黑龙江省资源型城市环境污染水平时空格局演化特征及驱动因素研究*

杨 旭，王 颖，刘 威，赵高茜，陈柯鑫

(哈尔滨师范大学；寒区地理环境监测与空间信息服务黑龙江省重点实验室)

0 引言

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

该文选择东北地区代表省份(黑龙江省)作为研究区域，参照《全国资源型城市可持续发展规划(2013-2020)》中资源型城市的概念和划分标准，选定黑龙江省鹤岗市、大庆市、七台河市、鸡西市、黑河市、牡丹江市等8个资源型城市为研究对象，由于大兴安岭地区统计数据缺失较为严重，无法满足该文研究需求，因此该文不将其纳入研究区域范围.根据资源型城市的划分标准，可将黑龙江省各资源型城市划分为3类，分别为煤炭型城市、森工型城市和石油型城市.基础数据来自2005～2017年《黑龙江省统计年鉴》[1]、《中国城市统计年鉴》[2]、《中国统计年鉴》[3]以及各地级市统计年鉴、国民经济和社会发展统计公报等.

1.2 研究方法

1.2.1 环境污染水平评价体系的构建及评价方法

环境污染水平评价体系包括工业废水排放量(万t)、工业二氧化硫排放量(t)、工业烟(粉)尘排放量(t)3个指标,见表1.为使该文数据量纲统一，进行标准化处理，同时运用熵值法对二级评价指标进行处理，得出环境质量指数[4].标准化处理过程如公式(1)与(2)所示.

对于正向指标：

i=1,2,…m;j=1,2,…,n

(1)

对于负向指标：

举办大型的文化事件营销活动，也是城市发展的途径之一。德国西部鲁尔区的波鸿，通过打造鲁尔艺术节、鲁尔钢琴节和波鸿综合音乐节等在欧洲拥有较高声誉和影响力的艺术节庆活动，实现了从工业基地到文化艺术中心城市的转型。法国名城戛纳，以每年5月举行电影节的方式，走上了城市发展的快车道。经过几十年的发展，戛纳国际电影节已跻身世界最大、最重要的四大电影节之一，每年吸引着30万人前来参加，给城市带来巨大的经济效益和良好口碑，戛纳也因此成为世界名城，吸引着众多游客。

i=1,2,…,m;j=1,2,…,n

(2)

1.2.2环境污染水平影响因素的选择

为使资源型城市社会、经济、环境等方面协调发展，特选取社会发展、经济增长、创新驱动、资源消耗为影响动因，分别以失业人数占在业人数之比、城镇职工年平均工资衡量社会发展、GDP增长率衡量经济增长、科研、技术服务、地质勘察业从业人员数衡量创新驱动，单位地区生产总值能耗衡量资源消耗，运用熵值法对所有指标进行处理.

(1)借鉴重心理论，将重心的概念引入该文，用以分析环境质量的空间变化，能够客观的反映黑龙江省资源型城市环境质量的空间集聚状况和变化状况[5].

区域重心确定：假定某区域由n个一级区域i构成，那么该区域某属性重心计算过程如公式(3)与(4)所示.

(3)

(4)

式中，X，Y表示该区域某属性“重心”经纬值；Xi、Yi表示第i个次一级区域重心的经纬值；Mi表示第i个次一级区域某属性其量值.该文研究区域为黑龙江省，次一级区域为黑龙江省8个资源型地级市，各次一级区域的重心坐标依据各区域经纬度，通过ArcGis10.2计算得出.区域重心年际移动距离的计算公式为：

Ds-k=C·[(Ys-Yk)2+(Xs-Xk)2]1/2

(5)

式中，D为两个区域重心的年际移动距离；s和k分别表示两个不同年份；(Ys,Yk)和(Xs,Xk)分别表示第s年及第k年区域某一特定属性重心的地理坐标；C为常数，取111.111，是地理坐标单位(经纬度)换算成平面距离(km)后的系数.

