城市化与生态环境耦合协调关系研究——以山西省为例

●丁利春

一、研究背景及意义

城市化是整个社会发展、经济、社会、文化全面发展的必然产物，是衡量一个国家或地域经济和社会发展程度的主要标志。中国自1978 年后始终保持经济和城市化的迅速发展。我国城市化率从17.92%增至60.60%。城市的发展大大提高了生活水平，但对生态环境的危害日益突出，如：城市中农村人口迅速增多，公共交通压力增大，交通拥堵，空气污染加剧等。

据统计，2017 年以来山西经济增速已连续3 年高于全国平均水准。目前，山西以炼焦煤、冶金、电力为主，是经济增长的重要组成部分，也是大气污染的主要原因。山西作为我国煤炭大省，发展迅速的同时，生态环境的破坏日益严重。为此，有必要更加重视城市化与生态环境的协调发展，力求推动山西省在保护中开发、开发中保护。

二、研究区域概况

(一)山西省城市化发展现状

近些年来，山西省城市化进程因其优势区位得以快速发展，基础设施的建设虽与其他省份存在差距但也有了较为明显的改善。近11 年来，山西省城镇人口占比从2009 年的45.99%提升到2019 年的59.55%。随着山西省地区经济的持续稳步增长（图1）。

图1 山西地区生产总值及其增长速度（2009—2019）

(二)山西省生态环境现状

1.大气环境。2019 年，11 个地级市平均监测达标232 天，有效监测达标天数占全省全年的63.6%，比2018 年下降2.9个百分点（图2）。SO2、CO 和PM10年均浓度分别同比下降20%、4.3%和2.1%。在全省大气污染秋冬季综合防治试点阶段，每次重污染空气减少程度都比预测结果好，全省累计减少重污染空气天数17 个，增加优良空气天数59 个。高于全省平均水平的有大同、吕梁、朔州、忻州，占地级市的36.4%（资料来源：2020 年《山西省环境状况公报》）。

图2 2018—2019 年山西省11 个地级市达标天数

2.水环境。总体来说，山西省水环境质量稳步改善。2019年全省地表水水质属于轻度污染。水质优良（Ⅰ～Ⅲ类）的流域断面比重占57.0%，同比下降1 个百分点；重污染（劣Ⅴ类）的流域断面比重占16.0%，同比大幅下降7 个百分点（图3）。

图3 2019 年山西省地表水水质类别比例

2019 年山西省共布设地下水环境质量监测井269 眼，实际检测261 眼，其中Ⅱ类水质井占17.2%；Ⅲ类占54.8%；Ⅳ类占20.7%；Ⅴ类占7.3%。

3.主要污染物。2019 年，主要污染物的排放量急剧下降。与2015 年相比，SO2指标排放总量、COD、氮氧化物和氨氮排放总量指标分别降至25.8%、20.9%、17.9%和17.6%，提前完成二氧化硫总量减排目标和年度减排目标任务。虽然山西在着重发展生态环境，但仍面临问题。山西省严重的环境污染问题没有得到根本上的逆转。产业结构、能源结构不合理、区域环境承载力严重超载等情况短期内不会发生根本改变。

三、城市化与生态环境耦合协调关系模型构建

(一)指标筛选与评价指标体系构建

1.数据来源。本文对于城市化与生态环境指标的分析选取工作坚持遵循科学性、代表性、全面性的基本原则，指标中的数据均来源于：山西省统计年鉴（2009—2019 年）、中国统计年鉴（2009—2019 年）、中国城市统计年鉴（2009—2019 年）、山西省政府网站、山西省生态环境厅。

