贵阳市城市化与生态环境耦合关联分析*

王丽娟，李旭东

(贵州师范大学 地理与环境科学学院，贵州　贵阳　550001)



贵阳市城市化与生态环境耦合关联分析*

王丽娟，李旭东

(贵州师范大学 地理与环境科学学院，贵州贵阳550001)

摘要：以贵阳市为例，构建城市化与生态环境评价指标体系，运用灰色关联模型、耦合度与耦合协调度模型，对其耦合关联情况进行分析。结果显示：2004—2011年贵阳市的城市化水平逐年增长，生态环境水平呈先增长后下降趋势；城镇生活污水处理率等生态环境指标是影响城市化发展的主要因素，煤气供气总量等城市化指标是影响生态环境的主要因素；贵阳市城市化与生态环境耦合度处于颉抗阶段，且基本处于中度协调的耦合。

关键词：城市化；生态环境；灰色关联度；耦合度

近年来，随着西部大开发的不断深入，贵阳市的经济建设和社会事业快速发展，城市化进程加速推进，城市面貌日新月异。然而面对喀斯特生态系统的脆弱性，贵阳市城市化与生态环境之间的矛盾日益加剧，如何处理两者之间的关系是实现城市可持续发展的一大难题。目前不少国内外学者对此展开研究，Grossman提出了环境库兹涅茨倒“U”型曲线 EKC假说，阐述城市经济水平与环境污染之间呈倒“U”型曲线关系[1]，这一理论在城市化与生态环境关系研究上得到了广泛应用；方创琳等认为城市化与生态环境存在交互耦合关系，并分析总结出六大基本定律[2]；刘耀彬等根据协同耦合度模型，分析中国城市化与生态环境耦合机理，认为两者的耦合存在着地域性差异，耦合协调度东部地区高于西部[3]。此外，不少学者对区域城市化与生态环境关系展开研究，赵安周等对西安市城市化与生态环境耦合协调发展进行分析[4]，曾浩等对武汉市城市化与生态环境协调发展进行研究[5]，而贵阳市这方面的研究较少。本文运用灰色关联模型、耦合度模型对贵阳市城市化与生态环境之间的交互耦合关系进行分析，剖析贵阳市城市化与生态环境的交互胁迫机制，分析两者间的耦合协调状况，正确认识贵阳市城市化与生态环境的关系，推进贵阳市城市化与生态环境的健康发展，实现贵阳市的可持续发展。

1研究区概况

贵阳市地处贵州省中部偏北、云贵高原东部，东经106°07′～107°17′，北纬26°11′～26°55′之间，属于黔中喀斯特山区，地貌以山地、丘陵为主，海拔880 m～1 659 m。贵阳属亚热带季风气候，四季温和湿润，无严寒酷暑，空气质量良好。贵阳市是贵州省的省会城市，是我国西南地区重要的中心城市之一，全市土地面积8 034 km2，占全省土地总面积的4.56 %。截止2011年底，贵阳市总人口376.1万人，实现地区生产总值1 383.07亿元，人均GDP达到31 712元，社会消费品零售总额达584.33亿元。贵阳市有“森林之城”之称，建成区绿化覆盖率达42.8 %，森林覆盖率达41.78 %。基于其喀斯特地貌特征，贵阳市仍存在着石漠化现象，生态环境十分脆弱，因此在推进城市化进程中，生态环境的发展需要得到重视。

2数据来源与处理

2.1数据来源

本文研究数据主要来源于贵阳市统计年鉴(2004—2011年)、中国城市统计年鉴(2004—2011年)。

2.2数据处理

为了减少原始数据不同属性和单位(即数量级与量纲不同)的影响和误差，对原始数据进行无量纲化处理。由于数据属性不同，将数据指标分为正向指标和逆向指标，采用如下公式进行数据处理。

3指标体系构建与研究方法

3.1构建指标体系

对于城市化与生态环境的指标测度，本文查阅了相关文献，根据已有研究对城市化和生态环境的分析[4、5]和贵阳市实际状况初步选定指标，并在此基础上采用专家咨询法进行调整，最后构建出评价指标体系。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，促使城市空间不断扩大的过程[3]。本文从人口迁移、经济发展、生活水平三个角度将城市化划分为人口城市化、经济城市化和社会城市化三个方面，选取指标进行研究。生态环境采用生态环境状况、生态环境压力、生态环境治理三个二级指标，在此基础上确定了建成区绿化覆盖率、工业固体废弃物排放量、城市生活垃圾无害化处理率等9个三级指标，构建如表1的城市化与生态环境评价指标体系，并根据贵阳市城市化与生态环境的发展状况，采取德尔菲法进行分层赋值确定各指标的权重。

