山地资源型城市转型能力与城市资源压力耦合关系研究——以雅安市为例

张钦然，魏雅丽*，李世香，陈友智

（1.四川农业大学资源学院，成都611130；2.中国石油大学（华东）机电工程学院，山东青岛 266580）

通常认为，“山地城市”是指直接修建在山地上的城市或城市拓展过程中受到山地地形影响的城市[1]，而中国50%左右的城市建设于山地区域，其山地地形特征决定了城市具有土地资源稀缺性与典型的生态系统复杂性与脆弱性。截至2013 年，我国共有142 座地级市属于资源型城市[2]，约占全国地级市总数的21.61%。自20 世纪80 年代以来，资源型城市经过长期高强度、破坏性地无序开采，导致城市资源储量持续减少，产业结构均具有不同程度的失衡，城市生态环境日益恶化。这些问题使得城市生态环境与经济发展受到严重阻碍，城市资源压力不断增加，产业转型刻不容缓。

目前，国内外学者从经济与产业结构、区域和城镇发展、社会问题和社区建设、城乡规划和劳动力市场状况等多个方面采用不同的方法对资源型城市进行研究[3-9]，由静态、定性分析逐渐转向动态、定量评价研究。运用PCDL 模型、经济不平衡增长理论的GE 矩阵法、波士顿矩阵分析法、熵权-灰色关联理想解的比较优势度矩阵模型等一系列定量分析法[10-13]，对资源型城市接替产业选择提出了较为系统的评价。当前，国内外对资源型城市的“城市化与生态保护”“主导产业选择与资源供给”以及“经济转型与环境保护”等方面关联性与耦合作用的测度与评价，集中在交互耦合时空测度、耦合类型判别、多尺度对比、耦合演变规律和耦合机制等方面[14-16]，并将动态层级律、非线性协同律、随机涨落律、阈值律和预警律作为研究基础定律[17-20]。而较少涉及对生态环境脆弱的山地资源型城市转型能力与城市资源压力之间相互耦合关系的测度与评价分析。本文以协同论思想为理论基础，运用物理上的耦合关系对雅安市城市转型能力与资源压力之间的相互作用进行研究，以期为山地资源型城市转型与自然资源永续利用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

雅安市是典型的山地资源型城市，其位于四川盆地西部盆周边缘，处于成都平原与青藏高原的过渡带，邛崃山、大雪山、夹金山等多条横断山余脉自北向南嵌入雅安，大渡河和青衣江自西向东切割山脉而过。雅安全境总面积1.53 万km2，而山地地形占地区总面积比例高达94%，相对海拔可达2 000 m左右。气候以亚热带季风性湿润气候为主，年均温度17 ℃，年均降雨量2 200 mm。山地地形与湿润气候条件带来了丰富的水能资源，其可开发利用量为1 322万kW，占全国水电可开发总量的1/40[21]。2017 年全市GDP 总量达602.77 亿元，三次产业构成比例为13.41∶47.22∶39.37，年末户籍人口153.84 万。

根据国务院发布的《全国资源型城市可持续发展规划（2013—2020 年）》，雅安市作为典型资源型城市，其产业结构较为单一，工业现代化程度较低，对自然资源的依赖程度较大，而《雅安市矿产资源总体规划（2016—2020 年）》指出，矿业经济仍是雅安市的支柱产业之一。当前，雅安市的花岗石、大理石、芒硝、石棉、石灰石、硫铁矿等矿产供大于求，而其他矿产的资源储量已不足或严重不足。面对矿产资源储量的逐渐减少，生态环境的逐步恶化以及劳动力人口大量外流的巨大压力，雅安市政府也在积极探索城市产业转型的策略与方向，但是却忽略了产业转型与城市资源压力之间的关系，从而不能有效发挥城市资源对产业转型的促进作用。研究其城市转型能力与城市资源压力相互作用机理，既是雅安市产业转型决策的需求，也是实现山地资源型城市经济社会与环境保护可持续发展的战略要求。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源与标准化处理

由于城市的转型能力与资源压力均处于一个动态变化的过程中，综合考虑数据样本的科学性与可获取性，选择TS-CS 数据对雅安市城市转型能力与资源压力在不同年份的表现进行综合评价。本文样本数据主要来源于《雅安市统计年鉴（2007—2017年）》《雅安市国民经济与社会发展统计公报（2007—2017 年）》《四川省统计年鉴（2007—2017 年）》，为消除指标计量单位不同造成的影响，首先采用Z-score 对各个指标值进行标准化处理：

