河西地区县域城镇化发展与生态环境空间协调度研究

魏伟,颉斌斌,王雪平,韩文超

(1.西北师范大学 地理与环境科学学院，甘肃 兰州　730070；2.兰州城市学院 城市经济与旅游文化学院，甘肃 兰州　730070；3.兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050)



河西地区县域城镇化发展与生态环境空间协调度研究

魏伟1,颉斌斌2,王雪平3,韩文超1

(1.西北师范大学 地理与环境科学学院，甘肃 兰州730070；2.兰州城市学院 城市经济与旅游文化学院，甘肃 兰州730070；3.兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050)

运用GIS技术，结合城镇化与生态环境协调发展的若干关联指标，运用主成份分析法，计算了河西地区2015年以来的城镇化水平指数和生态环境质量指数，并系统探讨了二者空间协调度发展变化，确定研究区县域城镇发展与生态环境协调程度的等级并对协调发展模式进行了分析.结果表明：河西地区的城镇化综合水平呈现轴心县市高、周围县市低的特点，生态环境综合水平呈现出明显的南高北低的态势.河西地区20个县市的城镇化与生态环境协调度的变化在0.28～0.92之间.结合协调度的大小，将河西地区20个县市划分为很协调、较协调、一般协调、不协调和很不协调等5种地域类型；利用二者协调综合指数的比值，将河西地区20个县市城镇化与生态环境的协调划分为同步协调、城镇化超前和生态主导3种类型.结合河西地区城镇化与生态环境协调类型和协调模式，将20个县市城镇化与生态环境之间的协调分为11种组合形式.最后，针对河西地区各县市的特点，提出城镇化与生态环境协调发展的对策和建议.

城镇化；生态环境；空间协调度；河西地区

0　引　言

在我国，随着近年城市人口聚集、经济增长、城市规模扩展以及能源资源的大量消耗，带来了一系列生态环境问题，如区域不同景观的演变、水土资源矛盾加剧以及环境污染等社会问题，进而威胁区域生态系统的平衡和结构功能，从而影响地区生态系统承载力[1].因此，如何取得社会经济发展、城市有序扩张的同时，又能科学保护生态环境，是当前迫切需要解决的难题.在当前各级部门共同研究解决城市化及城市群发展的过程中，围绕这一问题，国内外地学、生态学、经济学等领域的专业开展了大量研究，得到了许多值得借鉴和学习的成果.从国外看，主要是从城市化对生态、环境、社会的影响[2-5]、城市化引起的生态、环境效应[6-8]以及如何促进城市健康可持续发展[9-11]等领域进行了大量研究.而国内学者则更加注重研究探讨城市化过程与生态环境的胁迫机理，并借助一系列定量研究模型如库兹涅茨曲线、协调度模型、耦合模型、高次指数模型等对其协调程度和耦合效应进行分析研究.在这方面，刘耀彬等[12-15]借助表征城市化指数和生态环境效应模型研究了城市健康发展的各种内在因素，他认为，生态环境的良好程度直接制约和决定着城市化的速度和规模；常学礼等[16-19]人利用GIS技术对干旱区绿洲内城市扩展的空间辐射效应、生态安全和沙漠化等问题进行了分析.方创琳[20-24]等人对干旱地区城市化，尤其以甘肃河西地区的城市发展与生态环境保护之间存在的各种问题和矛盾进行了分析；黄金川等[25]则根据EKC曲线和城市化S型曲线，推导出了二者耦合的曲线，通过数学推算和定量计算思想揭示了城市化与生态环境耦合的机理与过程.总体而言，目前关于城镇化与生态环境相互影响研究主要集中在城镇化带来的影响、城镇化发展的制约因素、城镇化与生态环境共同发展、可持续发展的途径等领域，且以我国典型城镇和规模较大的城市群为研究对象，相比而言，对干旱区城镇化与生态环境可持续发展途径的研究相对不足.因此，本文在借助前人相关研究成果的基础上，结合甘肃省河西地区城镇化的特点，确定了表征城镇化与生态环境协调的指标体系，并利用地理信息系统(GIS)空间分析方法和制图可视化功能进行空间特征分析，以便确定河西地区县域城镇化与生态环境协调发展程度，以便为河西地区不同县区制定城市发展规划和生态治理规划提供参考.