表1　贵阳市城市化与生态环境评价指标体系

续表1

一级指标二级指标三级指标权 重生态环境生态环境状况生态环境压力生态环境治理建成区绿化覆盖率x1/%0.1140森林覆盖率x2/%0.1280人均家庭生活用水量x3/吨0.1089工业废水排放量x4/万吨0.1067工业废气排放量x5/亿标立方米0.1060工业固体废弃物排放量x6/万吨)0.1042工业固体废弃物综合利用率x7/%0.1098城市生活垃圾无害化处理率x8/%0.1186城镇生活污水处理率x9/%0.1038

3.2研究方法

3.2.1灰色关联分析方法

灰色关联分析是通过分析相关数据序列，描述系统之间或系统内部诸要素间的关系，度量随时间变化的关联程度，从而来衡量它们之间关联度[6]。本文通过灰色关联模型处理指标数据，评价贵阳市城市化与生态环境的关联程度，计算公式如下：

关联系数公式：

(4)

式中：Yij(t)表示在t年i指标与j指标的关联系数；γij(t)表示在t年i指标与j指标的关联度；ρ为分辨系数，为了减少因最大值过大对计算产生的影响，这里取ρ=0.5；n为样本数。

通过比较关联度γij(t)的大小，分析贵阳市城市化与生态环境的关联程度。若γij=1时，说明城市化指标体系中i指标与生态环境体系中j指标两者关系密切；若γij=0时，说明i、j两指标无关联；若0<γij<1，则γij越大，i、j两指标间的关联程度就越大。具体划分标准如表2。

表2　关联度的划分标准

3.2.2城市化与生态环境综合指数

基于上述原始数据无量纲化的处理和指标权重的确定，城市化与生态环境综合指数是采用逐层加权求和的方式进行计算而得的[7]。计算公式为：

(5)

3.2.3耦合度模型

(1)耦合度函数

借鉴物理学中的容量耦合概念和容量耦合系数模型，可以得出多个系统耦合模型[8](式(6))，本文则取n=2，得出城市化与生态环境的耦合函数公式(式(7))。

(6)

(7)

式中：C为城市化与生态环境的耦合度、c∈[0,1]，u1、u2分别为城市化和生态环境的综合指数值。

根据城市化与生态环境交互作用的强弱程度，对城市化与生态环境耦合的过程进行划分，具体划分标准如表3所示。当C=1时，表示耦合度最大，两系统间达到良性共振耦合；当C=0 时，耦合度极低，说明两系统间无耦合关系。

表3　耦合度C的划分标准[3]

(2)耦合协调度模型

耦合协调模型反映了城市化与生态环境交互耦合过程中的协调状况，其计算公式为：

D=(C×T)1/2

(8)

T=α×u1+b×u2

(9)

式中：D为耦合协调度；C为耦合度；T为城市化与生态环境综合调和指数；u1、u2分别为城市化和生态环境的综合发展水平；a、b是待定系数，这里取a=b=0.5。为了更直观的反映城市化与生态环境的耦合协调程度，将其耦合协调度进行划分，划分标准如表4所示。

表4　耦合协调度的划分标准[3]

4结果与讨论

4.1城市化与生态环境的综合水平

根据公式(5)计算得出贵阳市城市化综合指数值和生态环境综合指数值，如表5所示，2004—2011年贵阳市城市化发展水平呈现增长趋势，由2004年的0.305 0增至2011年的0.643 0，这表明贵阳市的城市化发展水平得到了显著的提高。

而贵阳市生态环境综合水平则呈现出先上升后下降的趋势，由2004年的0.325 4增至2008年的0.456 7，而后降至2011年的0.400 2，说明2004—2008年间随着贵阳市城市化增长的良好态势，生态环境状况逐渐改善。而2009—2011年强化了城市化的发展，忽视了城市化进程中对生态环境的影响，引发生态环境问题加重，生态环境综合水平下降，且滞后于城市化的发展。

