煤矿城市经济发展与生态安全耦合协调分析

2021-03-22汪悦杨力

安徽理工大学学报·社会科学版 2021年6期

汪悦　杨力

摘要：在我国提出实现碳达峰碳中和的远景目标下，分析煤矿资源型城市经济发展与土地生态安全的耦合协调关系具有重要意义。据淮南市的特点，建立经济发展和DPSIR模型的土地生态安全评估指标体系，选取2010—2019年相关数据，基于熵权法计算二者的综合评价值，并通过耦合协调模型测算分析二者的耦合协调程度。结果表明淮南市2010—2019年经济发展呈上升趋势。土地生态安全呈先上升后略有降低的趨势，且在2015年开始达到临界安全等级。耦合度C值和耦合协调度D值均呈上升态势，耦合程度协调关系分别实现了由微弱耦合到高度耦合、由高度失调到优质协调的改变。但近年来淮南市发展仍为土地生态滞后型，应继续优化薄弱环节，实现绿色可持续发展。

关键词：经济发展;土地生态安全;DPSIR;熵权法;耦合协调

中图分类号：F127;X826文献标识码：A文章编号：1672-1101（2021）06-0027-08

基金项目：国家自然科学基金：深部煤矿多灾种安全评价方法与应用研究（71971003）;安徽省高校人文社科重大项目：基于数据特征与算法融合的煤矿安全评价方法与应用研究（SK2019ZD09）

通信作者：杨力（1972-），男，安徽淮南人，教授，博士，博士生导师，研究方向：管理决策分析、能源经济。

作者简介：汪悦（1995-），女，安徽合肥人，在读硕士，研究方向：煤矿安全、应急管理。

Coupling and coordination analysis of economic development and ecological security in coal mine cities

——Take Huainan City in Anhui Province as an example

WANG Yue，YANG Li

（1.School of Humanities and Social Science，Anhui University of Science & Technology，Huainan，Anhui 232001，China;2.School of Economics and Management， Anhui University of Science & Technology， Huainan， Anhui 232001， China）

Abstract： Under the long-term goal of realizing carbon peak and carbon neutralization in China， it is of great significance to analyze the coupled and coordinated relationship between the economic development and land ecological security in coal mining resource-based cities. Drawing lessons from previous studies， a comprehensive economic development evaluation index system and a land ecological security assessment index system applying the DPSIR model are established according to the specific situation of Huainan city， and relevant statistical data from 2010—2019 are selected to calculate the comprehensive evaluation value of the two based on the entropy weight method， and the degree of coupling and coordination of the two is measured and analyzed by the coupling and coordination model. The research results show that the comprehensive evaluation value of economic development in Huainan City from 2010 to 2019 shows an upward trend in general， and the overall comprehensive evaluation value of land ecological security shows a trend of continuous increase first and then a slight decrease on the whole， and starts to reach the state of critical security in 2015. Both the coupling degree C value and the coupling coordination degree D value maintained an upward trend as a whole， the coupling degree gradually changes from weak coupling to high coupling， and the quality of coordination gradually changed from high imbalance to high-quality coordination. At this stage， the comprehensive value of economic development is greater than the comprehensive evaluation value of land ecological security， Huainan City has transformed into a land ecological lagging type， and the gap between economy and ecology has widened in these two years， so the relationship between economic development and land ecological security should be coordinated in time， and the weak link should continue to be optimized to realize the sustainable development of Huainan City.

Key words：economic development; land ecological security; DPSIR; entropy method; coupling coordination

2020年，我国提出实现碳达峰、碳中和的目标。为早日实现这一目标，对煤矿资源型城市经济发展与土地生态安全之间的关系进行分析尤为必要。煤炭作为我国的主要能源，在我国的消费和一次能源生产中起着重要作用，具有不可替代性[1]。土地资源作为我国经济发展的动力和重要空间载体，为国民经济持续健康发展提供了重要保障[2]。新中国成立以来，煤矿资源型城市在国民经济发展过程中发挥着不可或缺的作用，煤矿资源城市是我国能源资源战略保障的重要基地。然而，随着煤炭资源的大规模开采，生态环境受到严重威胁，污染、破坏、塌陷、压占等一系列土地生态问题对城市经济发展造成不良影响，煤矿城市的资源开采、土地生态安全与经济发展之间不协调的矛盾更加突出，煤矿资源型城市的健康持续发展面临严峻挑战[3]。

