京津冀地區(qū)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合協(xié)調(diào)測度分析

郭偉，薛瑩瑩，侯信華

（天津城建大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，天津300384）

京津冀協(xié)同發(fā)展是國家重大發(fā)展戰(zhàn)略，要求其區(qū)域經(jīng)濟(jì)由高速增長轉(zhuǎn)向追求高效率、綠色可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展。推進(jìn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，探究環(huán)境與經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)性，科學(xué)測度兩系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)度，有助于提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，進(jìn)一步完善環(huán)境狀況，持續(xù)推進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展程度。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系進(jìn)行了諸多探索。許多學(xué)者證實(shí)了收入和環(huán)境存在“倒U 型”關(guān)系，并將其擴(kuò)展到其他國家和地區(qū)[1-3]。區(qū)域環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的最佳選擇[4]。逯進(jìn)等從我國省域?qū)用嫒胧郑瑢δ茉础⒔?jīng)濟(jì)與環(huán)境3E 系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行探討經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系，認(rèn)為我國3E 系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)發(fā)展能力在不斷改善[5]；吳玉鳴、馬麗等通過構(gòu)建耦合度模型，認(rèn)為我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度還處于較低狀態(tài)[6-7]；宋紅麗等基于耦合理論，驗(yàn)證了協(xié)調(diào)發(fā)展是處理經(jīng)濟(jì)與環(huán)境良性發(fā)展的基礎(chǔ)[8]。

基于上述分析，國內(nèi)外學(xué)者對環(huán)境與經(jīng)濟(jì)之間關(guān)系的探索主要側(cè)重于國家和省級層面，對于區(qū)域環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的研究較少。通過構(gòu)建京津冀環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度模型、相對發(fā)展度模型，研究系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)演化規(guī)律和趨勢，力求為新常態(tài)下協(xié)調(diào)區(qū)域兩系統(tǒng)發(fā)展提供定量決策依據(jù)。

1 研究方法與指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 研究方法

1.1.1 熵權(quán)法

熵值法能夠有效、客觀地反應(yīng)指標(biāo)在評價(jià)對象中起的作用大小，適用于多種因素的綜合評價(jià)。對環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合評價(jià)來說，考慮各類指標(biāo)的相對重要程度十分必要。具體步驟如下。

（1）無量綱化處理，正、負(fù)指標(biāo)分別采用以下方式。

（2）計(jì)算比重（Pij）。

（3）計(jì)算第j 項(xiàng)指標(biāo)的熵值（Ej）。

（4）計(jì)算第j 項(xiàng)指標(biāo)的熵冗余度（Dj）。

（5）第j 項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重（Wj）。

1.1.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

“耦合”是指兩個(gè)或兩個(gè)以上相互影響系統(tǒng)的一個(gè)量度[9]。基于此，借鑒耦合理論，將環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩系統(tǒng)相互作用、彼此影響、制約的程度定義為“環(huán)境—經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)耦合度。改進(jìn)并綜合系統(tǒng)發(fā)展模型、協(xié)調(diào)度模型、耦合模型、相對發(fā)展度模型，首先評估各子系統(tǒng)的狀態(tài)，其次測算兩系統(tǒng)的耦合度并進(jìn)行評價(jià)。

（1）系統(tǒng)發(fā)展模型。

設(shè)x1，x2，x3，…，xm為評價(jià)環(huán)境系統(tǒng)的m 個(gè)指標(biāo)，y1，y2，y3…yn為評價(jià)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)的n 個(gè)指標(biāo)。綜合評價(jià)函數(shù)如下：

式中：xi、ai分別表示環(huán)境系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)及其權(quán)重；yi、bi分別代表經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)及其權(quán)重。

（2）協(xié)調(diào)度模型。

借鑒廖重斌[10]構(gòu)建的協(xié)調(diào)度模型，測算環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)平均偏離程度（EV）。

