基于可拓学理论的新疆城市化与生态环境耦合评价研究

李 韧，聂春霞

(新疆维吾尔自治区发展与改革委员会 经济研究院，新疆 乌鲁木齐 830002)

基于可拓学理论的新疆城市化与生态环境耦合评价研究

李 韧，聂春霞*

(新疆维吾尔自治区发展与改革委员会 经济研究院，新疆 乌鲁木齐 830002)

通过建立城市化与生态环境评价指标体系和可拓学评价模型，评价了2000～2014年新疆城市化与生态环境耦合状况；通过构建灰色系统预测模型，预测了2015～2020年城市化与生态环境耦合趋势。分析得出：2000～2014年新疆城市化和生态环境耦合水平由中上升为高，但城市化和生态环境均为低水平。预计2015～2020年新疆城市化与生态环境耦合水平呈下降趋势，由高下降到中，其中，人口城市化和设施城市化水平保持为低水平；经济城市化和社会城市化水平由低上升到高。生态环境保持为低水平，其中，生态环境压力保持为低水平，生态环境状况由低上升到较低水平，生态环境保护由低上升为高水平。

城市化；生态环境；耦合；可拓学评价；新疆

目前，世界一半以上的人口生活在城市，城市化与生态环境协调问题已成为世界性的战略问题[1]。2014年我国城镇人口比重达到54.77%，但70%左右的城市不能达到新的环境空气质量标准，一半城市市区地下水污染严重。随着我国城市化的快速发展，城市成为环境污染最集中的地域，生态环境系统受到前所未有的挑战，城市化与生态环境的协调发展是我国现代化进程中必须解决的问题。新疆是我国典型的内陆干旱区，其干旱区面积占我国干旱区面积的2/3，新疆城镇分布在面积不足10%的绿洲上，绿洲城市发展与生态环境之间具有高度相关性，城镇人口比重为46.01%，虽然低于全国平均水平8.76个百分点，但随着新疆城镇化进程的推进，其外部性将对周围的绿洲生态环境造成一定的压力。评价和预测新疆城市化与生态环境耦合的状况与趋势，有利于制定符合新疆城市化的发展战略，也有助于新疆生态环境保护政策的制定，具有重要的现实意义。

1 相关研究综述

国外学者主要研究城市化对生物、气候等方面的影响，McKinney[2]分析了城市化对生物均质性的影响，认为城市化使得城市动物种群增多，乡村动物种群减少；Zanette L R S等[3]分析了城市化改变土地覆被而引起黄蜂与蜜蜂种群数量变化的驱动作用及机制；Deosthali V[4]通过模拟分析了城市化对城市局部气候的影响。国内学者侧重于城市化与生态环境的协调性评价，刘耀彬[5]、安瓦尔·买买提明[6]、任芳[7]、赵安周[8]、曾浩[9]、张朝琼[10]等构建了城市化与生态环境之间的协调度模型，评价了区域城市化与生态环境2个系统的协调发展状况；黄金川等[11]根据环境库兹涅茨曲线假设，采用数学模型分析城市化与生态环境的耦合关系，得出城市化与生态环境交互耦合的数理函数和几何曲线。

上述关于城市化与生态环境耦合关系的研究为本文提供了良好的借鉴，但仍需进一步深入研究：一是城市化与生态环境耦合评价模型需要深化，现有的评价模型采用均等化评价等级，实际上各指标在同一等级范围的属性不同，使得评价结果偏离现实；二是现有的研究仅对城市化与生态环境耦合状况进行评价，鲜有对城市化与生态环境耦合趋势进行预测的成果。基于此，本文建立区域城市化与生态环境耦合评价指标体系，构建可拓学评价模型，避免了指标的均等化问题，科学评价了2000～2014年新疆城市化与生态环境耦合状况；利用耦合度模型，揭示城市化水平与生态环境质量间的耦合关系；建立灰色系统预测模型，预测2015～2020年新疆城市化与生态环境耦合趋势，深化城市化与生态环境耦合关系的研究。

