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摘要：山西省作为我国的煤炭大省，在工业快速发展的过程中对生态环境产生了一定的影响，山西耦合协调发展的测度对山西城市化与生态环境协调发展具有一定的现实意义。文章首先分析山西省的基本发展情况，简要介绍城市化和城区生态环境的现状，计算不同权重后分别建立不同综合度的评价指标模型、耦合度评价模型和耦合协调度评价模型。文章得到以下结论：社会城市化和经济城市化是推动山西城市化的主要原因；生态环境综合指数呈上升趋势，但生态环境整体发展不平衡，生态环境响应是推动生态环境发展的主要原因。山西城市化与生态环境的关系在11年间都在拮抗发展，山西城市化过程中会对生态环境造成负面影响，而生态环境不良则制约城市化发展。
关键词：山西省,城市化生态环境,耦合度,耦合协调度
一、研究背景及意义
城市化是整个社会发展、经济、社会、文化全面发展的必然产物，是衡量一个国家或地域经济和社会发展程度的主要标志。中国自1978年后始终保持经济和城市化的迅速发展。我国城市化率从17.92%增至60.60%。城市的发展大大提高了生活水平，但对生态环境的危害日益突出，如：城市中农村人口迅速增多，公共交通压力增大，交通拥堵，空气污染加剧等。
据统计，2017年以来山西经济增速已连续3年高于全国平均水准。目前，山西以炼焦煤、冶金、电力为主，是经济增长的重要组成部分，也是大气污染的主要原因。山西作为我国煤炭大省，发展迅速的同时，生态环境的破坏日益严重。为此，有必要更加重视城市化与生态环境的协调发展，力求推动山西省在保护中开发、开发中保护。
二、研究区域概况
(一)山西省城市化发展现状
近些年来，山西省城市化进程因其优势区位得以快速发展，基础设施的建设虽与其他省份存在差距但也有了较为明显的改善。近11年来，山西省城镇人口占比从2009年的45.99%提升到2019年的59.55%。随着山西省地区经济的持续稳步增长(图1)。
(二)山西省生态环境现状
1.大气环境。2019年，11个地级市平均监测达标232天，有效监测达标天数占全省全年的63.6%，比2018年下降2.9个百分点(图2)。SO2、CO和PM10年均浓度分别同比下降20%、4.3%和2.1%。在全省大气污染秋冬季综合防治试点阶段，每次重污染空气减少程度都比预测结果好，全省累计减少重污染空气天数17个，增加优良空气天数59个。高于全省平均水平的有大同、吕梁、朔州、忻州，占地级市的36.4%(资料来源：2020年《山西省环境状况公报》)。
2.水环境。总体来说，山西省水环境质量稳步改善。2019年全省地表水水质属于轻度污染。水质优良(Ⅰ~Ⅲ类)的流域断面比重占57.0%，同比下降1个百分点；重污染(劣Ⅴ类)的流域断面比重占16.0%，同比大幅下降7个百分点(图3)。
2019年山西省共布设地下水环境质量监测井269眼，实际检测261眼，其中Ⅱ类水质井占17.2%；Ⅲ类占54.8%；Ⅳ类占20.7%；Ⅴ类占7.3%。
3.主要污染物。2019年，主要污染物的排放量急剧下降。与2015年相比，SO2指标排放总量、COD、氮氧化物和氨氮排放总量指标分别降至25.8%、20.9%、17.9%和17.6%，提前完成二氧化硫总量减排目标和年度减排目标任务。虽然山西在着重发展生态环境，但仍面临问题。山西省严重的环境污染问题没有得到根本上的逆转。产业结构、能源结构不合理、区域环境承载力严重超载等情况短期内不会发生根本改变。
三、城市化与生态环境耦合协调关系模型构建
(一)指标筛选与评价指标体系构建
1.数据来源。本文对于城市化与生态环境指标的分析选取工作坚持遵循科学性、代表性、全面性的基本原则，指标中的数据均来源于：山西省统计年鉴(2009—2019年)、中国统计年鉴(2009—2019年)、中国城市统计年鉴(2009—2019年)、山西省政府网站、山西省生态环境厅。
