黃河流域陜西段新型城鎮化和生態環境耦合協調分析

2024-09-26 00:00:00張勇劉宇豪

項目管理技術 2024年9期

摘要：構建黃河流域陜西段新型城鎮化和生態環境評價指標體系，采用熵權法計算指標權重和綜合評價指數，借助耦合協調度和空間杜賓模型分析黃河流域陜西段2008—2022年新型城鎮化和生態環境耦合協調情況，結果表明：新型城鎮化和生態環境綜合評價指數均穩定上升，但前者速度大于后者；研究區域在2008—2022年均處于高度耦合狀態，耦合協調度從瀕臨失調向中度協調發展，但總體協調水平仍不高；耦合協調影響因素中，經濟發展、政府調控、環境規制通過直接和間接效應產生正向影響，人口水平和產業結構通過直接和間接效應產生負面影響，基礎設施能力和消費水平對本地區有負向作用，對臨近地區有正向作用。

關鍵詞：

新型城鎮化；生態環境；耦合協調度；空間自相關；杜賓模型

0引言

城鎮化是伴隨工業發展，非農產業在城鎮集聚、農村人口向城鎮集中的復雜過程[1]。我國城鎮化率在改革開放后迅速提高，2023年已達到6616%[2]。新型城鎮化的發展強調順應需求，注重在保護生態的基礎上推動發展。黃河流域是我國重要的經濟地帶和生態屏障，對我國的經濟發展和生態安全起到重要作用。黃河流域陜西段的主要城市基本已進入快速發展的新型城鎮化階段，由此產生了一系列生態環境問題。在此背景下，探究黃河流域陜西段新型城鎮化和生態環境發展的耦合關系，有助于把握發展現狀，為下一步發展策略提供理論和現實依據。

新型城鎮化和生態環境的相關研究受到國內外學者的廣泛關注，通過梳理有關文獻，發現研究內容主要集中在兩個方面。第一個方面是基礎理論研究。新型城鎮化發展應堅持以人為本、注重質量型轉化，最終實現城鄉一體化[36]。目前，我國新型城鎮化發展過程中存在問題較多，可以將流動人口作為切入點，明確未來發展方向，并發揮小城市對城市化的重要作用，同時著力提升城市綠色可持續發展能力[79]。針對黃河流域的生態情況，Chen等[10]基于能值分析和多目標決策方法對我國黃河流域的生態系統健康進行評價和分析并提出優化路徑；Yv[11]構建了包含經濟、人口、社會、環境四個維度的體系，利用省級面板數據進行實證研究，發現隨著我國城鎮化逐漸增加，生態環境明顯改善且省際差異較為明顯；Henderson[12]分析了城鎮化發展規模與生態環境間的作用關系，并得出城市人口聚集過程中存在最優規模的結論；余慧婷[13]以江西地區為研究對象，使用Granget檢驗、STIRPAT模型得出兩者關系為負向且新型城鎮化的快速發展并不利于生態環境質量的改善。第二個方面是關系評價。瞿萌等[14]使用耦合協調度與交互脅迫模型探究黃河流域9省（區）面板數據，結果表明，研究期內耦合協調狀況向好發展，整體上城鎮化發展較為滯后，中東部協調等級高于西部。柯小玲等[15]以湖北省16個地級市為研究對象，發現研究區域內新型城鎮化與生態環境整體均呈現穩步上升態勢，但新型城鎮化發展相對滯后。趙建吉等[16]以黃河流域為研究對象構建隨機效應面板Tobit模型，結果表明，研究區域內的新型城鎮化與生態環境耦合度總體上處于拮抗和磨合階段，協調度總體上處于低度和中度協調水平。馮俊華等[17]以陜西省為研究對象，結合耦合協調度模型和PVAR模型，研究發現陜西省耦合協調度處于基本協調階段且各城市間差異明顯，新型城鎮化與生態環境兩系統之間有明顯的互動關系。羅麗英等[18]分析了城鎮化對生態環境的影響路徑，發現經濟增長可以改善城鎮化過程中生態環境惡化的情況，人口集聚、收入增加、產業轉移和城市擴張則會導致生態環境惡化加劇。

