沈 明，沈 鐳，張 超，劉立濤，鐘 帥，3

(1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京100101;2.中國科學(xué)院大學(xué)研究生院，北京100049;3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)人文經(jīng)管學(xué)院，北京100083)

0 引言

協(xié)調(diào)度是可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，研究系統(tǒng)協(xié)調(diào)性的主要目的在于監(jiān)測(cè)相互矛盾或相互制約子系統(tǒng)的兼容性，以保證整體發(fā)展的協(xié)調(diào)性和持續(xù)性［1］。從研究尺度來看，中國資源—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)性研究經(jīng)歷了“全國—區(qū)域—省域”的發(fā)展過程，逐步體現(xiàn)出具體問題具體分析和分類研究的思想［2-4］。如陳長杰等基于可持續(xù)發(fā)展的PREEST模型對(duì)中國1980—2000年經(jīng)濟(jì)、資源系統(tǒng)發(fā)展協(xié)調(diào)性進(jìn)行了系統(tǒng)定量評(píng)價(jià)，認(rèn)為這期間中國經(jīng)濟(jì)資源系統(tǒng)發(fā)展勢(shì)頭良好，具有較高的相關(guān)協(xié)調(diào)性［5］。涂正革以30個(gè)省份的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)分析環(huán)境技術(shù)效率，得出各區(qū)域資源環(huán)境和工業(yè)增長的協(xié)調(diào)情況，并認(rèn)為西部較中東部地區(qū)的工業(yè)和環(huán)境失衡更加嚴(yán)重［6］。薛靜靜等運(yùn)用全局主成分分析法和ArcGIS空間分析技術(shù)等對(duì)中國八大經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和能源效率水平進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)，研究表明中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源效率水平呈線狀分布和面狀擴(kuò)展特點(diǎn)，協(xié)調(diào)水平從東部沿海向中西部內(nèi)陸遞減［7］。洪開榮等對(duì)中國中部六省“資源—環(huán)境—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)”協(xié)調(diào)水平進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，認(rèn)為中部六省在1999—2010年間協(xié)調(diào)發(fā)展程度不高且地區(qū)差異明顯［8］。焦兵引入“資源詛咒”假說，通過面板數(shù)據(jù)模型實(shí)證考察陜西省油氣能源和經(jīng)濟(jì)增長的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)雖然油氣資源開發(fā)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長起顯著正效應(yīng)，但引入技術(shù)和人力資源變量后其促進(jìn)效應(yīng)將大大減弱［9］。張閃閃通過構(gòu)建能源—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)環(huán)境指標(biāo)體系并運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)、熵值法等方法，綜合評(píng)價(jià)河南省能源—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)度，得出子系統(tǒng)發(fā)展水平及兩兩協(xié)調(diào)關(guān)系［10］?？梢?，對(duì)細(xì)分區(qū)域進(jìn)行協(xié)調(diào)性分析是未來研究的趨勢(shì)，資源稟賦的不均衡和特殊的地理環(huán)境也決定了需要因地制宜地看待能源—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)問題。目前，以資源經(jīng)濟(jì)類型、地理區(qū)位條件和生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)的研究尚較缺乏，需要進(jìn)一步加強(qiáng)以此為切入點(diǎn)的針對(duì)性分析［11］。

陜西省作為能源輸出大省，能源經(jīng)濟(jì)對(duì)其發(fā)展具有重要的拉動(dòng)作用［12-14］，且在資源條件、地理區(qū)位和生態(tài)環(huán)境上具有顯著的特殊性:第一，陜西省擁有豐富的能源資源，是中國西煤東運(yùn)、西氣東輸、西電東送的重要基地，而相比能源消費(fèi)，陜西省能源供給對(duì)本省乃至全國的能源供給安全均具有更顯著的意義。第二，陜西省脆弱的生態(tài)環(huán)境決定了其能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特殊性。一方面，陜西省生態(tài)環(huán)境具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型繁多、變化性強(qiáng)等特點(diǎn)，整體生態(tài)環(huán)境較為脆弱，干旱和半干旱的氣候環(huán)境下可利用土地及水資源都極度缺乏;另一方面，能源開采行業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞性強(qiáng)，地表及地下破壞和污染嚴(yán)重且耗水量大，這種矛盾關(guān)系要求陜西省在制定發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)需多方考慮，科學(xué)布局。目前關(guān)于能源—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)大量研究主要集中在能源消費(fèi)與增長的相互關(guān)系上［15-20］，較少有從供給角度出發(fā)研究能源經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)性問題，因此，從能源供給的角度分析陜西省能源供給、經(jīng)濟(jì)增長與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系更切合陜西省能源開發(fā)利用的現(xiàn)實(shí)情況。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀

