基于可拓學理論的新疆城市化與生態環境耦合評價研究

李 韌，聶春霞

(新疆維吾爾自治區發展與改革委員會 經濟研究院，新疆 烏魯木齊 830002)

基于可拓學理論的新疆城市化與生態環境耦合評價研究

李 韌，聶春霞*

(新疆維吾爾自治區發展與改革委員會 經濟研究院，新疆 烏魯木齊 830002)

通過建立城市化與生態環境評價指標體系和可拓學評價模型，評價了2000～2014年新疆城市化與生態環境耦合狀況；通過構建灰色系統預測模型，預測了2015～2020年城市化與生態環境耦合趨勢。分析得出：2000～2014年新疆城市化和生態環境耦合水平由中上升為高，但城市化和生態環境均為低水平。預計2015～2020年新疆城市化與生態環境耦合水平呈下降趨勢，由高下降到中，其中，人口城市化和設施城市化水平保持為低水平；經濟城市化和社會城市化水平由低上升到高。生態環境保持為低水平，其中，生態環境壓力保持為低水平，生態環境狀況由低上升到較低水平，生態環境保護由低上升為高水平。

城市化；生態環境；耦合；可拓學評價；新疆

目前，世界一半以上的人口生活在城市，城市化與生態環境協調問題已成為世界性的戰略問題[1]。2014年我國城鎮人口比重達到54.77%，但70%左右的城市不能達到新的環境空氣質量標準，一半城市市區地下水污染嚴重。隨著我國城市化的快速發展，城市成為環境污染最集中的地域，生態環境系統受到前所未有的挑戰，城市化與生態環境的協調發展是我國現代化進程中必須解決的問題。新疆是我國典型的內陸干旱區，其干旱區面積占我國干旱區面積的2/3，新疆城鎮分布在面積不足10%的綠洲上，綠洲城市發展與生態環境之間具有高度相關性，城鎮人口比重為46.01%，雖然低于全國平均水平8.76個百分點，但隨著新疆城鎮化進程的推進，其外部性將對周圍的綠洲生態環境造成一定的壓力。評價和預測新疆城市化與生態環境耦合的狀況與趨勢，有利于制定符合新疆城市化的發展戰略，也有助于新疆生態環境保護政策的制定，具有重要的現實意義。

1 相關研究綜述

國外學者主要研究城市化對生物、氣候等方面的影響，McKinney[2]分析了城市化對生物均質性的影響，認為城市化使得城市動物種群增多，鄉村動物種群減少；Zanette L R S等[3]分析了城市化改變土地覆被而引起黃蜂與蜜蜂種群數量變化的驅動作用及機制；Deosthali V[4]通過模擬分析了城市化對城市局部氣候的影響。國內學者側重于城市化與生態環境的協調性評價，劉耀彬[5]、安瓦爾·買買提明[6]、任芳[7]、趙安周[8]、曾浩[9]、張朝瓊[10]等構建了城市化與生態環境之間的協調度模型，評價了區域城市化與生態環境2個系統的協調發展狀況；黃金川等[11]根據環境庫茲涅茨曲線假設，采用數學模型分析城市化與生態環境的耦合關系，得出城市化與生態環境交互耦合的數理函數和幾何曲線。

上述關于城市化與生態環境耦合關系的研究為本文提供了良好的借鑒，但仍需進一步深入研究：一是城市化與生態環境耦合評價模型需要深化，現有的評價模型采用均等化評價等級，實際上各指標在同一等級范圍的屬性不同，使得評價結果偏離現實；二是現有的研究僅對城市化與生態環境耦合狀況進行評價，鮮有對城市化與生態環境耦合趨勢進行預測的成果。基于此，本文建立區域城市化與生態環境耦合評價指標體系，構建可拓學評價模型，避免了指標的均等化問題，科學評價了2000～2014年新疆城市化與生態環境耦合狀況；利用耦合度模型，揭示城市化水平與生態環境質量間的耦合關系；建立灰色系統預測模型，預測2015～2020年新疆城市化與生態環境耦合趨勢，深化城市化與生態環境耦合關系的研究。