1　研究区概况

河西地区东起乌鞘岭，西至古玉门关，南北介于南山(祁连山和阿尔金山)和北山(马鬃山、合黎山和龙首山)间，长约900 km，宽数公里至近百公里，为西北—东南走向的狭长平地，形如走廊，称甘肃走廊.因位于黄河以西，又称河西走廊.行政区划包括甘肃省的张掖、武威、酒泉、金昌和嘉峪关5个地级市，下辖20个县市.河西地区总土地面积达2763万hm2，占甘肃省总面积的60.6%.2009年该地区人口共有488.92万，占全省的18.6%.河西地区境内以高山、中高山、低山丘陵、沙漠、冲洪积平原构成全流域地貌形态，地势南高北低，自西南向东北倾斜.总体可分为南部祁连山区、中部平原区、北部荒漠区三个大的地貌单元.区域内部分为三个独立的内陆河流域：玉门、安西、敦煌平原，属疏勒河流域；张掖、高台、酒泉平原，大部分属黑河流域，小部分属北大河水系；武威、民勤平原，属石羊河流域.河西地区冬春二季常形成寒潮天气.夏季降水的主要来源是侵入本区的夏季风.气候干燥、冷热变化剧烈，风大沙多.自东而西年降水量渐少，干燥度渐大.

2　资料与方法

2.1数据来源

本文参考使用的主要数据来源于《甘肃统计年鉴2015》以及河西地区各县市统计年鉴、水资源公报和环境状况公报等；还参考了《武威六十年》、《古浪县志》、《金昌市志》、《酒泉市志》等统计资料.此外，根据甘肃省气象台站数据提取了各县气温、降水等数据，在GIS平台上插值成100 m×100 m栅格图.

2.2研究方法

2.2.1县域城镇化与生态环境协调度指标体系构建

研究依据河西地区城镇发展特点和目前的发展规律，在依据科学、准确、综合和可获得4大原则的基础上，构建了城镇化发展与生态环境协调度的表征体系.该指标体系由两个一级指标(城镇化与生态环境)、17个二级指标构成，具体指标体系如表1所示.

表1　城镇化与生态环境协调度判别指标体系

2.2.2主成分分析赋权方法

综合以上的分析，儒家传统思想与高校的思想道德教育二者之间有着不解的渊源，他们相互影响，相互作用，这为我们培养青年学生的思想道德素质提供了可借鉴之处。

主成分分析是设法将原来众多具有一定相关性的指标，重新组合成一组新的互相无关的综合指标，来代替原来的指标的方法.通常数学上的处理就是将原来的一个指标作线性组合，作为新的综合指标.

F=A×B

(1)

(1)式中，αij：x的协方差矩阵的特征值，i=1，…，m；j=1，…，p；xi：原始数据经标准化处理后的值，i=1，…，p.

主成分分析法按照一定比例选择一定数量的主成分并确定各自的得分系数.该方法可用统计分析软件SPSS来实现，具体参见文献[12-14].在SPSS软件中，设Fi主成分对方差的贡献量为di，J因子在主成分Fj中的系数为αij，则i因子的权重wi为:

(2)

2.2.3城镇化与生态环境协调度判别模型的建立

根据河西地区城镇化发展特点和模式以及生态环境状况，本项研究建立如下城镇化与生态环境协调度模型：

(3)

(3)式中，wl为l级指标的权重.本次研究中，设定以生态环境与城镇发展同步、二者同等重要为前提，故将二者权重均设定为0.5；n为一级指标的个数；Bl为一级指标的综合指数得分.根据计算结果，可以将二者结果依据协调程度划分为5种：(1)当协调度指数P处于0.8≤P<1时，认为城镇化与生态环境处于很协调状态；(2)当协调度指数P处于0.6≤P<0.8时，则认为该区域城镇化与生态环境处于较协调状态；(3)当协调度指数值P处于：0.4≤P<0.6，则城镇化与生态环境处于一般协调状态；(4)当协调度指数值P处于0.2≤P<0.4时，则认为城镇化与生态环境处于不协调状态；(5)同理，当协调度指数P处于0≤P<0.2，则城镇化与生态环境处于很不协调状态.根据计算结果，将协调度指数保存在ArcGIS平台上，依据此5中模型进行制图，并进行空间特征分析.