现阶段国内学者对煤矿城市的土地生态研究相对偏多，主要是关于土地生态重建修复以及土地生态评价。如白中科等以山西平朔安太堡露天煤矿为研究对象，对其退化土地生态重建进行了系统研究[4]; 侯湖平等应用生态景观指标和GIS技术对RS数据进行分析，进而提出生态修复的方法[5]; 徐嘉兴等据沛县矿区的土地生态质量构建指标体系，进行综合评估并对其空间分异特征进行定量分析，为重建和修复矿区生态提供一定的理论依据[3]200; 丁翔等基于PSR框架利用多因素指数法和GM模型对山西省朔州市的土地生态安全展开评价分析和预测，为建设煤矿城市生态安全提供参考依据[6]。

通过以上学术成果发现，关于煤矿城市经济发展与生态安全关系的研究很少。基于此，本文在借鉴学者对非煤矿城市生态安全与经济发展两者关系研究的基础上，以安徽省淮南市为例，分别建立经济发展和土地生态安全评估指标体系，选取2010—2019年相关数据，基于熵权法计算二者的综合评价值，并通过耦合协调模型测算分析二者的耦合协调程度，以期为煤矿城市发挥地区优势，协调经济发展与土地生态安全，促进煤矿城市持续健康发展提供参考。

一、研究城市概述

淮南市是国家重要能源城市，坐落于安徽省中北部，淮河穿境而过，位处长江三角洲中心一带地区，总面积5 533平方千米。它是淮河沿线城市群的关键地区，是合肥都市圈中心城区。境内能源矿产资源丰富且煤炭资源分布集中、质量优良。新中国成立后，淮南因独特的煤田储量优势，在煤炭工业上取得了飞跃式发展。但长期大范围的开采，造成了淮南市土地大面积的塌陷。据2014年底的调查统计可知，采煤塌陷区涉及面积约204.6平方千米，占全市面积的7.9%，其中耕地受损面积约128.4平方千米，而今每年仍有塌陷且增加的塌陷区中耕地比例还在逐步上升。这不仅阻碍了区域经济社会的健康持续发展，也毁坏了区域生态环境，导致生态经济系统的恶性循环。

二、评价指标体系与数据来源

（一）构建评价指标体系

由于经济发展和土地生态安全是两个相互影响的复杂系统，因此在建立评价指标体系时，应根据淮南市经济与土地生态的具体状况，遵循系统性、典型性、科学性、综合性、独立性和可运算性等指标设计原则，并查阅和参考具有权威性和代表性的相关研究[7-9]，使指标体系更加科学可靠。

1.经济发展综合评价指标体系。

影响经济发展的因素很多，仅仅从经济本身影响因素进行评价不够科学全面。新发展观强调发展是以人为本，经济社会发展最根本的目的就是让广大人民的物质需求和精神需求得到满足，让人民的权益得到保障，让全体人民能够共享社会发展成果，从而保证人民的全面发展。因此本文从经济发展质量和人民生活质量两个维度出发，结合数据的可获得性建立如表1所示的包括地区生产总值等11个评价指标的淮南市经济发展综合评价指标体系。

2.土地生态安全综合评价指标体系。

目前，关于评价土地生态安全的模型方法较多且较为成熟。本文应用DPSIR模型，立足于淮南市生态环境具体状况，结合数据的可获得性以驱动力D、压力P、状态S、影响I、响应R5个准则选取评估指标，并通过主成分分析法剔除非关键因素，建立如表2所示的包括人均GDP等17个评价指标的淮南市土地生态安全综合评价指标体系。

（二）数据来源

本文研究数据主要来源于2010—2019年《安徽统计年鉴》《淮南统计年鉴》安徽省国民经济社会发展统计公报及淮南市国民经济和社会发展统计公报。

三、研究方法

（一）数据处理

为了实现统一比较，保证结果的可靠性，我们在分析之前，需要对原始数据进行一定的处理。本文采用极差标准化法对经济发展和土地生态安全综合评价指标体系进行数据标准化处理，消除不同指标之间量纲、数量级等属性对综合分析比较的影响，使数据更具有可比性[10-11]。根据指标安全属性的不同，计算公式分类如下：