2 研究方法

2.1 新疆城市化與生態環境耦合評價指標體系的構建

構建區域城市化與生態環境耦合發展評價指標體系不僅應遵循客觀性、科學性和有效性等原則，還應遵循以下原則：一是層次性和動態性原則，城市化與生態環境系統是一個多層次的、動態的復合系統，指標體系應該包括各個層次，動態性是反映變化的動態指標；二是全面性原則，指標體系必須能夠全面地反映城市化與生態環境的各個方面，使指標體系成為一個有機整體；三是可操作性原則，盡可能選取已有的統計指標，保證數據的可采集性[12]。根據上述評價指標體系的構建原則，從人口城市化、經濟城市化、設施城市化、社會城市化4個方面評價城市化水平，從生態環境狀況、生態環境壓力、生態環境保護3個方面評價生態環境質量。具體評價指標見表1。

表1 評價指標及其經典域

2.2 可拓學評價模型的構建

可拓學評價是將每個事物(指標)的屬性劃分為若干等級，再將待評價事物代入各等級集合進行多指標評定，通過比較它與各等級集合的關聯度大小，得出評價等級結果[13]。

2.2.1 確定經典域和節域 經典域就是建立等級物元模型。設poj是事物的第j個等級，在此，將評價等級劃分為高、中、較低、低4個等級；ci是poj的第i個特征；xo1j，xo2j，…，xonj分別是poj關于ci的經典域，各個指標的經典域劃分見表1。節域就是建立各指標量值范圍物元模型。xp1，xp2，…，xpm分別是p關于c1，c2，…，cm的取值范圍，即p的節域，各指標的節域都為[0，1]。

2.2.2 距的計算公式

(1)

其中，i=1，2，…，m;j=1，2，…，n。

2.2.3 關聯函數的計算公式

(2)

2.2.4 權系數的確定 對于評價等級Mi(i=1，2，…，m)的門限值xij(j=1，2，…，n)，權系數計算公式為：

(3)

其中，bij為權系數，i=1，2，…，m;j=1，2，…，n。

2.2.5 隸屬度的計算公式

Lj(p0)=∑bijLj(vi)

(4)

其中，Lj(p0)表示待評價對象p0關于等級j的關聯度，若Lj=maxLj(p0)，則評價對象的評價等級屬j。

2.2.6 耦合度模型 耦合度反映了城市化和生態環境系統的一致性，兩系統之間的耦合度越大，表明系統之間的協調性越高[14]。耦合度公式為：

(5)

其中，f(x)為城市化隸屬度；g(x)為生態環境隸屬度，耦合度C也劃分為高、中、較低、低4個層次，按最大隸屬度確定耦合度的等級。當耦合度C的隸屬度為高時，城市化與生態環境耦合發展進入高水平耦合階段；當耦合度C的隸屬度為中時，為磨合期，城市化與生態環境的發展處于良性耦合階段；當耦合度C的隸屬度為較低時，處于城市化與生態環境頡頏時期；當耦合度C的隸屬度為低時，城市化與生態環境的發展處于低水平耦合階段。

2.3 新疆城市化與生態環境評價指標的預測

為了預測新疆未來城市化與生態環境耦合趨勢，根據2009～2014年新疆城市化與生態環境評價指標值，采用灰色系統GM(1，1)模型預測2015～2020年新疆城市化與生態環境指標值。首先對原始數列是否符合準光滑性和準指數規律進行檢驗，其次，采用文獻[15]中的模型，進行精度檢驗和模型的適用條件分析。

3 實證分析

3.1 新疆城市化與生態環境耦合發展評價

選取新疆統計年鑒(2005～2015)及新疆50年的相關指標數據，利用上述公式進行計算，評價結果見表2。

從城市化與生態環境的耦合狀況看，2014年城市化與生態環境的耦合度為高，屬高水平耦合階段，其中，城市化水平、環境質量均為低。2000～2014年城市化與生態環境的耦合度處于連續上升趨勢，其中，2000～2005年城市化與生態環境耦合度為中，屬良性耦合水平，城市化和生態環境均屬低水平；2006～2014年兩者的耦合度為高，屬高水平耦合階段，城市化和生態環境均為低水平。