2 研究方法

2.1 新疆城市化与生态环境耦合评价指标体系的构建

构建区域城市化与生态环境耦合发展评价指标体系不仅应遵循客观性、科学性和有效性等原则，还应遵循以下原则：一是层次性和动态性原则，城市化与生态环境系统是一个多层次的、动态的复合系统，指标体系应该包括各个层次，动态性是反映变化的动态指标；二是全面性原则，指标体系必须能够全面地反映城市化与生态环境的各个方面，使指标体系成为一个有机整体；三是可操作性原则，尽可能选取已有的统计指标，保证数据的可采集性[12]。根据上述评价指标体系的构建原则，从人口城市化、经济城市化、设施城市化、社会城市化4个方面评价城市化水平，从生态环境状况、生态环境压力、生态环境保护3个方面评价生态环境质量。具体评价指标见表1。

表1 评价指标及其经典域

2.2 可拓学评价模型的构建

可拓学评价是将每个事物(指标)的属性划分为若干等级，再将待评价事物代入各等级集合进行多指标评定，通过比较它与各等级集合的关联度大小，得出评价等级结果[13]。

2.2.1 确定经典域和节域 经典域就是建立等级物元模型。设poj是事物的第j个等级，在此，将评价等级划分为高、中、较低、低4个等级；ci是poj的第i个特征；xo1j，xo2j，…，xonj分别是poj关于ci的经典域，各个指标的经典域划分见表1。节域就是建立各指标量值范围物元模型。xp1，xp2，…，xpm分别是p关于c1，c2，…，cm的取值范围，即p的节域，各指标的节域都为[0，1]。

2.2.2 距的计算公式

(1)

其中，i=1，2，…，m;j=1，2，…，n。

2.2.3 关联函数的计算公式

(2)

2.2.4 权系数的确定 对于评价等级Mi(i=1，2，…，m)的门限值xij(j=1，2，…，n)，权系数计算公式为：

(3)

其中，bij为权系数，i=1，2，…，m;j=1，2，…，n。

2.2.5 隶属度的计算公式

Lj(p0)=∑bijLj(vi)

(4)

其中，Lj(p0)表示待评价对象p0关于等级j的关联度，若Lj=maxLj(p0)，则评价对象的评价等级属j。

2.2.6 耦合度模型 耦合度反映了城市化和生态环境系统的一致性，两系统之间的耦合度越大，表明系统之间的协调性越高[14]。耦合度公式为：

(5)

其中，f(x)为城市化隶属度；g(x)为生态环境隶属度，耦合度C也划分为高、中、较低、低4个层次，按最大隶属度确定耦合度的等级。当耦合度C的隶属度为高时，城市化与生态环境耦合发展进入高水平耦合阶段；当耦合度C的隶属度为中时，为磨合期，城市化与生态环境的发展处于良性耦合阶段；当耦合度C的隶属度为较低时，处于城市化与生态环境颉颃时期；当耦合度C的隶属度为低时，城市化与生态环境的发展处于低水平耦合阶段。

2.3 新疆城市化与生态环境评价指标的预测

为了预测新疆未来城市化与生态环境耦合趋势，根据2009～2014年新疆城市化与生态环境评价指标值，采用灰色系统GM(1，1)模型预测2015～2020年新疆城市化与生态环境指标值。首先对原始数列是否符合准光滑性和准指数规律进行检验，其次，采用文献[15]中的模型，进行精度检验和模型的适用条件分析。

3 实证分析

3.1 新疆城市化与生态环境耦合发展评价

选取新疆统计年鉴(2005～2015)及新疆50年的相关指标数据，利用上述公式进行计算，评价结果见表2。

从城市化与生态环境的耦合状况看，2014年城市化与生态环境的耦合度为高，属高水平耦合阶段，其中，城市化水平、环境质量均为低。2000～2014年城市化与生态环境的耦合度处于连续上升趋势，其中，2000～2005年城市化与生态环境耦合度为中，属良性耦合水平，城市化和生态环境均属低水平；2006～2014年两者的耦合度为高，属高水平耦合阶段，城市化和生态环境均为低水平。

