李啟庚,吉子晉,張洪潮
(太原理工大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院,山西 太原 030024)
21世紀(jì)以來,伴隨國民經(jīng)濟快速發(fā)展,國家對能源的需求與日俱增。山西省作為長期穩(wěn)定供應(yīng)煤炭資源的省份,在國家經(jīng)濟建設(shè)進程中占據(jù)著重要的能源戰(zhàn)略地位。但持續(xù)高強度、大規(guī)模的開采活動導(dǎo)致山西省采煤區(qū)水土流失、環(huán)境退化、資源污染等生態(tài)風(fēng)險日益凸顯,進一步引發(fā)了經(jīng)濟發(fā)展受阻和社會矛盾加深等問題[1-2]。在新世紀(jì)生態(tài)文明建設(shè)的背景下,開展對采煤沉陷區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟、社會問題的研究具有重要的價值和意義?,F(xiàn)階段,關(guān)于煤炭資源型區(qū)域“生態(tài)—經(jīng)濟—社會”系統(tǒng)的研究主要聚焦生態(tài)、經(jīng)濟、社會單一子系統(tǒng),包括生態(tài)破壞、城市轉(zhuǎn)型、綠色發(fā)展等方面,例如劉耀等從生態(tài)效率的角度評價了煤炭城市產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[3];焦華富等從生態(tài)和經(jīng)濟視角探究了煤炭資源型城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化與發(fā)展[4-5];李炳意等基于生態(tài)足跡分析了資源型城市的可持續(xù)發(fā)展能力[6-7];張琪等分析研究了煤炭資源型城市的“生態(tài)—經(jīng)濟—社會”協(xié)調(diào)發(fā)展[8-9]。但從整體復(fù)合角度或時空層面探究采煤沉陷區(qū)“生態(tài)—經(jīng)濟—社會”多維關(guān)系協(xié)調(diào)演化規(guī)律的研究較為匱乏。
筆者采用頂層設(shè)計和自底向上的方法構(gòu)建山西省采煤沉陷區(qū)“生態(tài)—經(jīng)濟—社會”(EES)系統(tǒng)指標(biāo)體系,結(jié)合熵值法和層次分析法賦予指標(biāo)權(quán)重,利用協(xié)調(diào)發(fā)展和面板數(shù)據(jù)模型計算協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)從時間和空間兩個角度分析山西省采煤沉陷區(qū)2004—2018年EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展演化規(guī)律,從整體宏觀層面提出改善山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展的對策建議,研究結(jié)果對于推動山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
山西省煤炭資源儲量高達6 552億t,省內(nèi)有晉北、晉中、晉東三大煤炭基地,包括大同、軒崗、古交、西山等9個礦區(qū)。目前,山西省采煤沉陷區(qū)面積高達2萬多km2,有地質(zhì)災(zāi)害隱患的沉陷區(qū)共 2 146處,約有1 082 km2耕地和42.6 km2林地遭到破壞,3 309個村莊共66萬人的生產(chǎn)生活受到影響,探究并解決采煤沉陷區(qū)的生態(tài)、經(jīng)濟、社會問題意義重大。根據(jù)地理位置分布情況,可以將山西省采煤沉陷區(qū)分為晉北、晉中及晉南3個沉陷區(qū)域。
1.2.1 數(shù)據(jù)來源
選取的數(shù)據(jù)主要來源于2004—2018年《山西統(tǒng)計年鑒》[13]、《中國城市統(tǒng)計年鑒》[14],個別指標(biāo)、年份存在數(shù)據(jù)缺失,采用插值法用上一年份或鄰近年份進行補充,經(jīng)過初步搜集和處理獲得完整的面板數(shù)據(jù)。
1.2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建
基于科學(xué)性、系統(tǒng)性、層次性等原則,以及EES系統(tǒng)框架和協(xié)調(diào)發(fā)展要素分析,采用頂層設(shè)計和自底向上兩種方法來構(gòu)建山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指標(biāo)體系,確定了包含3個子系統(tǒng)、9個要素、27個底層指標(biāo)的山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價指標(biāo)體系[10-12],如表1所示。
表1 山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展評價指標(biāo)體系
注:表中帶上標(biāo)*的指標(biāo)屬性為負;各指標(biāo)后括號內(nèi)數(shù)字表示該指標(biāo)重要性權(quán)重。
對底層指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理[15]。根據(jù)指標(biāo)屬性,將指標(biāo)分類為正向和負向指標(biāo),將數(shù)據(jù)處理結(jié)果限制在[0,1]內(nèi)。處理方法如下:
