趙安周，李英俊，衛(wèi)海燕，陳曉紅

（1.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，西安710062；2.北京師范大學(xué) 資源學(xué)院，北京100875）

自西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施以來(lái)，我國(guó)西部的城市化進(jìn)程明顯加快，在城市化發(fā)展過(guò)程中，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成了一系列的影響，尤其是大中城市。分析其城市化的驅(qū)動(dòng)因素，緩解城市化進(jìn)程與城市生態(tài)環(huán)境的矛盾，對(duì)科學(xué)地指導(dǎo)城市規(guī)劃，保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。

19世紀(jì)90年代，E.Howard首先提出田園城市［1］的概念，之后許多學(xué)者開(kāi)始關(guān)注協(xié)調(diào)城市化與生態(tài)環(huán)境矛盾的方法和途徑，并且涌現(xiàn)出大量的理論和實(shí)踐成果。在國(guó)外，Grossman和Krueger通過(guò)對(duì)42個(gè)國(guó)家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和環(huán)境污染程度的關(guān)系研究，提出了“環(huán)境庫(kù)茲涅茨倒U型曲線EKC”假設(shè)［2］；Reinhard Madlener等為了估算出城市化對(duì)城市資源的影響，從與城市密切相關(guān)的城市生產(chǎn)、交通、運(yùn)輸和城市基礎(chǔ)設(shè)施入手，發(fā)現(xiàn)各部門機(jī)制不同城市對(duì)資源的需求不同［3］；T.Tonkaz和 M.Cetin以土耳其的半干旱地區(qū)為例，利用Mann-Kendall檢驗(yàn)的方法，對(duì)其城市化和土地利用類型對(duì)其極端氣溫的影響進(jìn)行了研究［4］。相對(duì)于國(guó)外的研究而言，國(guó)內(nèi)關(guān)于城市化與資源環(huán)境二者關(guān)系的研究起步于20世紀(jì)80年代，吳永嬌等［5］應(yīng)用遙感解譯技術(shù)、GIS技術(shù)，在社會(huì)福利最大化和綠色GDP等理論的基礎(chǔ)上，模擬了在不同社會(huì)條件下西安市生態(tài)環(huán)境對(duì)城市化的響應(yīng)，并得出西安市城市最有擴(kuò)張是在2021年；喬標(biāo)和方創(chuàng)琳［6］在系統(tǒng)科學(xué)理論的基礎(chǔ)上構(gòu)建了城市化系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)耦合模型，并把其分為低級(jí)協(xié)調(diào)共生、協(xié)調(diào)發(fā)展、極限發(fā)展和螺旋式上升四個(gè)周期演化階段；周忠學(xué)［7］對(duì)西安市南郊地區(qū)城市化與生態(tài)服務(wù)功能之間的關(guān)系進(jìn)行了定量分析；沈洪艷等［8］根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，對(duì)我國(guó)城市建設(shè)中的生態(tài)問(wèn)題進(jìn)行了分析，并以石家莊為例，提出建設(shè)生態(tài)城市的策略；陳菁［9］將地學(xué)信息圖譜和層次分析法相結(jié)合，建立了福建省城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系信息圖譜。

西安市是我國(guó)西北地區(qū)最大的城市，近年來(lái)其城市化進(jìn)程十分迅速。本文引入灰色關(guān)聯(lián)度及耦合協(xié)調(diào)度模型，從時(shí)間維度對(duì)西安市的城市化與生態(tài)環(huán)境之間的演變規(guī)律進(jìn)行研究，以期促進(jìn)城西安城市化與生態(tài)系統(tǒng)良性互動(dòng)發(fā)展，從而建立起西安市城市化與生態(tài)環(huán)境相互作用的協(xié)調(diào)發(fā)展機(jī)制。