表5　2004—2011年贵阳市城市化与生态

注：数据来源于2004—2011年《贵阳市统计年鉴》《中国城市统计年鉴》。

从表5中可以看出，2004—2007年贵阳市城市化综合发展水平滞后于生态环境水平，2008—2011年城市化综合水平实现反超，高于生态环境水平发展。可见贵阳市城市化发展水平增长势头良好，而生态环境的发展受到制约。因此，在注重经济发展的同时，贵阳市需加大环境整治力度，开展一系列的生态环境恢复工作，改善生态环境状况，在保障生态环境处于良性发展的前提下，加大城市化的发展力度。

4.2灰色关联分析

根据公式(3)、(4)计算得出灰色关联度，从数据角度公式化计算城市化与生态环境各因素之间的关系，计算得出平均关联度达0.694 5，各指标间的关联度均大于0.6，属于中等关联及以上，可以看出贵阳市城市化与生态环境密切联系。城市化与生态环境之间是相互作用和影响的。城市化不断推进的过程中对生态环境产生影响，生态环境也会局限城市化进程。

(1)城市化对生态环境的影响

城市化对生态环境的影响机制是通过人口增长、经济发展、城市规模扩大等方面来实现的，城市化的发展也就是非农业人口向城市地区聚集，不仅增加了城市内需，使得城市空间扩展，城市规模及用地扩张，而且干扰地表景观格局，破坏了生态环境过程的自然形成；经济的快速发展加大了城市对资源和能源的需求，在生产过程中释放大量的污染物和废弃物，使得生态环境质量水平下降。

根据灰色关联度分析可知，与生态环境的关联度由大到小排序的城市化指标依次为：煤气供气总量(0.743 4)、第三产业占GDP比重(0.742)、第三产业与第二产业产值比(0.729 9)、居民人均生活用电量(0.729 6)、每万人拥有在校大学生人数(0.723 9)、非农业人口比重(0.720 5)、人均GDP(0.712 3)、社会消费品零售总额(0.697 8)、财政总收入(0.687 7)、规模以上工业总产值(0.679 4)、人口密度(0.659)、全社会固定资产投资占GDP比重(0.642 7)、每万人拥有公交车数目(0.635 0)、第三产业从业人员占全市的比重(0.627 8)。研究发现，在城市化对生态环境影响的过程中，社会城市化对生态环境的综合影响最大，关联度达0.705 9，属于较高关联。在社会城市化指标中煤气供气总量是最为突出的关联因素，体现了能源消耗对环境的影响；经济城市化与人口城市化对生态环境的影响较为显著，关联度分别为0.699、0.669 1，其子系统最为明显的因素分别是第三产业占GDP比重、非农业人口比重，体现产业结构的调整、人口迁移对生态环境的影响。各指标与生态环境的关联度除每万人拥有公交车数目和第三产业从业人员占全市的比重属于中等关联外，其余均属于较高关联，可见城市化对生态环境关系密切，对生态环境影响十分深刻。

(2)生态环境对城市化的影响

生态环境对城市化的影响机制是：自然生态条件对城市发展有一定的限制与影响，同时城市化进程中存在的生态环境问题使得自然生存条件恶劣、环境污染，威胁着城市人群的健康，从而驱赶城市人群，制约着城市化的发展。贵阳市特有的喀斯特地貌类型，使其环境承载力较低，而工业废水、废气、固体废弃物的排放量日益增加也使得城市的可持续发展受到约束，影响了城市化的进程。

通过对贵阳市生态环境与城市化关联度的计算可知，与城市化的关联度由大到小排序的生态环境指标依次为：城镇生活污水处理率(0.764 5)、工业废水排放量(0.760 2)、森林覆盖率(0.720 8)、城市生活垃圾无害化处理率(0.719 3)、工业固体废弃物综合利用率(0.676 7)、建成区绿化覆盖率(0.675 5)、工业固体废弃物排放量(0.670 9)、人均家庭生活用水量(0.659 6)、工业废气排放量(0.608 1)。其中工业废气排放量对生态环境的关联度低于0.65，属于中等关联，其他均属于较高关联，可见生态环境对城市化的影响颇深。生态环境指标的3个子系统与城市化的关联度由大到小依次是生态环境治理(0.720 2)、生态环境状况(0.698 2)、生态环境压力(0.674 7)，各自子系统最为明显的因素分别为：森林覆盖率、工业废水排放量、城镇生活污水处理率，说明这三者对城市化的影响重大，在城市建设中必须重视城市的绿化建设和工业废弃物的治理，减少废弃物的排放。

