河西地區縣域城鎮化發展與生態環境空間協調度研究

魏偉,頡斌斌,王雪平,韓文超

(1.西北師范大學 地理與環境科學學院，甘肅 蘭州　730070；2.蘭州城市學院 城市經濟與旅游文化學院，甘肅 蘭州　730070；3.蘭州理工大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730050)

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河西地區縣域城鎮化發展與生態環境空間協調度研究

魏偉1,頡斌斌2,王雪平3,韓文超1

(1.西北師范大學 地理與環境科學學院，甘肅 蘭州730070；2.蘭州城市學院 城市經濟與旅游文化學院，甘肅 蘭州730070；3.蘭州理工大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730050)

運用GIS技術，結合城鎮化與生態環境協調發展的若干關聯指標，運用主成份分析法，計算了河西地區2015年以來的城鎮化水平指數和生態環境質量指數，并系統探討了二者空間協調度發展變化，確定研究區縣域城鎮發展與生態環境協調程度的等級并對協調發展模式進行了分析.結果表明：河西地區的城鎮化綜合水平呈現軸心縣市高、周圍縣市低的特點，生態環境綜合水平呈現出明顯的南高北低的態勢.河西地區20個縣市的城鎮化與生態環境協調度的變化在0.28～0.92之間.結合協調度的大小，將河西地區20個縣市劃分為很協調、較協調、一般協調、不協調和很不協調等5種地域類型；利用二者協調綜合指數的比值，將河西地區20個縣市城鎮化與生態環境的協調劃分為同步協調、城鎮化超前和生態主導3種類型.結合河西地區城鎮化與生態環境協調類型和協調模式，將20個縣市城鎮化與生態環境之間的協調分為11種組合形式.最后，針對河西地區各縣市的特點，提出城鎮化與生態環境協調發展的對策和建議.

城鎮化；生態環境；空間協調度；河西地區

0　引　言

在我國，隨著近年城市人口聚集、經濟增長、城市規模擴展以及能源資源的大量消耗，帶來了一系列生態環境問題，如區域不同景觀的演變、水土資源矛盾加劇以及環境污染等社會問題，進而威脅區域生態系統的平衡和結構功能，從而影響地區生態系統承載力[1].因此，如何取得社會經濟發展、城市有序擴張的同時，又能科學保護生態環境，是當前迫切需要解決的難題.在當前各級部門共同研究解決城市化及城市群發展的過程中，圍繞這一問題，國內外地學、生態學、經濟學等領域的專業開展了大量研究，得到了許多值得借鑒和學習的成果.從國外看，主要是從城市化對生態、環境、社會的影響[2-5]、城市化引起的生態、環境效應[6-8]以及如何促進城市健康可持續發展[9-11]等領域進行了大量研究.而國內學者則更加注重研究探討城市化過程與生態環境的脅迫機理，并借助一系列定量研究模型如庫茲涅茨曲線、協調度模型、耦合模型、高次指數模型等對其協調程度和耦合效應進行分析研究.在這方面，劉耀彬等[12-15]借助表征城市化指數和生態環境效應模型研究了城市健康發展的各種內在因素，他認為，生態環境的良好程度直接制約和決定著城市化的速度和規模；常學禮等[16-19]人利用GIS技術對干旱區綠洲內城市擴展的空間輻射效應、生態安全和沙漠化等問題進行了分析.方創琳[20-24]等人對干旱地區城市化，尤其以甘肅河西地區的城市發展與生態環境保護之間存在的各種問題和矛盾進行了分析；黃金川等[25]則根據EKC曲線和城市化S型曲線，推導出了二者耦合的曲線，通過數學推算和定量計算思想揭示了城市化與生態環境耦合的機理與過程.總體而言，目前關于城鎮化與生態環境相互影響研究主要集中在城鎮化帶來的影響、城鎮化發展的制約因素、城鎮化與生態環境共同發展、可持續發展的途徑等領域，且以我國典型城鎮和規模較大的城市群為研究對象，相比而言，對干旱區城鎮化與生態環境可持續發展途徑的研究相對不足.因此，本文在借助前人相關研究成果的基礎上，結合甘肅省河西地區城鎮化的特點，確定了表征城鎮化與生態環境協調的指標體系，并利用地理信息系統(GIS)空間分析方法和制圖可視化功能進行空間特征分析，以便確定河西地區縣域城鎮化與生態環境協調發展程度，以便為河西地區不同縣區制定城市發展規劃和生態治理規劃提供參考.

