武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展定量評價與分析

曾 浩，鄧宏兵

（1.中國地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430074；2.中國地質(zhì)大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，武漢 430074）

城市化是指人口向城市地區(qū)集中和農(nóng)村地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘械貐^(qū)，城市空間不斷擴大的過程［1］.城市化不僅促進了經(jīng)濟社會的發(fā)展，同時也對生態(tài)環(huán)境造成了破壞.近年來，隨著武漢市城市化進程的加快，武漢市建成區(qū)面積已由2000年的209.99km2擴展到2010年的500km2［2］，到2020年，武漢市建成區(qū)面積將達到800km2［3］，城市人口的逐年增加，表明武漢市已進入快速城市化階段.但快速城市化的發(fā)展必將與水、大氣、土地、生物等生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生沖突，日益短缺的資源和逐漸突出的環(huán)境已成為城市發(fā)展的制約因素，因而如何協(xié)調(diào)好城市化與生態(tài)環(huán)境的建設(shè)與發(fā)展，已成為城市經(jīng)濟社會環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的迫切任務(wù)［4］.

1 研究進展與意義

城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展已引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注.Sukopp.H等（1988）利用數(shù)理建模的思想研究城市發(fā)展與其環(huán)境演變的交互作用機理［5］；Jeffrey等（2001）從生態(tài)學(xué)的角度，對俄勒岡州和華盛頓西部地區(qū)城市化引起的土地利用與土地覆被變化的生態(tài)意義進行了評價［6］；黃金川、方創(chuàng)琳（2003）對城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合機制與規(guī)律性進行了分析［7］；宋學(xué)峰、劉耀彬（2006）采用系統(tǒng)動力學(xué)模型，分析了江蘇省城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合機理與其動態(tài)模擬［8］；喬標、方創(chuàng)琳（2006）運用系統(tǒng)科學(xué)理論實證研究干旱區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的動態(tài)耦合規(guī)律［9］；李靜、李雪銘（2008）對大連市的城市化與生態(tài)環(huán)境發(fā)展協(xié)調(diào)性進行了評價與分析［4］；王新杰、薛東前對（2009）西安市的城市化與生態(tài)環(huán)境發(fā)展模式進行了演化分析［10］；崔利芳、任學(xué)慧（2010）對青島市的城市化與生態(tài)環(huán)境發(fā)展協(xié)調(diào)性進行了研究［11］.綜上所述，這些研究主要從定性的角度來分析城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系，如何定量地揭示中部中心城市武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境兩者的相互脅迫機制，對推進武漢市兩型社會的建設(shè)，促進可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要.

本文通過構(gòu)建協(xié)調(diào)發(fā)展模型，分析武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)狀況，為正確認識武漢兩型社會的建設(shè)與武漢市城市發(fā)展的可持續(xù)性提供參考.通過對2000年～2010年武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境建設(shè)的進行定量分析，使人們可以更加清楚地認識到兩者關(guān)系，從而為武漢市城市化和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展提供建議，同時為武漢市兩型社會的建設(shè)提供參考.

2 研究區(qū)概況

武漢市位于113°41′～115°05′E，29°58′～31°22′N，江漢平原東部，長江和漢水交匯處.武漢市地形總體為北高南低，丘陵與平原相間，地形特征呈現(xiàn)山脈環(huán)繞的盆地、殘丘性的平原地形、臺階式的多層地形3個形態(tài)，其中以平原地形為主.武漢屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，具有夏季酷熱、冬季寒冷、雨量充沛、日照充足的氣候特點.年均溫15.8℃～17.5℃，全年無霜期可達240d，年日照總時數(shù)2 000h，年降水量1 100mm.境內(nèi)湖泊眾多，另有“百湖之城”的美譽，現(xiàn)有大小湖泊170個.武漢水資源充足，水域面積2 205.06km2，占總面積的25.79%，居全國各城市首位.

武漢是全國15個副省級城市之一，中部地區(qū)的最大城市和區(qū)域中心城市，全國重要的工業(yè)基地、科教基地和綜合交通樞紐.截止2010年底，全市總面積8 494.41km2，其中建成區(qū)面積500km2.全市常住人口978.539萬人；實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值5 515.76億元；人均GDP達到56 367.3元；社會消費品零售總額2 523.20億元；全社會固定資產(chǎn)投資完成3 753.17億元；城鎮(zhèn)居民人均可支配收入達20 806.32元；農(nóng)民人均純收入8 294.81元.通過對2000年～2010年武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境建設(shè)的定量分析，可以使人們可以更加清楚地認識到兩者關(guān)系，從而為武漢市城市化和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展提供建議，同時為武漢市兩型社會的建設(shè)提供參考.

