資源型城市生態與經濟協調發展及預測分析

劉 潔，雷思友

(安徽理工大學 經濟與管理學院，安徽 淮南 232001)

隨著經濟飛速發展，工業化進程加快，對資源的需求大大增加，產生大量的工業廢水、廢氣和污染物沒有得到有效處理，導致生態環境遭受嚴重污染，經濟與環境發展不平衡，以單一系統為研究對象往往無法達到預期效果。為了解決此類問題，部分學者開始以多維角度來研究生態環境與經濟的耦合協同發展。姜磊等[1]對資源、環境、經濟3個系統進行耦合分析并修正，之后推廣到n個系統；程廣斌等[2]利用TOPSIS模型計算西北地區整體經濟發展與生態環境的協調度；王穎等[3]以安順市為例，探究生態、經濟、社會系統協調發展水平及其影響因素；張琪等[4]剖析了淮南市多維關系的協調發展；田童等[5]分析了北京市各區3個系統綜合發展和協調程度。

根據已有文獻，以淮南市為例，基于2009—2018年的面板數據，構建生態環境與經濟評價指標體系，利用耦合度、協調度模型，對淮南市生態與經濟子系統進行耦合協調發展的實證分析，并根據灰色GM(1,1)預測模型預測未來5 a的發展趨勢，以期為淮南市生態與經濟的可持續發展提供參考依據。

1 材料與研究方法

1.1 研究區域概況

淮南市位于安徽省中北部，總面積5 533 km2，是一座歷史文化名城，也是能源之都、國家首批試點智慧城市[6]。2018年淮南市全年地區生產總值約1 133億元，城鎮化率64.11%，2019年淮南市地區生產總值比上年增長5.2%。淮南市能源礦產資源較豐富，既是“皖電東送”的領軍主力和“火電三峽”，也是“華東工業糧倉”，其儲量分別占安徽省與華東區域的70%和32%。正是由于大量采煤、發電，采煤沉陷區面積逐年增加，環境污染程度也在逐年提高。據預測，淮南市最終沉陷面積可能會達到700 km2，涉及全市人口的16.5%。

1.2 指標體系構建與數據來源

參考相關研究，在不違背科學性、關聯性的基礎上[7]，依據數據可獲得性、普遍性的原則，建立生態和經濟指標體系。其中，生態子系統包括園林綠地面積、化肥施用量、城市建設用地面積等16個指標，經濟子系統包括地方財政收入、固定資產投資、GDP等13個指標，具體指標體系如表1所示。

文中評價指標體系中數據的研究時段為2009—2018年，數據來源于《安徽省統計年鑒(2010—2019)》和《淮南市統計年鑒(2010—2019)》，其中，2018年淮南市的工業廢氣排放量一項數據存在缺失，將采用回歸估計法進行填補。

1.3 數據處理

借助SPSS軟件，用回歸估計法插補2018年的工業廢氣排放量的缺失值。為了消除指標數據間的不可比性[8-9]，采取最大最小標準化法，對原始數據進行無量綱處理，用熵權法確定指標權重。設原始指標數據矩陣為X=(Xij)m×n，對指標數值Xij進行如下處理：

1)最大最小標準化。

zij=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin),

(1)

zij=(Xmax-Xij)/(Xmax-Xmin).

(2)

2)計算第i年的第j項指標值所占比重。

(3)

表1 生態與經濟耦合關系評價指標體系及權重

3)計算m年n項指標的熵值。

(4)

4)計算第j項指標差異性系數及權重。

dj=1-Ej,

(5)

(6)

5)計算單一指標的評價指數及第i年的綜合評價指數。

Sij=Wj×zij,

(7)

(8)

式中：zij，Xij，Xmax，Xmin分別表示標準化值、第i年第j項指標數值、第j項指標的最大最小值；Aij為指標的比重；Ej為指標熵值，且Ej∈[0,1]；dj,Wj分別為指標差異性系數和指標權重；Sij，Si分別是單一指標發展水平和綜合指標的發展水平。

1.4 建立模型

1.4.1 耦合度模型

為研究生態與經濟系統間的相互作用及其影響程度，構建二維系統耦合度模型，計算子系統的綜合評價得分和耦合度。

(9)

(10)

式中：Bi和C分別表示子系統的綜合評價得分和耦合度，C?[0,1]。為研究生態與經濟之間的耦合度強弱，根據相關研究中的耦合度劃分標準[10-12]，將耦合度分成6種類型，分別為：無關狀態且無序發展：C=0;低水平耦合:(0,0.3];拮抗:(0.3,0.5];磨合耦合:(0.5,0.8];高水平耦合:(0.8,1);良性共振:C=1。

1.4.2 耦合協調度模型

雖然耦合度可以反映生態與經濟系統間的關聯度和耦合性的強弱，但是無法反映出系統之間的協調程度。因此，為了解系統的耦合協調程度和整體動態發展水平，引入耦合協調度模型[13-14]為

(11)

T=αS1+βS2.

(12)

式中：O，T分別表示協調度和總體效應，O?[0,1]；α,β為子系統的協調發展貢獻，α=β=0.5。為研究生態與經濟的協調程度，根據相關研究中的耦合協調類型劃分標準，將耦合協調度分為10個類型[15-16]，如表2所示。

表2 耦合協調類型劃分標準

1.4.3 灰色預測模型

為方便對指標未來的變化情況做定量預測，采用灰色預測模型[17-19]。首先，假設原始數據時間序列為A0=[a0(1)，a0(2)，…，a0(n)]，通過對原始數據A0做累加處理，生成新的序列A1=[a1(1),a1(2),…,a1(n)]，構造矩陣B，Yn，得出白化微分方程

(13)

k=1,2,…,n.