(2)地理加权回归：基于地理位置的回归模型.GWR模型将数据的空间位置引入回归参数，对样本点赋予不同的权重进行局部回归估计，地理位置变化回归参数也跟着变化.地理加权回归将属性数据和空间位置结合，利用黑龙江省8个资源型城市2005～2017年环境质量指数及影响因素年际变化数据，建立地理加权回归模型[6].模型表达式如下：

(6)

式中，yi为第i点的环境质量指数；xi为第i个点的某一环境质量影响因素指标；(ui,vi)为第i个点的空间地理坐标；βi是第i点相应的回归参数，是地理位置函数；εi为残差，i为1,2，…，n,表示样本点个数.

2 环境污染水平时空演化特征分析

2.1 环境污染水平时序变化特征

黑龙江省各资源型城市环境质量指数变化情况如图1所示，由图1可以看出，总体来看，研究期内各资源型城市环境质量指数总体偏低，全省环境质量指数平均值为0.125，共3个城市达到了全省平均水平，分别是鸡西市，双鸭山市，牡丹江市，其余资源型城市则一直未达到全省均值水平.各资源型城市的环境质量指数从大到小：鸡西市>双鸭山市>牡丹江市>大庆市>伊春市>鹤岗市>七台河市>黑河市.

图1 黑龙江省各资源型城市环境质量指数变化情况

黑龙江省各资源型城市环境质量指数2005～2017年变化情况如图2所示，由图2可知，总体上，鹤岗市、双鸭山市、鸡西市、牡丹江市环境质量指数在2005～2017年波动较大.黑河市2005～2006年环境质量指数呈下降趋势，降幅3.7%，2006～2009年环境质量指数持续上升，涨幅14.27%，2010年环境质量指数相比2009年降幅20.86%，2010～2012年环境质量指数上升，涨幅31.33%，2012～2015年环境质量指数持续下降，降幅19.32%，2015～2017年涨幅48.61%.鹤岗市环境质量指数2005～2007年持续下降，降幅8.81%，2008年回升，相比2007年涨幅0.9%，2009年相比2008年降幅16.04%，2009～2011年环境质量上升，涨幅81.83%，2011～2014年环境质量下降，降幅41.94%，2014～2017年环境质量指数上升，增幅106.57%，2005～2006年环境质量指数下降，降幅5.55%，2007年略有回升，相比2006年涨幅3.15%，2008年相比2007年降幅11%，2009年回升涨幅25.49%，2009～2012年环境质量指数持续下降，降幅34.88%，2012～2017年波动式上升，增幅19.37%，七台河市环境质量指数2005～2013年波动式下降，降幅25.52%，2013～2016年持续上升涨幅22.79%，2017年环境质量指数相比2016年降幅4.59%.大庆市2005～2007年环境质量指数下降，减幅17.3%，2007～2017年波动式下降，降幅20.04%，牡丹江市环境质量指数2005～2009年持续增长，涨幅80.93%，2009～2011年环境质量指数下降，降幅33.9%，2011～2014年环境质量指数上升，涨幅57.5%，2014～2017年环境质量指数下降，降幅50.82%.鸡西市环境质量指数2005～2006年涨幅1.73%，2006～2009年环境质量指数持续下降，降幅15.71%，2009～2012年环境质量指数涨幅61.89%，2012～2014年环境质量指数降幅25.4%，2015年回升，相比2014年涨幅14.13%，2015～2017年环境质量指数降幅44.49%.双鸭山市环境质量指数2005～2013年波动式上升涨幅为25.18%，2013～2016年持续上升，涨幅32.74%，2017年相比2016年降幅20.37%.

图2 黑龙江省各资源型城市环境质量指数2005～2017年变化情况

2.2 环境污染水平空间分布特征

根据测算出的环境质量指数，分别绘制2005、2011、2017年的环境质量指数空间分布图，如图3所示.