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源及標準化處理

本文研究數(shù)據(jù)主要來源于武漢市統(tǒng)計年鑒（2000～2010）、武漢市環(huán)境狀況公報 （2000～2010）、武漢市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報（2000～2010）、中國城市統(tǒng)計年鑒（2000～2010）.為了消除數(shù)據(jù)的數(shù)量級以及量綱不同造成的影響，需對數(shù)據(jù)進行標準化處理.評價公式如下［9］：

正向指標的標準化公式為

逆向指標的標準化公式為

式中，Xi為第i個指標的具體數(shù)值，i＝1，2，…，n，代表第i個指標；Ai、Bi分別代表不同年份第i個指標屬性值的最大值與最小值；ui代表第i個指標的標準化值，ui∈［0，1］.

3.2 研究方法與過程

3.2.1 評價指標體系的建立 從城市化與城市生態(tài)環(huán)境交互脅迫的作用機理出發(fā)，基于協(xié)同學(xué)系統(tǒng)分析視角，遵循整體性、科學(xué)性、層次性和可行性原則，采用理論分析法、專家咨詢法、頻度統(tǒng)計法對指標進行篩選，并結(jié)合武漢市實際情況，從而建立指標體系.

城市化具有多維涵義，主要包括人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、空間擴張和生活提高這4個相互聯(lián)系、相互促進的因素［10］.因此本文從經(jīng)濟城市化、人口城市化、空間城市化、社會城市化4個層面14項指標來構(gòu)建城市化系統(tǒng)；生態(tài)環(huán)境包括資源環(huán)境在內(nèi)的眾多因素構(gòu)成，本文根據(jù)20世紀80年代末經(jīng)濟合作和開發(fā)組織（OECD）與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）共同提出的生態(tài)環(huán)境指標PSR概念模型，從生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境狀態(tài)和生態(tài)環(huán)境響應(yīng)3個層面12項指標建立反映生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平的指標體系［13］，數(shù)據(jù)經(jīng)過標準化處理后采用層次分析法和德爾菲法（Delphi）進行分層賦值確定各層次、各指標的權(quán)重（表1）.

3.2.2 城市化與生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平 通過逐層加權(quán)求和得到武漢市2000年～2010年間的城市化與生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù).計算公式為［14］：

式中，Y為城市化或生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù)；yi為第i個指標的指數(shù)；Zi為第i個指標經(jīng)標準化處理后的數(shù)據(jù)；ti為第i個指標權(quán)重.

3.2.3 武漢市城市化和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度定量模型

協(xié)調(diào)是系統(tǒng)或系統(tǒng)要素之間的一種良性的相互關(guān)聯(lián)，是系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)要素之間配合得當、和諧一致、良性循環(huán)的關(guān)系［15］.城市化與城市生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，就是指為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的總體目標，城市化與城市生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)內(nèi)部要素之間按一定數(shù)量和結(jié)構(gòu)所組成的有機整體配合得當、有效運轉(zhuǎn)的過程［4］.協(xié)調(diào)度是度量系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部要素之間協(xié)調(diào)狀況好壞的定量指標.通過協(xié)調(diào)度可以定量判斷區(qū)域兩個系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度［16］.由于系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度定量模型較多，經(jīng)過比較和分析，本文采用以下協(xié)調(diào)度模型來定量武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度.模型如下［12］：

式中，C為城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)度，C∈（0，1），u1，u2分別為城市化與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展水平.

為了更加清楚地反映武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的程度，將兩個系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度進行等級劃分［17］（表2）.

表1 武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展系統(tǒng)指標體系Tab.1 Integrated evaluation index system of urbanization and eco－environment in Wuhan city

表2 協(xié)調(diào)度等級劃分及其標準Tab.2 Coordination division and standard grade

4 武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境發(fā)展協(xié)調(diào)度結(jié)果分析

4.1 武漢市城市化和生態(tài)環(huán)境綜合水平測度結(jié)果

運用公式（3），分別得到武漢市城市化水平綜合指標值和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)值（表3），同時，做出了武漢市2000年～2009年間的城市化與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)變化曲線圖（圖1）.