若指标為正向：

（二）熵权法

熵值法是根据各指标的相对变化程度对系统整体的影响确定指标权重的一种客观赋权方法，这种方法能深刻反映出各指标的区分能力，相对于层次分析法等主观赋权法能有效避免人为因素的干扰，具有较高的可信度和精确度，而且算法简单，比较容易实现[12-13]。其基本步骤如下：

1.构建标准化后的数据矩阵：

2.确定第i年第j项评价指标的特征比重：

3.确定第j项评价指标的熵值：

4.确定第j项评价指标的权重：

（三）综合评价模型

基于数据处理的标准值和熵权法计算的各指标权重确定经济发展和土地生态安全的综合评价模型为：

其中，G为经济发展综合评价值，L为土地生态安全综合评价值。一般来说，计算得出的综合评价值越大，表示研究区域的经济发展水平越高、土地生态安全状况越好。

（四）建立耦合协调度模型

采用耦合协调度模型分析经济发展与土地生态安全两系统之间的关系，既可以通过耦合度反映两系统之间的相互作用大小，也可以通过协调度判断两系统协调关系的优劣

[14-15]。其基本步骤如下：

1.确定耦合度C值：

2.确定协调指数T值：

3.确定耦合协调度D值：

四、实证分析

采用数据标准化、熵值法和综合评价模型，据公式（1）～（8）用SPSS软件对搜集整理的数据进行处理计算，依次得到经济发展和土地生态安全两评价系统中各指标的权重（如表1、表2所示），以及两评价系统的综合评价值（结果如表3所示）;接着通过耦合协调模型对两者的耦合程度及协调关系进行分析评价。

（一）淮南市经济发展状况分析评价

据公式（7）计算淮南市2010—2019年经济发展综合评价值，结果趋势如图1所示。由图1可知淮南市的经济发展综合评价值（G）、经济发展质量（G1）、人民生活水平（G2）分别从2010年的0.035 5、 0.022 9、 0.012 5增加到了2019年的0.936 7、 0.562 2、 0.374 4，总体上都呈上升趋势。经济发展综合评价值在2016年增长缓慢与当年人民生活水平下降有关，从人民生活水平的具体指标来看，主要受人均财政收入及人均社会消费品零售额的影响，这与2016统计数据中包含寿县有一定的关系。 2016年后，淮南市优化产业结构，扎实推进项目建设，注重统筹协调发展，全面贯彻扶贫脱贫战略，经济发展综合评价值和人民生活质量增速显著加快。

（二）淮南市土地生态安全状况分析评价

结合学者的研究和淮南市土地生态的实际情况，将淮南市土地生态安全综合评价值划分成5个安全状态[16]，如表4所示。

据公式（8）计算淮南市2010—2019年土地生态安全综合评价值，结果如图2所示。由图2可知淮南市的土地生态安全综合评价值（L）先是从2010年的0.104 3上升到2017年的0.733 6，之后下降到2019年的0.718 4，整体上表现出先持续上升后略有降低的趋势。结合土地生态安全划分标准，淮南市的土地生态状况有两个重要时间点，一是2015年达到临界安全状态，二是2017年以后土地生态状况处于较安全状态。这说明淮南市这几年在开展生态修复、推进绿色低碳发展、提升生态文明水平的工作中取得积极成效。

对于DPSIR模型中准则层各指标综合评价值，整体波动不大。驱动力（L1）综合值在2014年小幅度下降至0.028 9，主要原因是煤炭价格低导致的经济下行。2015年淮南市进一步夯实“三农”基础，机械化水平的大幅度提升使驱动力迅速提升至0.088 3。压力（L2）综合值增减变化不大，2017年以后有增加的趋势主要与人口密度增大有关。状态（L3）综合值变化趋势明显，2012年后持续上升至2016年的0.143 2，因為2013—2016年政府对采煤塌陷区进行生态修复以及综合治理力度大，使具体指标中耕地面积和当年造林总面积有大幅度的提高。而2019年安徽遇特大干旱，8月以后全省气温高、降雨少，人均水资源量的减少导致其在2019年明显下降至0.083 2，进而影响土地生态安全综合评价值在2019年有略微的降低。影响（L4）综合值整体增长趋势明显，2015年在人均粮食产量和有效灌溉面积大幅提高的影响下迅速增长至0.173 9，此间对土地生态安全综合评价值影响较大;2016年有略微下降随后又平稳增长至2019年的0.208 8。响应（L5）综合值整体有提高，2017年明显上升至0.231 4，受益于政府在地质灾害防治上加大了投资力度，这直接促使2017年的土地生态达到了较安全的状态; 2018年因地质灾害防治投资的减少有明显降低，随后又保持平稳增长。