1研究區域與數據來源

11研究區域

黃河流域陜西段在西、北、東三面以陜西省界為邊界，南面以秦嶺主脊為界，南北長627km，東西寬400km，包含榆林、延安、銅川、渭南、西安、咸陽、寶雞和商洛共8個城市，其流域面積、人口和經濟分別占陜西全省的646%、76%、85%。本文將以上城市組合后作為黃河流域陜西段的研究區域，以2008—2022年為研究時間范圍，選取以上8個城市15年的面板數據進行研究。

12數據來源

本文研究數據來自于2008—2022年陜西統計年鑒、中國城市建設統計年鑒、陜西省各城市統計年鑒等，部分指標數據通過計算整理獲得，個別缺失數據采用線性插值法進行補齊。

2評價指標體系構建與研究方法

21評價指標體系構建

針對新型城鎮化與生態環境建立的評價指標體系表現出較強的適用性，本文參照已有的研究成果[1921]，結合科學性、可獲得性等原則，將新型城鎮劃分為人口城鎮化、經濟城鎮化和社會城鎮化三個子系統層；根據壓力狀態響應模型，將生態環境分為生態環境壓力、生態環境狀態和生態環境響應三個子系統層，確定了22個評價指標，新型城鎮化與生態環境評價指標體系見表1。

22研究方法

由于各評價指標的維度不同，無法進行直接比較，采用式（1）和式（2）分別對正向指標和負向指標進行處理，以消除維度的影響。公式如下

式中，rij表示第i個子系統的第j個指標的原始數據；xij表示標準化后的數值。

221熵權法

熵權法用于確定指標權重的客觀賦權，是進行權重計算的常見方法。本文在得出系統權重的基礎上，計算各城市新型城鎮化綜合指數U1與生態環境綜合指數U2。具體步驟如下：

（1）計算指標比重pij。公式如下

（2）計算熵值ej。公式如下

（3）計算差異性系數gj。公式如下

（4）計算指標權重wj。公式如下

（5）計算綜合評價指數U。公式如下

222相對發展度

為有效衡量兩個子系統的相對發展程度，參考已有研究，引入相對發展度模型。計算公式如下

式中，U1和U2分別為新型城鎮化綜合指數和生態環境綜合指數。若E＞1，說明生態環境發展水平相對滯后；若E＜1，說明新型城鎮化發展水平相對滯后；若E=1，說明兩系統發展水平基本相當。

223耦合協調度模型

耦合的概念來自物理學，指兩個系統或多個系統之間進行相互作用，最終系統趨于協同發展的過程[22]。耦合協調度模型常用于分析事物的協調發展水平和衡量系統之間的相互作用，因此，本文引入耦合協調度模型分析研究區域內新型城鎮化和生態環境的耦合協調程度。步驟如下：

（1）計算耦合度C。公式如下

（2）計算系統間綜合協調度T。公式如下

（3）計算耦合協調度D。公式如下

式中，耦合度C的取值范圍為[0，1]，C值越大，表明兩個子系統之間的相互作用越強；α和β為相對系數，且α+β=1，表示兩個子系統對耦合協調的作用程度。本文認為研究區域內新型城鎮化與生態環境的相互作用一致，取α=β=05。耦合協調度D取值范圍為[0，1]，D值越接近1，說明耦合協調度越高。根據已有研究，將耦合協調度與相對發展度結合并分類，耦合協調度等級劃分表見表2。

3實證分析

31新型城鎮化與生態環境水平分析

采用熵權法分別計算2008—2022年新型城鎮化與生態環境的綜合指數和相對發展度。新型城鎮化和生態環境綜合指數變化趨勢如圖1所示，新型城鎮化和生態環境相對發展度如圖2所示。由圖1可以看出，黃河流域陜西段新型城鎮化與生態環境總體呈現出穩步上升的態勢，未出現明顯的大幅變動。新型城鎮化建設由較低水平起步，生態環境初始水平明顯高于新型城鎮化的初始水平。研究期內新型城鎮化綜合指數增長較為迅速，從2008年的01725上升至2022年的04531，年均增長1084%；生態環境綜合指數增長較為緩慢，從2008年的02596上升至2022年的03187，年均增長152%，研究區域內新型城鎮化和生態環境建設總體效果良好，但后者的發展速度明顯小于前者。2008—2012年新型城鎮化綜合指數低于生態環境，發展相對滯后。2013年，《陜西省人民政府關于加快推進新型城鎮化的決定》促進新型城鎮化快速發展。由圖2可以看出，自2012年以后，新型城鎮化和生態環境相對發展度開始大于1，表明生態環境開始相對滯后，現有的生態環境并不能較好地承載城鎮化過程中出現的人口、資源、環境等壓力。

