城市生态环境综合评价及其与经济结构耦合关系研究——以南昌市为例

程朋根, 岳 琛, 晏启明

(1. 东华理工大学 测绘工程学院，江西 南昌 330013；2. 广西空间信息与测绘重点实验室，广西 桂林 541004；3.宜春市房地产管理局，江西 宜春 336000)

现阶段我国正处于城市化快速发展的攻坚时期，不断扩张的城市规模为经济发展提供了巨大的推动力。经济发展得到飞速提升的同时，也给城市生态环境带来了巨大的压力[1]，例如城市资源枯竭，人均占有量减少，环境污染严重等问题。近年来，我国城镇化人口达到7.9亿人，城镇化率达到57.35%。人口众多、资源储备有限、生态环境脆弱，使得我国必须要走“低能耗、低成本、高环保”的城市化道路。从宏观上讲，随着经济总量的提升，城市生态环境可能变得脆弱、退化和破坏；也可能加大对生态环境的保护力度，使得二者协调发展[2]。因此，如何协调城市生态环境与经济结构的同步发展已成为目前研究城市发展的重要课题。

目前，关于城市生态环境与经济结构的协同发展研究成果大多侧重于健康和文化领域，普遍倾向于发达城市的发展定位，这与中国目前总体的发展阶段有所脱节[3]。在以往的研究中，对于城市生态环境与经济结构综合考虑和动态考虑的少；而且也缺乏合适的模型，使得结论既缺乏说服力，也缺乏验证性[4]。因此，本文以南昌市为研究区域，以耦合协调模型为方法对生态环境与经济结构进行耦合协调性分析，找出影响其耦合协调度变化的依据并给出相应的优化模式。

1 城市生态环境与经济结构耦合关系测算

1.1 城市生态环境与经济结构指标体系构建

城市作为人类生存发展的巨型空间，其生态环境系统亦是复杂、庞大和完整的。一个全面而客观的生态环境评价指标体系，对于城市生态系统的发展起到至关重要的作用。早期研究主要集中在经济、社会两方面对生态环境的影响研究，随着人们对城市发展有了一定的认识，逐渐对于城市整体生态环境有了一定的研究。国外对于城市生态环境的研究可追溯到上世纪70年代，而我国起步较晚，21世纪初才有了一定的关注，特别是十八大以来，我国对于可持续发展的重视，将城市生态环境摆在了突出位置。

不同学者对城市生态环境指标体系的构建有所不同，在结合国内外学者的基础上，综合影响城市生态环境系统的众多因素，结合城市发展的实际情况，将城市生态环境分为6个一级指标(社会指标、医疗教育指标、垃圾处理指标、市政指标、能源指标和环境指标)和34个二级指标，如表1所示。将经济结构分为10个指标，如表2所示。

表1 城市生态环境指标系统构建结果

注：“+”为正向指标，“-”为负向指标。

表2 城市经济结构指标体系构建结果

注：“+”为正向指标，“-”为负向指标。

1.2 研究方法

1.2.1 数据标准化

由于在城市生态环境和经济结构中不同指标的单位不一致，需要进行数据标准化。对于正向和负向指标的标准化公式有所不同，如公式(1)、(2)所示。

(1)

(2)

1.2.2 熵权法赋值

熵权法是一种可以用于多对象、多指标的综合赋权法。其赋值结果主要根据客观数据，不受任何主观因素的影响，可以在很大程度上避免人为因素的干扰。计算步骤如下：

(1)计算第i个指标的熵值Hi：

(3)

fij为第i个指标在第j个年份下的比重。i=1,2,3…m。

(2)计算第i个指标的熵权wi：

(4)

(3)计算指标的综合权数λi：

(5)

1.2.3 耦合协调模型

耦合是指变量与变量之间存在着相互协调与相互影响的关系，变量之间由无序走向有序关键在于它们之间的协同作用，而耦合协调模型正是揭示这种协同作用的度量[9]。因此，本文运用耦合协调模型来刻画城市生态环境与经济结构的耦合协调关系，计算步骤如下：

(6)