考慮系統(tǒng)間的可比性，將偏離差系數(shù)轉(zhuǎn)化為：

根據(jù)公式（9）（10）知，兩大系統(tǒng)偏離差系數(shù)越趨于0，EV越小；兩大系統(tǒng)協(xié)調(diào)度C 越趨于1，則越優(yōu)。以射線OO′、DD′、EE′表示不同的協(xié)調(diào)度，其斜率為1，其中，射線OO′的協(xié)調(diào)度最優(yōu)，其協(xié)調(diào)度值為1。當(dāng)EV=0時(shí)，f（x）=g（y），系統(tǒng)協(xié)調(diào)性達(dá)到最優(yōu)，函數(shù)值落在射線OO′上；當(dāng)EV≠0 時(shí)，若f（x）＜g（y），EV值處于射線OO′上方，表明與環(huán)境系統(tǒng)相比，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)偏差較大；反之，若f（x）＞g（y），EV值處于射線OO′下方。

由圖1可知，G、H 兩點(diǎn)的發(fā)展水平相同，但H 點(diǎn)的協(xié)調(diào)度優(yōu)于G 點(diǎn)，G 點(diǎn)兩系統(tǒng)存在偏離，表示兩系統(tǒng)協(xié)調(diào)度不佳，呈現(xiàn)出“高發(fā)展低耦合”現(xiàn)象。H、F 兩點(diǎn)的協(xié)調(diào)度相等且達(dá)到最優(yōu)，但H 點(diǎn)的發(fā)展水平高于F點(diǎn)，F(xiàn) 點(diǎn)表示系統(tǒng)呈現(xiàn)出“高耦合低發(fā)展”現(xiàn)象。

圖1 耦合度圖形解析

（3）耦合協(xié)調(diào)度模型。

為避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，構(gòu)建環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度模型如下：

式中：D 為系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度；M 為系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平，其中M=βf（x）＋γg（y），β 代表環(huán)境系統(tǒng)權(quán)重，γ 代表經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)權(quán)重，兩系統(tǒng)相互作用、相互影響程度同等重要，因此，取β=γ=0.5。

（4）相對發(fā)展度模型。

在上述分析的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步揭示系統(tǒng)間的相對發(fā)展程度。引用相對發(fā)展度模型，確定系統(tǒng)的相對發(fā)展系數(shù)：

式中：f（x）和g（y）分別代表兩系統(tǒng)的發(fā)展指數(shù)。

1.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。借鑒環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)關(guān)系已有研究成果[11－14]，遵循科學(xué)、全面、可操作的原則建立指標(biāo)體系。包括由環(huán)境污染、環(huán)境治理和環(huán)境質(zhì)量等10 項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成的環(huán)境指標(biāo)體系，由經(jīng)濟(jì)總量、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)效益等9 個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)體系。

以京津冀地區(qū)為例，選取2009—2018年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》和京津冀地方統(tǒng)計(jì)年鑒各指標(biāo)數(shù)據(jù)。指標(biāo)體系如表1所示。

表1 京津冀環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度評價(jià)指標(biāo)體系

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境與經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展指數(shù)特征

利用2008—2017年北京、天津、河北地區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)熵值法確定環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩系統(tǒng)各指標(biāo)的權(quán)重，并引入系統(tǒng)發(fā)展度模型，計(jì)算兩系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)。如表2所示。

表2 京津冀環(huán)境與經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展指數(shù)

依據(jù)表2確定京津冀地區(qū)環(huán)境指數(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展指數(shù)趨勢線并進(jìn)行擬合。如圖2和圖3所示。

圖2 京津冀環(huán)境綜合發(fā)展趨勢線及擬合關(guān)系

圖3 京津冀經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展趨勢線及擬合關(guān)系

由表2、圖2知，2008—2017年，京津冀地區(qū)環(huán)境綜合指數(shù)（U）整體呈上升態(tài)勢，增幅分別為81.6%、70.4%、172.2%。北京（Ua）、天津（Ub）、河北（Uc）環(huán)境綜合指數(shù)隨時(shí)序變化增長趨勢的擬合函數(shù)（t 指年份）如下：

2008—2013年期間，2009年北京環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù)達(dá)到峰值。從2008年舉辦奧運(yùn)會(huì)開始，環(huán)境在逐漸變好。與之相比，天津和河北的環(huán)境質(zhì)量和環(huán)保工作還有待提高。2014—2017年，2015年北京綜合環(huán)境發(fā)展指數(shù)處于谷值，可能與我國相繼出臺(tái)的一系列環(huán)保政策法規(guī)、條例給市場帶來的影響與震動(dòng)有關(guān)。