從城市化水平看，2000～2014年保持為低水平，其中，人口城市化、經濟城市化、設施城市化和社會城市化均保持為低水平。

從生態環境質量看，2000～2014年保持為低水平，其中，生態環境狀況、生態環境壓力、生態環境保護均為低水平。

3.2 新疆城市化與生態環境耦合趨勢分析

對2009～2014年新疆城市化與生態環境耦合評價體系的所有指標值進行檢驗，均通過了準光滑性和準指數規律檢驗。利用灰色系統理論及應用(第三版)軟件，建立灰色系統GM(1，1)模型，得到2015～2020年新疆城市化與生態環境評價指標預測值、平均相對誤差和時間響應函數(表3)。

續表2:

年份等級人口城市化經濟城市化設施城市化社會城市化城市化水平生態環境狀況生態環境壓力生態環境保護生態環境質量耦合度中√較低低√√√√√√√√√2003高中√較低低√√√√√√√√√2004高中√較低低√√√√√√√√√2005高中√較低低√√√√√√√√√2006高√中較低低√√√√√√√√√2007高√中較低低√√√√√√√√√2008高√中較低低√√√√√√√√√2009高√中較低低√√√√√√√√√2010高√中較低低√√√√√√√√√2011高√中較低低√√√√√√√√√2012高√中較低低√√√√√√√√√2013高√中較低低√√√√√√√√√2014高√中較低低√√√√√√√√√

表3 評價指標預測模型和預測值

根據表3中2015～2020年新疆城市化與生態環境評價指標的預測值，計算出2015～2020年新疆城市化與生態環境耦合趨勢的評價結果，具體見表4。

假定按照2009～2014年新疆城市化與生態環境發展態勢，2015～2020年新疆城市化與生態環境耦合度呈下降趨勢，由2015年的高水平下降到2020年的中等水平。城市化水平保持為低水平，其中，人口城市化和設施城市化水平保持為低水平；經濟城市化水平由2014年的低，上升到2015年的較低，2018年上升到中，2019～2020年上升到高水平；社會城市化水平由2014年的低上升為2015年的中，2016～2020年上升為高水平。生態環境質量保持為低，其中，生態環境壓力保持為低；生態環境狀況由2015年的低上升到2020年的較低；生態環境保護水平由2015年的低上升為2018～2019年的較低，2020年上升為高水平。

4 結論及啟示

通過建立城市化與生態環境耦合評價指標體系，構建可拓學評價模型，分析2000～2014年新疆城市化與生態環境耦合狀況；構建灰色系統GM(1，1)模型，預測2015～2020年新疆城市化與生態環境耦合趨勢，與同類研究相比，得出的結論也更加符合實際，主要結論如下。

(1)目前，新疆城市化與生態環境是低水平的協調。2000～2014年，雖然新疆城市化和生態環境耦合水平由中上升為高，但由于人口密度不斷增大、城鎮人口比重提高緩慢使得城市化水平呈下降趨勢，圖書館、醫院床位數等設施城市化水平低，工業“三廢”處理水平、環境治理投資和清潔能源占比等生態環境壓力和生態環境保護水平低等原因，新疆城市化和生態環境均為低水平。因此，新疆城市化和生態環境屬低水平的耦合。

(2)未來，新疆城市化與生態環境耦合水平下降，但城市化與生態環境水平有所提高。2015～2020年新疆城市化與生態環境耦合水平呈下降趨勢，由高下降到中。城市化水平保持為低水平，其中，人口城市化和設施城市化水平保持為低水平；人均生產總值、第三產業增加值占地區生產總值比重、城鎮每人擁有鋪裝道路面積等水平的提高，使得經濟城市化和社會城市化水平由低上升到高。生態環境保持為低水平，其中，工業廢水排放達標率、平均每人日生活用水量、萬元GDP能耗人均工業廢氣排放量等水平的下降使得生態環境壓力保持為低水平；森林覆蓋率、建成區綠化覆蓋率、平均每人公共綠地面積等水平的提高，使得生態環境狀況由低上升到較低水平；工業廢水排放達標率、工業固體廢物綜合利用環境污染治理投資總額占新疆生產總值比重、水風電消費占總能源消費的比例水平的提升，使得生態環境保護由低上升為高水平。

雖然新疆城市化與生態環境耦合水平較高，但是城市化和生態環境水平低，有待提高，特別是人口城市化、設施城市化、生態環境壓力水平亟待提升。因此，新疆繼續推進城市化的同時，需要制定嚴格的政策措施，保護好森林、草原和水源等自然生態，增加城市綠地面積，加大工業節能減排力度，加快改善生態環境質量，促進城市化與生態環境的協調發展，是新疆當前和今后一段時期面臨的重要任務。

表4 2015～2020年新疆城市化與生態環境耦合評價結果

[1] 張曉天,劉養潔.山西省城市化與生態環境協調度分析[J].山西師范大學學報：自然科學版,2013,27(2):80-85.

