新型城镇化与生态环境时空耦合关系研究——以上海都市圈为例.pdf
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1、Modeling and Simulation 建模与仿真建模与仿真,2023,12(4),3645-3656 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/mos https:/doi.org/10.12677/mos.2023.124335 文章引用文章引用:戈富荣,刘帅.新型城镇化与生态环境时空耦合关系研究J.建模与仿真,2023,12(4):3645-3656.DOI:10.12677/mos.2023.124335 新型城镇化与生态环境时空耦合关系研究新型城镇化与生态环境时空耦合关系研究 以上海都市
2、圈为例以上海都市圈为例 戈富荣,刘戈富荣,刘 帅帅*上海工程技术大学管理学院,上海 收稿日期:2023年5月30日;录用日期:2023年7月10日;发布日期:2023年7月17日 摘摘 要要 本文以上海都市圈本文以上海都市圈9个城市为研究对象,通过构建耦合协调度模型,探讨上海都市圈新个城市为研究对象,通过构建耦合协调度模型,探讨上海都市圈新型城镇化与生态型城镇化与生态环境耦合协调关系的时空格局和作用机制。研究表明:环境耦合协调关系的时空格局和作用机制。研究表明:1)过去过去8年上海都市圈年上海都市圈9个城市新型城镇化与生个城市新型城镇化与生态环境整体合发展水平均逐年态环境整体合发展水平均逐年提
3、高,且生态环境的增速低于新型城镇化,但两者差距正在逐年缩小。提高,且生态环境的增速低于新型城镇化,但两者差距正在逐年缩小。2)上上海都市圈各市新型城镇海都市圈各市新型城镇化与生态环境耦合协调度指数增长迅速,耦合协调发展趋势总体向好。化与生态环境耦合协调度指数增长迅速,耦合协调发展趋势总体向好。3)各市耦各市耦合协调发展水平逐步升级,分块聚集现象比较显著,且耦合协同效应从沿海地区向内地地区逐渐减弱。合协调发展水平逐步升级,分块聚集现象比较显著,且耦合协同效应从沿海地区向内地地区逐渐减弱。关键词关键词 新型城镇化新型城镇化,生态环境生态环境,耦合协调耦合协调,上海都市圈上海都市圈 Spatial
4、and Temporal Coupling Analysis of New Urbanization and Ecological Environment Taking Shanghai Metropolitan Area as an Example Furong Ge,Shuai Liu*School of Management,Shanghai University of Engineering and Technology,Shanghai Received:May 30th,2023;accepted:Jul.10th,2023;published:Jul.17th,2023 Abst
5、ract This paper explores the spatial and temporal patterns and mechanisms of the coupling and coor-*通讯作者。戈富荣,刘帅 DOI:10.12677/mos.2023.124335 3646 建模与仿真 dination between new urbanization and ecological environment in Shanghai metropolitan area by constructing a coupling coordination degree model with
6、 nine cities in Shanghai metropolitan area as research objects.The study shows that:1)the overall development level of new urbanization and ecological environment in the nine cities of Shanghai metropolitan area has increased year by year in the past eight years,and the growth rate of ecological env
7、ironment is lower than that of new urbanization,but the gap between them is narrowing year by year.2)The index of the coupling and coordination degree of new urbanization and ecological environment in each city of Shanghai metropolitan area is growing rapidly,and the development trend of coupling an