由表2、圖3知，2008—2017年，京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展指數(shù)（V）亦呈上升趨勢，增幅分別為57.7%、48.2%、85.1%。北京（Va）、天津（Vb）、河北（Vc）經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展指數(shù)隨時(shí)序變化增長趨勢的擬合函數(shù)（t 指年份）如下：

京津冀地區(qū)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩系統(tǒng)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢。值得注意的是，北京環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù)高于經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展指數(shù)，而天津、河北環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù)低于經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展指數(shù)。分析其原因：從經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)角度看，北京主要屬于產(chǎn)業(yè)污染源少、污染少的第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。作為中國的經(jīng)濟(jì)和政治中心，北京的環(huán)保事業(yè)不僅關(guān)乎人民的健康和生活質(zhì)量，還關(guān)乎國家的聲譽(yù)和國家形象。天津二三產(chǎn)業(yè)相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)水平高，污染嚴(yán)重。河北主要是高能耗企業(yè)，單一經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)及大量工業(yè)排放物，特別是工業(yè)廢氣嚴(yán)重污染的第二產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)地位。

由表2、圖2、圖3可知，從京津冀區(qū)域整體看，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)在2008—2017年均呈現(xiàn)上升態(tài)勢，綜合指數(shù)增幅分別為98.4%和60%。環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展隨時(shí)序變化增長趨勢的擬合函數(shù)（t 指年份）如下：

2008—2012年，京津冀整體環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù)低于經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展指數(shù)，并且兩系統(tǒng)有相同的上升發(fā)展趨勢，該態(tài)勢說明環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在相互關(guān)系。

2.2 環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度分析

根據(jù)京津冀環(huán)境與經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展指數(shù)，結(jié)合公式（12）、（13），得到兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度和相對發(fā)展度系數(shù)，如表3所示。

表3 京津冀環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合協(xié)調(diào)發(fā)展評價(jià)

由表3可得到京津冀地區(qū)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度趨勢線，如圖4所示。

由表3、圖4可知，京津冀區(qū)域整體的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度從0.589 提升至0.784，增幅33.1%，兩系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢明顯。區(qū)域整體耦合協(xié)調(diào)度與時(shí)序呈線性關(guān)系，其函數(shù)為（t 指年份）：

圖4 京津冀環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度趨勢線及擬合關(guān)系

此外，北京、天津、河北的耦合協(xié)調(diào)度分別從0.670、0.584、0.513 上升至0.858、0.731、0.763，增幅分別為28.1%、25.2%、48.7%。其中，天津增幅最低，河北最高，北京居中。2008—2017年，北京、天津、河北的耦合協(xié)調(diào)度隨時(shí)序呈增長趨勢，其函數(shù)擬合（t 指年份）：

2008年，河北省環(huán)境與經(jīng)濟(jì)兩系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)情況進(jìn)入磨合階段，同時(shí)也標(biāo)志了京津冀地區(qū)步入磨合階段；北京于2012年由磨合階段進(jìn)入高水平耦合階段，然而2008—2017年，天津、河北環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r一直處于磨合階段。

2.3 環(huán)境與經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展階段分析

借鑒前人關(guān)于耦合協(xié)調(diào)等級的劃分[13-14]（表4），根據(jù)兩系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度和相對發(fā)展度系數(shù)，對兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型劃分如表5所示。

表4 環(huán)境與經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

表5 京津冀環(huán)境與經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型劃分

由表5可知，京津冀環(huán)境與經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展處于磨合階段和高水平耦合階段。2008—2017年，北京的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型由IX 上升至XII，天津和河北的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型先從VIII 上升至IX，又下降至VIII，最后又上升到IX。從京津冀區(qū)域整體看，其耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型由VIII 上升至IX。

2.3.1 北京

2008—2012年，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展度處于磨合階段的IX 類，環(huán)境超前于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，系統(tǒng)趨于衰退。2013—2017年，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩系統(tǒng)由磨合階段的IX 類轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚今詈想A段的XII 類，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展特征為：環(huán)境超前于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，系統(tǒng)趨于衰退。

