欠发达生态脆弱区城市化与生态环境耦合协调发展研究——以兰州市为例

任建丽，晏榕璟

（1.甘肃省经济研究院（甘肃省信息中心），甘肃兰州730030；2.西交利物浦大学，江苏苏州215123）

城市化是区域经济社会大变革的过程，也是与生态环境系统之间物质能量交换的大发展过程[1]。城市化主要包括人口的增长、经济的发展、空间的扩张以及居民生活水平的提高等四方面的内容[2，3]。城市的发展需要相应的生态系统作为支撑，伴随着城市化进程的不断推进，城市与区域生态环境之间构成了耦合与胁迫关系，城市化与生态环境之间如何进行协调有序的发展，已成为世界所关注的焦点[4]。

兰州环境问题曾经是兰州城市发展的症结。近几十年内，随着城市化和工业化进程加速，并受自身生态承载力较弱以及典型的河谷地貌影响，兰州市环境污染现象严重。但近几年来，兰州市抓改革、促转型、治环境、惠民生，各项环保政策措施深入实施，铁腕治污持续加强，兰州大气污染得到明显改善，出现“兰州蓝”。但生态承载力脆弱现状难以根本改变，城市化持续推进中环境压力继续存在，因此城市环境问题不容乐观。本文旨在研究兰州市城市化与生态环境之间的耦合协调程度，以期为兰州市城市化与生态环境协调可持续发展提供科学依据，为生态脆弱区城市化与生态环境关系研究提供参考。

1 研究区概况及数据来源

兰州市是甘肃省省会城市，是全省的政治、经济和文化中心。兰州市位于甘肃中部、黄河上游，黄土高原、青藏高原、内蒙古高原交界地带，位于我国版图的几何中心，是西北第二大城市，西北重要的交通枢纽、物流中心和科研教育中心，丝绸之路经济带重要节点城市。兰州地貌复杂多样，地势自西南向东北倾斜，地形呈狭长状。2017年兰州市经济社会发展取得了新进步，全年完成生产总值2523.54亿元，第一产业增加值61.47亿元，增长5.9%；第二产业增加值881.74亿元，增长3.1%；第三产业增加值1580.34亿元，增长7.2%，三次产业结构比为2.44∶34.94∶62.62[5]。市区坐落于黄河河谷之中，四周群山环抱，并沿黄河呈东西向带状延伸，是典型的河谷型城市。气候干燥、生态承载力弱、典型的河谷地貌和快速的城市化进程使兰州市城市发展与生态环境之间的矛盾更加突出和独特。本文数据主要来源于2000—2017年《兰州市统计年鉴》《甘肃省统计年鉴》和《兰州市国民经济和社会发展统计公报》。

2 兰州市城市化与生态环境耦合模型构建

2.1 评价指标体系构建

城市化和生态交互耦合的发展过程表现为物质、能量和熵的交互转化与传递[6]。城市化是一个基于“人口—经济—社会—空间”四维一体的综合性动态变化过程，其中人是行为主体，经济是内在驱动力，社会是发展支撑力，空间是载体[6]。生态环境会随着人类活动和城市发展而做出相关反应。本文在研究和梳理相关资料的基础上，根据兰州市城市与环境发展的自身特点，确立了兰州市城市化水平综合指标体系和生态环境水平综合指标体系（见表1）[7，8]。

表1 兰州市城市化与生态环境综合评价指标体系

2.2 兰州市城市化与生态环境发展水平测度模型构建

2.2.1 指标赋权 在处理权重时采用相对客观的熵值赋权法，熵值赋权法根据客观环境的原始信息，通过分析各指标所提供的原始信息来决定指标的权重，在一定程度上能避免主观因素带来的偏差[9]。

具体如下：用xij表示样本i的第j个指标的数值（i=1,2，…n；=1，2，…p）。

2.2.1.1 数据无量纲化处理。因为所选取数据的量纲单位和属性不统一，因此必须对原始数据进行无量纲化处理，本文采用了极差标准化。其中，正向指标和负向指标分别采用公式（1）和公式（2）进行处理。