8、d coordination is generally good.3)The level of coupled and coordinated development of each city is gradually es-calating,and the phenomenon of aggregation in chunks is relatively significant,and the coupling synergy effect is gradually weakening from coastal areas to inland areas.Keywords New Urban
9、ization,Ecological Environment,Coupling and Coordination,Shanghai Metropolitan Area Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 改革开放以来,特别是 21 世纪以来,我国的
10、城镇化获得了迅速的发展。随着城镇化的发展,一方面为城市带来了新的劳动力、原材料等资源,另一方面随着城镇经济水平的提高、人口数量的增加,也对生态环境造成了一定的破坏,如环境污染、资源破坏、城乡收入差距悬殊等,这也会抑制城镇化的发展。十八大报告首次提出了新型城镇化,新型城镇化成为城镇建设的重点,中国共产党的二十大报告提出深入实施新型城镇化战略,走中国特色新型城镇化道路。对于新型城镇化与生态环境的耦合协调发展,众多学者都进行了深入研究。1)理论研究方面:自 1989年霍华德1明日的田园城市提出“田园城市”这一概念以来,许多学者围绕着这一概念展开了对城镇化和生态环境协调发展机制的研究。例如,耦合圈2、
11、耦合魔方3、耦合辨识4、物质耦合概念5、分离输运耦合6、等理论为二者耦合协调研究提供了理论支撑。2)实证研究方面:学者多从国家、省级、市级、功能区、城市群等研究视角选择样本7-12,主要采用信息熵、综合评价模型、耦合协调模型等分析方法从定量评估、驱动因素、时空演化、分析预测、影响因素等角度进行研究。2.新型城镇化与生态环境的耦合作用机理新型城镇化与生态环境的耦合作用机理 新型城镇化与生态环境相互影响、相互制约,具有天然的交互耦合作用。在新型城镇化的发展过程中,生态环境得到了改善,而新型城镇化在生态环境保护理念的指导下,可以保证其与人类发展的良性互动。体现为:新型城镇化的政策红利引起了人才集聚效
12、应,以创新驱动和技术引领生产发展方式转变,从而改善了生态环境质量;新型城镇化的资本集聚效应促进政府引导调整产业结构,实现绿色发展;新型城镇化的发展使人民在物质和精神方面的需求得到了很大的满足,同时也提高了人们的环保意识。生态环境对新型城镇化具有积极的影响,为其提供良性发展的物质基础和内在动力。此外,两个系统之间存在恶性循环,体现为:新型城镇化带来了消费升级的同时也导致了资源环境压力骤增;新型城镇化在促进人口、工业化集中的同时,也会带来水、气、土、声、固废的复合污染。Open AccessOpen Access戈富荣,刘帅 DOI:10.12677/mos.2023.124335 3647 建模
13、与仿真 综上,新型城镇化与生态环境都是经过长时间的人的需要和社会实践发展而形成的,两者之间存在着一个相互耦合的过程,并实现了协同共生,具体作用机理如图 1。新型城镇化通过增加环保资金投入、减少废弃物以及减少资源消耗,驱动生态环境系统的发展,同时,生态环境部也应制定相应的防范和整治对策,比如:要加强对人口资源和环境的约束;促进绿地和生态绿地的构建;因地制宜建设海绵城市等。Figure 1.Mechanism of the coupling effect of new urbanization and ecological environment 图图 1.新型城镇化与生态环境耦合作用机理 3.研
14、究区域、数据来源和指标体系研究区域、数据来源和指标体系 3.1.研究区域概况研究区域概况 上海都市圈位于长江三角洲腹地,是长三角经济和社会发展的中坚力量,是与城市区域协调发展潮流相适应,能够发挥中心城市的辐射效应,并承载着国家的战略需求的核心空间13。上海都市圈主要围绕着“1+8”区域范围构建开放协调的空间格局,以上海市为中心,充分考虑各个城市的现状,优势互补等因素,增强政策协同,以充分实现各自乃至整体的战略发展目标。上海都市圈地处我国东南部,气候温暖,属于亚热带季风气候。主要包括以上海为中心的 9 大城市,陆域总面积 5.6 万平方公里,海域面积 4.7 万平方公里,总面积 10.3 万平方
15、公里。常住人口近 8000 万人,人均 GDP 达 16.5 万元,是我国经济最发达的区域。截至 2021 年,上海都市圈城镇化率为 82.17%,远超全国平均水平,进入了城镇化发展的后期阶段。在空间规划中,上海都市圈作为国家生态功能区,既担负着保护生物多样性,又具有水土保持和水源涵养等生态功能,又是我国重要的“绿色”生态屏障,具有广阔的发展前景。但是随着经济的发展部分地区存在自然灾害频发,植被破坏严重,空气污染,工业废水集中排放等问题,生态环境承载力降低,戈富荣,刘帅 DOI:10.12677/mos.2023.124335 3648 建模与仿真 经济发展和环境保护之间的矛盾凸显。3.2.数
16、据来源数据来源 本文涉及的数据主要来自 20122021 年的上海都市圈各城市的统计年鉴、国民经济、环境公报以及经济年鉴等。一些数据是从政府公开数据中得到,部分缺失年份的数据通过插值法获得。3.3.耦合协调模型构建耦合协调模型构建 3.3.1.指标体系构建指标体系构建 本文根据选取的指标变量,结合上海都市圈各个城市的自身发展特点,并且综合考虑数据的可获得性、科学性、可比性、动态性原则,构建了上海都市圈生态环境和新型城镇化评估指标体系14。针对新型城镇化这一子系统,参考了邵佳9、朱艳娜10刘耀彬15等研究成果,从人口、经济、生态三个角度进行了研究。根据压力状态响应(PSR)理论,根据上海都市圈各
