋势呈较稳定的状态，2010年达到最大峰值，城市化与环境系统呈中度耦合的发展趋势。

第二种是下降、衰退趋势：2010年期间，喀什市城市化与环境发展变化趋势呈快速衰退状态，城市化与环境系统呈低度耦合发展趋势。

这表明城市化与环境耦合发展的过程是缓慢的，喀什市城市化与生态环境的耦合发展是一项复杂而困难的工程。

2005—2010年，城市化系统与环境系统耦合度缓慢上升，2005年系统的耦合由颉颃阶段跨入磨合阶段。城市化水平越来越高，科学技术的进步，人口素质的不断提高，而且人们的环境保护意识开始提高，城市基础设施建设也逐渐完整，城市与工业所产生的环境污染开始下降。2010—2013年出现耦合度下降、衰退、逐年减退趋势。人与环境不和谐的趋势日益严重，但耦合度无法反映出环境系统耦合的整体功能以及综合水平。这两个趋势都是由经济、文化教育、科学技术、医疗卫生、人口迁移、宗教、习俗、人口政策、自然环境、人体生理素质等社会经济因素和自然因素的综合影响的结果。

图1　城市化与环境耦合度年际变化Fig.1　Inter-annual variability of coupling degree between urbanization and environment

由图1可知，在2005—2010年期间，喀什市城市化与环境耦合发展总的来说逐年增大，变化范围在[0.741 7，0.853 2]，喀什市城市化与环境之间的耦合度越来越好的，2005—2008年加速增大，2008—2009年出现减退趋势。2009—2010年又开始猛速提高，2010年最大峰值。说明喀什市城市综合发展趋势逐渐提高，有加速发展的趋势。2010—2013年喀什市城市环境质量变差的阶段。喀什市城市化与环境的耦合度则经历了由颉颃阶段向磨合阶段转变的过程。

5结论

本文根据喀什市统计数据类型及特点采取了理论分析法，公众调查法等方法建立了城市化与环境的耦合指标体系。利用灰色关联分析法计算了喀什市城市化与环境的耦合度。综合判定表明，喀什市的城市化与环境系统处于中度耦合阶段。

喀什市城市化和环境两个系统之间存在复杂的关系及复杂的耦合机制。主要是城镇化速度虚高，特别是“土地城镇化”的速度太快对生态环境有胁迫作用，环境基础对城市化发展有限制作用的结果。从2010年城市化与环境综合评价指数以耦合度来看，城市化发展速度滞后于环境建设发展，2010年后环境建设发展滞后于城市化发展。从城市化与环境的耦合度演化过程来看，在2005—2010年期间，两个系统的耦合度总的来说逐年增大，变化范围为[0.741 7，0.853 2]。2005—2008年加速增大，2008—2009年发展到一个转折点，为减退趋势。2009—2010年又开始猛速提高，达到高峰值。说明喀什市城市综合发展趋势逐渐提高，综合指数都呈线性增长，两个系统耦合关系处于良好的状态。2010—2013年发展又出现一个转折点，喀什市城市环境质量变差的阶段，两个系统的耦合度处于中度耦合状态。喀什市城市与环境的耦合度则经历了由颉颃阶段向磨合阶段转变的过程，耦合发展度指数呈波动状态。

通过对环境综合指数的计算，可知城市化与环境之间存在“U”型曲线关系。本研究表明喀什市的环境综合状况不乐观。喀什市属于内陆边缘区，气候干旱，土地荒漠化、盐渍化速度快，环境脆弱，自然资源利用率较低，因此脆弱的生态环境难以承受。城市化发展超出正常的轨道引起生态环境恶化相互影响、恶性循环。从而城市化与环境的耦合发展当今面临巨大挑战。环境问题需要人们做大量的工作，逐步成熟和完善。同时需要制定切实可行的发展战略计划。还要充分发展技术建设和系统工程，最终获得“人与自然的各自利益、价值、权利、义务的实现，阳光下的一个完整而伟大的伦理区域共同体内的普遍的道德共享”。

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收稿日期：2016-03-09

基金项目：喀什大学大学生创新创业项目(201510763100)

作者简介：阿力木江·塔依尔(1994—)，男(维吾尔族)，新疆喀什人，本科生，E-mail：649616264@qq.com 通讯作者：木合塔尔·艾买提(1982—)，男(维吾尔族)，新疆喀什人，讲师，硕士，主要从事经济地理和城市管理研究，E-mail：muhtar99@sina.com

DOI:10.14068/j.ceia.2016.04.023

中图分类号：X821

文献标识码：A

文章编号：2095-6444(2016)04-0092-05

Analysis on Coupling Degree between Urbanization and Arid Area—Taking Kashi City as an Example

ALIMJAN Tayir, MUHETAER Aimaiti

(College of life and Geographical Sciences, Kashi University, Kashgar 844000, China)

Abstract:Urbanization and environmental problems are hot issues in the world today. The coupling development between urbanization and environment is the inevitable development path for the society. We set up the coupling index system of urbanization system and environment system. Based on the theory of coupling mathematical model of measurement between the city and the environment, as well as the coupling degree between urbanization and environmental system in Kashi from 2013 to 2005, two systems were identified in this paper. Results showed: from 2005 to 2013, the coupling degrees of urbanization and environment in Kashi were 0.7417, 0.7669, 0.7838, 0.8212, 0.8047, 0.8532, 0.7949, 0.776, 0.7420 respectively, in which the lowest was in 2005 and the value increased gradually at the year of 2006 and reach the maximum in 2010. From 2005 to 2010, the coupling degree of urbanization and arid area gradually increased, and the coupling degree from 2010 to 2013 decreased year by year. A “U” curve curvilinear relationship exists between urbanization and environment.

Key words:urbanization; arid area environment; analysis on coupling degree