2002—2012年間陜西省經(jīng)濟(jì)快速增長，GDP年均增速在9%～15%。2013年陜西省GDP總值16 045億元，是2000年的8.9倍。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看，陜西省第二產(chǎn)業(yè)的比重超過40%，并長期占據(jù)主導(dǎo)地位。雖然2009年受到全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響第二產(chǎn)業(yè)比重略有下調(diào)，但總體仍呈現(xiàn)攀升的趨勢(shì)，2012年達(dá)55.9%。根據(jù)陜西省政府網(wǎng)站公布數(shù)據(jù)，陜西省第二產(chǎn)業(yè)主要由能源化工業(yè)、裝備制造業(yè)、有色冶金工業(yè)、食品工業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、紡織服裝工業(yè)、計(jì)算機(jī)通信及其他電子設(shè)備制造業(yè)八大支柱工業(yè)構(gòu)成。2012年，八大工業(yè)的產(chǎn)值占陜西省第二產(chǎn)業(yè)總值的97.9%。其中，能源化工業(yè)對(duì)整個(gè)第二產(chǎn)業(yè)總值的貢獻(xiàn)率達(dá)到了61.14%，是支撐第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿ΑＳ纱丝梢?，陜西省?jīng)濟(jì)是以第二產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)，整體經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)快速發(fā)展的局面，而經(jīng)濟(jì)的快速增長主要源于豐富的能源物質(zhì)基礎(chǔ)。

1.2 主要能源供給現(xiàn)狀

1.2.1 煤炭供給。煤炭資源主要分布在渭北、彬長和陜北地區(qū)，其中，榆林年產(chǎn)煤2.57億t，占全省總產(chǎn)量的71.17%。陜西煤炭以低硫、低磷、低灰、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤和化工用煤為主，現(xiàn)已探明加預(yù)測(cè)儲(chǔ)量1 470億t，占全國探明儲(chǔ)量的11%左右。目前國家規(guī)劃重點(diǎn)建設(shè)的13個(gè)大型煤炭基地中，陜西省有神東、陜北和黃隴3個(gè)基地。陜西省大部分煤炭調(diào)往省外。2012年供省內(nèi)消費(fèi)煤炭有15 292.84萬t，占32.7%。調(diào)出省外的煤炭總量(含出口)達(dá) 31 474.48萬 t，占總量的 67.3%。

1.2.2 石油供給。石油資源主要分布在陜北地區(qū)的榆林、延安兩市，區(qū)域面積8萬km2，屬于特低滲透油田。石油預(yù)測(cè)資源總量約40億t，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量19億t，居全國第5位。陜西省石油資源主要輸往省外，2012年輸出比例高達(dá)61.23%。

1.2.3 天然氣供給。天然氣資源主要分布在陜北地區(qū)的榆林、延安兩市，區(qū)域面積8萬km2。天然氣預(yù)測(cè)資源量11.7萬億m3，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量1.2萬億 m3，居全國第3位。天然氣甲烷含量95% ～98%，熱值35 579～36 835 kJ/m3。陜西省的天然氣省外輸出所占比例較大。2000—2011年，陜西省天然氣省外輸出比例年均69.14%，2011年輸出比例更達(dá)77.30%。

基于經(jīng)濟(jì)增長、產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)率、能源產(chǎn)業(yè)占二產(chǎn)比例、能源省內(nèi)外供給比例等數(shù)據(jù)的倒推和定性分析，發(fā)現(xiàn)陜西省經(jīng)濟(jì)增長主要依靠能源。但因陜西省能源絕大部分輸往省外，故而在能源經(jīng)濟(jì)上屬于供給型，與中東部省份有明顯差異。

2 能源供給與經(jīng)濟(jì)和生態(tài)協(xié)調(diào)性分析

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

基于陜西省供給型能源經(jīng)濟(jì)增長特點(diǎn)，以能源供給為切入點(diǎn)分析能源—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)(3E)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性問題，基于現(xiàn)有研究成果構(gòu)建能源供給與經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。選取2001—2012年共12年的數(shù)據(jù)樣本，主要數(shù)據(jù)來源于歷年的《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》。需要說明的是，能源供給總量是指一個(gè)區(qū)域通過自身能力(包括產(chǎn)能和庫存)所能夠提供的所有能源，以能源供給總量、能源供給彈性系數(shù)和人均能源供給量表示。其中，能源供給量=一次能源生產(chǎn)量+能源期初庫存量-能源期末庫存量(不包含區(qū)域以外能源的調(diào)入量以及進(jìn)口量);能源供給彈性系數(shù)=能源供給量年平均增長速度/國民經(jīng)濟(jì)年平均增長速度。