正向指標(biāo)X′ij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)
(1)
負向指標(biāo)X′ij=(Xjmax-Xij)/(Xjmax-Xjmin)
(2)
式中:X′ij是Xij標(biāo)準(zhǔn)化處理之后的值;i的取值范圍是1~15(表示年份數(shù)量);j的取值范圍是1~27(表示指標(biāo)數(shù)量)。
借鑒香農(nóng)提出的熵值法及層次分析法[16],共同確定底層指標(biāo)的權(quán)重(權(quán)重計算結(jié)果見表1底層指標(biāo)列)。具體計算方法如下:
1)計算第j項指標(biāo)下第i年份指標(biāo)值的比重:
(3)
2)第j項指標(biāo)的熵值:
(4)
3)第j項指標(biāo)的信息效用值:
gj=1-ej
(5)
4)計算第j項指標(biāo)權(quán)重wj:
(6)
借鑒Ebert和Welsch[17]關(guān)于線性函數(shù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方法的研究成果,采用算術(shù)加權(quán)平均法處理底層指標(biāo)權(quán)重,得到EES系統(tǒng)各個子系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)。具體計算方法如下:
生態(tài)子系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)f(X):
(7)
經(jīng)濟子系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)f(Y):
(8)
社會子系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)f(Z):
(9)
式中:a、b、c分別為生態(tài)子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)底層指標(biāo)數(shù)量;αi、βj、γk為各個底層指標(biāo)對應(yīng)權(quán)重。
采用耦合協(xié)調(diào)度模型、發(fā)展度模型[15]構(gòu)建山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)模型。
2.3.1 耦合協(xié)調(diào)度模型
用耦合協(xié)調(diào)度模型來測度EES系統(tǒng)每個子系統(tǒng)之間相互作用、彼此影響的程度。根據(jù)容量耦合系數(shù)模型[18],推導(dǎo)EES系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度C的計算公式:
(10)
基于劉耀彬等[19]學(xué)者的研究,將山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度類型劃分6個大類:完全不耦合(C=0)、低水平耦合階段(0.01≤C<0.29)、拮抗階段(0.29≤C<0.49)、磨合階段(0.49≤C<0.79)、高水平耦合階段(0.79≤C<0.99)、完全耦合(C=1)。
2.3.2 發(fā)展度模型
采用發(fā)展度模型計算EES系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)T(可持續(xù)發(fā)展指數(shù)),這一指數(shù)主要用來反映EES系統(tǒng)總體平均發(fā)展水平。計算公式如下:
T=wf(X)f(X)+wf(Y)f(Y)+wf(Z)f(Z)
(11)
式中wf(X)、wf(Y)、wf(Z)分別為生態(tài)、經(jīng)濟、社會3個子系統(tǒng)在EES系統(tǒng)中的權(quán)重值。
2.3.3 協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)模型
結(jié)合耦合協(xié)調(diào)度模型和發(fā)展度模型,構(gòu)建協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)模型,計算協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)D。計算公式如下:
(12)
基于廖重斌[20]的研究,將山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展類型劃分為失調(diào)衰退(0≤D<0.4)、過渡調(diào)和(0.4≤D<0.6)及協(xié)調(diào)發(fā)展(0.6≤D≤1)3個區(qū)間。進一步細分為極度失調(diào)衰退(0≤D<0.1)、嚴重失調(diào)衰退(0.1≤D<0.2)、中度失調(diào)衰退(0.2≤D<0.3)、輕度失調(diào)衰退(0.3≤D<0.4)、瀕臨失調(diào)衰退(0.4≤D<0.5)、勉強協(xié)調(diào)發(fā)展(0.5≤D<0.6)、初級協(xié)調(diào)發(fā)展(0.6≤D<0.7)、中級協(xié)調(diào)發(fā)展(0.7≤D<0.8)、良好協(xié)調(diào)發(fā)展(0.8≤D<0.9)、優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展(0.9≤D<1.0)10個類別。
