武汉市城市化与生态环境协调发展定量评价与分析

曾 浩，邓宏兵

（1.中国地质大学 地球科学学院，武汉 430074；2.中国地质大学 经济管理学院，武汉 430074）

城市化是指人口向城市地区集中和农村地区转变为城市地区，城市空间不断扩大的过程［1］.城市化不仅促进了经济社会的发展，同时也对生态环境造成了破坏.近年来，随着武汉市城市化进程的加快，武汉市建成区面积已由2000年的209.99km2扩展到2010年的500km2［2］，到2020年，武汉市建成区面积将达到800km2［3］，城市人口的逐年增加，表明武汉市已进入快速城市化阶段.但快速城市化的发展必将与水、大气、土地、生物等生态环境产生冲突，日益短缺的资源和逐渐突出的环境已成为城市发展的制约因素，因而如何协调好城市化与生态环境的建设与发展，已成为城市经济社会环境可持续发展的迫切任务［4］.

1 研究进展与意义

城市化与生态环境协调发展已引起国内外学者的广泛关注.Sukopp.H等（1988）利用数理建模的思想研究城市发展与其环境演变的交互作用机理［5］；Jeffrey等（2001）从生态学的角度，对俄勒冈州和华盛顿西部地区城市化引起的土地利用与土地覆被变化的生态意义进行了评价［6］；黄金川、方创琳（2003）对城市化与生态环境交互耦合机制与规律性进行了分析［7］；宋学峰、刘耀彬（2006）采用系统动力学模型，分析了江苏省城市化与生态环境的耦合机理与其动态模拟［8］；乔标、方创琳（2006）运用系统科学理论实证研究干旱区城市化与生态环境协调发展的动态耦合规律［9］；李静、李雪铭（2008）对大连市的城市化与生态环境发展协调性进行了评价与分析［4］；王新杰、薛东前对（2009）西安市的城市化与生态环境发展模式进行了演化分析［10］；崔利芳、任学慧（2010）对青岛市的城市化与生态环境发展协调性进行了研究［11］.综上所述，这些研究主要从定性的角度来分析城市化与生态环境的协调发展关系，如何定量地揭示中部中心城市武汉市城市化与生态环境两者的相互胁迫机制，对推进武汉市两型社会的建设，促进可持续发展至关重要.

本文通过构建协调发展模型，分析武汉市城市化与生态环境复合系统的协调状况，为正确认识武汉两型社会的建设与武汉市城市发展的可持续性提供参考.通过对2000年～2010年武汉市城市化与生态环境建设的进行定量分析，使人们可以更加清楚地认识到两者关系，从而为武汉市城市化和生态环境的和谐发展提供建议，同时为武汉市两型社会的建设提供参考.

2 研究区概况

武汉市位于113°41′～115°05′E，29°58′～31°22′N，江汉平原东部，长江和汉水交汇处.武汉市地形总体为北高南低，丘陵与平原相间，地形特征呈现山脉环绕的盆地、残丘性的平原地形、台阶式的多层地形3个形态，其中以平原地形为主.武汉属亚热带季风性湿润气候，具有夏季酷热、冬季寒冷、雨量充沛、日照充足的气候特点.年均温15.8℃～17.5℃，全年无霜期可达240d，年日照总时数2 000h，年降水量1 100mm.境内湖泊众多，另有“百湖之城”的美誉，现有大小湖泊170个.武汉水资源充足，水域面积2 205.06km2，占总面积的25.79%，居全国各城市首位.

武汉是全国15个副省级城市之一，中部地区的最大城市和区域中心城市，全国重要的工业基地、科教基地和综合交通枢纽.截止2010年底，全市总面积8 494.41km2，其中建成区面积500km2.全市常住人口978.539万人；实现地区生产总值5 515.76亿元；人均GDP达到56 367.3元；社会消费品零售总额2 523.20亿元；全社会固定资产投资完成3 753.17亿元；城镇居民人均可支配收入达20 806.32元；农民人均纯收入8 294.81元.通过对2000年～2010年武汉市城市化与生态环境建设的定量分析，可以使人们可以更加清楚地认识到两者关系，从而为武汉市城市化和生态环境的和谐发展提供建议，同时为武汉市两型社会的建设提供参考.