1　研究區概況

河西地區東起烏鞘嶺，西至古玉門關，南北介于南山(祁連山和阿爾金山)和北山(馬鬃山、合黎山和龍首山)間，長約900 km，寬數公里至近百公里，為西北—東南走向的狹長平地，形如走廊，稱甘肅走廊.因位于黃河以西，又稱河西走廊.行政區劃包括甘肅省的張掖、武威、酒泉、金昌和嘉峪關5個地級市，下轄20個縣市.河西地區總土地面積達2763萬hm2，占甘肅省總面積的60.6%.2009年該地區人口共有488.92萬，占全省的18.6%.河西地區境內以高山、中高山、低山丘陵、沙漠、沖洪積平原構成全流域地貌形態，地勢南高北低，自西南向東北傾斜.總體可分為南部祁連山區、中部平原區、北部荒漠區三個大的地貌單元.區域內部分為三個獨立的內陸河流域：玉門、安西、敦煌平原，屬疏勒河流域；張掖、高臺、酒泉平原，大部分屬黑河流域，小部分屬北大河水系；武威、民勤平原，屬石羊河流域.河西地區冬春二季常形成寒潮天氣.夏季降水的主要來源是侵入本區的夏季風.氣候干燥、冷熱變化劇烈，風大沙多.自東而西年降水量漸少，干燥度漸大.

2　資料與方法

2.1數據來源

本文參考使用的主要數據來源于《甘肅統計年鑒2015》以及河西地區各縣市統計年鑒、水資源公報和環境狀況公報等；還參考了《武威六十年》、《古浪縣志》、《金昌市志》、《酒泉市志》等統計資料.此外，根據甘肅省氣象臺站數據提取了各縣氣溫、降水等數據，在GIS平臺上插值成100 m×100 m柵格圖.

2.2研究方法

2.2.1縣域城鎮化與生態環境協調度指標體系構建

研究依據河西地區城鎮發展特點和目前的發展規律，在依據科學、準確、綜合和可獲得4大原則的基礎上，構建了城鎮化發展與生態環境協調度的表征體系.該指標體系由兩個一級指標(城鎮化與生態環境)、17個二級指標構成，具體指標體系如表1所示.

表1　城鎮化與生態環境協調度判別指標體系

2.2.2主成分分析賦權方法

綜合以上的分析，儒家傳統思想與高校的思想道德教育二者之間有著不解的淵源，他們相互影響，相互作用，這為我們培養青年學生的思想道德素質提供了可借鑒之處。

主成分分析是設法將原來眾多具有一定相關性的指標，重新組合成一組新的互相無關的綜合指標，來代替原來的指標的方法.通常數學上的處理就是將原來的一個指標作線性組合，作為新的綜合指標.

F=A×B

(1)

(1)式中，αij：x的協方差矩陣的特征值，i=1，…，m；j=1，…，p；xi：原始數據經標準化處理后的值，i=1，…，p.

主成分分析法按照一定比例選擇一定數量的主成分并確定各自的得分系數.該方法可用統計分析軟件SPSS來實現，具體參見文獻[12-14].在SPSS軟件中，設Fi主成分對方差的貢獻量為di，J因子在主成分Fj中的系數為αij，則i因子的權重wi為:

(2)

2.2.3城鎮化與生態環境協調度判別模型的建立

根據河西地區城鎮化發展特點和模式以及生態環境狀況，本項研究建立如下城鎮化與生態環境協調度模型：

(3)

(3)式中，wl為l級指標的權重.本次研究中，設定以生態環境與城鎮發展同步、二者同等重要為前提，故將二者權重均設定為0.5；n為一級指標的個數；Bl為一級指標的綜合指數得分.根據計算結果，可以將二者結果依據協調程度劃分為5種：(1)當協調度指數P處于0.8≤P<1時，認為城鎮化與生態環境處于很協調狀態；(2)當協調度指數P處于0.6≤P<0.8時，則認為該區域城鎮化與生態環境處于較協調狀態；(3)當協調度指數值P處于：0.4≤P<0.6，則城鎮化與生態環境處于一般協調狀態；(4)當協調度指數值P處于0.2≤P<0.4時，則認為城鎮化與生態環境處于不協調狀態；(5)同理，當協調度指數P處于0≤P<0.2，則城鎮化與生態環境處于很不協調狀態.根據計算結果，將協調度指數保存在ArcGIS平臺上，依據此5中模型進行制圖，并進行空間特征分析.

