资源型城市生态与经济协调发展及预测分析

刘 洁，雷思友

(安徽理工大学 经济与管理学院，安徽 淮南 232001)

随着经济飞速发展，工业化进程加快，对资源的需求大大增加，产生大量的工业废水、废气和污染物没有得到有效处理，导致生态环境遭受严重污染，经济与环境发展不平衡，以单一系统为研究对象往往无法达到预期效果。为了解决此类问题，部分学者开始以多维角度来研究生态环境与经济的耦合协同发展。姜磊等[1]对资源、环境、经济3个系统进行耦合分析并修正，之后推广到n个系统；程广斌等[2]利用TOPSIS模型计算西北地区整体经济发展与生态环境的协调度；王颖等[3]以安顺市为例，探究生态、经济、社会系统协调发展水平及其影响因素；张琪等[4]剖析了淮南市多维关系的协调发展；田童等[5]分析了北京市各区3个系统综合发展和协调程度。

根据已有文献，以淮南市为例，基于2009—2018年的面板数据，构建生态环境与经济评价指标体系，利用耦合度、协调度模型，对淮南市生态与经济子系统进行耦合协调发展的实证分析，并根据灰色GM(1,1)预测模型预测未来5 a的发展趋势，以期为淮南市生态与经济的可持续发展提供参考依据。

1 材料与研究方法

1.1 研究区域概况

淮南市位于安徽省中北部，总面积5 533 km2，是一座历史文化名城，也是能源之都、国家首批试点智慧城市[6]。2018年淮南市全年地区生产总值约1 133亿元，城镇化率64.11%，2019年淮南市地区生产总值比上年增长5.2%。淮南市能源矿产资源较丰富，既是“皖电东送”的领军主力和“火电三峡”，也是“华东工业粮仓”，其储量分别占安徽省与华东区域的70%和32%。正是由于大量采煤、发电，采煤沉陷区面积逐年增加，环境污染程度也在逐年提高。据预测，淮南市最终沉陷面积可能会达到700 km2，涉及全市人口的16.5%。

1.2 指标体系构建与数据来源

参考相关研究，在不违背科学性、关联性的基础上[7]，依据数据可获得性、普遍性的原则，建立生态和经济指标体系。其中，生态子系统包括园林绿地面积、化肥施用量、城市建设用地面积等16个指标，经济子系统包括地方财政收入、固定资产投资、GDP等13个指标，具体指标体系如表1所示。

文中评价指标体系中数据的研究时段为2009—2018年，数据来源于《安徽省统计年鉴(2010—2019)》和《淮南市统计年鉴(2010—2019)》，其中，2018年淮南市的工业废气排放量一项数据存在缺失，将采用回归估计法进行填补。

1.3 数据处理

借助SPSS软件，用回归估计法插补2018年的工业废气排放量的缺失值。为了消除指标数据间的不可比性[8-9]，采取最大最小标准化法，对原始数据进行无量纲处理，用熵权法确定指标权重。设原始指标数据矩阵为X=(Xij)m×n，对指标数值Xij进行如下处理：

1)最大最小标准化。

zij=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin),

(1)

zij=(Xmax-Xij)/(Xmax-Xmin).

(2)

2)计算第i年的第j项指标值所占比重。

(3)

表1 生态与经济耦合关系评价指标体系及权重

3)计算m年n项指标的熵值。

(4)

4)计算第j项指标差异性系数及权重。

dj=1-Ej,

(5)

(6)

5)计算单一指标的评价指数及第i年的综合评价指数。

Sij=Wj×zij,

(7)

(8)

式中：zij，Xij，Xmax，Xmin分别表示标准化值、第i年第j项指标数值、第j项指标的最大最小值；Aij为指标的比重；Ej为指标熵值，且Ej∈[0,1]；dj,Wj分别为指标差异性系数和指标权重；Sij，Si分别是单一指标发展水平和综合指标的发展水平。

1.4 建立模型

1.4.1 耦合度模型

为研究生态与经济系统间的相互作用及其影响程度，构建二维系统耦合度模型，计算子系统的综合评价得分和耦合度。

(9)

(10)

式中：Bi和C分别表示子系统的综合评价得分和耦合度，C⊆[0,1]。为研究生态与经济之间的耦合度强弱，根据相关研究中的耦合度划分标准[10-12]，将耦合度分成6种类型，分别为：无关状态且无序发展：C=0;低水平耦合:(0,0.3];拮抗:(0.3,0.5];磨合耦合:(0.5,0.8];高水平耦合:(0.8,1);良性共振:C=1。

1.4.2 耦合协调度模型

虽然耦合度可以反映生态与经济系统间的关联度和耦合性的强弱，但是无法反映出系统之间的协调程度。因此，为了解系统的耦合协调程度和整体动态发展水平，引入耦合协调度模型[13-14]为

(11)

T=αS1+βS2.

(12)

式中：O，T分别表示协调度和总体效应，O⊆[0,1]；α,β为子系统的协调发展贡献，α=β=0.5。为研究生态与经济的协调程度，根据相关研究中的耦合协调类型划分标准，将耦合协调度分为10个类型[15-16]，如表2所示。

表2 耦合协调类型划分标准

1.4.3 灰色预测模型

为方便对指标未来的变化情况做定量预测，采用灰色预测模型[17-19]。首先，假设原始数据时间序列为A0=[a0(1)，a0(2)，…，a0(n)]，通过对原始数据A0做累加处理，生成新的序列A1=[a1(1),a1(2),…,a1(n)]，构造矩阵B，Yn，得出白化微分方程

(13)

k=1,2,…,n.