2005、2011、2017年环境质量指数空间格局变化情况如图3所示，由图3可知，2005年黑龙江省资源型城市中伊春市、大庆市、鸡西市环境质量指数最大，环境质量最差，鹤岗市、双鸭山市、七台河市环境质量处于全省中值水平，牡丹江市、黑河市环境质量指数较低，环境质量良好.2011年鹤岗市、双鸭山市、鸡西市环境质量指数最大，环境质量最差，伊春市七台河市、牡丹江市、大庆市环境质量处于中值水平，黑河市环境质量指数最小，其环境质量最好.2017年双鸭山市、鹤岗市指数最大环境质量最差，大庆市、七台河市、黑河市、伊春市环境质量指数处于全省资源型城市中值水平，牡丹江市、鸡西市环境质量指数最小，环境质量最好.

图3 2005、2011、2017年环境质量指数空间格局变化

从整体来看，研究期内大庆市环境质量逐渐改善，伊春市除2005年环境质量较差外其余年份处于全省资源型城市中值水平，鹤岗市环境质量除个别年份外(2017年)均处于全省资源型城市较差水平，双鸭山环境质量逐渐变差，近年来处于较差水平 ，鸡西市环境质量得到很好的改善，在2017年处于全省资源型城市较高水平，牡丹江市环境质量得到改善，七台河市环境质量一直处于中值水平.黑河市环境质量除2017年外一直处于全省资源型城市较高水平.

2.3 重心迁移变化

由测算出的工业废水排放量(万t)、工业二氧化硫排放量(t)、工业烟(粉)尘排放量(t)3个指标进行统一熵值化处理得出的环境质量指标为环境质量属性，求取省域资源型城市环境质量重心，重心位置表示黑龙江省环境质量相对平衡，当某资源型城市环境质量指数较大或增长较多时，环境质量重心就会向该方向偏移，利用ArcGIS10.2绘制了2005～2017年黑龙江省资源型城市环境质量重心迁移图，如图4所示.

图4 黑龙江省资源型城市环境质量重心变化

由图4可知，黑龙江省资源型城市环境质量重心主要分布在佳木斯市的西南部、七台河市东北部，佳木斯中部市.从2005～2017年间，环境质量重心共向东南方向移动一次、向东北方向移动五次、向西南方向移动三次、向西北方向移动三次.可划分为以下几个阶段：(1)2005～2006年环境质量重心由佳木斯市移至七台河市，移动方向为东南，(46°39′30″N,129°39′54″E)移至(46°31′53″N,129°43′31″E)，年移动距离14.85 km.(2)2006～2010年环境质量重心一直停留在七台河市内，具体移动过程为：2006～2007年环境质量重心移动方向为东北，由(46°31′53″N,129°43′31″E) 移至(46°31′44″N,129°46′55″E),年移动距离4345.44 m.2007～2008年环境质量重心移动方向为西南，由(46°31′44″N,129°46′55″E) 移至(46°30′6″N,129°45′12″E),年移动距离3736 m.2008～2009年环境质量重心移动方向为西北，由(46°30′6″N,129°45′12″E) 移至(46°32′18″N,129°39′50″E),年移动距离7971.06 m.2009～2010年环境质量重心移动方向为东北，由(46°32′18″N,129°39′50″E) 移至(46°31′24″N,129°47′55″E),年移动距离10446.95 m.2006～2010年为“十一五”，环境质量重心持续小幅移动.(3)2010～2011年环境质量重心大幅移动，由七台河市移动至佳木斯市，移动方向为东北，由(46°31′24″N,129°47′55″E) 移至(46°37′25″N,130°10′37″E)，年移动距离31041.1 m.(4)2011～2014年环境质量重心一直在,七台河市东北部与佳木斯市西南部之间徘徊.由2011年(46°37′25″N,130°10′37″E) 移至2012年(46°32′1″N,130°2′30″E)移至2013年(46°32′6″N,130°7′26″E)移至2014年(46°26′59″N,129°56′9″E)，移动方向分别为西南移动、东北移动、西南移动，年移动距离分别为14376.86、6306.72、17255.97 m.(5)2015～2017年环境质量重心移动幅度较大，2015～2016年由七台河市移至佳木斯市，直至2017年移至在佳木斯市内移动.具体移动过程为由2015年(46°29′42″N,130°7′27″E)移至2016年(46°46′5.38″N,129°54′44″E)移至2017年(46°52′52″N,129°55′21″E)，移动方向均为西北，移动距离分别为34445.88 m和12614.14 m.