3　结果分析

3.1河西地区县域城镇化综合水平的评价

用式(1)～(2)确定各指标权重并计算河西地区各县市的城镇化发展程度，主要从社会、经济及人口3个方面进行了综合评价，其结果如图1所示.由评价结果可以看出，河西地区的嘉峪关市、金昌市金川区、张掖市甘州区、武威市凉州区、玉门市的城镇化水平综合评价值较高，其城镇化综合水平排在前5位.嘉峪关市面积小，第三产业水平较高，城镇化水平高，是河西地区城镇化水平最高的城市.金川区、甘州区、凉州区分别是金昌市、张掖市和武威市的首府城市，GDP收入高、非农人口比重大、二三产业水平高，总体经济水平高.玉门市为资源型城市，石油资源相当丰富，第二产业水平高，因此使得其经济水平也较高.古浪县、金塔县、高台县、临泽县、民乐县、民勤县、肃南县和天柱县均以农牧业为主，城镇化发展水平较低.整体看来，河西地区的城镇化水平呈现出市县核心区高、周围低的特点.

图1　2015年河西地区各县市城镇化程度评价图Fig.1　Integrated evaluation degree of the urbanization level of counties and cities in Hexi area in 2015

图2　2015年河西地区各县市生态环境评价图Fig.2　Integrated evaluation degree of eco-environment level of counties and cities in Hexi area in 2015

3.2河西地区县域生态环境综合水平的评价

3.3河西地区县域城镇化发展与生态环境协调度

通过城镇化与生态环境协调度模型计算了河西地区20个不同县市城镇化与生态环境协调程度.结果显示(表2)，武威市凉州区的城镇化与生态环境协调度最高，其值达0.92，而金塔县的协调度最小，仅为0.28.为空间表达河西地区各县市城镇化与生态环境的协调度，通过GIS空间分析方法对研究区20个县市的协调度进行类别划分与可视化表达(图3).研究结果显示，河西地区南部协调程度较好，而北部的协调度较差.通过协调程度划分标准将研究区划分为以下5中类型，其结果如图3所示.

表2　河西地区2015年各县市城镇化与生态环境协调度评价结果

图3　2015年河西地区各县市城镇化与生态环境协调度空间分布图Fig.3　Coordination degree between urbanization and eco-environment in Hexi area in 2015

图4　河西地区各县市2015年城镇化与生态环境协调类型分布图Fig.4　Spatial pattern of different harmony degree types in Hexi area in 2015

(1)很不协调地区：包括金塔县和高台县，占河西地区县市总数的10%.

(2)不协调地区：包括临泽县、民乐县、肃北县、安西县、敦煌市、阿克塞和民勤县，占河西地区县市总数的35%.

(3)一般协调地区：包括肃南县、酒泉市肃州区、山丹县和永昌县，占河西地区县市总数的20%.

(4)较协调地区：包括玉门、张掖市甘州区、古浪县和天祝藏族自治县，包括河西地区县市总数的20%.

(5)很协调地区：包括金昌市金川区、武威市凉州区和嘉峪关市，占河西地区县市总数的15%.

3.4河西地区县域城镇化与生态环境协调不同模式

根据城镇化与生态环境协调度的二者比值的分差和比值，将河西地区20个县市城镇化与生态环境的协调划分为3种模式(图4)，并根据空间分布特征进行探讨和分析后得出如下结果：

(Ⅰ)同步协调模式：包括肃北县、金塔县、山丹县、金昌市金川区和武威市凉州区等5个县市，占河西地区县市总数的四分之一.从表2可以看出，以上5个县市中， 金昌市金川区和武威市凉州区的城镇化与生态环境之间的协调以高水平的良好协调为主，该县区有较高的城镇化水平、较好的生态环境质量，因此其协调度也较高.肃北县和金塔县的城镇化与生态环境的协调度属于不协调地区类，因此以上两县市城镇化与生态环境之间的协调以不协调为主，即较低的城镇化水平、较差的生态环境质量.相比而言，山丹县的城镇化与生态环境的协调度属于勉强协调区域，以城镇化水平一般、生态环境质量也处于中等水平.