2.2.1.2 计算熵值和冗余度。用Z-Score标准化公式（3）进行标准化处理。

权重：

熵值：

冗余度：

2.2.1.3 计算熵权值。

权重：

2.2.2 城市化与生态环境综合评价模型构建 本文主要采用线性加权法对其指标进行各自测算[10]。城市化综合评价指数：

生态环境综合评价指数：

式中，i为年数，j为指标数,Xij和Yij为城市和生态数据标准化之后的数值，wj为指标权重。城市化和生态环境综合评价指数越大，城市化和生态综合水平越高，反之越低。

2.3 兰州市城市化与生态环境耦合协调模型构建

城市—环境耦合反映了城市化与生态环境在一定的时间、区域内相互作用的数量关系和调整过程[11]，虽然可以反映出城市化与生态环境之间的协调程度，但是难以准确反应协调发展水平的高低[12]。耦合协调度是指各个指标相互作用中良性耦合程度的大小，最终体现协调状况的好坏程度。因此，本文采用耦合协调度来反应兰州市城市化发展与生态环境之间的动态关系。耦合度模型构建如下：

耦合度：

协调度：

耦合协调度：

式中，c为耦合度，T为协调度，α与β为待定系数（都取0.5）；D为耦合协调度（取值范围[0，1]），其值越由小到大表明耦合协调程度不断变好。

3 兰州市城市化与生态环境发展水平综合评价

3.1 兰州市城市化发展水平综合评价

根据表2中兰州市城市化综合发展水平评价指数分析可知：2000—2016年兰州市城市化发展水平持续稳步提升，特别是2008—2014年间提升显著。空间城市化（0.5648）是兰州市城市化发展的最主要影响因素，社会城市化（0.2031）、人口城市化（0.1244）、经济城市化影响（0.1076）次之。东西绵长而南北狭窄的河谷地形严重地限制了城市空间的扩展，导致兰州市城市化过程中城市地域空间成为重要的限制因素之一。通过分析评价指标层（表1）发现，人均拥有道路面积的权重高达0.4983。虽然兰州市受地形限制的影响，建成区面积并没有大幅度向外拓展，但是通过大力建设和完善交通基础设施，使其东西之间的出行时间大大缩减，为城市化发展做出了重要贡献。从指标层综合分析可知（表1），人均拥有道路面积（0.4983）、总人口（0.1002）、人均社会消费品零售总额（0.0865）、每千人拥有医疗床位（0.0471）是权重排名前四的指标，也是为兰州市城市化发展提供最多贡献力的指标。随着城市化进程的不断推进，在不断提升城市经济和容纳更多人口的同时，兰州市社会城市化不断提升，城市社会服务功能日趋完善。

3.2 兰州市生态环境发展水平综合评价

根据表2中兰州城市化综合发展水平评价指数分析可知：2000—2011年兰州市生态环境发展水平总体趋于稳定。在经济发展和城市扩张的持续压力下，兰州市通过节能减排、城市绿化、植树造林等多种举措的持续推进，使城市生态环境保持相对稳定状态。2011—2016年生态环境发展水平呈现出不断下降的趋势，其原因一方面是由于城市扩展、经济发展的影响依旧存在；另一方面是我国环境统计口径在“十二五”期间进行了调整，因此2011年之后数据出现了一定的震荡，导致实际生态环境与数据统计之间出现了一定偏差。

从指标层综合分析可知（表1），人均工业固体废物产生量是权重最大的指标，表明工业固体污染对兰州生态环境的具有重要的影响。工业废物利用率影响次之，随着国家环保力度的不断加大和兰州铁腕治污的持续推进，工业废物利用率在不断攀升，对于生态环境的良好发展起到了重要的作用。人均公共绿地面积、粮食产量和人均农作物播种面积权重较大，对兰州城市环境状况影响较大。因此，减少工业固体废物产生量、提升工业废物利用率、提高公共绿地面积等，是兰州市提升生态环境水平的重要举措。