其中Xij是指标值，X'ij是标准化之后的指标值，μ代表该项指标所有样本数据的平均值，σj代表该项指标所有样本数据的标准差。

1.2.2 城市转型能力评价指标体系建立

目前，以结构性产能过剩为特点的“供给失灵”是我国经济新常态的典型特征[22]，尤其在以传统低效能工业为支柱产业的山地资源型城市中表现更为突出，进行供给侧结构性改革是打破“供给失灵”困境与促使资源型城市积极转型发展的有效途径。所以，本文以化解过剩产能，提升城市的有效供给能力作为核心理念，结合山地资源型城市要素与产业发展特征，遵循科学性、系统性、通用性、可行性和客观真实的原则，从优质劳动力供给、资源供给、资本供给和环境供给4 个方面对城市转型能力评价指标体系进行构建，具体评价指标体系见表1。

1.2.3 城市转型能力与城市资源压力的耦合分析方法

（1）城市转型能力计算。

因子分析模型作为多元统计分析中的重要方法，能够通过降维解释数据集，以探索各个相关变量之间起主导作用的潜在因子，本文通过SPSS.23 软件对城市转型能力的各个指标进行测度，以衡量其对城市转型能力的影响。公共因子权重与综合评价得分计算方法如下：

式中，m代表公共因子数量，vi代表公共因子贡献率，τ为各个公共因子的贡献率之和，Zi为公共因子的特征值则表示公共因子的权重。

（2）城市资源压力计算。

通过引入城市资源压力指数（URSI）来衡量雅安市城市资源压力状况。城市资源压力指数由4 个分指数构成：分别是土地资源压力指数（LRSI）、人力资源压力指数（HRSI）、水资源压力指数（WRSI）和用电资源压力指数（ERSI），按照以下公式计算[23]：

其中，土地资源压力分指数（LRSI）用城市人均拥有土地面积表示，即建成区土地面积与市辖区年末总人口的比值，人力资源压力分指数（HRSI）用城市第三产业从业人员比重与城市第二产业从业人员比重的比值来衡量，水资源压力指数（WRSI）用全年供水总量与市辖区年末人口的比值来表示，用电资源压力指数（ERSI）用人均工业用电量来表示[23]。W1、W2、W3、W4分别为4 个分指数的权重，为避免主观赋权导致的偏差性与非客观性，其赋值采用变异系数法，公式如下：

表1 城市转型能力评价指标体系Table 1 Evaluation index system of urban transition capability

式中，Vi为分指数的变异系数，由其标准差σi与平均数计算得出，Wi为各分指标的权重。另外，由于城市资源压力指数中各指标的量纲不同，为了便于各指标评价值的加总与各年份之间的比较，对计算出的各分指数进行标准化处理，再按各分指数的相应权重进行加权求和，最终得出城市资源压力指数。

（3）耦合度模型。

结合物理学中的容量耦合系数理论，将城市的转型能力和资源压力两个系统产生相互影响的程度定义为其耦合度。设f（x）和g（x）分别为城市转型能力和城市资源压力评价函数综合指标值，由耦合度的概念与其作用机制可知，我们希望f（x）和g（x）的值越大越好，其离差越小越好，且f（x）大于g（x）。耦合度模型为：

令u1=f（x），u2=g（x），当n=2，得到二元耦合度计算公式：

耦合度取值为［0，1］，耦合度C 越大，系统耦合性越好，当C=1，此时系统间达到完全共振耦合，反之，耦合度C越小，系统耦合性越差，当C=0 时，两个系统处于无关联状态[24]。

（4）耦合协调度模型。

耦合度虽然在一定程度上可以反映城市转型能力与资源压力两个系统之间的作用强度，但是难以进一步反映两个系统的整体功能以及其协调发展水平，因此，引入耦合协调度模型：

式中C为耦合度；D为耦合协调度，耦合协调度大小反映城市转型能力与资源压力二者耦合协调水平高低；T为城市转型能力与资源压力的整体效益评价指数，待定系数α、β满足α+β=1，虽然城市转型能力为正向指标，城市资源压力为负向指标，但是对于城市的影响同等重要，所以取α=β=0.5，因为城市转型能力与城市资源压力中均出现了负值，无法参与模型运算，所以，在保证各个指标得分能够准确反映城市转型能力与城市资源压力程度的条件下，对得分进行Min-max 标准化，为了避免标准化过程中产生0 值而无法参与耦合度运算，对标准化值进行平移：