2.评价指标体系构建。城市化评价指标体系中构建了人口、经济、空间、社会城市化四个评价方面，选取了13 个评价指标，见表1。

表1 城市化评价指标体系

生态环境评价指标体系中构建了压力、响应、效率三个评价方面，选取了10 个评价指标，见表2。

表2 生态环境评价指标体系

(二)数据标准化处理

采用极差标准化的方法对每个指标值进行处理，消除指标之间量纲的差异。标准化公式如下：

其中Xij指山西省第i年第j项指标原始值，X`ij为指标归一化后的值。min（Xj）则是指第j项指标中最小值，max（Xj）则是指第j项各个指标中最大值，最后使标准化后的每项指标值都增加0.01。

(三)权重确定方法

表3 山西省城市化系统和生态环境系统指标权重

(四)综合评价模型构建

城市化综合评价模型公式：

生态环境综合评价模型公式：

其中Ui、Ei值越大，城市化和生态环境发展状态越好。

(五)耦合度模型和耦合协调度关系模型的构建

1.耦合度模型。耦合度是指两个或两个以上系统之间的相互作用力的影响，公式如下：

Ci∈[0，1]，当Ci=0 时，系统无序发展；当Ci=1 时，系统高度耦合，有序发展。耦合阶段划分如表4 所示：

表4 耦合阶段划分表

2.耦合协调度模型。耦合协调度指模型用于分析事物的协调发展水平，体现协调状况的好坏，模型如下：

Di、Ti分别表示城市化与生态环境耦合协调度、城市化与生态环境综合协调系数。a、b分别表示待定系数，代表对两个子系统的贡献度，本文中取a=b=0.5，意为城市化和生态系统同等重要。Di∈[0，1]，Di越接近0，两系统越不协调；Di越接近1，两系统协调状态越好。将城市化与生态环境耦合协调类型分为以下几类（注：当│Ui-Ei≤0.01 时，认为Ui=Ei），见表5。

表5 城市化与生态环境耦合协调类型划分表

四、山西省城市化与生态环境耦合协调关系研究

(一)山西省城市化与生态环境综合发展水平结果及评价

2009—2019 年山西省城市化综合评价指数、生态环境综合评价指数以及综合协调指数如图4 所示。

1.城市化发展水平结果及评价。由图4 可知，山西省2009—2019 年城市化综合指数逐渐上升，城市化指数从0.1100 上升至0.8381，无下降过程，波动较小，其中2016—2017 年城市化水平涨势最明显。由表6 可知，城市化进程综合评价各个指标中权重排名前五的是：参加基本居民医疗保险人数、第二产业产值占比、城市人口密度、每千人拥有医院卫生床位数、第三产业产值占比。可以看出，社会城市化和经济城市化是推动山西省城市化发展的主要原因，随着城市人口增加，经济不断发展，基础设施不断改善，教育、卫生、医疗推动了社会城市化的发展，从而带动了山西省城市化的发展。

图4 2009—2019 年山西省城市化综合评价指数、生态环境综合评价指数以及综合协调指数趋势图

表6 山西省城市化发展水平结果

生态环境发展水平结果及评价。由图4 可知，山西省2009—2019 年生态环境综合指数总体呈上升趋势，生态环境指数从0.4520 上升至0.6594，其中2015—2016 年生态环境水平涨势最明显。

2.由表7 可知，生态环境综合评价各个指标中权重排名前五的是：工业废水排放总量、工业SO2排放量、工业废气排放量、人均日生活用水量、工业固废综合利用率。可以看出，山西省生态环境整体发展不平衡，生态环境压力和生态环境响应对山西省生态环境影响较大，特别是工业废水、SO2、废气的排放，不得到有效的整治会阻碍生态环境发展，其次，生态环境状态和响应对生态环境整体发展也有至关重要的作用。

表7 山西省生态环境发展水平结果

(二)城市化与生态环境耦合度和耦合协调度结果及评价

1.城市化与生态环境耦合度和耦合协调度结果（见表8）。

表8 山西省城市化与生态环境耦合度和耦合协调度结果

2.城市化与生态环境耦合度和耦合协调度评价。

2009—2019 年山西省城市化与生态环境协调发展趋势图如图5 所示。

图5 2009—2019 年山西省城市化与生态环境协调发展趋势图

山西省城市化和生态环境耦合度在2010—2019 年间平稳且有波动，11 年间城市化和生态环境在持续拮抗发展，这充分表明山西省城市化与生态环境仍在耦合均衡发展，但耦合度相对较低，说明在城市化发展推进过程中城市化和生态环境相互制约。

