京津冀地區環境與經濟發展耦合協調測度分析

郭偉，薛瑩瑩，侯信華

（天津城建大學經濟與管理學院，天津300384）

京津冀協同發展是國家重大發展戰略，要求其區域經濟由高速增長轉向追求高效率、綠色可持續的高質量發展。推進環境與經濟協調發展，探究環境與經濟耦合協調性，科學測度兩系統間的耦合協調度，有助于提升區域經濟發展，進一步完善環境狀況，持續推進區域協調發展程度。

近年來，國內外學者對環境與經濟發展兩系統之間的相互作用關系進行了諸多探索。許多學者證實了收入和環境存在“倒U 型”關系，并將其擴展到其他國家和地區[1-3]。區域環境和經濟的協調發展是實現可持續發展的最佳選擇[4]。逯進等從我國省域層面入手，對能源、經濟與環境3E 系統的耦合協調關系進行探討經濟與環境的協調關系，認為我國3E 系統的整體協調發展能力在不斷改善[5]；吳玉鳴、馬麗等通過構建耦合度模型，認為我國區域經濟增長與環境耦合協調發展程度還處于較低狀態[6-7]；宋紅麗等基于耦合理論，驗證了協調發展是處理經濟與環境良性發展的基礎[8]。

基于上述分析，國內外學者對環境與經濟之間關系的探索主要側重于國家和省級層面，對于區域環境與經濟發展的研究較少。通過構建京津冀環境與經濟發展耦合協調度模型、相對發展度模型，研究系統間的耦合協調演化規律和趨勢，力求為新常態下協調區域兩系統發展提供定量決策依據。

1 研究方法與指標體系構建

1.1 研究方法

1.1.1 熵權法

熵值法能夠有效、客觀地反應指標在評價對象中起的作用大小，適用于多種因素的綜合評價。對環境與經濟發展的綜合評價來說，考慮各類指標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、負指標分別采用以下方式。

（2）計算比重（Pij）。

（3）計算第j 項指標的熵值（Ej）。

（4）計算第j 項指標的熵冗余度（Dj）。

（5）第j 項指標的權重（Wj）。

1.1.2 耦合協調度模型

“耦合”是指兩個或兩個以上相互影響系統的一個量度[9]。基于此，借鑒耦合理論，將環境與經濟發展兩系統相互作用、彼此影響、制約的程度定義為“環境—經濟”系統耦合度。改進并綜合系統發展模型、協調度模型、耦合模型、相對發展度模型，首先評估各子系統的狀態，其次測算兩系統的耦合度并進行評價。

（1）系統發展模型。

設x1，x2，x3，…，xm為評價環境系統的m 個指標，y1，y2，y3…yn為評價經濟發展系統的n 個指標。綜合評價函數如下：

式中：xi、ai分別表示環境系統標準化指標及其權重；yi、bi分別代表經濟發展系統標準化指標及其權重。

（2）協調度模型。

借鑒廖重斌[10]構建的協調度模型，測算環境和經濟發展系統平均偏離程度（EV）。

考慮系統間的可比性，將偏離差系數轉化為：

根據公式（9）（10）知，兩大系統偏離差系數越趨于0，EV越小；兩大系統協調度C 越趨于1，則越優。以射線OO′、DD′、EE′表示不同的協調度，其斜率為1，其中，射線OO′的協調度最優，其協調度值為1。當EV=0時，f（x）=g（y），系統協調性達到最優，函數值落在射線OO′上；當EV≠0 時，若f（x）＜g（y），EV值處于射線OO′上方，表明與環境系統相比，經濟系統偏差較大；反之，若f（x）＞g（y），EV值處于射線OO′下方。

由圖1可知，G、H 兩點的發展水平相同，但H 點的協調度優于G 點，G 點兩系統存在偏離，表示兩系統協調度不佳，呈現出“高發展低耦合”現象。H、F 兩點的協調度相等且達到最優，但H 點的發展水平高于F點，F 點表示系統呈現出“高耦合低發展”現象。

圖1 耦合度圖形解析

（3）耦合協調度模型。

為避免出現上述現象，構建環境與經濟發展系統耦合協調度模型如下：

式中：D 為系統的耦合協調度；M 為系統的綜合發展水平，其中M=βf（x）＋γg（y），β 代表環境系統權重，γ 代表經濟發展系統權重，兩系統相互作用、相互影響程度同等重要，因此，取β=γ=0.5。