4.3耦合度分析

4.3.1耦合度分析

根据公式(7)计算得出贵阳市城市化与生态环境耦合度，并绘制贵阳市城市化与生态环境的耦合度变化曲线图。如图1所示2004—2011年贵阳市城市化与生态环境耦合度呈现一定的稳定性，介于在0.48～0.5之间，且存在下降的趋势。这表明了2004—2011年贵阳市的城市化与生态环境的发展一直处于颉颃时期。期间贵阳市城市化进程不断加快，城市化发展所需的人口转移、资源能耗以及废弃物排放等因素，增加了贵阳市生态环境压力，致使生态环境的承载能力有所下降。

4.3.2耦合协调度

从图1的贵阳市城市化与生态环境的耦合协调度变化曲线图中，可以看出这两个系统的耦合协调度在2004—2011年呈增长趋势，由2004年的0.396 9增至2011年的0.503 6，基本处于中度协调的耦合。早期贵阳市受地方环保政策实施的不确定性、经济发展的不稳定性以及企业环保技术的不成熟等因素的影响，贵阳市城市化与生态环境两者的协调程度较低。随着城市化进程的不断推进，逐渐重视城市可持续发展与生态文明建设，加强对工业三废的治理力度，但由于生态环境综合水平滞后于城市化的发展水平，导致两者的耦合协调仍以中度协调为主。

图1　2004—2011年贵阳市城市化与生态环境耦

5结论

第一，2004—2011年间贵阳市城市化进程不断加快，城市化综合水平逐年增长，生态环境综合水平指数呈先增长后下降趋势，在保障生态环境良好的前提下，需加大城市化发展力度。

第二，通过灰色关联度分析表明，城镇生活污水处理率、工业废水排放量、森林覆盖率等生态环境指标是影响城市化发展的主要因素，而煤气供气总量、第三产业占GDP比重等城市化指标是影响贵阳市生态环境的主要因素。

第三，2004—2011年贵阳市城市化与生态环境耦合度呈现一定的稳定性，处于颉抗阶段；贵阳市城市化与生态环境耦合协调度有一定的增长，但仍基本处于中度协调的耦合。

目前贵阳市在发展城市化的同时，应重视生态环境的协调发展，寻求一条在保障生态环境良性发展的基础上促使城市化迅速发展的道路成为当务之急。在城市化发展方面，应不断推进产业转型发展，探讨循环经济发展模式，实现节能减排和再生资源利用，促进城市的绿色健康发展；在生态环境方面，增强民众的环保意识，加大生态环境建设力度，实施退耕还林、石漠化治理等重点工程，加大工业三废等环境污染的治理力度，优化生态宜居环境，促进城市化与生态环境的协调可持续发展。

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投稿日期：2016-01-17；修回日期：2016-01-29

Analysis on the relation and coupling of urbanization and ecological environment in Guiyang city

WANG Lijuan，LI Xudong

(SchoolofGeographicandEnvironmentalSciences，GuizhouNormalUniversity，Guiyang550001，China)

Abstract：Taking Guiyang city as an example，the evaluation index system of urbanization and ecological environment is constructed.The gray correlation model，the coupling degree and the coupling coordination degree model are used to analyze the coupling relationship.The results show that in 2004—2011，Guiyang City，the urbanization level was increasing，and the ecological environment level was increased first and then decreased.In the ecological environment index the urban sewage treatment rate is the main factor that affects the development of urbanization.The main factors affecting the ecological environment are the total amount of gas supply and so on in the urbanization index.The coupling degree between Urbanization and ecological environment is in antagonistic stage，and basically in moderate coupling coordination in Guiyang City.

Keywords：urbanization；ecological environment；gray relational grade；coupling degree

中图分类号：F 291.1；X 171.1

文献标识码：A

文章编号：1003—6563(2016)02—0037—06

作者简介：王丽娟(1990-)，女，硕士研究生，主要从事人口与经济地理学研究。

通讯作者：▲李旭东(1969-)，男，教授，硕士生导师。研究方向：人口地理与区域经济发展。