(Ⅱ)城镇化超前模式：敦煌市、安西县、玉门市、嘉峪关市、酒泉市肃州区和张掖市甘州区等6个县市.以上6个县市的城镇化综合水平都高于0.25，并排在前10位.其中玉门市、嘉峪关市、酒泉市和张掖市甘州区，二三产业水平较高，城镇化建设速度快，城镇基础设施质量高.敦煌市、安西县城镇化水平要低于前面四个县市， 但由于它们分布在河西地区的西北地区，生态环境脆弱，生态环境水平相对更低.但是，从城镇化与生态环境的协调度的角度来看，以上6个县市中，玉门市、嘉峪关市、酒泉市和张掖市甘州区的协调度较高，这说明一味追求城镇化的发展对生态环境的改善具有阻碍作用.

(Ⅲ)生态主导模式：研究区的张掖市高台县、阿克塞、肃南县、临泽县和民乐县；武威市的民勤县、永昌县、古浪县和天祝县等，这些县区多为农牧业大县，以生态条件好、城镇化水平相对较低为基本特征，通过研究发现，这些地区的城镇化程度和生态环境发展的比值小于0.8，属于以生态占优，城镇化为劣的发展阶段.从城镇化与生态环境的协调度指数分布等级来分析，肃南县、古浪县、天祝县和永昌县属于协调类型，说明这些县区处于城镇化的初级阶段，城镇化对生态环境破坏作用的较弱性，其余五县市属于不协调类型，说明过分的生态主导会限制城镇化的发展.

结合协调类型和协调模式，将河西地区20个县市城镇化与生态环境之间的协调可以分为11种组合形式(表3).

表3　河西地区2015年各县市城镇化与生态环境协调度评价结果

4　结论与讨论

(1)河西地区的城镇化综合水平呈现轴心县市高、周围县市低的特点，生态环境综合水平呈现出明显的南高北低的态势，20个县市的城镇化与生态环境协调度的变化在0.28～0.92之间.

(2)根据协调度大小，将河西地区20个县市划分为很协调、较协调、一般协调、不协调和很不协调等5种地域类型，利用城镇化与生态环境协调度指数的大小，将研究区20个县市城镇化与生态环境协调度分为同步协调、城镇化超前和生态主导3种类型.

(3)结合河西地区城镇化与生态环境协调类型和协调模式，将20个县市城镇化与生态环境之间的协调分为11种组合形式，各组合形式能够反映各县区的当前社会经济发展状况，能够为当地制定十三五规划提供参考.

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[责任编辑：徐明忠]

Spatial coordination degree between urbanization and eco-environment in Hexi area

WEI Wei1,XIE Binbin2,WANG Xueping3,HAN Wenchao1

(1.College of Geographical and Environment Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070,China;2.School of Urban Economics and Tourism Culture, Lanzhou City University, Lanzhou 730070, China;3.School of Civil Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050,China)

This study used GIS technology, combined with the urbanization and the coordination in the several related indexes by using principal component to calculate of hexi area urbanization level index and the ecological environment quality index in 2015, and analyzed systematically the space between the coordination of hexi area, and then to determine the urbanization and the ecological environment of the coordinate level and to coordinate the development patterns are analyzed.The results showed that the comprehensive urbanization level of hexi area on high, axis counties around the characteristics of low counties, ecological environment comprehensive level obviously presented meteorological low trend.The spatial coordination degree between urbanization and eco-environment in Hexi region is in 0.28-0.92.According to the size of coordinate degree in hexi area, 20 counties is divided into the best coordination, good coordination, common coordination, no-coordination and the worst coordination.Use of the urbanization and the ecological environment comprehensive index of the ratio of the 20 counties, the urbanization and the ecological environment of the coordination is divided into synchronous harmonious type, urbanization advanced type, and type of ecological leading etc.Combined with the urbanization and the ecological environment coordinatiin type ,the urbanization and the coordination between ecological environment is divided into 11 forms.At last, according to the characteristics of the hexi area city and county, the different coordination between urbanization and ecological environment is formulated.Besides, some specific control and guide measure for promoting the coordinated development between urbanization and ecological environment in hexi corridor are also provide on the basis of the results above.

urbanization；ecological environment；spatial coordination ；Hexi area

2016-03-01；

2016-03-17

国家自然科学基金资助项目(No.41261104);甘肃省自然科学基金资助项目(No.1506RJZA129);甘肃省高等学校科研资助项目(No.2014A-015);西北师范大学青年教师科研能力提升计划项目(No.SKQNYB14032).

魏 伟(1982-),男,甘肃庄浪人,西北师范大学讲师,博士，主要从事GIS和RS的应用研究.

S181

A

1672-3600(2016)09-0047-07