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源及标准化处理

本文研究数据主要来源于武汉市统计年鉴（2000～2010）、武汉市环境状况公报 （2000～2010）、武汉市国民经济和社会发展统计公报（2000～2010）、中国城市统计年鉴（2000～2010）.为了消除数据的数量级以及量纲不同造成的影响，需对数据进行标准化处理.评价公式如下［9］：

正向指标的标准化公式为

逆向指标的标准化公式为

式中，Xi为第i个指标的具体数值，i＝1，2，…，n，代表第i个指标；Ai、Bi分别代表不同年份第i个指标属性值的最大值与最小值；ui代表第i个指标的标准化值，ui∈［0，1］.

3.2 研究方法与过程

3.2.1 评价指标体系的建立 从城市化与城市生态环境交互胁迫的作用机理出发，基于协同学系统分析视角，遵循整体性、科学性、层次性和可行性原则，采用理论分析法、专家咨询法、频度统计法对指标进行筛选，并结合武汉市实际情况，从而建立指标体系.

城市化具有多维涵义，主要包括人口增长、经济发展、空间扩张和生活提高这4个相互联系、相互促进的因素［10］.因此本文从经济城市化、人口城市化、空间城市化、社会城市化4个层面14项指标来构建城市化系统；生态环境包括资源环境在内的众多因素构成，本文根据20世纪80年代末经济合作和开发组织（OECD）与联合国环境规划署（UNEP）共同提出的生态环境指标PSR概念模型，从生态环境压力、生态环境状态和生态环境响应3个层面12项指标建立反映生态环境综合发展水平的指标体系［13］，数据经过标准化处理后采用层次分析法和德尔菲法（Delphi）进行分层赋值确定各层次、各指标的权重（表1）.

3.2.2 城市化与生态环境综合发展水平 通过逐层加权求和得到武汉市2000年～2010年间的城市化与生态环境综合发展指数.计算公式为［14］：

式中，Y为城市化或生态环境综合发展指数；yi为第i个指标的指数；Zi为第i个指标经标准化处理后的数据；ti为第i个指标权重.

3.2.3 武汉市城市化和生态环境协调度定量模型

协调是系统或系统要素之间的一种良性的相互关联，是系统之间或系统内要素之间配合得当、和谐一致、良性循环的关系［15］.城市化与城市生态环境的协调发展，就是指为实现可持续发展的总体目标，城市化与城市生态环境子系统内部要素之间按一定数量和结构所组成的有机整体配合得当、有效运转的过程［4］.协调度是度量系统之间或系统内部要素之间协调状况好坏的定量指标.通过协调度可以定量判断区域两个系统之间的协调发展程度［16］.由于系统间的协调度定量模型较多，经过比较和分析，本文采用以下协调度模型来定量武汉市城市化与生态环境协调度.模型如下［12］：

式中，C为城市化与生态环境的协调度，C∈（0，1），u1，u2分别为城市化与生态环境的发展水平.

为了更加清楚地反映武汉市城市化与生态环境协调发展的程度，将两个系统间的协调度进行等级划分［17］（表2）.

表1 武汉市城市化与生态环境协调发展系统指标体系Tab.1 Integrated evaluation index system of urbanization and eco－environment in Wuhan city

表2 协调度等级划分及其标准Tab.2 Coordination division and standard grade

4 武汉市城市化与生态环境发展协调度结果分析

4.1 武汉市城市化和生态环境综合水平测度结果

运用公式（3），分别得到武汉市城市化水平综合指标值和生态环境综合指数值（表3），同时，做出了武汉市2000年～2009年间的城市化与生态环境综合指数变化曲线图（图1）.