(14)

最后，对预测模型进行残差检验和后验差检验[20]，若检验结果同时满足后验差比值C<0.65且小误差概率P>0.70，表明该模型通过检验且可得到有效的预测值，否则需要进行模型修正。

2 结果与分析

2.1 耦合协调结果分析

对数据处理后，得出子系统综合评价指数的动态演化趋势(见图1)，绘制耦合度与协调度变化趋势(见图2)，并对其生态与经济耦合类型及协调类型进行划分[10](见表3)。

表3 2009—2018年淮南市生态与经济耦合类型及协调类型

图1 综合评价指数动态演化趋势

图2 耦合度与协调度变化趋势

由表1可知，单一指标水平较低的是一般工业固体废物产生量，单一指标水平较高的是工业废水排放量。2009年的经济系统评价综合得分最低，2012年的生态环境系统综合得分最低，2017年生态系统和经济系统的评价综合得分最高。对淮南市整体发展而言，2个子系统对城市的贡献程度依次为生态子系统(0.676 9)、经济子系统(0.323 1)。根据拟合结果可知：淮南市整体保持上升的发展趋势，经济系统的发展前期较缓慢，后期迅猛，生态系统相对缓慢，呈现生态滞后型；2009—2014年生态与经济系统间的空间差异逐渐减小，自2015年起系统间的空间差异持续增大；生态与经济系统的拟合优度(R2)分别为0.886 3、0.768 5，说明拟合曲线与观测值的拟合度较好。

由表3与图2可以看出，2009—2018年淮南市生态与经济系统的耦合度可能受经济危机影响，2009年处于较低的磨合耦合，2010年迅速提升到高水平耦合，且2010年后一直处在0.971～1.000之间，保持高水平耦合。2011年“十二五”规划的实施与2015年“中国制造2025”的提出，项目转型实现新突破，其经济与生态系统的耦合度分别增加了0.113和0.016，达到良性共振阶段。同时，该市生态与经济系统协调度从2009年协调度为0.265的中度失调类型增长到2018年协调度为0.581的勉强协调类型，呈稳步上升状态，但耦合协调水平偏低。其中，2016年才开始由失调转为协调，2017年协调度最高，达到初级协调。而且随着淮南发展稳中求进，协调度从中度失调上升到初级协调。另外，在2012年的复杂形势下，协调度降到低度失调后持续稳定上升，说明环境问题会随着经济发展、GDP增长等出现先改善后退化再改善的波动。

2.2 预测结果分析

将淮南市生态与经济系统的综合评价得分、耦合度、协调度代入灰色GM(1,1)模型中，运用灰色建模软件对淮南市未来5 a的综合评价得分、耦合度、协调度发展进行预测，结果如表4所示。

表4 2019—2023年淮南市生态与经济发展预测

由表4可知，后验差比值C<0.65且小误差概率P>0.70，表明该模型检验合格且预测值有效。淮南市未来5 a将延续前10 a的稳步上升趋势，但生态系统上升趋势仍低于经济系统的上升趋势。其中，预计2019年之后4 a淮南市的生态与经济系统将达到并维持在良性共振阶段，协调度由原来的勉强协调到2019年上升至初级协调等级，预测在2020年“十三五”规划收官之年后，协调度上升到中级协调等级，且到2023年上升到良好协调等级。

3 结论与建议

3.1 结论

通过构建相应的指标体系，对系统综合发展水平、耦合趋势与协调度的发展及预测进行分析，揭示出淮南市生态与经济系统两者间的发展存在差异性。研究结果表明：

1)在淮南市的评价指标体系中生态系统所占权重较大，生态系统和经济系统发展较为不平衡，但淮南市整体发展呈上升趋势。其中,经济系统的发展前期较缓慢，后期发展迅猛，生态系统的发展后期上升缓慢，呈现生态滞后型，以至于自2015年起系统间的空间差异持续增大。

2)耦合度由磨合耦合阶段迅速提升到高水平耦合阶段并维持平稳，2011年和2015年达到良性共振；耦合协调度由中度失调类型增长到初级协调类型，总体呈现上升趋势。

3)通过预测，淮南市未来5 a内生态与经济系统的综合评价得分、耦合度、协调度发展水平将稳步上升，但其生态子系统和经济子系统间综合发展速度仍存在明显差距。其中，在2020年达到良性共振阶段，2023年达到良好协调等级。

3.2 建议

1)保持经济发展势头，推动高质量发展。充分利用自身铁路运输网络优势，利用皖江经济带、长三角一体化战略，建设城际经济体系，加强城市之间的联系，扩大对外开放，发展循环经济，缓解经济下行压力。加大对新兴产业和科研投入，促进能源企业的新旧动能转换，带动非煤产业和民营经济的发展。

2)加强生态环境保护和治理。在不突破生态底线的基础上，适度有序地开发资源。借助皖江经济带和淮河生态经济带的建设，推进淮南市生态环境建设，加大对煤矿、电厂等行业的整合力度，彻底排查整改“三高”企业。加强对淮南市的散煤管控，加大对“三废”的治理，有机利用废弃矿区、沉陷区，全力整改环境较突出的问题。

3)积极推进生态与经济协调发展。抓住长三角一体化新机遇，借助全面建成小康社会的契机，加强招商引资力度，完善基础设施建设；综合整治沉陷区，修复受损的生态系统，建设生态景观，构建绿色循环生态经济，促进生态与经济协调发展。