表3 2000年～2009年武漢市城市化、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)Tab.3 The comprehensive index of urbanization and eco－environment Wuhan city（2000～2010）

圖1 武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平變化趨勢圖Fig.1 Variation of the urbanization level and the comprehensive index of eco－environment in Wuhan city

由表3可知，2000年～2004年，武漢市城市化發(fā)展水平明顯滯后于生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平；2005年～2007年，生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平滯后于城市化發(fā)展水平；2008年～2010年，城市化發(fā)展水平生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平差距縮小.從總體來看，11年間城市化水平總體上呈現(xiàn)出增長趨勢；而在武漢市城市化水平提高后，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)隨著城市化的發(fā)展呈現(xiàn)出波動型的變化特征，總體呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢；從近兩年來看，城市化發(fā)展水平與生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平差距在縮小.

從圖1可以看出，2000年～2003年武漢市生態(tài)環(huán)境狀況較好，2004年～2005年，生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù)呈現(xiàn)劇烈下降趨勢，這是由于隨著武漢市建成區(qū)面積的快速擴大，城市化進程的加快，城市人口數(shù)目的增加，經(jīng)濟的快速發(fā)展，加重了一系列的環(huán)境問題，導(dǎo)致武漢市生態(tài)環(huán)境狀況呈現(xiàn)出惡化的趨勢.從2006年起，生態(tài)環(huán)境發(fā)展指數(shù)又呈現(xiàn)上升趨勢，到2007年生態(tài)環(huán)境發(fā)展指數(shù)達到0.5以上，這與武漢市被批準為“兩型”社會試驗區(qū)，在經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，更加注重生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，與生態(tài)環(huán)境的加大保護是密不可分的.

4.2 武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度計算結(jié)果

利用公式（4）計算得出武漢市2000年～2010年城市化和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)度指數(shù)，等級歸類見表4.同時，做出武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度變化曲線圖（圖2）.

表4 2000年～2010年武漢市城市化進程與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度指數(shù)及協(xié)調(diào)等級Tab.4 The coordination degree between urbanization and eco－environment and coordination division in Wuhan city（2000～2010）

圖2 武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度變化曲線Fig.2 The changes of coordination degree between urbanization and eco－environment in Wuhan city

由表4可知，武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性總體上呈現(xiàn)出波動性，變幅在0.37～0.53之間，呈現(xiàn)出階段性特征為：第一階段是2000年～2005年，協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)出明顯的不穩(wěn)定趨勢，其中2000年、2002年、2005年3年的協(xié)調(diào)度值都在0.4以下，呈現(xiàn)中度失調(diào)狀態(tài)；第二階段是2006年～2010年，協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)逐年回升的趨勢，且呈現(xiàn)出較為穩(wěn)定的狀態(tài)，但協(xié)調(diào)度最大值也僅為0.53.

5 結(jié)論

第一，從城市化綜合指數(shù)來看，2000年～2010年武漢市城市化水平總體呈現(xiàn)上升水平.從生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數(shù)看，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)隨著城市化的發(fā)展呈現(xiàn)出波動型的變化特征，從數(shù)值上看，2005年指數(shù)值最低，僅為0.236 5，生態(tài)環(huán)境處于11年中最低水平，這與武漢市2005年建成區(qū)面積急速擴大有關(guān)，2010年生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)為0.745 9，為11年最高值，這與武漢市在兩型社會建設(shè)中注重生態(tài)環(huán)境的保護是密切相關(guān)的.從協(xié)調(diào)度來看，11年間武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)波動起伏的特征，有3年處于中度失調(diào)，5年處于輕度失調(diào)，3年處于勉強協(xié)調(diào).總的來看，武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性有待加強.

第二，制約武漢市城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的原因主要有以下幾點：城市化進程的加快對生態(tài)環(huán)境造成負面影響，集中表現(xiàn)在對水、大氣、土地和生物等方面的影響；工業(yè)三廢的排放量巨大，直接影響生態(tài)環(huán)境的保護與建設(shè)；武漢市中心城區(qū)與郊區(qū)的城市化水平及生態(tài)環(huán)境建設(shè)水平差異較大，且各區(qū)域間的經(jīng)濟發(fā)展狀況與自然條件差異較大，對整個武漢市的城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展影響較大；公民的資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護意識不強.

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