2.2 指標(biāo)權(quán)重確定

指標(biāo)權(quán)重的確定主要有主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法和綜合集成賦權(quán)法［21-23］。主觀賦權(quán)法有德爾菲法、環(huán)比評(píng)價(jià)法以及層次分析法;客觀賦權(quán)法有因子分析法、熵值法、變異系數(shù)法及主成分分析法;綜合集成賦權(quán)法有加法集權(quán)法和乘法集權(quán)法，是主觀判斷與客觀考究的結(jié)合。為避免過分依賴單一的方法，采用綜合集成賦權(quán)法，結(jié)合主觀的層次分析法和客觀的熵值法來確定權(quán)重，設(shè)定主客觀評(píng)判各占50%，得到各指標(biāo)權(quán)重(表1)。

表1 能源供給與經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性分析指標(biāo)體系Tab.1 3E index system for coordination degree evaluation

2.3 系統(tǒng)發(fā)展水平

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法，是由模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，通過使用期望把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，即對(duì)受多種因素影響的事物或者對(duì)象做出總體評(píng)價(jià)。模糊綜合評(píng)價(jià)具有系統(tǒng)性強(qiáng)、結(jié)果清晰的特點(diǎn)，適用于解決非確定性問題。

設(shè)能源供給、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)的發(fā)展水平分別為EA、EB、EC，其期望值公式為:E=P × ω。式中:P為無綱量化后的標(biāo)準(zhǔn)矩陣;ω為n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重所組成的向量。由此可以分別得到3個(gè)子系統(tǒng)的發(fā)展水平(表2)，而后在子系統(tǒng)不同年份各自發(fā)展水平的基礎(chǔ)上分別賦予1/3的權(quán)重，即E*=(EA+EB+EC)/3，由此計(jì)算得到整體發(fā)展水平(表2)。

表2 2001—2012年陜西省能源供給與經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平Tab.2 The 3E system developmental level in Shaanxi Province from 2001 to 2012

結(jié)果顯示，2001—2012年，陜西省的能源供給、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境以及整個(gè)系統(tǒng)發(fā)展水平總體呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)(圖1)。發(fā)展階段上，3個(gè)子系統(tǒng)在2004年以前發(fā)展不斷增速，2005—2007年間發(fā)展水平略有下降，2007年以后逐漸提升;發(fā)展差異性上，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的發(fā)展波動(dòng)性明顯高于其他兩類，能源供給子系統(tǒng)則呈現(xiàn)出平穩(wěn)增長的趨勢(shì)，整體上三者在趨勢(shì)上是保持一致的。

圖1 2001—2012年陜西省能源供給與經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平趨勢(shì)Fig.1 Trend of the 3E system developmental level in Shaanxi Province from 2001 to 2012

2.4 系統(tǒng)協(xié)調(diào)度

在得出各子系統(tǒng)以及系統(tǒng)整體的發(fā)展水平的基礎(chǔ)上可進(jìn)一步求得各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度以及整體協(xié)調(diào)度。

式中:E*表示系統(tǒng)整體發(fā)展水平;d Ei/d t表示子系統(tǒng)i的發(fā)展增速;d E*/d t表示系統(tǒng)整體的發(fā)展增速，且［d E*/d t］t= ［(E*)t-(E*)t-1］/(E*)t-1;SAB 表示系統(tǒng)A和系統(tǒng)B的協(xié)調(diào)度。結(jié)合前文所得系統(tǒng)發(fā)展水平數(shù)據(jù)可得到相應(yīng)的每一年的子系統(tǒng)發(fā)展協(xié)調(diào)度(圖2)。

圖2 2002—2012年陜西省能源供給與經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度Fig.2 The 3E subsystem coordination degree in Shaanxi Province from 2002 to 2012

根據(jù)協(xié)調(diào)度模型可知，當(dāng)d Ei/d t＜d E*/d t時(shí)，表明子系統(tǒng)的發(fā)展速度超過了系統(tǒng)整體的速度，即子系統(tǒng)發(fā)展過快;相應(yīng)地，當(dāng)d Ei/d t＞d E*/d t時(shí)，表明子系統(tǒng)的發(fā)展速度不及整體速度，即子系統(tǒng)發(fā)展較慢;只有當(dāng)d Ei/d t=d E*/d t時(shí)，系統(tǒng)之間才處于協(xié)調(diào)狀態(tài)，且此時(shí)的協(xié)調(diào)度達(dá)到最大狀態(tài)為1。