3　結果分析

3.1河西地區縣域城鎮化綜合水平的評價

用式(1)～(2)確定各指標權重并計算河西地區各縣市的城鎮化發展程度，主要從社會、經濟及人口3個方面進行了綜合評價，其結果如圖1所示.由評價結果可以看出，河西地區的嘉峪關市、金昌市金川區、張掖市甘州區、武威市涼州區、玉門市的城鎮化水平綜合評價值較高，其城鎮化綜合水平排在前5位.嘉峪關市面積小，第三產業水平較高，城鎮化水平高，是河西地區城鎮化水平最高的城市.金川區、甘州區、涼州區分別是金昌市、張掖市和武威市的首府城市，GDP收入高、非農人口比重大、二三產業水平高，總體經濟水平高.玉門市為資源型城市，石油資源相當豐富，第二產業水平高，因此使得其經濟水平也較高.古浪縣、金塔縣、高臺縣、臨澤縣、民樂縣、民勤縣、肅南縣和天柱縣均以農牧業為主，城鎮化發展水平較低.整體看來，河西地區的城鎮化水平呈現出市縣核心區高、周圍低的特點.

圖1　2015年河西地區各縣市城鎮化程度評價圖Fig.1　Integrated evaluation degree of the urbanization level of counties and cities in Hexi area in 2015

圖2　2015年河西地區各縣市生態環境評價圖Fig.2　Integrated evaluation degree of eco-environment level of counties and cities in Hexi area in 2015

3.2河西地區縣域生態環境綜合水平的評價

3.3河西地區縣域城鎮化發展與生態環境協調度

通過城鎮化與生態環境協調度模型計算了河西地區20個不同縣市城鎮化與生態環境協調程度.結果顯示(表2)，武威市涼州區的城鎮化與生態環境協調度最高，其值達0.92，而金塔縣的協調度最小，僅為0.28.為空間表達河西地區各縣市城鎮化與生態環境的協調度，通過GIS空間分析方法對研究區20個縣市的協調度進行類別劃分與可視化表達(圖3).研究結果顯示，河西地區南部協調程度較好，而北部的協調度較差.通過協調程度劃分標準將研究區劃分為以下5中類型，其結果如圖3所示.

表2　河西地區2015年各縣市城鎮化與生態環境協調度評價結果

圖3　2015年河西地區各縣市城鎮化與生態環境協調度空間分布圖Fig.3　Coordination degree between urbanization and eco-environment in Hexi area in 2015

圖4　河西地區各縣市2015年城鎮化與生態環境協調類型分布圖Fig.4　Spatial pattern of different harmony degree types in Hexi area in 2015

(1)很不協調地區：包括金塔縣和高臺縣，占河西地區縣市總數的10%.

(2)不協調地區：包括臨澤縣、民樂縣、肅北縣、安西縣、敦煌市、阿克塞和民勤縣，占河西地區縣市總數的35%.

(3)一般協調地區：包括肅南縣、酒泉市肅州區、山丹縣和永昌縣，占河西地區縣市總數的20%.

(4)較協調地區：包括玉門、張掖市甘州區、古浪縣和天祝藏族自治縣，包括河西地區縣市總數的20%.

(5)很協調地區：包括金昌市金川區、武威市涼州區和嘉峪關市，占河西地區縣市總數的15%.

3.4河西地區縣域城鎮化與生態環境協調不同模式

根據城鎮化與生態環境協調度的二者比值的分差和比值，將河西地區20個縣市城鎮化與生態環境的協調劃分為3種模式(圖4)，并根據空間分布特征進行探討和分析后得出如下結果：

(Ⅰ)同步協調模式：包括肅北縣、金塔縣、山丹縣、金昌市金川區和武威市涼州區等5個縣市，占河西地區縣市總數的四分之一.從表2可以看出，以上5個縣市中， 金昌市金川區和武威市涼州區的城鎮化與生態環境之間的協調以高水平的良好協調為主，該縣區有較高的城鎮化水平、較好的生態環境質量，因此其協調度也較高.肅北縣和金塔縣的城鎮化與生態環境的協調度屬于不協調地區類，因此以上兩縣市城鎮化與生態環境之間的協調以不協調為主，即較低的城鎮化水平、較差的生態環境質量.相比而言，山丹縣的城鎮化與生態環境的協調度屬于勉強協調區域，以城鎮化水平一般、生態環境質量也處于中等水平.