式中，Pi代表各个年份城市转型能力或城市资源压力得分，Pimax代表体系内得分最大的值，Pimin代表体系内得分最小的值，Pi'代表得分无量纲处理后的数值。

结合相关研究[25]与雅安市实际发展水平，将城市转型能力与城市资源压力的耦合协调度划分为7个等级（见表2）：0＜D≤0.29，极低耦合水平与严重失调阶段；0.29＜D≤0.39，低耦合水平与中度失调阶段；0.39＜D≤0.49，较低耦合水平与轻度失调阶段；0.49＜D≤0.59，中等耦合水平与勉强协调阶段；0.59＜D≤0.69，中高耦合水平与初级协调阶段；0.69＜D≤0.79，较高耦合水平与中级协调阶段；0.79＜D≤0.89，高耦合水平与良好协调阶段；0.89＜D≤1.00，极高耦合水平与优质协调阶段。

表2 耦合度与耦合协调度的耦合效应等级Table 2 Coupling degree and coupling effect grade

2 结果与分析

2.1 雅安市城市转型能力与资源压力动态分析

2.1.1 城市转型能力发展分析

通过因子分析法对指标进行测算得出13 个指标的共同度均在80%以上，变量间存在显著相关关系（P＜0.001），有概率共享因子，且对各变量的解释能力很强。由于初始因子载荷阵对变量在公共因子上的载荷反映水平不足，用等量最大法正交旋转并得到旋转后的因子载荷矩阵，并最终得到因子模型计算出的3 个公共因子的特征值和贡献率（见表3）。在变量相关矩阵中，3 个公共因子的贡献率分别为38.291%、30.539%和20.451%，其累积贡献率达89.28%，且特征值均大于1，表明这个3 个公共因子能够较好表达原始数据所包含的信息。第1 个公共因子中工业企业用电量、供气总量、供水总量、第二产业GDP 占总产值比重、全社会固定资产投资以及港澳台外商投资企业GDP 占工业总产值比重等因子载荷较大，反映了资源供给与资本供给的共同作用。第2 个公共因子中从业人员期末人数、每万人专任教师数、每万人普通高中与职业技术学校毕业学生数等因子载荷较大，反映了优质劳动力供给。第3 个公共因子中科学技术支出占GDP 比重、工业二氧化硫排放量以及一般工业固体废物综合利用率载荷较大，反映了环境供给。

利用公共因子的特征值与贡献率组合，可计算三个公因子的权重分别为0.43、0.34、0.23。根据各年份的因子得分与公共因子权重的乘积得出城市转型能力综合得分值（见图1），揭示了雅安市城市转型能力与资源与资本供给、优质劳动力供给以及环境供给等一级指标在2006—2016 年的波动趋势。雅安市作为川西门户城市，城市转型能力在2006—2014 年呈现逐年上升趋势，受到资源与资本供给指标影响最大（权重0.43），其中城市建成区规模、从业人员数量，第二产业产值占GDP 总量和全社会固定投资等二级指标快速增长，这与雅安市实施西部大开发、发展生态绿色旅游、改善对外交通以及开展精准扶贫工作密不可分；在2009 年和2013 年城市转型能力增长态势迅猛，其增长率分别为87.90%和84.72%，主要原因是2008 年汶川地震与2013 芦山地震之后灾后重建进行的大量投资与基础设施建设带来的资本与资源红利。2015 年与2016 年城市转型能力略有下降，主要是因为优质劳动力供给能力（0.34）与环境供给能力（0.23）的降低，在二级指标层面反映了高中职毕业生数量持续减少带来的青年劳动力供给不足，科学技术支出占GDP 比重大幅缩水带来的环保工作开展不利以及工业固废利用率降低带来的环境污染。但是总体上，优质劳动力供给逐年增加，与“三支一扶”计划快速推进，高中职毕业生人数增加，第三产业带来的就业就地转化以及人口城镇化的转变密不可分。随着政府对科技供给在生态环境上的投入力度不断加大，逐步取缔小水电、小矿场，规范排污，实施产业绿色转型以及加强生态文明建设等一系列工作深入开展，环境供给也呈稳步提升态势。

表3 总方差解释表Table 3 The total variation explanation

图1 2006—2016 年城市转型能力综合评价值Figure 1 Comprehensive evaluation value of urban transformationcapability in 2006—2016