基于目前協(xié)調(diào)性研究經(jīng)驗(yàn)，將協(xié)調(diào)水平處于［0，0.2)區(qū)間視為瀕臨失調(diào)，［0.2，0.4)區(qū)間視為勉強(qiáng)協(xié)調(diào)，［0.4，0.6)區(qū)間視為中級(jí)協(xié)調(diào)，［0.6，0.8)區(qū)間視為良好協(xié)調(diào)，［0.8，1)區(qū)間視為優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)，當(dāng)協(xié)調(diào)水平為1時(shí)即達(dá)到完全協(xié)調(diào)。從能源供給、經(jīng)濟(jì)增長、生態(tài)環(huán)境兩兩相關(guān)協(xié)調(diào)度(圖3)可以看出，兩兩協(xié)調(diào)度大部分的時(shí)間序列點(diǎn)都落在0.6～1.0內(nèi)即良好和優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)水平，且2010年以來一直處于優(yōu)質(zhì)水平，反映了陜西省能源供給、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境三者大致處于同步協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

圖3 2002—2012年陜西省能源供給與經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境兩兩相關(guān)協(xié)調(diào)度Fig.3 Pairwise correlation coordination degree of the 3E system in Shaanxi Province from 2002 to 2012

2.5 系統(tǒng)協(xié)調(diào)度波動(dòng)率

為了進(jìn)一步探究能源供給、經(jīng)濟(jì)增長和生態(tài)環(huán)境三者間的協(xié)調(diào)關(guān)系特點(diǎn)，通過計(jì)算協(xié)調(diào)度波動(dòng)率對(duì)協(xié)調(diào)度水平的波動(dòng)性進(jìn)行分析，其中，協(xié)調(diào)度波動(dòng)率=(本年度協(xié)調(diào)水平-上年協(xié)調(diào)度水平)/上年協(xié)調(diào)度水平。結(jié)果顯示:(1)2004—2010年陜西省能源、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)出較大波動(dòng)。其中2005年能源與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度波動(dòng)率最大，達(dá)到了38.84%，與2008年的極低值-32.78%相比，波動(dòng)率超過70%;(2)2004年以前和2010年以后這兩段時(shí)間中協(xié)調(diào)度的波動(dòng)性呈緩和趨勢(shì);(3)2003—2012年間，能源供給、經(jīng)濟(jì)增長和生態(tài)環(huán)境的波動(dòng)性具有較高的一致性(圖4)。

圖4 2003—2012年陜西省能源供給與經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度波動(dòng)率Fig.4 Coordination degree volatility of the 3E system in Shaanxi Province from 2003 to 2012

3 結(jié)論

基于陜西省特殊的供給型能源經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，結(jié)合定性及定量分析方法對(duì)陜西省能源供給、經(jīng)濟(jì)增長和生態(tài)環(huán)境三者間協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行實(shí)證研究，結(jié)果表明:(1)陜西省能源供給、經(jīng)濟(jì)增長與生態(tài)環(huán)境間具有較高的協(xié)調(diào)性，在高強(qiáng)度能源供給的前提下，2002年以來陜西省三者之間基本處于良好或優(yōu)質(zhì)的協(xié)調(diào)水平。(2)陜西省能源供給、經(jīng)濟(jì)增長和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)關(guān)系波動(dòng)大，2004—2010年陜西省能源、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)出較大波動(dòng)。其中，極高值為2005年的38.84%，極低值為2008年的-32.78%，波動(dòng)幅度超過70個(gè)百分點(diǎn)，不穩(wěn)定性強(qiáng)。(3)能源供給、經(jīng)濟(jì)增長和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度對(duì)能源供給變化具有較高的敏感性。結(jié)合協(xié)調(diào)度的波動(dòng)規(guī)律和能源供給水平的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，兩者恰好在2003—2010年之間同時(shí)呈現(xiàn)出較強(qiáng)波動(dòng)性，且在時(shí)間點(diǎn)上波動(dòng)幅度具有較高的一致性。因此，三者間的協(xié)調(diào)關(guān)系對(duì)能源供給變化的敏感性較強(qiáng)，雖然協(xié)調(diào)程度水平較高，但一定程度上是建立在能源供給的高水平前提之下。

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