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 研究區(qū)概況

西安市地處關(guān)中平原中部，東經(jīng)107°40′—109°49′，北緯33°39′—34°45′，是中國(guó)西北地區(qū)第一大城市，現(xiàn)有9區(qū)（雁塔區(qū)、蓮湖區(qū)、碑林區(qū)、新城區(qū)、長(zhǎng)安區(qū)、灞橋區(qū)、臨潼區(qū)、閻良區(qū)、未央?yún)^(qū)）4縣（戶縣、周至縣、藍(lán)田縣、高陵縣），總面積10 108km2。境內(nèi)河流眾多，發(fā)源于其南部的秦嶺，隨著近些年來(lái)人口的不斷增多、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，其城市化進(jìn)程明顯加快，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也日益突出。

1.2 研究方法

1.2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析方法 采用灰色關(guān)聯(lián)度模型，對(duì)西安市城市化水平與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，首先需要對(duì)原始指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，方法如公式（1）和（2）。

對(duì)于正向指標(biāo)，指標(biāo)越大越好，計(jì)算方法為：

對(duì)于負(fù)向指標(biāo)，指標(biāo)越小越好，計(jì)算方法為：

關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算方法見(jiàn)公式（3）［10］：

關(guān)聯(lián)系數(shù)為各個(gè)時(shí)刻之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，由于關(guān)聯(lián)系數(shù)比較多，過(guò)于分散，為了便于比較，將各個(gè)時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)集中于一個(gè)值，本文采用求平均值的方法對(duì)其進(jìn)行處理，其公式為：

通過(guò)比較各關(guān)聯(lián)度γij的大小，可以篩選出生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)中對(duì)城市化發(fā)展的影響比較大的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，若γij＝1，說(shuō)明是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的某項(xiàng)指標(biāo)與城市化系統(tǒng)ZXi（t）的關(guān)系密切，且變化規(guī)律完全相同；若0＜γij＜1，γij的值越大，說(shuō)明關(guān)聯(lián)性越強(qiáng)，值越小，說(shuō)明關(guān)聯(lián)性越弱。具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 關(guān)聯(lián)系數(shù)γij的劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 耦合協(xié)調(diào)度模型 利用耦合協(xié)調(diào)度模型可以有效地評(píng)判城市化進(jìn)程與生態(tài)環(huán)境相互耦合的協(xié)調(diào)程度，其計(jì)算公式為［11］：

式中：D——協(xié)調(diào)度；C——耦合度，其計(jì)算公式為Cn＝｛（u＊1u＊2…u＊n）／∏（ui＋uj）｝1／n，本文中取n＝2，當(dāng)0＜C≤0.3，系統(tǒng)處于低水平耦合階段，0.3＜C≤0.5，系統(tǒng)處于頡頏階段，0.5＜C≤0.8，表明系統(tǒng)處于磨合階段，0.8＜C＜1，系統(tǒng)處于高水平耦合階段；T為城市化進(jìn)程與資源環(huán)境的綜合協(xié)調(diào)指數(shù)，在實(shí)際中，最好使T∈（0，1），α，β為待定系數(shù)，由于城市化系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)同等重要，因此α，β同取0.5，U1、U2分別為城市化系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)得分，計(jì)算方法如下［12］：

第i個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合水平得分：

式中：Xij——第i個(gè)樣本第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的值；max（Xj），min（Xj）——所有樣本中第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值和最小值；m——評(píng)價(jià)樣本數(shù)；n——指標(biāo)數(shù)。

根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度D的大小，將城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)類型劃為：0＜D≤0.4，為低度協(xié)調(diào)的耦合；0.4＜D≤0.5，為中度協(xié)調(diào)的耦合；0.5＜D≤0.8，為高度協(xié)調(diào)的耦合；0.8＜D＜1，為極度協(xié)調(diào)的耦合。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究數(shù)據(jù)主要來(lái)源于西安市統(tǒng)計(jì)局；國(guó)家統(tǒng)計(jì)局西安調(diào)查隊(duì)主編的《西安市統(tǒng)計(jì)年鑒》（1997—2011年）和國(guó)家統(tǒng)計(jì)局城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查司主編的《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》（1997—2011年），個(gè)別年份有數(shù)據(jù)缺失采用插值法補(bǔ)齊，部分指標(biāo)數(shù)據(jù)為計(jì)算后的結(jié)果。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建及權(quán)重的確定