(14)

最后，對預測模型進行殘差檢驗和后驗差檢驗[20]，若檢驗結果同時滿足后驗差比值C<0.65且小誤差概率P>0.70，表明該模型通過檢驗且可得到有效的預測值，否則需要進行模型修正。

2 結果與分析

2.1 耦合協調結果分析

對數據處理后，得出子系統綜合評價指數的動態演化趨勢(見圖1)，繪制耦合度與協調度變化趨勢(見圖2)，并對其生態與經濟耦合類型及協調類型進行劃分[10](見表3)。

表3 2009—2018年淮南市生態與經濟耦合類型及協調類型

圖1 綜合評價指數動態演化趨勢

圖2 耦合度與協調度變化趨勢

由表1可知，單一指標水平較低的是一般工業固體廢物產生量，單一指標水平較高的是工業廢水排放量。2009年的經濟系統評價綜合得分最低，2012年的生態環境系統綜合得分最低，2017年生態系統和經濟系統的評價綜合得分最高。對淮南市整體發展而言，2個子系統對城市的貢獻程度依次為生態子系統(0.676 9)、經濟子系統(0.323 1)。根據擬合結果可知：淮南市整體保持上升的發展趨勢，經濟系統的發展前期較緩慢，后期迅猛，生態系統相對緩慢，呈現生態滯后型；2009—2014年生態與經濟系統間的空間差異逐漸減小，自2015年起系統間的空間差異持續增大；生態與經濟系統的擬合優度(R2)分別為0.886 3、0.768 5，說明擬合曲線與觀測值的擬合度較好。

由表3與圖2可以看出，2009—2018年淮南市生態與經濟系統的耦合度可能受經濟危機影響，2009年處于較低的磨合耦合，2010年迅速提升到高水平耦合，且2010年后一直處在0.971～1.000之間，保持高水平耦合。2011年“十二五”規劃的實施與2015年“中國制造2025”的提出，項目轉型實現新突破，其經濟與生態系統的耦合度分別增加了0.113和0.016，達到良性共振階段。同時，該市生態與經濟系統協調度從2009年協調度為0.265的中度失調類型增長到2018年協調度為0.581的勉強協調類型，呈穩步上升狀態，但耦合協調水平偏低。其中，2016年才開始由失調轉為協調，2017年協調度最高，達到初級協調。而且隨著淮南發展穩中求進，協調度從中度失調上升到初級協調。另外，在2012年的復雜形勢下，協調度降到低度失調后持續穩定上升，說明環境問題會隨著經濟發展、GDP增長等出現先改善后退化再改善的波動。

2.2 預測結果分析

將淮南市生態與經濟系統的綜合評價得分、耦合度、協調度代入灰色GM(1,1)模型中，運用灰色建模軟件對淮南市未來5 a的綜合評價得分、耦合度、協調度發展進行預測，結果如表4所示。

表4 2019—2023年淮南市生態與經濟發展預測

由表4可知，后驗差比值C<0.65且小誤差概率P>0.70，表明該模型檢驗合格且預測值有效。淮南市未來5 a將延續前10 a的穩步上升趨勢，但生態系統上升趨勢仍低于經濟系統的上升趨勢。其中，預計2019年之后4 a淮南市的生態與經濟系統將達到并維持在良性共振階段，協調度由原來的勉強協調到2019年上升至初級協調等級，預測在2020年“十三五”規劃收官之年后，協調度上升到中級協調等級，且到2023年上升到良好協調等級。

3 結論與建議

3.1 結論

通過構建相應的指標體系，對系統綜合發展水平、耦合趨勢與協調度的發展及預測進行分析，揭示出淮南市生態與經濟系統兩者間的發展存在差異性。研究結果表明：

1)在淮南市的評價指標體系中生態系統所占權重較大，生態系統和經濟系統發展較為不平衡，但淮南市整體發展呈上升趨勢。其中,經濟系統的發展前期較緩慢，后期發展迅猛，生態系統的發展后期上升緩慢，呈現生態滯后型，以至于自2015年起系統間的空間差異持續增大。

2)耦合度由磨合耦合階段迅速提升到高水平耦合階段并維持平穩，2011年和2015年達到良性共振；耦合協調度由中度失調類型增長到初級協調類型，總體呈現上升趨勢。

3)通過預測，淮南市未來5 a內生態與經濟系統的綜合評價得分、耦合度、協調度發展水平將穩步上升，但其生態子系統和經濟子系統間綜合發展速度仍存在明顯差距。其中，在2020年達到良性共振階段，2023年達到良好協調等級。

3.2 建議

1)保持經濟發展勢頭，推動高質量發展。充分利用自身鐵路運輸網絡優勢，利用皖江經濟帶、長三角一體化戰略，建設城際經濟體系，加強城市之間的聯系，擴大對外開放，發展循環經濟，緩解經濟下行壓力。加大對新興產業和科研投入，促進能源企業的新舊動能轉換，帶動非煤產業和民營經濟的發展。

2)加強生態環境保護和治理。在不突破生態底線的基礎上，適度有序地開發資源。借助皖江經濟帶和淮河生態經濟帶的建設，推進淮南市生態環境建設，加大對煤礦、電廠等行業的整合力度，徹底排查整改“三高”企業。加強對淮南市的散煤管控，加大對“三廢”的治理，有機利用廢棄礦區、沉陷區，全力整改環境較突出的問題。

3)積極推進生態與經濟協調發展。抓住長三角一體化新機遇，借助全面建成小康社會的契機，加強招商引資力度，完善基礎設施建設；綜合整治沉陷區，修復受損的生態系統，建設生態景觀，構建綠色循環生態經濟，促進生態與經濟協調發展。