城市化與生態環境耦合協調關系研究
——以山西省為例

●丁利春

一、研究背景及意義

城市化是整個社會發展、經濟、社會、文化全面發展的必然產物，是衡量一個國家或地域經濟和社會發展程度的主要標志。中國自1978 年后始終保持經濟和城市化的迅速發展。我國城市化率從17.92%增至60.60%。城市的發展大大提高了生活水平，但對生態環境的危害日益突出，如：城市中農村人口迅速增多，公共交通壓力增大，交通擁堵，空氣污染加劇等。

據統計，2017 年以來山西經濟增速已連續3 年高于全國平均水準。目前，山西以煉焦煤、冶金、電力為主，是經濟增長的重要組成部分，也是大氣污染的主要原因。山西作為我國煤炭大省，發展迅速的同時，生態環境的破壞日益嚴重。為此，有必要更加重視城市化與生態環境的協調發展，力求推動山西省在保護中開發、開發中保護。

二、研究區域概況

(一)山西省城市化發展現狀

近些年來，山西省城市化進程因其優勢區位得以快速發展，基礎設施的建設雖與其他省份存在差距但也有了較為明顯的改善。近11 年來，山西省城鎮人口占比從2009 年的45.99%提升到2019 年的59.55%。隨著山西省地區經濟的持續穩步增長（圖1）。

圖1 山西地區生產總值及其增長速度（2009—2019）

(二)山西省生態環境現狀

1.大氣環境。2019 年，11 個地級市平均監測達標232 天，有效監測達標天數占全省全年的63.6%，比2018 年下降2.9個百分點（圖2）。SO2、CO 和PM10年均濃度分別同比下降20%、4.3%和2.1%。在全省大氣污染秋冬季綜合防治試點階段，每次重污染空氣減少程度都比預測結果好，全省累計減少重污染空氣天數17 個，增加優良空氣天數59 個。高于全省平均水平的有大同、呂梁、朔州、忻州，占地級市的36.4%（資料來源：2020 年《山西省環境狀況公報》）。

圖2 2018—2019 年山西省11 個地級市達標天數

2.水環境。總體來說，山西省水環境質量穩步改善。2019年全省地表水水質屬于輕度污染。水質優良（Ⅰ～Ⅲ類）的流域斷面比重占57.0%，同比下降1 個百分點；重污染（劣Ⅴ類）的流域斷面比重占16.0%，同比大幅下降7 個百分點（圖3）。

圖3 2019 年山西省地表水水質類別比例

2019 年山西省共布設地下水環境質量監測井269 眼，實際檢測261 眼，其中Ⅱ類水質井占17.2%；Ⅲ類占54.8%；Ⅳ類占20.7%；Ⅴ類占7.3%。

3.主要污染物。2019 年，主要污染物的排放量急劇下降。與2015 年相比，SO2指標排放總量、COD、氮氧化物和氨氮排放總量指標分別降至25.8%、20.9%、17.9%和17.6%，提前完成二氧化硫總量減排目標和年度減排目標任務。雖然山西在著重發展生態環境，但仍面臨問題。山西省嚴重的環境污染問題沒有得到根本上的逆轉。產業結構、能源結構不合理、區域環境承載力嚴重超載等情況短期內不會發生根本改變。

三、城市化與生態環境耦合協調關系模型構建

(一)指標篩選與評價指標體系構建

1.數據來源。本文對于城市化與生態環境指標的分析選取工作堅持遵循科學性、代表性、全面性的基本原則，指標中的數據均來源于：山西省統計年鑒（2009—2019 年）、中國統計年鑒（2009—2019 年）、中國城市統計年鑒（2009—2019 年）、山西省政府網站、山西省生態環境廳。

2.評價指標體系構建。城市化評價指標體系中構建了人口、經濟、空間、社會城市化四個評價方面，選取了13 個評價指標，見表1。

表1 城市化評價指標體系

生態環境評價指標體系中構建了壓力、響應、效率三個評價方面，選取了10 個評價指標，見表2。

表2 生態環境評價指標體系

(二)數據標準化處理

采用極差標準化的方法對每個指標值進行處理，消除指標之間量綱的差異。標準化公式如下：

其中Xij指山西省第i年第j項指標原始值，X`ij為指標歸一化后的值。min（Xj）則是指第j項指標中最小值，max（Xj）則是指第j項各個指標中最大值，最后使標準化后的每項指標值都增加0.01。