32耦合協調度分析

321區域總體分析

根據已有數據逐年計算研究期內的新型城鎮化和生態環境的耦合度和耦合協調度，新型城鎮化和生態環境耦合協調計算結果見表3。結合表3和表2可知，2008—2022年新型城鎮化與生態環境的耦合度和耦合協調度均呈現出穩定上升趨勢。從耦合度看，研究區域內新型城鎮化和生態環境的耦合度均值為09927，且每年的數值均大于09，處于高水平耦合階段，表明新型城鎮化和生態環境之間有極強的相互作用關系；從耦合協調度看，兩系統的耦合協調度均值為05365，從2008年的04600提高到2022年的06164，年均增長226%，耦合類型由瀕臨失調衰退向中度協調發展過渡。近年來，陜西省致力于將城鎮化發展與生態環境保護有機結合，通過科學規劃、技術創新等手段推進新型城鎮化，同時生態環境也得到相應改善，治理成果開始顯現。

322城市個體分析

為直觀了解研究區域內新型城鎮化和生態環境耦合協調發展的空間特征，選取2008年、2015年和2022年為代表性年份，使用ArcGIS108軟件對代表性年份的耦合協調度進行空間可視化分析，黃河流域陜西段新型城鎮化與生態環境協調發展類型圖如圖3所示。

2008年，研究區域內的耦合協調發展情況總體落后，耦合類型分別為輕度失調衰退、瀕臨失調衰退和勉強協調發展。耦合協調度高值主要分布在研究區域的中部和南部。其中，榆林市的耦合協調發展較為落后，呈現出輕度失調衰退類型；渭南市和寶雞市的耦合協調發展相對較好，已經達到勉強協調發展類型。究其原因，榆林市兩系統評價值均較低，特別是新型城鎮化綜合指數僅為009，屬于城鎮化發展滯后型城市，其溢出效應較差，導致兩系統間的相互作用差，耦合協調度低。

2015年，研究區域內的耦合類型轉為瀕臨失調衰退和勉強協調發展，各城市間的差異有所減小，空間上呈現出中部城市耦合協調度高于周邊城市的特征，雖然總體上沒有達到協調發展，但對比2008年已有階段性提升。榆林市從輕度失調衰退提升到瀕臨失調衰退，原因在于隨著社會經濟的發展，榆林市新型城鎮化綜合指數得到較大提升，年增長率達到2446%，兩系統間差距減小，耦合協調度上升；咸陽市、銅川市和西安市從瀕臨失調衰退提升到勉強協調發展；延安市、渭南市、寶雞市和商洛市發展較為停滯，原因在于這四個城市的兩系統發展速度緩慢，特別是商洛市和延安市的生態環境綜合指數出現下降，綜合指數差距被進一步拉開。

2022年，研究區域內的耦合協調發展取得較大進步，總體上呈現出北部和南部地區城市耦合協調度高于中部地區城市的特征。寶雞市、咸陽市、銅川市耦合協調度等級沒有發生改變，榆林市、延安市、渭南市、西安市、商洛市的耦合協調度均上升了一個等級，特別是商洛市和榆林市，從瀕臨失調衰退提升至中度協調發展，耦合協調度等級跨越最大。以榆林市為例，2008年榆林市城鎮化率為4628%，民用汽車擁有量為1322萬輛，園林綠化覆蓋面積為2237hm2，水土流失治理面積為176543hm2。2022年榆林市城鎮化率為623%，年均增長23%；民用汽車擁有量為9417萬輛，年均增長4082%；園林綠化覆蓋面積為5385hm2，年均增長938%；水土流失治理面積為1895890hm2，年均增長049%。2008—2022年，榆林市大力推進市政建設并優化城鎮布局，提高公共服務水平，提升土地利用率，并開展生態修復，使新型城鎮化與生態環境兩系統水平平穩步提升，耦合協調度有了明顯提升。

33空間影響因素分析

331全局空間自相關分析

全局空間自相關分析是地理信息科學中的一種統計方法，用來檢測和量化空間數據的關聯程度和分布趨勢。本文通過全局空間自相關模型，檢驗新型城鎮化和生態環境耦合協調度整體空間關聯度，使用全局MoransI指數測算。具體公式如下