其中，Cn表示耦合度，n表示变量的个数，U表示各个指标的综合测度值，即：

(7)

本文只有城市生态环境和经济结构两个变量，因此n=2，即：

(8)

由于只用耦合度C进行耦合分析容易出现误差，而且也无法体现出耦合的动态趋势，因此需要引入耦合协调度D来对城市生态环境与经济结构进行进一步量化分析。其表达式为：

(9)

由于城市生态环境与经济结构发展同等重要，所以α=β=5。

1.2.4 耦合协调度分类标准

本文在前人研究的基础上[10]，将城市生态环境与经济结构的耦合关系以耦合协调度(D)来衡量，将耦合阶段划分为低度耦合、中度耦合、高度耦合和极度耦合4大类，并根据耦合协调度将耦合协调类型等分为10小类(如表3所示)。按照综合测度值(U)比值的关系，分为3大类和10小类(如表4所示)，并按照该标准对城市生态环境与经济结构的耦合关系进行评价与分析。

2 研究区概况与数据来源

表3 城市生态环境与经济结构的耦合协调度分类标准

表4 综合测度值(U)比值关系分类标准

3 南昌市生态环境与经济结构结果分析

通过利用耦合协调模型分别对南昌市生态环境与经济结构和南昌市生态环境各项指标与经济结构进行了耦合协调性计算，同时比较了各指标综合测度值(U)之间的关系，结果如下：

3.1 南昌市生态环境与经济结构的耦合协调性分析

3.1.1 耦合阶段及协调类型分析

图1 南昌市生态环境和经济结构的综合测度值(U)及其增长百分比

如表5所示，从耦合阶段及协调类型角度分析，可分为三个阶段。第一阶段为2007年的低度耦合不协调型。耦合协调度只有0.271 3，经济结构较生态环境落后的较多，说明经济发展才刚刚起步。第二阶段为2008-2010年的中度耦合拮抗型。耦合协调度从0.355 3上升到0.434 9，平均每年增长7.5%。这三年中，南昌市U经济增长百分比一直大于U生态环境增长百分比(如图1所示)，经济结构展现出明显的增长趋势，缩短了与生态环境之间的差距，渐渐地从中度拮抗过度到轻度拮抗。第三阶段为高度耦合磨合阶段。耦合协调度从0.499 1增长到0.613 3，平均每年增长4.6%。其中2011-2014年为高度耦合轻度磨合阶段，南昌市在该阶段经济结构和生态环境的U值增长百分比出现交替上升现象；2015-2016年为高度耦合中度磨合阶段，该阶段生态环境指标和经济结构指标的综合测度值(U)趋近于相等。

表5 南昌市生态环境与经济结构耦合协调关系

3.1.2 经济结构和生态环境综合测度值的比值分析

如表5所示，从经济结构和生态环境综合测度值(U)的比值分析，可分为两类。第一类为2007-2013年的经济滞后型。2009年之前为经济中度滞后型，二者的U值之比是从0.409 6上升到0.608 5。2010-2013年为经济轻度滞后型，但在2011年时为0.99，约等于1，因此这一阶段表现为城市生态环境与经济结构同步型，是最为理想的状态。可是又在2012-2013年退回到经济轻度滞后型阶段，说明两者之间的关系不够稳定，需要一定时间的磨合和调整。第二类是2014-2016年，表现为生态环境滞后型，从2014年开始，经济结构的U值反超生态环境的U值，且两者相差不多，比值接近与1，同时两者的U值增长百分比逐渐趋近于相等(如图1所示)。

3.1.3 整体分析

从整体上分析，南昌市生态环境的U值增长百分比总是滞后于经济结构的U值增长百分比，如图1所示。在2008-2014年中，平均每两年为一周期，当经济结构增长百分比表现为波峰(波谷)时，生态环境的增长百分比表现为波谷(波峰)；与此同时，二者又随着时间的变化成反比例函数逐渐降低。在2015年和2016年才表现为同步增长的趋势。