(三)權重確定方法

表3 山西省城市化系統和生態環境系統指標權重

(四)綜合評價模型構建

城市化綜合評價模型公式：

生態環境綜合評價模型公式：

其中Ui、Ei值越大，城市化和生態環境發展狀態越好。

(五)耦合度模型和耦合協調度關系模型的構建

1.耦合度模型。耦合度是指兩個或兩個以上系統之間的相互作用力的影響，公式如下：

Ci∈[0，1]，當Ci=0 時，系統無序發展；當Ci=1 時，系統高度耦合，有序發展。耦合階段劃分如表4 所示：

表4 耦合階段劃分表

2.耦合協調度模型。耦合協調度指模型用于分析事物的協調發展水平，體現協調狀況的好壞，模型如下：

Di、Ti分別表示城市化與生態環境耦合協調度、城市化與生態環境綜合協調系數。a、b分別表示待定系數，代表對兩個子系統的貢獻度，本文中取a=b=0.5，意為城市化和生態系統同等重要。Di∈[0，1]，Di越接近0，兩系統越不協調；Di越接近1，兩系統協調狀態越好。將城市化與生態環境耦合協調類型分為以下幾類（注：當│Ui-Ei≤0.01 時，認為Ui=Ei），見表5。

表5 城市化與生態環境耦合協調類型劃分表

四、山西省城市化與生態環境耦合協調關系研究

(一)山西省城市化與生態環境綜合發展水平結果及評價

2009—2019 年山西省城市化綜合評價指數、生態環境綜合評價指數以及綜合協調指數如圖4 所示。

1.城市化發展水平結果及評價。由圖4 可知，山西省2009—2019 年城市化綜合指數逐漸上升，城市化指數從0.1100 上升至0.8381，無下降過程，波動較小，其中2016—2017 年城市化水平漲勢最明顯。由表6 可知，城市化進程綜合評價各個指標中權重排名前五的是：參加基本居民醫療保險人數、第二產業產值占比、城市人口密度、每千人擁有醫院衛生床位數、第三產業產值占比。可以看出，社會城市化和經濟城市化是推動山西省城市化發展的主要原因，隨著城市人口增加，經濟不斷發展，基礎設施不斷改善，教育、衛生、醫療推動了社會城市化的發展，從而帶動了山西省城市化的發展。

圖4 2009—2019 年山西省城市化綜合評價指數、生態環境綜合評價指數以及綜合協調指數趨勢圖

表6 山西省城市化發展水平結果

生態環境發展水平結果及評價。由圖4 可知，山西省2009—2019 年生態環境綜合指數總體呈上升趨勢，生態環境指數從0.4520 上升至0.6594，其中2015—2016 年生態環境水平漲勢最明顯。

2.由表7 可知，生態環境綜合評價各個指標中權重排名前五的是：工業廢水排放總量、工業SO2排放量、工業廢氣排放量、人均日生活用水量、工業固廢綜合利用率。可以看出，山西省生態環境整體發展不平衡，生態環境壓力和生態環境響應對山西省生態環境影響較大，特別是工業廢水、SO2、廢氣的排放，不得到有效的整治會阻礙生態環境發展，其次，生態環境狀態和響應對生態環境整體發展也有至關重要的作用。

表7 山西省生態環境發展水平結果

(二)城市化與生態環境耦合度和耦合協調度結果及評價

1.城市化與生態環境耦合度和耦合協調度結果（見表8）。

表8 山西省城市化與生態環境耦合度和耦合協調度結果

2.城市化與生態環境耦合度和耦合協調度評價。

2009—2019 年山西省城市化與生態環境協調發展趨勢圖如圖5 所示。

圖5 2009—2019 年山西省城市化與生態環境協調發展趨勢圖

山西省城市化和生態環境耦合度在2010—2019 年間平穩且有波動，11 年間城市化和生態環境在持續拮抗發展，這充分表明山西省城市化與生態環境仍在耦合均衡發展，但耦合度相對較低，說明在城市化發展推進過程中城市化和生態環境相互制約。