權(quán)重計算結(jié)果如前述表1所示。可以看出,在子系統(tǒng)中,經(jīng)濟子系統(tǒng)的比重最高。從EES系統(tǒng)內(nèi)部作用機制來看,經(jīng)濟子系統(tǒng)是子系統(tǒng)相互作用的中心環(huán)節(jié),經(jīng)濟的發(fā)展情況決定開發(fā)利用自然資源的方式,進一步影響生態(tài)環(huán)境和社會發(fā)展。所以,要實現(xiàn)山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展要從經(jīng)濟轉(zhuǎn)型入手,大力發(fā)展科技,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),進而轉(zhuǎn)變整個社會的發(fā)展方式。
在底層指標(biāo)中,反映資源利用或資源污染情況的工業(yè)廢氣排放量等指標(biāo)占生態(tài)子系統(tǒng)權(quán)重較高,最能體現(xiàn)區(qū)域生態(tài)承載力及生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力;進出口總額及地方主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)原煤產(chǎn)量等指標(biāo)占經(jīng)濟子系統(tǒng)權(quán)重較高,反映了山西省經(jīng)濟支柱煤炭產(chǎn)業(yè)的效益,產(chǎn)量越大、進出口額越多,說明當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟活力越旺盛,也說明促使經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展的動力越強勁;人均道路面積和互聯(lián)網(wǎng)使用率占社會子系統(tǒng)權(quán)重較高,這兩個指標(biāo)均反映了社會發(fā)展水平及人文環(huán)境發(fā)展情況。
3.2.1 EES系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度時序差異分析
晉北、晉中、晉南3個沉陷區(qū)的耦合協(xié)調(diào)度隨年份變化的情況如圖1所示。
(a)晉北沉陷區(qū)
從時序角度分析,山西省采煤沉陷區(qū)7個地級市從2004年到2018年的EES系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度水平都較高,遠離中心區(qū)位置,基本集中在0.8~1.0這一區(qū)間內(nèi),區(qū)域內(nèi)7個地級市EES系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度基本上處于“高水平耦合協(xié)調(diào)”階段,說明生態(tài)、經(jīng)濟、社會3個子系統(tǒng)的發(fā)展速度相當(dāng),相互之間聯(lián)系緊密,處于“一榮俱榮,一損俱損”的耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)。山西省是煤炭資源型省份,全省經(jīng)濟發(fā)展依托于煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而經(jīng)濟子系統(tǒng)作為山西省EES系統(tǒng)中基于主導(dǎo)和核心地位的系統(tǒng),對生態(tài)變化及社會進步起到引導(dǎo)作用。這種煤炭產(chǎn)業(yè)興衰決定經(jīng)濟發(fā)展,進而影響生態(tài)變化和社會進步的格局,促使生態(tài)、經(jīng)濟、社會3個子系統(tǒng)之間的聯(lián)系呈現(xiàn)密不可分、同進同退的耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)。
從整體上看,晉中沉陷區(qū)EES系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度較晉北和晉南沉陷區(qū)波動幅度較大,太原和陽泉兩個地級市EES系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度在2004年到2006年期間發(fā)生了較大幅度的波動,呈明顯從劣轉(zhuǎn)良的發(fā)展態(tài)勢。2004年之前,太原和陽泉作為省內(nèi)先行示范城市提出并實行了一系列促進生態(tài)文明建設(shè)的辦法[21],生態(tài)子系統(tǒng)快速恢復(fù)。而同時期,經(jīng)濟和社會子系統(tǒng)的發(fā)展明顯遲滯于生態(tài)子系統(tǒng)的發(fā)展,導(dǎo)致EES系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度在2004年處于較低水平。