五、研究结论及对策建议

(一)研究结论

1.山西省城市化综合指数逐渐上升，城市化指数从0.1100上升至0.8381，其中2016—2017 年城市化水平涨势最明显。社会城市化和经济城市化是推动山西省城市化发展的主要原因。山西省2009—2019 年生态环境综合指数总体呈上升趋势，山西省生态环境整体发展不平衡，生态环境压力和生态环境响应对山西省生态环境影响较大，特别是工业废水、SO2、废气的排放。

2.山西省11 年间城市化和生态环境在相互拮抗发展，在山西省城市化发展过程中，会对生态环境造成负面影响，而不良的生态环境也会反过来严重制约城市化的健康发展。

(二)对策建议

1.优化产业结构，加速转型升级。第二产业的快速化发展是山西城市化发展的重要原因之一，山西省以煤矿资源作为主要经济支柱，长期勘探严重破坏了生态环境，造成城市化和生态环境发展的不平衡。在生态环境综合评价指标权重排名前五中，工业指标达到3 个。在保证经济发展的同时，不能放弃生态环境，所以要优化第二产业结构，推动第三产业发展。

在优化方面，以创新驱动为核心，创建高质量转型发展机制。创建新兴产业集群，将半导体、大数据等产业作为新的支柱产业；提高人才引进福利，吸引人才落户；提升煤炭绿色智能安全开采技术水平，加强工业废气、废水、固废处理率，减少“三废”排放量。

在推动方面，以文旅融合发展作为资源型经济转型的新引擎。注重推动山西文旅发展，提升文化软实力，深化历史文化和红色文化的影响力，提高城市公共环境服务水平。

2.发展循环经济，高效利用资源。推广清洁能源的使用，加强企业管理，提高可持续发展水平。以碳达峰为目标，制定相关方案，推进煤矿绿色、智能开采，促进新能源的开发利用。加大固体废物资源利用率，合理配置绿色产业链上下游相关业务。

3.加大治污力度，加强生态修复。山西省工业三废的排放量远高于处理量，不可避免会对生态环境带来污染，应消除“先污染后治理”的传统思想，从源头开始处理污染问题，修复生态环境，改善山西省生态环境质量。

建立治污奖惩政策。创建区域生态环境保护红线综合监测管理体系，优化实施生态保护补偿优惠政策；建立完善主体功能区制度，严格贯彻落实“三线一单”分区管控体系；完善生态环境保护评估体系、生态价值评估测算评价管理体系及绿色发展体制改革机制。

加大对煤铁企业等的治理投入。以加快改善城市大气环境综合质量工作为整治核心，建立健全大气污染联防联控共治机制，实时监测环境质量状况；提升水生态环境质量，加强固废综合管理规划，以减量化、资源化、无害化为原则控制固废的源头，对已产生的固废进行无害化处理。

4.维持协同发展，提升协调水平。在推进城市化发展方面，提高三产产业占比，继续提高土地资源集约综合利用率，提升城市内部及周边城市空间综合利用率；按照“一主、三副、六市域中心”布局，促进周边城市一体化协调发展；加强老旧住宅小区等改造治理力度，完善教育、医疗、社会保障服务体系，完善城市居民基础公共服务体系建设，提高城市人民群众生活幸福程度指数。

在生态环境保护方面，以城市化发展和居民生活质量为依托，提高生态环境水平。转变现代城市产业发展战略模式，加强污染防控管理，提高能源利用效率，减少对生态环境的直接危害；以碳中和为目标提升城区绿化面积，加强居民可持续发展意识，推广生态旅游、绿色出行，从日常生活中减轻对生态环境的压力。