（4）相對發展度模型。

在上述分析的基礎上，需要進一步揭示系統間的相對發展程度。引用相對發展度模型，確定系統的相對發展系數：

式中：f（x）和g（y）分別代表兩系統的發展指數。

1.2 指標體系構建

環境與經濟的協調發展是實現可持續發展的必然要求。借鑒環境與經濟發展的協調關系已有研究成果[11－14]，遵循科學、全面、可操作的原則建立指標體系。包括由環境污染、環境治理和環境質量等10 項指標構成的環境指標體系，由經濟總量、經濟結構、經濟效益等9 個指標構成的經濟發展指標體系。

以京津冀地區為例，選取2009—2018年《中國統計年鑒》和京津冀地方統計年鑒各指標數據。指標體系如表1所示。

表1 京津冀環境與經濟發展耦合協調度評價指標體系

2 結果與分析

2.1 環境與經濟綜合發展指數特征

利用2008—2017年北京、天津、河北地區相關數據，根據熵值法確定環境與經濟發展兩系統各指標的權重，并引入系統發展度模型，計算兩系統的綜合發展指數。如表2所示。

表2 京津冀環境與經濟綜合發展指數

依據表2確定京津冀地區環境指數、經濟發展指數趨勢線并進行擬合。如圖2和圖3所示。

圖2 京津冀環境綜合發展趨勢線及擬合關系

圖3 京津冀經濟綜合發展趨勢線及擬合關系

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

2008—2013年期間，2009年北京環境綜合發展指數達到峰值。從2008年舉辦奧運會開始，環境在逐漸變好。與之相比，天津和河北的環境質量和環保工作還有待提高。2014—2017年，2015年北京綜合環境發展指數處于谷值，可能與我國相繼出臺的一系列環保政策法規、條例給市場帶來的影響與震動有關。

由表2、圖3知，2008—2017年，京津冀地區經濟綜合發展指數（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）經濟綜合發展指數隨時序變化增長趨勢的擬合函數（t 指年份）如下：

京津冀地區環境與經濟發展兩系統呈現快速發展態勢。值得注意的是，北京環境綜合發展指數高于經濟綜合發展指數，而天津、河北環境綜合發展指數低于經濟綜合發展指數。分析其原因：從經濟結構角度看，北京主要屬于產業污染源少、污染少的第三產業結構。作為中國的經濟和政治中心，北京的環保事業不僅關乎人民的健康和生活質量，還關乎國家的聲譽和國家形象。天津二三產業相當，經濟水平高，污染嚴重。河北主要是高能耗企業，單一經濟結構及大量工業排放物，特別是工業廢氣嚴重污染的第二產業占主導地位。

由表2、圖2、圖3可知，從京津冀區域整體看，環境與經濟發展系統在2008—2017年均呈現上升態勢，綜合指數增幅分別為98.4%和60%。環境與經濟發展隨時序變化增長趨勢的擬合函數（t 指年份）如下：

2008—2012年，京津冀整體環境綜合發展指數低于經濟綜合發展指數，并且兩系統有相同的上升發展趨勢，該態勢說明環境與經濟發展存在相互關系。

2.2 環境與經濟發展耦合協調度分析

根據京津冀環境與經濟綜合發展指數，結合公式（12）、（13），得到兩系統的耦合協調度和相對發展度系數，如表3所示。

表3 京津冀環境與經濟發展耦合協調發展評價

由表3可得到京津冀地區環境與經濟發展耦合協調度趨勢線，如圖4所示。

由表3、圖4可知，京津冀區域整體的環境與經濟發展耦合協調度從0.589 提升至0.784，增幅33.1%，兩系統協調發展態勢明顯。區域整體耦合協調度與時序呈線性關系，其函數為（t 指年份）：

圖4 京津冀環境與經濟發展耦合協調度趨勢線及擬合關系

此外，北京、天津、河北的耦合協調度分別從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、河北的耦合協調度隨時序呈增長趨勢，其函數擬合（t 指年份）：

2008年，河北省環境與經濟兩系統耦合協調情況進入磨合階段，同時也標志了京津冀地區步入磨合階段；北京于2012年由磨合階段進入高水平耦合階段，然而2008—2017年，天津、河北環境與經濟的耦合協調發展狀況一直處于磨合階段。