从城市化水平看，2000～2014年保持为低水平，其中，人口城市化、经济城市化、设施城市化和社会城市化均保持为低水平。

从生态环境质量看，2000～2014年保持为低水平，其中，生态环境状况、生态环境压力、生态环境保护均为低水平。

3.2 新疆城市化与生态环境耦合趋势分析

对2009～2014年新疆城市化与生态环境耦合评价体系的所有指标值进行检验，均通过了准光滑性和准指数规律检验。利用灰色系统理论及应用(第三版)软件，建立灰色系统GM(1，1)模型，得到2015～2020年新疆城市化与生态环境评价指标预测值、平均相对误差和时间响应函数(表3)。

续表2:

年份等级人口城市化经济城市化设施城市化社会城市化城市化水平生态环境状况生态环境压力生态环境保护生态环境质量耦合度中√较低低√√√√√√√√√2003高中√较低低√√√√√√√√√2004高中√较低低√√√√√√√√√2005高中√较低低√√√√√√√√√2006高√中较低低√√√√√√√√√2007高√中较低低√√√√√√√√√2008高√中较低低√√√√√√√√√2009高√中较低低√√√√√√√√√2010高√中较低低√√√√√√√√√2011高√中较低低√√√√√√√√√2012高√中较低低√√√√√√√√√2013高√中较低低√√√√√√√√√2014高√中较低低√√√√√√√√√

表3 评价指标预测模型和预测值

根据表3中2015～2020年新疆城市化与生态环境评价指标的预测值，计算出2015～2020年新疆城市化与生态环境耦合趋势的评价结果，具体见表4。

假定按照2009～2014年新疆城市化与生态环境发展态势，2015～2020年新疆城市化与生态环境耦合度呈下降趋势，由2015年的高水平下降到2020年的中等水平。城市化水平保持为低水平，其中，人口城市化和设施城市化水平保持为低水平；经济城市化水平由2014年的低，上升到2015年的较低，2018年上升到中，2019～2020年上升到高水平；社会城市化水平由2014年的低上升为2015年的中，2016～2020年上升为高水平。生态环境质量保持为低，其中，生态环境压力保持为低；生态环境状况由2015年的低上升到2020年的较低；生态环境保护水平由2015年的低上升为2018～2019年的较低，2020年上升为高水平。

4 结论及启示

通过建立城市化与生态环境耦合评价指标体系，构建可拓学评价模型，分析2000～2014年新疆城市化与生态环境耦合状况；构建灰色系统GM(1，1)模型，预测2015～2020年新疆城市化与生态环境耦合趋势，与同类研究相比，得出的结论也更加符合实际，主要结论如下。

(1)目前，新疆城市化与生态环境是低水平的协调。2000～2014年，虽然新疆城市化和生态环境耦合水平由中上升为高，但由于人口密度不断增大、城镇人口比重提高缓慢使得城市化水平呈下降趋势，图书馆、医院床位数等设施城市化水平低，工业“三废”处理水平、环境治理投资和清洁能源占比等生态环境压力和生态环境保护水平低等原因，新疆城市化和生态环境均为低水平。因此，新疆城市化和生态环境属低水平的耦合。

(2)未来，新疆城市化与生态环境耦合水平下降，但城市化与生态环境水平有所提高。2015～2020年新疆城市化与生态环境耦合水平呈下降趋势，由高下降到中。城市化水平保持为低水平，其中，人口城市化和设施城市化水平保持为低水平；人均生产总值、第三产业增加值占地区生产总值比重、城镇每人拥有铺装道路面积等水平的提高，使得经济城市化和社会城市化水平由低上升到高。生态环境保持为低水平，其中，工业废水排放达标率、平均每人日生活用水量、万元GDP能耗人均工业废气排放量等水平的下降使得生态环境压力保持为低水平；森林覆盖率、建成区绿化覆盖率、平均每人公共绿地面积等水平的提高，使得生态环境状况由低上升到较低水平；工业废水排放达标率、工业固体废物综合利用环境污染治理投资总额占新疆生产总值比重、水风电消费占总能源消费的比例水平的提升，使得生态环境保护由低上升为高水平。

虽然新疆城市化与生态环境耦合水平较高，但是城市化和生态环境水平低，有待提高，特别是人口城市化、设施城市化、生态环境压力水平亟待提升。因此，新疆继续推进城市化的同时，需要制定严格的政策措施，保护好森林、草原和水源等自然生态，增加城市绿地面积，加大工业节能减排力度，加快改善生态环境质量，促进城市化与生态环境的协调发展，是新疆当前和今后一段时期面临的重要任务。

表4 2015～2020年新疆城市化与生态环境耦合评价结果

[1] 张晓天,刘养洁.山西省城市化与生态环境协调度分析[J].山西师范大学学报：自然科学版,2013,27(2):80-85.

