长株潭城市群城市化与生态环境交互协调耦合度分析.docx

          长株潭城市群城市化与生态环境交互协调耦合度分析                    一、引言城市化与生态环境之间客观上存在着十分复杂的交互耦合关系，一方面，城市化通过人口增长与迁移、经济扩张与推进、资源能源消耗和地域扩张等因素作用于区域生态环境，对生态环境产生胁迫；另一方面，生态环境通过环境选择、人口驱逐、资金争夺和政策干预等因素对城市发展产生约束城市化与生态环境之间的交互耦合关系可以看作是一个开放的、非平衡的、具有非线性相互作用和自组织能力的动态涨落系统[1]长株潭城市群位于湘中偏东，包括长沙、株洲、湘潭三市，面积2.8万平方公里，建成区沿湘江呈“品”字形分布，生态绿心位于长株潭结合部，总面积522.87平方公里，是现今中国最大的绿心地区长株潭城市群区位上联南接北，承东启西，既是湖南省经济发展的核心增长极，又是我国中部崛起发展战略中的资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革的试验区随着长株潭城市群城市化进程的加快，对长株潭城市群1998～2009年的城市化水平与生态环境进行定量分析，测算出城市化与生态环境交互耦合度，可为长株潭城市群城市化与生态环境协调发展提供参考，有利于制定区域内生态环境保护政策与措施和制定快速城市化的发展战略。

二、指标体系、研究方法和评估（一）构建指标体系城市化与生态环境交互耦合系统指标体系的建立不仅要考虑城市化和生态环境状态，更要反映出对其有潜在影响的重要因素的变化，同时也要考虑指标数据的可获得性本文从人地关系理论出发，在遵循区域性、科学性、整体性、可度量性与可操作性等原则的基础上，采用频度统计法、理论分析法、专家咨询法对指标进行设置和筛选选取了反应城市化发展状况的14个指标来评价长株潭城市群的城市化指数和反应生态环境状况的10个指标来评价长株潭城市群生态环境指数（表1）（二）长株潭城市群城市化与生态环境交互耦合度综合评估1.指标数据标准化表1中的指标数据主要来源于2002～2009年湖南统计年鉴和中国城市统计年鉴由于各指标之间数据的单位、量纲不同，必须对数据进行标准化处理[2]，公式为：正向作用指标：Xij=xij/max(Xij) 负向作用指标：Xij=min(Xij)/Xij 式中：i为年份；j为指标序号；Xij为指标数据表1：长株潭城市群城市化与生态环境的综合评价指标体系及权重2.城市化指数与生态环境指数计算对长株潭城市群2002～2009年标准化后的数据进行加权求和，得出其城市化指数与生态环境指数（表2）。

两者的动态变化曲线如图1、图2所示表2：2002～2009年长株潭城市群城市化指数与生态环境指数由图、表可见，长株潭城市群自2002年以来，城市化进程呈现出明显加快的趋势；生态环境状况波动较大，总体上为曲折上升趋势2002～2004年，城市化快速发展，生态环境状况下降明显；2004～2005年，城市化水平缓慢上升，生态环境有所好转；2005～2007年，城市化快速发展，生态环境曲折波动；2007年以后，城市化发展速度减缓，生态环境状况上升明显上述情况说明，长株潭的生态环境对城市化的交互耦合响应较为明显3.城市化与生态环境交互耦合度模型的构建与耦合度计算（1）城市化与生态环境的交互胁迫与演进的变化过程是一种非线性过程[3]，可以把它们视为一个复合系统，按照一般系统理论[4]，该复合系统可以定义为相互关联的元素的集Pi（i=1，2，…，n），元素Pi的某个测度记为xi，对于有限数目的元素，这些测度有如下微分形式： i=1,2,…,n；f为xi的非线性函数1-1）任何测度xi的变化都是所有从x1到xn的f的函数，反过来，任何xi的变化会使所有其它测度及整个系统变化在保证系统运动稳定性的前提下，将式1-1在原点附近按泰勒级数展开，可以建立生态环境城市化与生态环境变化过程的一般函数[5]：（1-2）式中：x，y为两系统的元素；a，b为各元素的权重。