2.评价指标体系构建。城市化评价指标体系中构建了人口、经济、空间、社会城市化四个评价方面，选取了13个评价指标，见表1。
生态环境评价指标体系中构建了压力、响应、效率三个评价方面，选取了10个评价指标，见表2。
(二)数据标准化处理
采用极差标准化的方法对每个指标值进行处理，消除指标之间量纲的差异。标准化公式如下：
正向指标：X`ij=
负向指标：X`ij=
其中Xij指山西省第i年第j项指标原始值，X`ij为指标归一化后的值。min(Xj)则是指第j项指标中最小值，max(Xj)则是指第j项各个指标中最大值，最后使标准化后的每项指标值都增加0.01。
(三)权重确定方法
采用熵值法确定指标权重，
，第j项指标的熵值
,效用值Hj=1-Ej,权重
其中,m为总年份数，n为指标总数量。山西省城市化系统和生态环境系统指标权重见表3：
(四)综合评价模型构建
城市化综合评价模型公式：
生态环境综合评价模型公式：
其中Ui、Ei值越大，城市化和生态环境发展状态越好。
(五)耦合度模型和耦合协调度关系模型的构建
1.耦合度模型。耦合度是指两个或两个以上系统之间的相互作用力的影响，公式如下：
Ci∈[0,1],当Ci=0时，系统无序发展；当Ci=1时，系统高度耦合，有序发展。耦合阶段划分如表4所示：
2.耦合协调度模型。耦合协调度指模型用于分析事物的
协调发展水平，体现协调状况的好坏，模型如下：
Di、Ti分别表示城市化与生态环境耦合协调度、城市化与生态环境综合协调系数。a、b分别表示待定系数，代表对两个子系统的贡献度，本文中取a=b=0.5，意为城市化和生态系统同等重要。Di∈[0,1]，Di越接近0，两系统越不协调；Di越接近1，两系统协调状态越好。将城市化与生态环境耦合协调类型分为以下几类(注：当│Ui-Ei≤0.01时，认为Ui=Ei)，见表5。
四、山西省城市化与生态环境耦合协调关系研究
(一)山西省城市化与生态环境综合发展水平结果及评价
2009—2019年山西省城市化综合评价指数、生态环境综合评价指数以及综合协调指数如图4所示。
1.城市化发展水平结果及评价。由图4可知，山西省2009—2019年城市化综合指数逐渐上升，城市化指数从0.1100上升至0.8381，无下降过程，波动较小，其中2016—2017年城市化水平涨势最明显。由表6可知，城市化进程综合评价各个指标中权重排名前五的是：参加基本居民医疗保险人数、第二产业产值占比、城市人口密度、每千人拥有医院卫生床位数、第三产业产值占比。可以看出，社会城市化和经济城市化是推动山西省城市化发展的主要原因，随着城市人口增加，经济不断发展，基础设施不断改善，教育、卫生、医疗推
动了社会城市化的发展，从而带动了山西省城市化的发展。
生态环境发展水平结果及评价。由图4可知，山西省2009—2019年生态环境综合指数总体呈上升趋势，生态环境指数从0.4520上升至0.6594，其中2015—2016年生态环境水平涨势最明显。
2.由表7可知，生态环境综合评价各个指标中权重排名前五的是：工业废水排放总量、工业SO2排放量、工业废气排放量、人均日生活用水量、工业固废综合利用率。可以看出，山西省生态环境整体发展不平衡，生态环境压力和生态环境响应对山西省生态环境影响较大，特别是工业废水、SO2、废气的排放，不得到有效的整治会阻碍生态环境发展，其次，生态环境状态和响应对生态环境整体发展也有至关重要的作用。
(二)城市化与生态环境耦合度和耦合协调度结果及评价
1.城市化与生态环境耦合度和耦合协调度结果(见表8)。
2.城市化与生态环境耦合度和耦合协调度评价。