（三）淮南市经济发展和土地生态安全耦合协调度分析

结合学者的研究和淮南市的实际情况，对淮南市两目标系统的耦合程度（如表5所示）及耦合协调优劣（如表6所示）进行划分[17]。其中，当耦合值C等于0时处于无序发展状态，当耦合值C等于1时处于可持续发展状态。

据公式（9）～（11）计算淮南市2010—2019年两目标系统的耦合度C值、协调度T值及耦合协调度D值，结果如表7所示。

由计算结果可知，淮南市2010—2019年两目标系统的耦合度C值从2010年的0.230 1到2019年的0.901 8，整体保持上升趋势，耦合程度由微弱耦合到高度耦合，说明淮南市的经济发展与土地生态安全之间具有相互作用的关系且作用程度逐渐增强。

耦合协调度D值总体上呈现逐步上升趋势。2010年耦合协调度为0.126 8，处在高度失调状态，因为“十一五”期间政府加速提升煤电产业发展，原煤产量逐年增加，但在经济得到大幅提升的同时产生了资源浪费、耕地破坏等一系列生态环境问题。2011—2014年耦合协调度由0.240 8增加至0.458 5，由中度失调状态慢慢转变成轻微失调状态，这几年淮南市尽心竭力谋发展、潜心实干促转型，虽然政府没有忽视科学发展，但由于采煤塌陷区治理任务艰巨，煤矿开采与环境修复矛盾突出，生态建设压力大，经济发展增速明显快于土地生态安全水平。2015年耦合协调关系上升到一个新节点，实现了基本协调，这受益于经济发展主动适应新常态，结构调整坚持煤与非煤“双轮”驱动、坚持绿色安全发展理念，但环境治理任重道远，影响稳定的因素依然存在。2017年耦合协调度从2016年的0.630 1快速上升到0.805 5，一方面得益于淮南市紧盯实体经济发展，聚焦项目投资招商，全面贯彻扶贫脱贫战略;另一方面归功于政府注重全面协调发展，开展"两治三改"工作，统筹谋划采煤塌陷区的系统治理，推进生态环保设施的完善。2018年和2019年耦合协调度缓慢增加，虽然达到了优质协调，但是仍有许多不足，城市转型问题、非煤产业发展滞后、区域发展不平衡以及生态环境问题等，导致经济发展和土地生态之间的协调关系距完全协调仍有一段距离。

五、结语

淮南市2010—2019年经济发展总体呈上升趋势;土地生态安全整体表现出先持续上升后略有降低趋势，且在2015年开始达到临界安全的状态。二者耦合度C值和耦合协调度D值整体保持上升趋势，耦合程度由微弱耦合逐步转变到高度耦合，协调关系由高度失调逐步转变成优质协调。现阶段经济发展综合值大于土地生态安全综合评价值，淮南市转变成土地生态滞后型，且这两年经济发展与土地生态安全差距加大，若不及时协调好二者之间的关系，很难促进绿色发展的进程。通过以上分析对淮南市发展提出以下几点建议：

第一，优化煤炭产业。煤电是淮南发展的基础，但应通过优化采矿强度、开采规模、开采方式和提高技术水平等方式降低产业发展产生的生态污染。

第二，加快产业转型。淮南市应贯彻新发展理念，以非煤矿产业发展为主并做优做强。比如将区域文化特色与旅游业融合，大力发展第三产业，促进山水生态文化和经济共同协调发展。

第三，强化资源优势。以淮南市的资源环境承载能力为基础，对矿区废弃土地、地下空间和矿井废水等资源进行深度利用，充分发挥各地区的优势，形成城市竞争新优势。

第四，把握绿色发展。淮南作为煤矿资源型城市历史包袱沉重，环境整治任务艰巨。政府需要对采煤塌陷区、采石废弃土地等重点区域加大绿色改造力度，深入推进环境治理和生态修复工程，达到“高碳汇”的状态，推动环境质量稳定向好，实现绿色发展。

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