隨著山西省煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型進入機遇期,經(jīng)濟煥發(fā)出新的活力。在這一關(guān)鍵時期要持續(xù)發(fā)揮山西省EES系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)高水平優(yōu)勢,在實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展及轉(zhuǎn)型的過程中要兼顧生態(tài)環(huán)境的修復(fù)及社會公平的推進,加大對生態(tài)修復(fù)的投資力度,大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)控制工業(yè)“三廢”的排放。同時,要著力城鎮(zhèn)化建設(shè),擴大道路面積,改善城市擁堵狀況,保證EES三系統(tǒng)協(xié)調(diào)同步,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
3.2.2 EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)時序差異分析
山西省采煤沉陷區(qū)各個區(qū)域7個地級市的協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)走勢曲線如圖2所示。
(a)晉北沉陷區(qū)
山西省采煤沉陷區(qū)7個地級市EES系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)走勢從2004到2018年基本呈現(xiàn)平穩(wěn)上升的狀態(tài),都從“嚴重失調(diào)衰退”逐步過渡到了“勉強協(xié)調(diào)發(fā)展”階段,從“失調(diào)衰退區(qū)間”發(fā)展到了“過渡調(diào)和區(qū)間”,區(qū)域EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展勁頭較足,態(tài)勢良好。
在2004年到2010年這一時期,省內(nèi)幾大國有煤炭企業(yè)迅速發(fā)展,煤炭產(chǎn)業(yè)鏈擴大,經(jīng)濟發(fā)展從粗放式開始向又快又好方向轉(zhuǎn)變,經(jīng)濟子系統(tǒng)的強勢發(fā)展拉高了EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平,EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)增速較快。從2011年到2015年這一階段,EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)呈現(xiàn)倒“U”形走勢,協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)先是緩速增長,在2012到2013年之間達到高點隨后又逐漸衰落。在這一時期,省內(nèi)幾大國有煤炭企業(yè)實現(xiàn)了規(guī)?;a(chǎn),同時也帶來了規(guī)?;?jīng)濟效益,經(jīng)濟發(fā)展速度趨緩但仍保持向上發(fā)展的態(tài)勢。與此同時,煤炭產(chǎn)能過剩、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一等問題開始凸顯,預(yù)示了經(jīng)濟發(fā)展的頹勢。2012年到2015年,國家關(guān)于企業(yè)生產(chǎn)環(huán)保政策的出臺和實施、新能源產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展、國際煤價的波動等多種外部因素的綜合影響加速了山西省內(nèi)煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一、產(chǎn)能過剩問題的爆發(fā),煤炭產(chǎn)業(yè)停滯不前,經(jīng)濟發(fā)展遇阻。EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)呈現(xiàn)出與經(jīng)濟子系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)相同的走勢。2016年到2018年這一階段,山西省煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展進入機遇期,在供給側(cè)改革背景下,山西省煤炭的減產(chǎn)任務(wù)得到了穩(wěn)固推動,產(chǎn)能過剩問題得到緩解。同時,國有企業(yè)對煤炭新型產(chǎn)業(yè)鏈的探索延伸有效解決了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一的問題,山西省經(jīng)濟開始從低迷狀態(tài)中恢復(fù)過來,經(jīng)濟子系統(tǒng)開始增速發(fā)展,由經(jīng)濟子系統(tǒng)主導(dǎo)的EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)也開始向上發(fā)展。
綜上分析,EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)演化規(guī)律主要受經(jīng)濟子系統(tǒng)發(fā)展的影響,而經(jīng)濟子系統(tǒng)的發(fā)展又取決于省內(nèi)煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。所以,實現(xiàn)山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)長期協(xié)調(diào)發(fā)展要從煤炭產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有問題入手,延伸煤炭產(chǎn)業(yè)鏈,發(fā)展煤礦勘探旅游、金融投資、房地產(chǎn)等行業(yè),解決產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一的問題;深化供給側(cè)改革,引進高新技術(shù),提高煤炭生產(chǎn)效率,緩解產(chǎn)能過剩。