(Ⅱ)城鎮化超前模式：敦煌市、安西縣、玉門市、嘉峪關市、酒泉市肅州區和張掖市甘州區等6個縣市.以上6個縣市的城鎮化綜合水平都高于0.25，并排在前10位.其中玉門市、嘉峪關市、酒泉市和張掖市甘州區，二三產業水平較高，城鎮化建設速度快，城鎮基礎設施質量高.敦煌市、安西縣城鎮化水平要低于前面四個縣市， 但由于它們分布在河西地區的西北地區，生態環境脆弱，生態環境水平相對更低.但是，從城鎮化與生態環境的協調度的角度來看，以上6個縣市中，玉門市、嘉峪關市、酒泉市和張掖市甘州區的協調度較高，這說明一味追求城鎮化的發展對生態環境的改善具有阻礙作用.

(Ⅲ)生態主導模式：研究區的張掖市高臺縣、阿克塞、肅南縣、臨澤縣和民樂縣；武威市的民勤縣、永昌縣、古浪縣和天祝縣等，這些縣區多為農牧業大縣，以生態條件好、城鎮化水平相對較低為基本特征，通過研究發現，這些地區的城鎮化程度和生態環境發展的比值小于0.8，屬于以生態占優，城鎮化為劣的發展階段.從城鎮化與生態環境的協調度指數分布等級來分析，肅南縣、古浪縣、天祝縣和永昌縣屬于協調類型，說明這些縣區處于城鎮化的初級階段，城鎮化對生態環境破壞作用的較弱性，其余五縣市屬于不協調類型，說明過分的生態主導會限制城鎮化的發展.

結合協調類型和協調模式，將河西地區20個縣市城鎮化與生態環境之間的協調可以分為11種組合形式(表3).

表3　河西地區2015年各縣市城鎮化與生態環境協調度評價結果

4　結論與討論

(1)河西地區的城鎮化綜合水平呈現軸心縣市高、周圍縣市低的特點，生態環境綜合水平呈現出明顯的南高北低的態勢，20個縣市的城鎮化與生態環境協調度的變化在0.28～0.92之間.

(2)根據協調度大小，將河西地區20個縣市劃分為很協調、較協調、一般協調、不協調和很不協調等5種地域類型，利用城鎮化與生態環境協調度指數的大小，將研究區20個縣市城鎮化與生態環境協調度分為同步協調、城鎮化超前和生態主導3種類型.

(3)結合河西地區城鎮化與生態環境協調類型和協調模式，將20個縣市城鎮化與生態環境之間的協調分為11種組合形式，各組合形式能夠反映各縣區的當前社會經濟發展狀況，能夠為當地制定十三五規劃提供參考.

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[責任編輯：徐明忠]

Spatial coordination degree between urbanization and eco-environment in Hexi area

WEI Wei1,XIE Binbin2,WANG Xueping3,HAN Wenchao1

(1.College of Geographical and Environment Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070,China;2.School of Urban Economics and Tourism Culture, Lanzhou City University, Lanzhou 730070, China;3.School of Civil Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050,China)

This study used GIS technology, combined with the urbanization and the coordination in the several related indexes by using principal component to calculate of hexi area urbanization level index and the ecological environment quality index in 2015, and analyzed systematically the space between the coordination of hexi area, and then to determine the urbanization and the ecological environment of the coordinate level and to coordinate the development patterns are analyzed.The results showed that the comprehensive urbanization level of hexi area on high, axis counties around the characteristics of low counties, ecological environment comprehensive level obviously presented meteorological low trend.The spatial coordination degree between urbanization and eco-environment in Hexi region is in 0.28-0.92.According to the size of coordinate degree in hexi area, 20 counties is divided into the best coordination, good coordination, common coordination, no-coordination and the worst coordination.Use of the urbanization and the ecological environment comprehensive index of the ratio of the 20 counties, the urbanization and the ecological environment of the coordination is divided into synchronous harmonious type, urbanization advanced type, and type of ecological leading etc.Combined with the urbanization and the ecological environment coordinatiin type ,the urbanization and the coordination between ecological environment is divided into 11 forms.At last, according to the characteristics of the hexi area city and county, the different coordination between urbanization and ecological environment is formulated.Besides, some specific control and guide measure for promoting the coordinated development between urbanization and ecological environment in hexi corridor are also provide on the basis of the results above.

urbanization；ecological environment；spatial coordination ；Hexi area

2016-03-01；

2016-03-17

國家自然科學基金資助項目(No.41261104);甘肅省自然科學基金資助項目(No.1506RJZA129);甘肅省高等學校科研資助項目(No.2014A-015);西北師范大學青年教師科研能力提升計劃項目(No.SKQNYB14032).

魏 偉(1982-),男,甘肅莊浪人,西北師范大學講師,博士，主要從事GIS和RS的應用研究.

S181

A

1672-3600(2016)09-0047-07