城市化是指人口向城市集中和農(nóng)村轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘械倪^(guò)程，是一個(gè)涉及人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等諸多方面的復(fù)雜過(guò)程［13］。因此本文在借鑒前人的研究成果［14－15］的基礎(chǔ)上構(gòu)建城市化綜合測(cè)度指標(biāo)體系：（1）人口城市化。主要包括非農(nóng)人口占全市人口比重，市區(qū)人口占全市人口的比重，第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員占全市從業(yè)人員的比重，城市人口密度；（2）經(jīng)濟(jì)城市化，主要包括人均GDP，第三產(chǎn)業(yè)比重，第三產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比，人均地方財(cái)政收入；（3）社會(huì)城市化，主要包括每萬(wàn)人擁有在校大學(xué)生人數(shù)，每萬(wàn)人擁有衛(wèi)生技術(shù)人數(shù)，城市人均生活用電量，每萬(wàn)人擁有公交車數(shù)目，這樣構(gòu)成了12個(gè)綜合反映西安市城市化的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。生態(tài)環(huán)境指標(biāo)主要涵蓋以下3個(gè)方面：（1）生態(tài)環(huán)境狀況，主要包括人均道路面積、人均公共綠地面積、人均耕地面積；（2）生態(tài)環(huán)境壓力，主要包括工業(yè)廢水排放量、工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)固體廢棄物排放量、人均生活用水量；（3）生態(tài)環(huán)境建設(shè)，主要包括建成區(qū)綠地率、污水處理率、生活垃圾清運(yùn)量、工業(yè)固體廢棄物綜合利用率。這樣構(gòu)成了11個(gè)綜合反映西安市生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

根據(jù)公式（6）—（7），計(jì)算出城市化綜合發(fā)展水平各指標(biāo)所占的權(quán)重等值，見(jiàn)表2。從表中可以得出，三個(gè)子系統(tǒng)的權(quán)重值分別為0.313 4，0.376 6，0.309 9，其中經(jīng)濟(jì)城市化對(duì)城市化綜合水平的貢獻(xiàn)率最大；指標(biāo)層中權(quán)重值最大的兩個(gè)指標(biāo)為人均地方財(cái)政收入（0.134 3）和人均 GDP（0.097 6），對(duì)西安市城市化進(jìn)程影響最大，權(quán)重值最小的兩個(gè)指標(biāo)為城市人均生活用電量（0.058 4）和第三產(chǎn)業(yè)比重（0.068 8）。同理計(jì)算出西安市生態(tài)環(huán)境的各個(gè)指標(biāo)權(quán)重。從表1中還可以看出建成區(qū)綠地率、污水處理率的權(quán)重分別為0.147 1和0.129 6，對(duì)西安市生態(tài)環(huán)境的影響是最大。

表2 西安市城市化水平及其生態(tài)環(huán)境壓力指標(biāo)體系

3 結(jié)果與分析

3.1 西安市城市化與生態(tài)環(huán)境綜合水平測(cè)度結(jié)果

根據(jù)公式（8）—（9），計(jì)算出西安市城市化綜合水平，這里的城市化綜合水平是根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)所計(jì)算出的結(jié)果，能夠較為準(zhǔn)確地反映一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和城市建設(shè)所允許和達(dá)到的城市化水平，并不表示真實(shí)的城市化率，只代表城市化的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，西安市城市化水平的結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，自1996年以來(lái)，西安市城市化綜合水平呈逐年上升趨勢(shì)，并且自2000年以后其城市化進(jìn)程明顯加快。

同理計(jì)算出西安市生態(tài)環(huán)境綜合水平（圖2），從圖中可以看出，西安市生態(tài)環(huán)境綜合水平呈現(xiàn)波動(dòng)增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，1999年的生態(tài)環(huán)境綜合水平數(shù)值最小，說(shuō)明生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最壞，2010年的生態(tài)環(huán)境綜合水平數(shù)值最大，表明生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最好。從1999年到2010年，西安市生態(tài)環(huán)境綜合水平數(shù)值具有上升的趨勢(shì)（個(gè)別年份除外），表明西安市生態(tài)環(huán)境綜合水平正在向好的方向發(fā)展。