赵三刚起来，意识有点不清，不晓得这是什么事情要发生。于是那个宪兵把手中的帽子用力抖了一下，不是柔和而不在意的态度了：“混蛋！你怎么不知道？等带去你就知道了！”

表6 经济结构与城市生态环境各项指标的耦合协调关系

3.2 南昌市生态环境各项指标与经济结构的耦合协调性分析

3.2.1 耦合阶段分析

如表6所示，从耦合阶段分析，可分为三个阶段。第一阶段为中度耦合阶段(2007-2008年)。除社会指标、能源指标、垃圾处理指标在2008年与经济结构达到高度耦合之外，整体上表现为中度耦合阶段，其耦合协调类型表现为拮抗型。第二阶段为高度耦合阶段(2009-2013年)。在这一阶段，医疗教育指标、市政指标、能源指标、环境指标与经济结构的耦合协调关系在时间上高度一致，说明四者发展齐头并进。而社会指标和垃圾处理指标与经济结构的高度耦合阶段在时间上略长与其他四个指标。在这五年中，耦合协调类型都是从轻度磨合向高度磨合发展，且高度磨合时期都在3年以上。除能源指标外，中度磨合时期都只有一年，其余的都是以较快的方式过度到高度磨合阶段。第三阶段为极度耦合阶段(2014-2016年)。各项指标与经济结构的耦合协调类型都表现为高度协调，耦合协调度(D)都在0.8到0.9之间。较为突出的是市政指标与经济结构的耦合协调度在2016年达到0.9087，表现为极度耦合。

图2 南昌市经济结构与生态环境各项指标的综合测度值(U)之比

3.2.2 经济结构与生态环境各项指标的综合测度值比值分析

如图2所示，从南昌市经济结构与生态环境各项指标的综合测度值(U)比值分析。①经济结构与社会指标、垃圾处理指标和能源指标的U值之比在这十年内的变化趋势大致相同，从2007-2012年都表现为经济结构滞后型，2014-2016年都表现为生态环境指标滞后型。②经济结构与环境指标的U值之比在这十年间整体上变化不大，基本上处于经济结构轻度滞后型，说明环境指标的发展紧跟经济发展的步伐，并且略微的超前于经济的发展。③经济结构与医疗教育指标的U值之比变化剧烈且无明显规律可循，2007-2010年间，基本类型从医疗教育指标严重滞后型变为经济结构轻度滞后型再到医疗教育指标严重滞后型，表明医疗教育指标与经济结构的发展是严重脱节的，好在从2014-2016年，二者的耦合协调度进入比较协调模式，处于经济结构轻度滞后型。④经济结构与市政指标的U值之比从整体上呈现逐年下降趋势，并在2015年发展为同步型。从2007年至今，南昌市大力发展市政建设，主城区的拓宽，公共交通数量的增多，城市基建的完善，都使得市政指标与经济结构的差距逐渐缩小，渐渐从低度耦合达到极度耦合。

3.2.3 生态环境各项指标的综合测度值逐年变化百分比分析

如图3所示，从南昌市生态环境各项指标的综合测度值(U)逐年变化百分比分析。①在整体上随着时间的变化，六项指标的U值增长百分比由高到低逐渐递减，呈反比例函数现象，与总体上的生态环境综合测度值相吻合。社会指标和垃圾处理指标在这十年内U值增长百分比一直处于平稳状态，社会指标介于-0.151 6-0.205 5之间，垃圾处理指标介于-0.181 1-0.324 5之间。②这六项指标的U值增长百分比都表现出周期变化的规律，平均周期也和总体生态环境相似，以两年为一周期。根据周期变化的不同，可分为两类，一类是环境、市政、医疗教育指标；一类是能源、社会、垃圾处理指标。当其中一类处于波峰(波谷)时，另一类处于波谷(波峰)。