2.3.2 天津

2009—2013年，兩系統(tǒng)由磨合階段的VIII 類轉(zhuǎn)變?yōu)槟ズ想A段的IX 類，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的特征為：環(huán)境超前于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，系統(tǒng)趨于衰退。2014—2016年，兩系統(tǒng)由磨合階段的IX 類轉(zhuǎn)變?yōu)閂III 類，此時(shí)，環(huán)境同步于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，系統(tǒng)趨于優(yōu)化。2017年，兩系統(tǒng)再次處于磨合階段的IX 類。

2.3.3 河北

2008年，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展處于磨合階段的VIII 類，環(huán)境同步于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，系統(tǒng)趨于優(yōu)化。2009—2012年，兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度由VIII 類轉(zhuǎn)變?yōu)槟ズ想A段的IX 類，環(huán)境與經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的特征為：環(huán)境超前于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，系統(tǒng)趨于衰退。2013—2014年，兩系統(tǒng)由磨合階段的IX 類轉(zhuǎn)變?yōu)閂III 類，此時(shí)，環(huán)境同步于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，系統(tǒng)趨于優(yōu)化。2015—2017年，兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度再次處于磨合階段的IX 類。

2.3.4 京津冀

2008年，京津冀整體耦合協(xié)調(diào)度處于磨合階段的VIII 類，兩系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展特征為：環(huán)境同步于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，系統(tǒng)趨于優(yōu)化。2008—2017年，兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度由VIII 類轉(zhuǎn)變?yōu)槟ズ想A段的IX 類，環(huán)境超前于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，系統(tǒng)趨于衰退。

3 對策建議

協(xié)調(diào)好環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，既是京津冀協(xié)同發(fā)展的關(guān)鍵，更在一定程度上反映了國家現(xiàn)代化治理能力。

3.1 組建專門機(jī)構(gòu)，促進(jìn)京津冀區(qū)域環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展

京津冀現(xiàn)已設(shè)立京津冀及周邊地區(qū)大氣環(huán)境管理局，統(tǒng)籌大氣環(huán)境保護(hù)工作。在借鑒其成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)組建環(huán)保功能更加完善的跨地區(qū)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)統(tǒng)籌京津冀地區(qū)環(huán)境保護(hù)的整體規(guī)劃、整合管理和全方位監(jiān)督，全面落實(shí)京津冀區(qū)域的大氣、水、土壤污染防治。通過提升環(huán)保機(jī)構(gòu)的功能，有效整合環(huán)境治理與保護(hù)工作。

3.2 進(jìn)一步優(yōu)化京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及行業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)

在區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的雙重驅(qū)動(dòng)下，京津冀地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和行業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。但河北第二產(chǎn)業(yè)仍優(yōu)勢明顯，天津第二產(chǎn)業(yè)向第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型優(yōu)化尚未完成，環(huán)境污染問題依然嚴(yán)峻。天津和河北的耦合協(xié)調(diào)度仍然處于磨合階段，為了有效消除技術(shù)發(fā)展帶來的不對稱效應(yīng)，兩地應(yīng)該調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低第二產(chǎn)業(yè)比例，消除落后的生產(chǎn)設(shè)備。另外，要想減少不可再生能源的消費(fèi)，必須努力開發(fā)風(fēng)力能源、潮汐能源和其他可再生能源。

3.3 建立多渠道、多元化的環(huán)保投融資機(jī)制

創(chuàng)新環(huán)境保護(hù)投資和資金籌措機(jī)制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要所有社會(huì)力量的共同參與，特別是需要政府和市場的合理定位與多方協(xié)調(diào)，這樣才能形成面向各類綠色市場的投資和資金投放體系。

政府在做財(cái)政預(yù)算時(shí)，應(yīng)該考慮環(huán)境保護(hù)投資和財(cái)政收入的關(guān)系，隨著財(cái)政收入的增加，環(huán)境保護(hù)投資的強(qiáng)度也應(yīng)該提高。為體現(xiàn)環(huán)境保護(hù)投資的理念，建議京津冀成立專項(xiàng)環(huán)境保護(hù)基金，基金主要用于公共環(huán)境保護(hù)、生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和相關(guān)技術(shù)研發(fā)。