3 环境污染水平驱动因素分析

考虑到各资源城市的空间异质性以及地理加权回归模型(GWR)参数估计的空间可视化特点，选取2005、2011、2017年三个年份，利用Arc GIS10.2软件对影响黑龙江省资源型城市环境污染水平的4个影响因子进行地理加权回归处理，回归结果如图5所示.

GWR模型分析结果表明:各影响因子对各个资源型城市环境质量的驱动力模式不同，显示出明显的空间分异性.从各资源型城市来看，在研究期内:①鸡西市的环境质量受社会发展影响最大，受资源消耗影响最小，其他影响因子的影响均处于中等水平.说明鸡西市面临的社会发展问题最为突出，鸡西市在解决贫困、就业问题，推行社会保障等方面存在一定不足，鸡西市目前需要切实加强社会保障，缓解社会压力.②鹤岗市的环境质量受创新驱动影响较大，其次是资源消耗等其他影响因子.鹤岗市在创新驱动方面仍需进一步加强.需要加大创新资金的投入，引进和培育更多的创新人才.③双鸭山市的环境质量受社会发展影响最大，其次是资源消耗等其他影响因子.双鸭山市面临的社会发展问题非常严峻，双鸭山市要进一步强化公共服务和社会保障工作，从解决群众最根本利益问题入手，提高民生收入，改善群众居住条件，促进文化建设.④七台河市社会发展和经济增长对环境质量影响最大，资源消耗对环境质量影响最小，创新驱动影响处于中等水平.七台河市面临的经济问题较为突出，必须全方位进行经济治理和经济改革，多元发展非煤替代产业.同时，也应加快社会事业的建设，健全社保体系，提升公共服务水平及质量.⑤大庆市资源消耗GWR影响系数在2005年处于高水平状态，2011年处于低水平状态，在2017年处于中等水平状态.经济增长GWR影响系数在2005年处于高水平状态，2011～2017年处于中等水平状态.创新驱动GWR影响系数在2005、2011、2017年处于高水平状态.社会发展因子相比其他影响因子对环境质量的影响最弱.大庆市在资源利用、经济发展、创新驱动方面仍需进一步加强.大庆市需加快推进产业结构调整升级，形成产业多样性的全新发展格局，加大创新资金的投入，引进和培育更多的创新人才.⑥黑河市创新驱动对环境质量影响最大，社会发展对环境质量影响最小.资源消耗和经济增长对环境质量影响为中等水平.黑河市较为单一的产业结构致使效率低下.黑河市应加快产业结构调整，加快推进能源技术的创新，建设安全高效的现代能源体系.⑦伊春市经济增长对环境质量影响最大.其次是资源消耗等影响因子的影响.伊春市经济整体衰退、效率低下.伊春市需要加快产业结构的调整，努力实现内生驱动、特色多元的发展.⑧牡丹江市社会发展对环境质量影响最大，资源消耗对环境质量影响最小，经济增长和创新驱动对环境质量的影响处于中等水平.牡丹江市面临的社会发展问题比较突出，社会保障压力和就业压力比较大.牡丹江市需要竭力改善和保障民生，加快促进社会事业的发展和完善.

图5 黑龙江省资源型城市环境质量驱动因素分布图

4 结束语

黑龙省资源型城市能力较大，资源不断开采，自然资源逐渐枯竭，黑龙江省资源型城市失业人口、贫困人口逐渐增多使资源和经济社会压力较大，并且黑龙江省经济发展能力、环境保护能力、资源利用能力较差，造成黑龙江地区环境质量较差.因此国家应给予黑龙江省资源型城市全方位扶持，增强经济基础设施与社会保障，提高资源利用率.应鼓励黑龙江省资源型城市推进环境监管体制改革，改善黑龙江省资源型城市经济发展环境.也应建立黑龙江省资源型城市生态环境基础保护设施并强化节能减排推进节能技术及产品的使用发展，从而提高黑龙江省资源型城市环境质量.