圖1 1996－2010年西安市城市化綜合水平演變過(guò)程

圖2 1996－2010年西安市生態(tài)環(huán)境綜合水平演變過(guò)程

3.2 西安市城市化與生態(tài)環(huán)境的灰色關(guān)聯(lián)度分析

城市化與生態(tài)環(huán)境兩個(gè)系統(tǒng)中各要素之間的關(guān)系是復(fù)雜的，通過(guò)公式（3）和（4）計(jì)算出城市化與生態(tài)環(huán)境各要素之間的灰色關(guān)聯(lián)度，結(jié)果顯示其灰色關(guān)聯(lián)度都大于0.5，屬于中度相關(guān)或較強(qiáng)相關(guān)，說(shuō)明西安市城市化水平與生態(tài)環(huán)境之間聯(lián)系緊密，為進(jìn)一步揭示二者之間的關(guān)系，對(duì)得出的結(jié)果進(jìn)行排序，分別得到了生態(tài)環(huán)境對(duì)城市化的主要約束因素和城市化對(duì)生態(tài)環(huán)境脅迫的主要因素。

（1）生態(tài)環(huán)境對(duì)城市化的主要約束因素表現(xiàn)在人均耕地面積、工業(yè)廢水、廢氣、固體廢棄物的排放等對(duì)城市化發(fā)展的約束和限制，同時(shí)由于城市工業(yè)三廢的排放量日益增大，對(duì)城市未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃產(chǎn)生不利的影響，這就是生態(tài)環(huán)境對(duì)城市化的負(fù)反饋?zhàn)饔?。通過(guò)計(jì)算西安市生態(tài)環(huán)境與城市化各指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度，結(jié)果均大于0.6，屬于較強(qiáng)相關(guān)，具體在生態(tài)環(huán)境的11項(xiàng)指標(biāo)中，與城市化關(guān)聯(lián)度由大到小排序的指標(biāo)依次為人均耕地面積（0.663 7）、工業(yè)固體廢棄物排放量（0.655 0）、工業(yè)廢水排放量（0.654 5）、工業(yè)廢氣排放量（0.645 5）、人均生活用水量（0.642 7）、工業(yè)固體廢棄物綜合利用率（0.639 7）、均道路面積（0.632 3）、生活垃圾清運(yùn)量（0.632 0）、人建成區(qū)綠地率（0.631 1）、人均公共綠地面積（0.630 7）、污水處理率（0.624 3）。它們主要從生態(tài)環(huán)境建設(shè)、生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境狀況等方面表現(xiàn)生態(tài)環(huán)境對(duì)城市化進(jìn)程的影響。

（2）城市化對(duì)生態(tài)環(huán)境脅迫的主要因素表現(xiàn)在城區(qū)面積的擴(kuò)大、城市公共服務(wù)設(shè)施的完善、城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人口的增長(zhǎng)等方面，在城市化進(jìn)程中，由于人類的生產(chǎn)活動(dòng)，向自然環(huán)境中排放大量廢棄物從而使生態(tài)環(huán)境惡化，政府等有關(guān)部門不斷擴(kuò)大城區(qū)面積，增加公共綠地面積等，改變了原來(lái)的城市地域景觀，從而改變了生態(tài)環(huán)境，通過(guò)公式（3）和（4），計(jì)算出城市化的12項(xiàng)指標(biāo)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的灰色關(guān)聯(lián)度，依次為人口密度 （0.778 8）、非農(nóng)人口比重（0.769 5）、每萬(wàn)人擁有衛(wèi)生技術(shù)數(shù)（0.767 5）、第三產(chǎn)業(yè)比重（0.760 8）、每萬(wàn)人擁有在校大學(xué)生人數(shù)（0.759 6）、第三產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)比（0.758 3）、人均生活用電量（kw·h／人）（0.755 4）、每萬(wàn)人擁有公交車數(shù)目（0.754 7）、人均地方財(cái)政收入人均 GDP（0.752 2）、市區(qū)人口比重（0.749 3）、第三產(chǎn)業(yè)人員比重（0.749 1），主要從人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面反映城市化進(jìn)程對(duì)生態(tài)環(huán)境的脅迫作用。