式中，n為研究地區數量；xi為研究對象i的觀測值；X-為樣本均值；Wij為研究對象i和j之間的空間權重矩陣，若對象空間相鄰為1，則不相鄰為0。

MoransI指數位于[-1，1]之間，若MoransI＜0，說明研究對象之間呈現空間離散分布；若MoransI＞0，說明研究對象之間呈現空間集聚分布。本文通過ArcGIS108軟件對研究區域內的耦合協調度進行研究，測算2008—2022年的全局MoransI指數，黃河流域陜西段新型城鎮化與生態環境耦合協調度全局MoransI指數見表4。根據檢驗結果，除2020年，MoransI指數均大于零，2018年、2021年和2022年的MoransI指數不顯著。但鄰接矩陣的建立原則是相鄰有相關影響、不相鄰沒有影響，這種原則存在一定弊端[23]，即生態環境是一個整體范疇，不能簡單地通過地理上是否相鄰來判斷其空間自相關性。此外，2008—2017年MoransI指數均表現出較為明顯的顯著性，這也說明研究區域內的新型城鎮化和生態環境客觀上存在一定程度的空間自相關性。因此，從結果上看，針對全局空間自相關檢驗，雖然大多數年份能夠呈現出空間集聚狀態，但各個城市之間的發展還不均衡，仍然需要統籌規劃。

332變量說明

本文在借鑒研究成果的基礎上，結合數據的可獲得性，確定解釋變量，變量解釋表見表5。

解釋變量內容如下：

（1）經濟發展（ED）。經濟發展的水平和前景既可影響新型城鎮化進程，也可影響生態環境的保護與治理，從而影響耦合協調度發展，以人均GDP為指標。

（2）人口水平（PL）。人口水平不僅影響城鎮化進程，而且影響生態環境，以人口出生率為指標。

（3）基礎設施能力（IC）?；A設施的配套完善有利于促進城鎮化發展和生活舒適程度，促進城鎮化與生態環境和諧增長，以用水普及率為指標。

（4）政府調控（GI）。政府公共支出對城鎮化和生態環境進行干預，有助于兩者的穩定發展，以公共預算支出為指標。

（5）環境規制（ER）。環境規制要求城鎮優化布局并提升可持續發展能力，有利于恢復生態，以建成區綠化覆蓋率為指標。

（6）產業結構（IS）。產業結構有助于刺激經濟多元化發展，形成新的城鎮布局，促進資源的循環利用，以第二、三產業占GDP比重為指標。

（7）消費能力（CL）。消費能力促進區域經濟協調發展，有助于形成新的城鎮化發展模式，但也有可能導致自然壓力增大，以零售營業額為指標。

333模型選擇

空間計量模型共有三大類，分別是空間誤差模型（SEM）、空間滯后模型（SAR）和空間杜賓模型（SDM），根據本文情況建立空間杜賓模型，公式如下

式中，Dit表示被解釋變量耦合協調度；ρ表示空間自回歸系數；Wit表示空間權重；β表示解釋變量系數；θ表示空間溢出系數；vt表示雙固定效應；εt表示隨機誤差項。

本文結合已有研究并使用stata150軟件對變量進行檢驗，檢驗結果見表6。本文使用SpatialerrorLagrange模型、SpatialerrorRobustLagrange模型檢驗SEM模型；使用SpatiallagLagrange模型、SpatiallagRobustLagrange模型檢驗SEM模型，根據以上模型結果選擇SDM模型。使用Hausman模型檢驗并根據結果選取固定效應模型。使用SpatialerrAh1JfBqbgZGHt4IzcKDkFQ==orWald和SpatiallagWald模型驗證SDM模型是否會退化為SEM和SAR模型。最后，使用固定效應模型分別檢驗時間效應和個體效應，根據結果選擇使用時間個體雙固定效應。

334結果分析

實證結果匯總表見表7。根據實證結果，政府調控、環境規制和消費能力的系數分別為01101、01083和-01656且通過了1%的顯著性檢驗。該結果說明政府調控和環境規制有利于新型城鎮化和生態環境耦合協調度提升，消費能力的提升在一定程度上會反向影響耦合協調度的發展，這與預想不一致。經濟發展系數為01080，說明其對本地區的耦合協調度發展有正向促進作用。人口水平、基礎設施能力與產業結構的系數分別為-00356、-00273和-02435，未通過顯著性檢驗，說明它們對提升本地區耦合協調度有負向影響但作用不顯著。經濟水平和產業結構的空間溢出系數為02253和-22944，說明城市經濟發展水平提升會產生輻射帶動作用，而周邊地區產業結構改變可能削弱本地區的耦合協調度。