2.1.2 城市资源压力发展分析

从图2 可知，从2006 到2016 年，雅安市城市资源压力整体呈现波动上升趋势，城市资源压力变化情况大致可分为两个阶段：（1）2006—2011 年，城市资源压力快速增长，其总增长率为95.75%，年平均增长率为23.94%，这与雅安市城市化进程快速推进，建成区面积急速扩张，工业企业转型发展以及交通与枢纽建设大力开展关联较大。（2）2011 年后，城市资源压力变化逐渐趋于稳定，表明雅安市政府坚持培育绿色生态发展为主要路线，以及突出投资拉动，强化旅游促动，鼓励飞地经济发展的一系列实现产业绿色转型的政策措施带来的生态效益逐渐体现。

图2 2006—2016 年城市资源压力综合评价值Figure 2 Comprehensive evaluation value of urban resource pressure in 2006—2016

ERSI 指数对城市资源压力影响最大（权重0.523），呈逐步上升趋势，是由于工业企业的迅速发展对电力需求不断增加，进而对城市供电水平造成了较大压力。WRSI 指数（权重0.219）反映市辖区人均供水量，在保证市辖区人均供水量的前提下，市辖区人口越多，水资源压力指数越大。随着雅安市城市化进程的不断加快，农村居民向城镇居民快速转化，水资源压力不断上升；在2011 年，雅安受到持续性暴雨灾害的严重影响，为满足灾后生产生活恢复，城市供水量增加，WRSI 指数显著上升，而2016 年WRSI指数骤降，是由于公安部对城市人口统计口径的改变导致市辖区非农人口较2015 年上升51.3%，使WRSI 水平出现了一定程度的降低。LHRI 指数长期以来高于URSI 指数，与雅安市山地地形特征带来的人地关系矛盾密不可分，尤其是从2011 年到2012年，LHRI 增长率高达166.71%，其原因是雅安市建成区面积从2011 年的21 km2增加到2017 年的27.9 km2，建设面积的大幅度增加对雅安市紧缺的土地资源供给带来了较大压力。HRSI 指数自2010 年后有较大增加，反映了第二产业就业人口逐渐向第三产业转移，雅安市作为典型的资源型城市，资源型产业就业吸纳能力明显下降，就业压力不断增加。

2.2 城市转型能力与城市资源压力耦合关系研究

2.2.1 城市转型能力与城市资源压力相互作用机理

首先，资源型城市具有利用本地自然资源储备优势，以资源型产业为主导逐步兴起并发展的基本特点，所以，资源禀赋是产业发展的基础，是产业转型能力的重要支撑。一般情况下，城市的转型能力越强，其自然资源优势越大，城市的资源压力越小。但是，如果城市转型能力过强，转型速度过快，超出了其正常发展水平，则转型能力就会由于城市资源禀赋的供给不足而受到限制，并且会增加城市的资源压力，不利于区域经济发展，转型效果无法达到预期水平；如果城市资源较为丰富，资源压力较小，而城市转型能力偏弱，则支撑产业发展的各种要素就无法得到充分合理利用，造成资源的浪费，城市无法达到良好的转型效果。另一方面，资源禀赋结构作为城市产业结构形成的内生力量，城市资源的合理与优化利用能够促进产业结构从单一向多元，初级向高级演化，所以城市资源压力制约着城市转型能力。各个城市的资源特征存在一定数量与结构差异，造成了城市资源压力的复杂性与差异性，从而导致城市转型路径与转型能力的不同。由于城市转型能力与城市资源压力之间存在这种交互耦合关系，当二者统一时则相互促进，系统由于正反馈作用不断向新稳态发展，城市可以实现协调发展；反之，当二者不统一时则会相互拮抗，并处于较低水平的负反馈过程中，城市难以实现协调发展。

2.2.2 耦合分析

对2006—2016 年雅安市城市转型能力与城市资源压力得分的时间动态进行耦合分析（见表4、图3），得到雅安市城市转型能力与城市资源压力之间的耦合度和耦合协调度可以分为两个阶段：

表4 雅安市2006-2016 年城市转型能力与城市资源压力耦合度及耦合协调度水平Table 4 Coupling degree and coordination degree of urban transformationcapability and urban resource pressure in Ya'ancity from 2006 to 2016

（1）2006—2010 年，此阶段二者之间的耦合度与耦合协调度一直处于快速增长的阶段，耦合度从0.22 的极低耦合水平开始显著向较低耦合水平逼近，上升幅度达到77.27%，耦合协调度从0.15 的严重失调阶段向勉强协调阶段逼近。在2010 年之前，二者指标值均长期低于0.4，说明城市转型能力与资源压力之间的相关性、影响程度以及发展过程中协调性较差，处于低耦合，严重失调阶段。在此阶段，城市转型能力综合值从-0.86 增加到-0.05，增幅为94.19%，城市资源压力综合值从-1.16 增加到-0.18，增幅为84.48%，城市转型能力综合值减去城市资源压力综合值在0.15～0.3 区间。表明城市转型能力相对较强，且对资源环境的胁迫作用较大，导致资源压力指数增加，此外，由于城市转型能力与资源压力指数值较低，从而使得二者协调度较低，此时城市属于资源依赖型发展阶段。