根據(jù)上節(jié)時序分析的結(jié)果,選取2004、2010、2015、2018共4個年份作為時間節(jié)點,對山西省采煤沉陷區(qū)7個地級市EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)進行空間差異分析。山西省采煤沉陷區(qū)在2004、2010、2015及2018年4個時間節(jié)點上EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)的空間分布如圖3所示。
圖3 2004、2010、2015、2018年山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)空間分布
2004年,除晉中沉陷區(qū)太原市,山西采煤沉陷區(qū)7個地級市EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平均處于“中度失調(diào)衰退”階段,在空間上分布均勻,沒有表現(xiàn)出明顯的差異;2010年,在空間分布上表現(xiàn)為晉中和晉南采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平優(yōu)于晉北采煤沉陷區(qū);2015年,山西省采煤沉陷區(qū)各個地市都進入“瀕臨失調(diào)衰退”階段,空間分布均勻,發(fā)展速度相當(dāng);2018年,在空間上山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平呈現(xiàn)出晉中沉陷區(qū)陽泉和晉南沉陷區(qū)長治落后于其他地市的狀態(tài)。在2016年全省煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型之后,陽泉市和長治市的轉(zhuǎn)型發(fā)展慢于其他地市,經(jīng)濟發(fā)展受阻,以經(jīng)濟子系統(tǒng)為主導(dǎo)的EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展遲緩。
總體而言,采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)在空間上分布均勻,三大區(qū)域EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展進程相當(dāng),區(qū)域內(nèi)地市之間聯(lián)動效應(yīng)明顯,相鄰地市EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平相近。但在各個時間點都有突出的地市實現(xiàn)領(lǐng)先發(fā)展,這些地市在突破發(fā)展當(dāng)年表現(xiàn)出優(yōu)于其他地市的經(jīng)濟發(fā)展水平。所以,要實現(xiàn)采煤沉陷區(qū)全面發(fā)展,必須發(fā)揮各個區(qū)域內(nèi)領(lǐng)先地市的帶頭示范作用,加強地市之間的經(jīng)濟交流,促進企業(yè)之間的合作共贏,推動產(chǎn)業(yè)跨市聯(lián)動,發(fā)揮各地市的優(yōu)勢資源,形成經(jīng)濟帶。
從2004年到2018年,山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平總體呈上升趨勢,協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)在空間上分布均勻。晉北、晉中和晉南三大區(qū)域EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展進程相當(dāng),區(qū)域內(nèi)地市之間聯(lián)動效應(yīng)明顯,相鄰地市EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平相近。EES系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)演化規(guī)律主要受經(jīng)濟子系統(tǒng)發(fā)展的影響,而經(jīng)濟子系統(tǒng)的發(fā)展又取決于省內(nèi)煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。所以,實現(xiàn)山西省采煤沉陷區(qū)EES系統(tǒng)長期協(xié)調(diào)發(fā)展要從經(jīng)濟轉(zhuǎn)型入手,深化供給側(cè)改革,引入高新技術(shù),著力煤炭企業(yè)的綠色化改造進程,解決煤炭產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有問題。同時,要實現(xiàn)采煤沉陷區(qū)全面發(fā)展,必須發(fā)揮各個區(qū)域內(nèi)領(lǐng)先地市的帶頭示范作用,加強地市之間的經(jīng)濟交流。