[2] Mckinney M L. Urbanization as a major cause of biotic homogenization[J]. Biological Conservation, 2006, 127(3): 247-260.

[3] Zanette L R S, Martins R P, Ribeiro S P. Effects of urbanization on Neotropical wasp and bee assemblages in a Brazilian metropolis[J]. Landscape and Urban Planning, 2005,71(2/4): 105-121.

[4] Deosthali V. Assessment of impact of urbanization on climate: an application of bioclimatic index[J]. Atmospheric Environment,1999, 33(24/25): 4125-4133.

[5] 刘耀彬,宋学锋.城市化与生态环境耦合模式及判别[J].地理科学，2005，25(4):408-414.

[6] 安瓦尔·买买提明,张小雷,塔世根·加帕尔.基于模糊数学的新疆南疆地区城市化与生态环境的和谐度分析[J].经济地理,2010,30(2):214-219.

[7] 任芳,林忠,李晓.福州市城市化与生态环境协调性评价与分析[J].云南地理环境研究,2011,23(4):81-86.

[8] 赵安周,李英俊,卫海燕,等.西安市城市化与城市生态环境耦合协调发展研究[J].水土保持研究,2012,19(6):152-156.

[9] 曾浩,邓宏兵.武汉市城市化与生态环境协调发展定量评价与分析[J].华中师范大学学报：自然科学版,2012,46(5):611-615.

[10] 张朝琼,蔡广鹏,申燕燕.贵阳市城市化与生态环境协调性测度与评价研究[J].贵州社会科学,2012,286(10):76-79.

[11] 黄金川,方创琳.城市化与生态环境交互耦合机制与规律性分析[J].地理研究,2003,22(2):211-220.

[12] 聂春霞,何伦志.中国30主要城市经济与宜居性协调发展评价[J].新疆大学学报：哲学·人文社会科学版,2012(1):8-15.

[13] 卢丽文,张毅,李小帆,等.长江中游城市群发展质量评价研究[J].长江流域资源与环境,2014,23(10):1337-1343.

[14] 董雯,杨宇,张豫芳.绿洲城镇发展与水土资源开发的耦合效应及其时空分异[J].资源科学,2013,35(7):1355-1362.

[15] 聂春霞,刘晏良,甘昶春.新疆城市化进程中生态预警研究[J].长江流域资源与环境,2013,22(3):126-132

(责任编辑：管珊红)

A Study on Evaluation of Coupling between Urbanization and Eco-environment in Xinjiang Based on Extenics Theory

LI Ren, NIE Chun-xia*

(Institute of Economy Research, Xinjiang Development and Reform Commission, Urumqi 830002, China)

This paper set up evaluation indicator system and extenics evaluation model to evaluate the coupling degree between urbanization and eco-environment from 2000 to 2014 in Xinjiang, and constructed grey model to forecast the trend of coupling degree between urbanization and eco-environment from 2015 to 2020. It was concluded that the coupling degree between urbanization and eco-environment from 2000 to 2014 in Xinjiang increased from middle level to high level, but the levels of both urbanization and eco-environment were low. It was predicted that: during 2015～2020, the coupling level between urbanization and eco-environment in Xinjiang would show a decreasing trend (from high level to middle level); both the population urbanization and the facility urbanization would maintain at a low level, while both the economic urbanization and the social urbanization would rise from low level to high level; the eco-environment would keep at a low level, the pressure of eco-environment would keep at a low level, the status of eco-environment would be improved from low level to slightly low level, and the protection of eco-environment would be improved from low level to high level.

Urbanization; Eco-environment; Coupling; Extenics evaluation; Xinjiang

2016-07-13

国家自然科学基金地区科学基金项目(41661112)。

李韧(1964—)，男，安徽宿州人，高级工程师，研究方向：区域经济学。*通讯作者：聂春霞。

F290

A

1001-8581(2017)01-0112-06