图3 南昌市生态环境各指标综合测度值(U)逐年变化百分比

4 南昌市生态环境与经济结构耦合协调性影响因素及优化模式

4.1 南昌市生态环境与经济结构耦合协调性影响因素分析

城市生态环境与经济结构的耦合协调关系以协调同步发展为最好状态，而十年中只有2011年南昌市生态环境与经济结构表现为同步型；在城市生态环境各项指标与经济结构的耦合协调关系中，只有社会指标、能源指标和环境指标分别在2013年、2015年和2008年与经济结构表现为同步型，其他三个指标与经济结构都没出现这种状态。通过对以上结果的分析，影响这种状态发生的主要因素有：

(1)经济发展迅速，导致部分生态环境指标滞后于经济结构。10年间，生态环境与经济结构由经济结构滞后型转变成生态环境滞后型，表明南昌市将经济发展作为重中之重，忽略了对生态环境的保护和发展。其中，社会指标、垃圾处理指标、能源指标均表现为这种类型。同时，生态环境各指标量一直处于不稳定状态，甚至有部分年份出现负增长，而经济指标却呈现逐年平稳增长态势。因此可以认为南昌市在城市生态环境方面投入较少，导致其滞后于经济结构。

(2)盲目发展生态环境，导致部分生态环境指标超前于经济结构。10年间，医疗教育指标、市政指标和环境指标均由生态环境滞后型转变为经济结构滞后型。这三个指标中，医疗教育指标和市政指标变化趋势复杂，无明显线性关系；环境指标一直处在经济结构滞后状态的范围里波动。表明这三个指标的发展具有一定的盲目性，且未与经济结构相统一。

4.2 南昌市生态环境与经济结构耦合协调性的优化模式

按照耦合协调模型要求，生态环境与经济结构以协调同步发展为最好状态。通过对影响该状态产生的因素进行分析，做出相应的优化模式调整，以确保南昌市生态环境与经济结构尽快达到同步协调发展的健康状态。

(1)充分利用南昌市经济发展的优势，带动相对滞后的社会指标、垃圾处理指标和能源指标的发展。社会指标方面，大力发展第三产业和服务业，扩展就业模式，提供更多就业岗位来减少城市失业率；提高居民家庭意识和社会责任感，降低离婚率。垃圾处理指标方面，提高居民环保意识，减少垃圾产生，同时提高工业三废的清理能力；严格控制排污总量，实现城市生活污水、垃圾处理设施全覆盖和稳定运行。能源指标方面，构建科技含量高、能源消耗低、绿色环保的产业结构和生产方式。

(2)通过科学布局确保南昌市生态环境全面、协调、可持续发展。首先，推动南昌市医疗教育指标、市政指标以及环境指标与经济结构发展保持相对一致，保证其综合测度值逐年平稳增长，制定相应的生态环境考核标准并严格执行。其次，从城市生态环境总体布局出发，以构建绿色产业体系为支撑，以推进重大生态工程为抓手，以创新生态文明制度体系为动力，寻求生态环境效益和经济结构效益的最佳组合，使南昌市生态环境与经济结构共同发展。

5 结论

笔者以南昌市为例，研究了城市生态环境与经济结构的耦合协调度的发展趋势变化和发展类型比较，并得出了相应的结论，同时也针对耦合协调性的影响因素做出了优化模式调整，结论如下：

(1)利用耦合协调模型，对南昌市生态环境与经济结构的耦合协调关系进行了研究，从2007-2016年，南昌市生态环境与经济结构由低度耦合上升到高度耦合，由轻度不协调转变为中度磨合。

(2)南昌市生态环境与经济结构的基本类型由经济结构滞后型转变为生态环境滞后型。两者之间无法达到同步发展型阶段，说明南昌市将经济发展作为重心，没能兼顾生态环境的发展。

(3)南昌市经济结构与生态环境耦合协调状态变化是受发展不均衡的影响。应利用南昌市经济发展的优势，带动相对滞后的生态环境的发展。同时，通过科学布局确保南昌市生态环境全面、协调、可持续发展。

笔者主要针对南昌市生态环境与经济结构的耦合关系进行了分析与评价，比较了时间尺度上二者之间的耦合协同关系的发展变化。下一步工作将研究时空双重尺度的耦合关系，即利用耦合协调模型对江西省进行生态环境与经济结构的时空耦合分析与评价。