五、研究結論及對策建議

(一)研究結論

1.山西省城市化綜合指數逐漸上升，城市化指數從0.1100上升至0.8381，其中2016—2017 年城市化水平漲勢最明顯。社會城市化和經濟城市化是推動山西省城市化發展的主要原因。山西省2009—2019 年生態環境綜合指數總體呈上升趨勢，山西省生態環境整體發展不平衡，生態環境壓力和生態環境響應對山西省生態環境影響較大，特別是工業廢水、SO2、廢氣的排放。

2.山西省11 年間城市化和生態環境在相互拮抗發展，在山西省城市化發展過程中，會對生態環境造成負面影響，而不良的生態環境也會反過來嚴重制約城市化的健康發展。

(二)對策建議

1.優化產業結構，加速轉型升級。第二產業的快速化發展是山西城市化發展的重要原因之一，山西省以煤礦資源作為主要經濟支柱，長期勘探嚴重破壞了生態環境，造成城市化和生態環境發展的不平衡。在生態環境綜合評價指標權重排名前五中，工業指標達到3 個。在保證經濟發展的同時，不能放棄生態環境，所以要優化第二產業結構，推動第三產業發展。

在優化方面，以創新驅動為核心，創建高質量轉型發展機制。創建新興產業集群，將半導體、大數據等產業作為新的支柱產業；提高人才引進福利，吸引人才落戶；提升煤炭綠色智能安全開采技術水平，加強工業廢氣、廢水、固廢處理率，減少“三廢”排放量。

在推動方面，以文旅融合發展作為資源型經濟轉型的新引擎。注重推動山西文旅發展，提升文化軟實力，深化歷史文化和紅色文化的影響力，提高城市公共環境服務水平。

2.發展循環經濟，高效利用資源。推廣清潔能源的使用，加強企業管理，提高可持續發展水平。以碳達峰為目標，制定相關方案，推進煤礦綠色、智能開采，促進新能源的開發利用。加大固體廢物資源利用率，合理配置綠色產業鏈上下游相關業務。

3.加大治污力度，加強生態修復。山西省工業三廢的排放量遠高于處理量，不可避免會對生態環境帶來污染，應消除“先污染后治理”的傳統思想，從源頭開始處理污染問題，修復生態環境，改善山西省生態環境質量。

建立治污獎懲政策。創建區域生態環境保護紅線綜合監測管理體系，優化實施生態保護補償優惠政策；建立完善主體功能區制度，嚴格貫徹落實“三線一單”分區管控體系；完善生態環境保護評估體系、生態價值評估測算評價管理體系及綠色發展體制改革機制。

加大對煤鐵企業等的治理投入。以加快改善城市大氣環境綜合質量工作為整治核心，建立健全大氣污染聯防聯控共治機制，實時監測環境質量狀況；提升水生態環境質量，加強固廢綜合管理規劃，以減量化、資源化、無害化為原則控制固廢的源頭，對已產生的固廢進行無害化處理。

4.維持協同發展，提升協調水平。在推進城市化發展方面，提高三產產業占比，繼續提高土地資源集約綜合利用率，提升城市內部及周邊城市空間綜合利用率；按照“一主、三副、六市域中心”布局，促進周邊城市一體化協調發展；加強老舊住宅小區等改造治理力度，完善教育、醫療、社會保障服務體系，完善城市居民基礎公共服務體系建設，提高城市人民群眾生活幸福程度指數。

在生態環境保護方面，以城市化發展和居民生活質量為依托，提高生態環境水平。轉變現代城市產業發展戰略模式，加強污染防控管理，提高能源利用效率，減少對生態環境的直接危害；以碳中和為目標提升城區綠化面積，加強居民可持續發展意識，推廣生態旅游、綠色出行，從日常生活中減輕對生態環境的壓力。