2.3 環境與經濟耦合協調發展階段分析

借鑒前人關于耦合協調等級的劃分[13-14]（表4），根據兩系統耦合協調度和相對發展度系數，對兩系統的耦合協調發展類型劃分如表5所示。

表4 環境與經濟耦合協調發展等級劃分標準

表5 京津冀環境與經濟耦合協調發展類型劃分

由表5可知，京津冀環境與經濟耦合協調發展處于磨合階段和高水平耦合階段。2008—2017年，北京的耦合協調發展類型由IX 上升至XII，天津和河北的耦合協調發展類型先從VIII 上升至IX，又下降至VIII，最后又上升到IX。從京津冀區域整體看，其耦合協調發展類型由VIII 上升至IX。

2.3.1 北京

2008—2012年，環境與經濟協調發展度處于磨合階段的IX 類，環境超前于經濟發展，影響經濟發展，系統趨于衰退。2013—2017年，環境與經濟發展兩系統由磨合階段的IX 類轉變為高水平耦合階段的XII 類，環境與經濟發展的耦合協調發展特征為：環境超前于經濟發展，影響經濟發展，系統趨于衰退。

2.3.2 天津

2009—2013年，兩系統由磨合階段的VIII 類轉變為磨合階段的IX 類，環境與經濟耦合協調發展的特征為：環境超前于經濟發展，影響經濟發展，系統趨于衰退。2014—2016年，兩系統由磨合階段的IX 類轉變為VIII 類，此時，環境同步于經濟發展，系統趨于優化。2017年，兩系統再次處于磨合階段的IX 類。

2.3.3 河北

2008年，環境與經濟協調發展處于磨合階段的VIII 類，環境同步于經濟發展，系統趨于優化。2009—2012年，兩系統的耦合協調度由VIII 類轉變為磨合階段的IX 類，環境與經濟耦合協調發展的特征為：環境超前于經濟發展，影響經濟發展，系統趨于衰退。2013—2014年，兩系統由磨合階段的IX 類轉變為VIII 類，此時，環境同步于經濟發展，系統趨于優化。2015—2017年，兩系統的耦合協調度再次處于磨合階段的IX 類。

2.3.4 京津冀

2008年，京津冀整體耦合協調度處于磨合階段的VIII 類，兩系統耦合協調發展特征為：環境同步于經濟發展，系統趨于優化。2008—2017年，兩系統的耦合協調度由VIII 類轉變為磨合階段的IX 類，環境超前于經濟發展，影響經濟發展，系統趨于衰退。

3 對策建議

協調好環境和經濟發展的關系，既是京津冀協同發展的關鍵，更在一定程度上反映了國家現代化治理能力。

3.1 組建專門機構，促進京津冀區域環境與經濟協調發展

京津冀現已設立京津冀及周邊地區大氣環境管理局，統籌大氣環境保護工作。在借鑒其成功經驗的基礎上，應組建環保功能更加完善的跨地區環境保護機構，負責統籌京津冀地區環境保護的整體規劃、整合管理和全方位監督，全面落實京津冀區域的大氣、水、土壤污染防治。通過提升環保機構的功能，有效整合環境治理與保護工作。

3.2 進一步優化京津冀地區產業結構及行業技術結構

在區域協調發展和環境保護的雙重驅動下，京津冀地區產業結構和行業技術結構不斷優化。但河北第二產業仍優勢明顯，天津第二產業向第三產業轉型優化尚未完成，環境污染問題依然嚴峻。天津和河北的耦合協調度仍然處于磨合階段，為了有效消除技術發展帶來的不對稱效應，兩地應該調整產業結構，降低第二產業比例，消除落后的生產設備。另外，要想減少不可再生能源的消費，必須努力開發風力能源、潮汐能源和其他可再生能源。

3.3 建立多渠道、多元化的環保投融資機制

創新環境保護投資和資金籌措機制是一項系統工程，需要所有社會力量的共同參與，特別是需要政府和市場的合理定位與多方協調，這樣才能形成面向各類綠色市場的投資和資金投放體系。

政府在做財政預算時，應該考慮環境保護投資和財政收入的關系，隨著財政收入的增加，環境保護投資的強度也應該提高。為體現環境保護投資的理念，建議京津冀成立專項環境保護基金，基金主要用于公共環境保護、生態產業技術創新和相關技術研發。