3.3 西安市城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合度分析

根據(jù)公式（5），計(jì)算出西安市城市化水平與城市生態(tài)環(huán)境的耦合度和耦合協(xié)調(diào)度（圖3），從圖3可知，西安市城市化水平與城市生態(tài)環(huán)境耦合度數(shù)值自1996年以來(lái)都處于0.457 1～0.5之間，說(shuō)明西安市城市化水平與城市生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系一直處于頡頏階段，隨著城市化水平進(jìn)程的加快，西安市城市化的發(fā)展對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的壓力越來(lái)越明顯，資源的過(guò)度利用及工業(yè)三廢的大量排放造成的生態(tài)環(huán)境的破壞；從耦合協(xié)調(diào)度來(lái)看，在1996—2010年期間，其值為0.448 8～0.670 6，表明城市化發(fā)展與城市生態(tài)環(huán)境的關(guān)系由中低協(xié)調(diào)耦合向高度協(xié)調(diào)耦合階段發(fā)展。具體可以劃分為兩個(gè)階段，第一階段為1996—2000年，其耦合協(xié)調(diào)度數(shù)值處于0.45～0.49之間，該階段為中度協(xié)調(diào)耦合階段，城市在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過(guò)程中的生產(chǎn)、生活廢物的排放已經(jīng)成為城市今后可持續(xù)發(fā)展的主要障礙；第二階段為2001—2010年，其耦合協(xié)調(diào)度數(shù)值處于0.50～0.67，屬于高度協(xié)調(diào)耦合階段，該階段耦合協(xié)調(diào)度的數(shù)值較上個(gè)階段呈現(xiàn)明顯上升，這是由于進(jìn)入21世紀(jì)后，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，西安市有關(guān)部門加強(qiáng)了城市生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，同時(shí)一些先進(jìn)的技術(shù)開(kāi)始引入到企業(yè)中，使工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物減少，從而使西安市城市化與城市生態(tài)環(huán)境的關(guān)系得到緩和，趨于協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖3 1996－2010年西安市城市化水平與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)間變化

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

（1）自1996年以來(lái)，西安市的城市化進(jìn)程不斷加快，且人口城市化、經(jīng)濟(jì)城市化、社會(huì)城市化是推動(dòng)城市化進(jìn)程的三個(gè)主要?jiǎng)恿σ蜃印?/p>

（2）西安市生態(tài)環(huán)境的綜合水平數(shù)值呈現(xiàn)波動(dòng)上升的發(fā)展趨勢(shì)，1999年西安市城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最壞，2010年西安市城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最好。

（3）通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度分析表明，人均耕地面積、工業(yè)固體廢棄物等生態(tài)環(huán)境壓力指標(biāo)是影響西安市城市化的最主要因素，而人口密度、第三產(chǎn)業(yè)比重等社會(huì)經(jīng)濟(jì)城市化指標(biāo)是脅迫生態(tài)環(huán)境的主要原因。

（4）西安市城市化與城市生態(tài)環(huán)境耦合度的時(shí)序變化表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)性，城市化與城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展關(guān)系以頡抗階段為主；城市化與城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度基本處于中高度協(xié)調(diào)水平。

4.2 討 論

本文以西安市為例，從人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)三個(gè)子系統(tǒng)出發(fā)，構(gòu)建了西安市的城市化綜合水平指標(biāo)體系，從生態(tài)環(huán)境狀況、生態(tài)環(huán)境壓力和生態(tài)環(huán)境建設(shè)三個(gè)子系統(tǒng)出發(fā)構(gòu)建了生態(tài)環(huán)境指數(shù)，涉及到城市化水平與生態(tài)環(huán)境水平的指標(biāo)頗多，本文只選取了一些具有代表性的指標(biāo)，許多相關(guān)的指標(biāo)還未涉及到，從而避免單一賦權(quán)法的缺陷。同時(shí)今后應(yīng)對(duì)不同性質(zhì)、不同職能的城市進(jìn)行研究，以便客觀、準(zhǔn)確、全面地反映城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系。

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