[2] Mckinney M L. Urbanization as a major cause of biotic homogenization[J]. Biological Conservation, 2006, 127(3): 247-260.

[3] Zanette L R S, Martins R P, Ribeiro S P. Effects of urbanization on Neotropical wasp and bee assemblages in a Brazilian metropolis[J]. Landscape and Urban Planning, 2005,71(2/4): 105-121.

[4] Deosthali V. Assessment of impact of urbanization on climate: an application of bioclimatic index[J]. Atmospheric Environment,1999, 33(24/25): 4125-4133.

[5] 劉耀彬,宋學鋒.城市化與生態環境耦合模式及判別[J].地理科學，2005，25(4):408-414.

[6] 安瓦爾·買買提明,張小雷,塔世根·加帕爾.基于模糊數學的新疆南疆地區城市化與生態環境的和諧度分析[J].經濟地理,2010,30(2):214-219.

[7] 任芳,林忠,李曉.福州市城市化與生態環境協調性評價與分析[J].云南地理環境研究,2011,23(4):81-86.

[8] 趙安周,李英俊,衛海燕,等.西安市城市化與城市生態環境耦合協調發展研究[J].水土保持研究,2012,19(6):152-156.

[9] 曾浩,鄧宏兵.武漢市城市化與生態環境協調發展定量評價與分析[J].華中師范大學學報：自然科學版,2012,46(5):611-615.

[10] 張朝瓊,蔡廣鵬,申燕燕.貴陽市城市化與生態環境協調性測度與評價研究[J].貴州社會科學,2012,286(10):76-79.

[11] 黃金川,方創琳.城市化與生態環境交互耦合機制與規律性分析[J].地理研究,2003,22(2):211-220.

[12] 聶春霞,何倫志.中國30主要城市經濟與宜居性協調發展評價[J].新疆大學學報：哲學·人文社會科學版,2012(1):8-15.

[13] 盧麗文,張毅,李小帆,等.長江中游城市群發展質量評價研究[J].長江流域資源與環境,2014,23(10):1337-1343.

[14] 董雯,楊宇,張豫芳.綠洲城鎮發展與水土資源開發的耦合效應及其時空分異[J].資源科學,2013,35(7):1355-1362.

[15] 聶春霞,劉晏良,甘昶春.新疆城市化進程中生態預警研究[J].長江流域資源與環境,2013,22(3):126-132

(責任編輯：管珊紅)

A Study on Evaluation of Coupling between Urbanization and Eco-environment in Xinjiang Based on Extenics Theory

LI Ren, NIE Chun-xia*

(Institute of Economy Research, Xinjiang Development and Reform Commission, Urumqi 830002, China)

This paper set up evaluation indicator system and extenics evaluation model to evaluate the coupling degree between urbanization and eco-environment from 2000 to 2014 in Xinjiang, and constructed grey model to forecast the trend of coupling degree between urbanization and eco-environment from 2015 to 2020. It was concluded that the coupling degree between urbanization and eco-environment from 2000 to 2014 in Xinjiang increased from middle level to high level, but the levels of both urbanization and eco-environment were low. It was predicted that: during 2015～2020, the coupling level between urbanization and eco-environment in Xinjiang would show a decreasing trend (from high level to middle level); both the population urbanization and the facility urbanization would maintain at a low level, while both the economic urbanization and the social urbanization would rise from low level to high level; the eco-environment would keep at a low level, the pressure of eco-environment would keep at a low level, the status of eco-environment would be improved from low level to slightly low level, and the protection of eco-environment would be improved from low level to high level.

Urbanization; Eco-environment; Coupling; Extenics evaluation; Xinjiang

2016-07-13

國家自然科學基金地區科學基金項目(41661112)。

李韌(1964—)，男，安徽宿州人，高級工程師，研究方向：區域經濟學。*通訊作者：聶春霞。

F290

A

1001-8581(2017)01-0112-06