表3 2000年～2009年武汉市城市化、生态环境系统综合发展指数Tab.3 The comprehensive index of urbanization and eco－environment Wuhan city（2000～2010）

图1 武汉市城市化与生态环境综合发展水平变化趋势图Fig.1 Variation of the urbanization level and the comprehensive index of eco－environment in Wuhan city

由表3可知，2000年～2004年，武汉市城市化发展水平明显滞后于生态环境发展水平；2005年～2007年，生态环境发展水平滞后于城市化发展水平；2008年～2010年，城市化发展水平生态环境发展水平差距缩小.从总体来看，11年间城市化水平总体上呈现出增长趋势；而在武汉市城市化水平提高后，生态环境质量指数随着城市化的发展呈现出波动型的变化特征，总体呈现出先下降后上升的趋势；从近两年来看，城市化发展水平与生态环境发展水平差距在缩小.

从图1可以看出，2000年～2003年武汉市生态环境状况较好，2004年～2005年，生态环境综合发展指数呈现剧烈下降趋势，这是由于随着武汉市建成区面积的快速扩大，城市化进程的加快，城市人口数目的增加，经济的快速发展，加重了一系列的环境问题，导致武汉市生态环境状况呈现出恶化的趋势.从2006年起，生态环境发展指数又呈现上升趋势，到2007年生态环境发展指数达到0.5以上，这与武汉市被批准为“两型”社会试验区，在经济快速发展的同时，更加注重生态环境的建设，与生态环境的加大保护是密不可分的.

4.2 武汉市城市化与生态环境协调度计算结果

利用公式（4）计算得出武汉市2000年～2010年城市化和生态环境的协调度指数，等级归类见表4.同时，做出武汉市城市化与生态环境协调度变化曲线图（图2）.

表4 2000年～2010年武汉市城市化进程与生态环境协调度指数及协调等级Tab.4 The coordination degree between urbanization and eco－environment and coordination division in Wuhan city（2000～2010）

图2 武汉市城市化与生态环境协调度变化曲线Fig.2 The changes of coordination degree between urbanization and eco－environment in Wuhan city

由表4可知，武汉市城市化与生态环境协调性总体上呈现出波动性，变幅在0.37～0.53之间，呈现出阶段性特征为：第一阶段是2000年～2005年，协调度呈现出明显的不稳定趋势，其中2000年、2002年、2005年3年的协调度值都在0.4以下，呈现中度失调状态；第二阶段是2006年～2010年，协调度呈现逐年回升的趋势，且呈现出较为稳定的状态，但协调度最大值也仅为0.53.

5 结论

第一，从城市化综合指数来看，2000年～2010年武汉市城市化水平总体呈现上升水平.从生态环境综合发展指数看，生态环境质量指数随着城市化的发展呈现出波动型的变化特征，从数值上看，2005年指数值最低，仅为0.236 5，生态环境处于11年中最低水平，这与武汉市2005年建成区面积急速扩大有关，2010年生态环境综合指数为0.745 9，为11年最高值，这与武汉市在两型社会建设中注重生态环境的保护是密切相关的.从协调度来看，11年间武汉市城市化与生态环境协调度呈现波动起伏的特征，有3年处于中度失调，5年处于轻度失调，3年处于勉强协调.总的来看，武汉市城市化与生态环境协调性有待加强.

第二，制约武汉市城市化与生态环境协调发展的原因主要有以下几点：城市化进程的加快对生态环境造成负面影响，集中表现在对水、大气、土地和生物等方面的影响；工业三废的排放量巨大，直接影响生态环境的保护与建设；武汉市中心城区与郊区的城市化水平及生态环境建设水平差异较大，且各区域间的经济发展状况与自然条件差异较大，对整个武汉市的城市化与生态环境的协调发展影响较大；公民的资源节约和生态环境保护意识不强.

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