進行空間溢出效應分析時，空間關聯的存在會導致某地區的某解釋變量變化時，影響鄰近地區的被解釋變量，因此本文進一步分析各城市的直接效應、間接效應和總效應。

由表7可知，經濟發展對本地區的直接效應為正向影響但作用不明顯，間接效應為正向影響且通過1%的顯著性檢驗，說明其對鄰近地區具有正向的空間溢出效應。因此，鄰近地區間經濟發展有輻射帶動作用，經濟發展水平提升可以促進鄰近地區耦合協調發展。

人口水平對本地區和鄰近地區的直接效應和間接效應均有負向影響，且間接效應通過了1%的顯著性檢驗。這一現象的原因是人口數量與城市壓力、社會壓力相關，所導致的負面作用將影響耦合協調度。

基礎設施能力對本地區的直接效應為負向影響但不明顯，間接效應為正向影響且通過5%的顯著性檢驗，說明其具有空間溢出效應，本地區提升基礎設施建設會導致鄰近地區耦合協調度下降。

政府調控對本地區的直接效應為正向影響且通過1%的顯著性檢驗，間接效應不顯著，說明本地區政府調控能力有助于提升本地區耦合協調度。

環境規制對本地區的直接效應為正向影響且通過1%的顯著性檢驗，說明環境規制對提升本地區耦合協調度有正向影響，不論是改善環境質量還是提升資源利用效率，都有助于增強耦合協調度的穩定程度。從總效應來看，經過較長時間的作用，環境規制對提升研究地區的耦合協調度有正向影響。

產業結構對本地區的直接效應為負向影響，間接效應和總效應為負向影響且均通過1%的顯著性檢驗，具有負向的空間溢出效應。這說明產業結構對耦合協調度的發展有較明顯的負向影響。

消費能力對本地區的直接效應為負向影響且通過1%的顯著性檢驗，間接效應為正向影響但沒有通過顯著性檢驗。這是由于消費能力升級通常伴隨資源消耗增加，從而使城市壓力增大。從總效應來看，消費能力的長期穩定上升不僅有利于經濟穩步增長，也有利于公共支出增加、居民總體素質提升，可對研究區域內的耦合協調度產生較為明顯的正向影響。

4結語

根據全文分析，得出研究結論如下：

（1）根據測度結果可知：2008—2022年研究區域內各城市新型城鎮化綜合指數和生態環境綜合指數呈現出穩步上升趨勢，但增速不一致，新型城鎮化的發展速度明顯高于生態環境；兩系統的相對發展度表現為從新型城鎮化滯后轉為生態環境滯后；從不同城市角度，陜北地區的情況總體優于關中地區。

（2）根據耦合協調結果可知：2008—2022年研究區域內始終處于高度耦合；耦合協調度穩步上升，從瀕臨失調衰退向中度協調發展過渡，陜北地區上升速度較快，但總體來看耦合協調水平不高。

（3）根據實證結果可知：研究區域內的耦合協調水平不僅受本地區因素的影響，還受到鄰近地區因素的影響。經濟發展、政府調控、環境規制會通過直接效應和間接效應對耦合協調度的提高產生正向影響；人口水平、產業結構會通過直接效應和間接效應對耦合協調度提高產生負向影響；基礎設施能力和消費能力會對本地區的耦合協調度提高產生負向影響，對鄰近地區產生正向影響。

根據以上結論，提出如下建議：

（1）發展高質量、綠色科學的新型城鎮化。制訂生態友好、可持續發展的新型城鎮化規劃，推動綠色建筑和城市規劃理念，確保新型城鎮化和生態環境保護的協調發展，合理布局城鎮和農村，確保資源高效利用。

（2）建立生態環境補償與保護機制。建立科學的生態環境評價指標體系，為生態環境補償和保護提供準確的科學依據；明確生態環境補償和保護責任主體和責任范圍。

（3）加強區域合作與推動協調發展。由全局MoransI指數結果可知，新型城鎮化和生態環境的耦合協調發展具有一定的空間相關性。在區域一體化背景下，城市發展應打破靜止、獨立的傳統思維，拓展至整體空間層面，形成輻射圈，發揮高水平城市的引領作用。

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