图3 2006—2016 年耦合度与耦合协调度变化趋势Figure 3 Trends of coupling degree and coupling coordination degree in 2006—2016

（2）2011—2016 年，二者之间的耦合度与耦合协调度增速逐渐放缓，属于平稳增长与调整阶段。耦合度平均水平为0.645，稳定在中等耦合水平状态，耦合协调度平均水平为0.732，从初级协调阶段过渡并稳定在中级与良好协调阶段。在该阶段，耦合协调度高于耦合度，说明二者的相互影响程度更加密切，城市转型能力与城市资源压力协调发展问题得到较好改善。自2011 年起，城市资源压力（综合值为3.94）高于城市转型能力（综合值2.76），耦合度与耦合协调度在2015 年达到峰值后回落，此时，城市转型能力也不断降低，资源压力处于高位。说明城市转型速度过快，在转型过程中对城市资源环境造成的负面影响越来越大，转型过程对资源的消耗超过了资源承载能力，从而导致资源的供给不足造成城市转型能力减弱。

3 结论与讨论

城市转型能力与城市资源压力之间存在复杂而深刻的相互作用关系，为充分探究其具体表现与相关程度，本研究以山地资源型城市雅安为例，从供给侧角度建立了城市转型能力的评价指标体系，并与城市资源压力指数相结合，利用多时序的统计资料通过耦合度与耦合协调度模型进行定量分析，揭示出城市转型能力与资源压力的耦合关系，结果表明：

①城市转型能力可以通过优质劳动力供给、资源供给、资本供给与环境供给得到较好的反映，资源与资本供给在城市转型能力系统中所占权重最大，是影响城市能力高低的最主要因素，两次严重地震灾害带来的经济受损与灾后重建带来的资本输入均在动态变化过程中得到了体现。城市经济总量不断增加，城市优质就业人口增多，生态文明建设不断加快使得城市转型能力不断提高。

②2006—2016 年，城市资源压力整体呈波动上升趋势，各分指标也存在不同程度的增加，并以2011 年作为分界点可以分为快速上升与高位稳定两个阶段。表明雅安市存在城市转型与城市资源供给能力发展不统一、过度消耗自然资源的现象，并且持续的过度发展使得城市资源压力处于高位，难以降低。

③耦合度与耦合协调度分析中，二者水平均呈逐年稳定上升态势，仅在2016 年出现下降情况。城市耦合系统中，耦合度大致经历了极低耦合水平-低耦合水平-中等耦合水平-中高耦合水平4 个阶段，耦合协调度大致经历了严重失调-中度失调-初级协调-中级协调4 个阶段。

纵观城市转型发展与城市资源压力之间的相互耦合关系，其复杂性与深刻性要求我们慎重对待城市转型的速度与方式，并平衡其与城市资源压力之间的矛盾。雅安市由于其特殊的地理区域以及山地城市与资源型城市的双重特征，一方面拥有高山峡谷带来丰富的水利资源，大熊猫、金丝猴、珙桐等3 800 余种动植物资源，铋矿、碲矿和石棉等储量全国领先的矿产资源以及东拉山、牛背山、神木垒、碧峰峡和上里古镇等自然文化旅游资源。另一方面因为生态脆弱性与环境封闭性对其城市转型发展提出了更高的要求：应该以保护生态环境为基本前提进行城市转型与城市建设，以弥补发展初期粗放式、资源依赖型的发展模式对资源环境造成的负面影响，追求以绿色生态为核心的高质量、创新性城市转型，从而达到资源环境与城市转型的协调统一。

同时，城市转型不断促进城市化进程，未来我国城市化进程推进的主要区域集中在地质地理环境复杂的山地城市，山地城市生态环境具有复杂性和多样性且脆弱性与敏感性并存的双重特性[26]。雅安市作为山地资源型城市的典型代表，其城市转型模式与资源环境的永续开发利用对其他山地资源型城市具有重要的参考与借鉴价值。本研究通过总结分析雅安市城市转型能力与资源压力耦合机制，对山地资源型城市发展模式与转型模式提供理论价值和实际意义。