17、市的现状,对生态环境的概念及内涵进行了梳理,并从生态环境现状、生态环境承载力、生态环境保护等三个角度对生态环境进行了评估。最后选取了 14 个新型城镇化指标和 11 个生态环境指标,构建了新型城镇化和生态环境指标体系,如表 1:Table 1.Evaluation index system of new urbanization and ecological environment in Shanghai metropolitan area,2012 2021 表表 1.20122021 年上海都市圈新型城镇化与生态环境评价指标体系 目标层 准则层 指标层 单位 指标属性 新 型 城 镇 化
18、系 统 A.人口城镇化 城镇化率 X1%正 人口自然增长率 X2 正 城镇登记失业率 X3 人/km2 负 B.经济城镇化 城镇居民人均可支配收入 X4 元/人 正 第三产业占 GDP 比重 X5 元/人 正 城镇居民人均消费 X6 元/人 正 财政总收入 X7 亿元 正 C.社会城镇化 万人拥有卫生技术人员数(人)X8 人 正 人均教育支出 X9 元/人 正 万人拥有床位数 X10 张 正 高等在校学生人数 X11 万人 正 空间城镇化 建成区面积 X12 平方千米 正 人均城市道路面积 X13 平方米 正 人口密度 X14 人/平方公里 正 生 态 环 境 系 统 D.生态环境状况 绿地面
19、积 Y1 公顷 正 建成区绿化覆盖面积率 Y2%正 人均拥有公园绿地面积 Y3 平方米/人 正 人均水资源拥有量 Y4 立方米/人 正 E.生态环境保护 工业固体废物综合利用率 Y5%正 节能环保支出占公共财政比重 Y6%正 污水集中处理率 Y7%正 戈富荣,刘帅 DOI:10.12677/mos.2023.124335 3649 建模与仿真 Continued F.生态环境承压力 工业废水排放量 Y8 万吨 负 工业固体废物产生量 Y9 万吨 负 单位 GDP 能耗 Y10 t 标准煤/万元 负 工业二氧化硫排放量 Y11 吨 负 1)由于原始数据在量纲、数量级等方面不一致,所以要将其标准化
20、,从而可以比较不同指标的数据。考虑到本文的指标数据存在正负的差距,因此采用极差标准化更为适合。具体计算公式如下:对于正向指标,归一化公式为:minmaxminijijijijijXXXXX=对于负向指标,归一化公式为:maxmaxminijijijijijXXXXX=式中,Xij为各市第 i 年第 j 个评估指标的数值,minXij以及 maxXij分别为第 i 项评估指标的最小值和最大值。2)计算指标权重 本文应用熵值法在客观赋值方法中的权重计算。计算方法如下:第一,计算第 j 年第 i 项指标值的比重:1ijijmijjXYX=第二,计算信息熵:()1*mjijijjekYInY=第三,计
21、算权重:111iimijeWe=3.3.2.综合评价模型构建综合评价模型构建 综合发展指数是一个衡量国家、地区或组织在多个领域综合发展水平的指标。它是以指标的重要性为权数,将不同的指标综合起来,并转换成具有同样度量尺度的个体指数,采用比较指数来进行评价,通过对指标的规范化和权重,得出了城镇化与生态环境的综合发展指数。公式为:新型城镇化综合指数:1nijijjUW X=;生态环境综合指数:1nijijjEW X=。3.3.3.耦合协调度模型构建耦合协调度模型构建“耦合”最初是来自于物理学上的一个概念,主要是指两个或者多个物体相互影响、相互作用的程度16。两个系统之间的耦合,计算公式为:戈富荣,刘
22、帅 DOI:10.12677/mos.2023.124335 3650 建模与仿真 212212*1122UUCUU=+其中 C 为上海都市圈新型城镇化与生态环境系统之间的耦合度,U1与 U2分别代表上海都市圈新型城镇化与生态环境的综合发展水平,C 值越大表明两个系统之间影响和作用程度越大,因此耦合性越强。参考已有的研究成果,耦合过程大致可以分为以下几个阶段:一般说来,耦合度模型用来判定两个系统之间的关联程度,无法判断两个系统的协调发展程度。因此,便有了耦合协调度的概念,引入耦合协调度模型17。其计算公式为:TUE=+D*C T=式中,T 为新型城镇化与生态环境的综合发展指数,、为不定系数,设
23、 =0.5。参考现有的研究结果18,把上海都市圈的城镇化和生态环境的耦合协调作用分为 7 个类型,并把它们与 Ui和 Ei的相对大小联系起来,确定城市群城镇化发展水平和生态环境适应性的相对发展水平发展类型如表 2:Table 2.Table of intervals and types of coupling coordination 表表 2.耦合协调度划分区间及类型表 耦合协调度 D 耦合协调阶段 Ui与 Ei关系 发展类型 0 0.15 生态环境滞后型(A1)0.15 Ui Ei 0.15 新型城镇化与生态环境同步型(A2)Ui Ei 0.15 新型城镇化滞后型(A3)0.2 0.15
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