4 兰州市城市化与生态环境耦合协调度分析

4.1 耦合协调度计算与类型划分

将上文中U（x）和E（y）的计算结果输入公式（11）、公式（12）和公式（13）中，计算得出兰州市城市化与生态环境耦合度C、协调度T、耦合协调度D。在参考文献资料的基础上，结合兰州市实际情况，利用均匀分布函数法对兰州市城市化与生态环境之间的耦合协调度进行等级划分，结果如表3。在分析耦合协调度类型的基础上，为了更好地分析出兰州市城市化与生态环境之间的关系，引入U（x）和E（y）差值计算。根据相关资料和研究实际，把U（x）和E（y）的差值分为3种类型，U（x）－E（y）＞0.1为生态环境滞后型；E（y）－U（x）＞0.1为城市化滞后型；为城市化与生态环境同步型（见表3）。

表3 兰州市城市化与生态环境耦合协调度等级划分标准

4.2 耦合协调分析

从表4可知，兰州市城市化与生态环境耦合协调度表现为稳步上升态势，耦合协调类别由濒临失调转化为勉强协调。

2000—2012年兰州市城市化与生态环境耦合协调类型表现为濒临失调型，且在前期城市化发展相对滞后，在后期表现出生态和城市同步发展。前期兰州城市化发展相对落后，城市功能相对不完善。期间兰州市城市化发展水平提升明显，城市化在不断推进的同时，区域环境和城市生态环境呈现出衰减趋势。后期受城市化进程的持续推进，生态环境的日益恶化，生态承载力的不断下降，兰州市城市与生态环境呈现出同步发展的态势。

表4 兰州市2000—2016年城市化和生态环境耦合协调度及其类型

2013—2016年兰州市城市化与生态环境耦合协调类型整体表现为勉强协调型。兰州市城市化在持续发展的同时，经济发展方式在逐步调整和转变，产业结构不断转型升级，科技要素投入在日趋增强。城市园林面积、人均绿地面积在不断增长，市域内封山育林不断强化，绿色城市化得到有效推进。随着政府铁腕治污的持续加强，各项政策措施的深入实施，兰州摘下了大气污染的“黑帽子”，出现了“兰州蓝”，并将其稳固发展为“常态蓝”[13]。但由于兰州市生态环境自身的脆弱性，加之城市化的持续推进难以避免对生态环境造成一定程度的破坏，因此兰州市城市化和生态环境耦合协调程度整体处于勉强协调型。

5 结论与讨论

5.1 结论

5.1.1 兰州市城市化发展水平持续稳步提升，生态环境发展水平总体趋于稳定 空间城市化是兰州市城市化发展的最主要影响因素。受地形所限，建成区面积并未大幅度拓展，但通过大力建设和完善交通基础设施，空间城市化发展较快。减少工业固体废物产生量、提升工业废物利用率、提高公共绿地面积等，是兰州市提升生态环境水平的重要举措。

5.1.2 兰州市城市化与生态环境耦合协调度表现为稳步上升态势，耦合协调类别由濒临失调转化为勉强协调 2000—2012年兰州市城市化与生态环境耦合协调类型表现为濒临失调型，且在前期城市化发展相对滞后，在后期表现出生态和城市同步发展。2013—2016年兰州市城市化与生态环境耦合协调类型整体表现为勉强协调型。

5.2 讨论

城市化与生态环境交互耦合发展并呈因果关联，如何减少城市化进程中对生态环境造成的“压力”，并且实现二者之间的协调发展，是此类研究的核心焦点[6]。今后应以提高经济城市化、社会城市化、环境状况为核心，以减少环境压力和提升环境保护力度为保障，不断提升兰州市城市化与生态环境向优质协调性发展。