2009—2019年山西省城市化与生态环境协调发展趋势图如图5所示。
山西省城市化和生态环境耦合度在2010—2019年间平稳且有波动，11年间城市化和生态环境在持续拮抗发展，这充分表明山西省城市化与生态环境仍在耦合均衡发展，但耦合度相对较低，说明在城市化发展推进过程中城市化和生态环境相互制约。
五、研究结论及对策建议
(一)研究结论
1.山西省城市化综合指数逐渐上升，城市化指数从0.1100上升至0.8381，其中2016—2017年城市化水平涨势最明显。社会城市化和经济城市化是推动山西省城市化发展的主要原因。山西省2009—2019年生态环境综合指数总体呈上升趋势，山西省生态环境整体发展不平衡，生态环境压力和生态环境响应对山西省生态环境影响较大，特别是工业废水、SO2、废气的排放。
2.山西省11年间城市化和生态环境在相互拮抗发展，在山西省城市化发展过程中，会对生态环境造成负面影响，而不良的生态环境也会反过来严重制约城市化的健康发展。
(二)对策建议
1.优化产业结构，加速转型升级。第二产业的快速化发展是山西城市化发展的重要原因之一，山西省以煤矿资源作为主要经济支柱，长期勘探严重破坏了生态环境，造成城市化和生态环境发展的不平衡。在生态环境综合评价指标权重排名前五中，工业指标达到3个。在保证经济发展的同时，不能放弃生态环境，所以要优化第二产业结构，推动第三产业发展。
在优化方面，以创新驱动为核心，创建高质量转型发展机
制。创建新兴产业集群，将半导体、大数据等产业作为新的支柱产业；提高人才引进福利，吸引人才落户；提升煤炭绿色智能安全开采技术水平，加强工业废气、废水、固废处理率，减少“三废”排放量。
在推动方面，以文旅融合发展作为资源型经济转型的新引擎。注重推动山西文旅发展，提升文化软实力，深化历史文化和红色文化的影响力，提高城市公共环境服务水平。
2.发展循环经济，高效利用资源。推广清洁能源的使用，加强企业管理，提高可持续发展水平。以碳达峰为目标，制定相关方案，推进煤矿绿色、智能开采，促进新能源的开发利用。加大固体废物资源利用率，合理配置绿色产业链上下游相关业务。
3.加大治污力度，加强生态修复。山西省工业三废的排放量远高于处理量，不可避免会对生态环境带来污染，应消除“先污染后治理”的传统思想，从源头开始处理污染问题，修复生态环境，改善山西省生态环境质量。
建立治污奖惩政策。创建区域生态环境保护红线综合监测管理体系，优化实施生态保护补偿优惠政策；建立完善主体功能区制度，严格贯彻落实“三线一单”分区管控体系；完善生态环境保护评估体系、生态价值评估测算评价管理体系及绿色发展体制改革机制。
加大对煤铁企业等的治理投入。以加快改善城市大气环境综合质量工作为整治核心，建立健全大气污染联防联控共治机制，实时监测环境质量状况；提升水生态环境质量，加强固废综合管理规划，以减量化、资源化、无害化为原则控制固废的源头，对已产生的固废进行无害化处理。
4.维持协同发展，提升协调水平。在推进城市化发展方面，提高三产产业占比，继续提高土地资源集约综合利用率，提升城市内部及周边城市空间综合利用率；按照“一主、三副、六市域中心”布局，促进周边城市一体化协调发展；加强老旧住宅小区等改造治理力度，完善教育、医疗、社会保障服务体系，完善城市居民基础公共服务体系建设，提高城市人民群众生活幸福程度指数。
在生态环境保护方面，以城市化发展和居民生活质量为依托，提高生态环境水平。转变现代城市产业发展战略模式，加强污染防控管理，提高能源利用效率，减少对生态环境的直接危害；以碳中和为目标提升城区绿化面积，加强居民可持续发展意识，推广生态旅游、绿色出行，从日常生活中减轻对生态环境的压力。
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