进而可以建立复合系统的演化方程为：（1-3）（1-4）（1-5）式中：A，B为城市化子系统与生态环境子系统的演化状态；VA，VB分别为二系统的演化速度a为二系统的协调耦合度根据a的取值，可以将整个系统的耦合状况划分为:（1）低级协调阶段：-900＜a≤00，此阶段城市化进程基本上不受生态环境的限制或约束；（2）基本协调阶段：00＜a≤900，此阶段城市化与生态环境相互胁迫作用增强，二者之间的矛盾开始显现；（3）极限协调阶段：900＜a≤1800，此阶段城市化过程与生态环境之间的矛盾日益突出，约束城市化进程的限制圈相应越来越小；（4）螺旋上升阶段：-1800＜a≤-900，此阶段城市化与生态环境之间的关系由相互胁迫转为相互促进的关系，整个系统最终达到协调共生的发展状态2）分别将表2中的数据通过式1-3、1-4、1-5计算可得2002～2009年的VA、VB和a值，如表3所示表3：2002～2009年长株潭城市群城市化与生态环境协调耦合度三、结果分析为了从整体上更清楚的反映长株潭城市群城市化与生态环境交互动态耦合演化态势，根据表3绘出其动态耦合深化曲线图3由图可知，2002～2009年长株潭城市群城市化与生态环境动态耦合的演化过程可以分为两个阶段。

2002～2005年，城市化与生态环境处于低级协调阶段，在这一时期，生态环境对城市化的发展影响不大，二者之间的互相作用程度弱，生态环境能够满足城市化的发展需求，城市化进程基本上不受生态环境的限制或约束但随着城市化进程的提升，由于人们对环境治理的认识不够及排污设施的落后，生态环境显著下降，协调耦合状况恶化，表现为 呈指数级上升2005～2009年，城市化与生态环境处于基本协调发展阶段这一时期，由于前一阶段城市化对生态环境的胁迫作用，生态环境对城市化过程的约束与限制也日渐突出，二者之间的互相作用程度增强，矛盾开始显露，但尚不突出，生态环境基本上能够满足城市化的发展需求随着中部崛起战略的逐步实施，特别是长株潭城市群做为两型社会综合配套改革试验区以来，政府意识到生态环境的破坏，加大了对生态环境的保护和治理力度，因此城市化与生态环境的协调耦合状态有所下降和缓慢变化，表现为2005～2006年a值的下降和2006～2009年a值的缓慢上升上述分析说明，长株潭城市群生态环境对城市化的响应较为明显，基于交互耦合度模型所建立的协调耦合度能够较好地反映城市化与生态环境的交互胁迫、动态耦合情况根据耦合曲线，可以预测未来几年内长株潭城市群的城市化过程与生态环境之间的矛盾会愈演愈烈，生态环境对城市化发展支撑的瓶颈会进一步变窄，生态环境问题会成为制约城市化发展的主要因素。

因此，正确认识城市化与生态环境交互耦合规律，对于制订长株潭城市群的城市化与生态环境协调发展对策和促进长株潭城市群的可持续发展具有重大意义[Reference][1]刘耀彬，李仁东，宋学锋．中国区域城市化与生态环境耦合的关联分析．地理学报，2005，第60卷第2期：237-247[2]徐建华．地理学中的数学方法．北京：高等教育出版社，1996[3]廖晓昕．稳定性的理论、方法和应用．武汉：华中理工大学出版社，1999[4]贝塔兰菲．一般系统论（基础．发展．应用）．北京：社会科学文献出版社，1987[5]方创琳，鲍超，乔标．城市化过程与生态环境效应．北京：科学出版社，2008（作者单位：湖南师范大学 资源与环境科学学院 湖南长沙）  -全文完-。