楊盼盼，王念秦，郭有金，王 超

(西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，西安 710054)

改革開放以來，中國城鎮(zhèn)化進入了快速發(fā)展階段。據(jù)《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020年)》和中國統(tǒng)計年鑒顯示，從1978—2017年，城鎮(zhèn)常住人口從1.7億增加到8.1億，城鎮(zhèn)化率從17.92%提升到58.52%。城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展正在給中國現(xiàn)代化建設(shè)、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌規(guī)劃以及區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展等方面發(fā)揮著巨大作用。然而，城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展勢必會引發(fā)地質(zhì)環(huán)境承載力被削弱、社會矛盾多發(fā)等問題[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，20世紀(jì)90年代以來，中國每年因為災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟損失高達1 000億～3 000億元，相當(dāng)于當(dāng)年國內(nèi)生產(chǎn)總值的3%～6%，而這些損失大部分都集中在城鎮(zhèn)，城鎮(zhèn)已成為現(xiàn)代自然災(zāi)害巨大而脆弱的承災(zāi)體。

目前，中外學(xué)者對城鎮(zhèn)化與環(huán)境相互作用關(guān)系的研究成果頗豐。Fang等[2]提出投入-狀態(tài)-產(chǎn)出模型來研究環(huán)境、社會和經(jīng)濟之間的相互作用關(guān)系；萬本太等[3]研究認(rèn)為生態(tài)環(huán)境是城鎮(zhèn)化的客觀載體，并探討了其質(zhì)量評價方法；周航等[4]定性討論了城鎮(zhèn)化進程對環(huán)境的影響、問題及對策；邢璐平等[5]基于城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境測度體系，以定量方法多角度研究了城鎮(zhèn)化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的互動關(guān)系；程云鶴等[6]基于安徽省地級市城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境面板數(shù)據(jù)，利用耦合協(xié)調(diào)度模型進行評價，研究結(jié)果表明城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)等級分布與經(jīng)濟發(fā)展水平存在一定的對應(yīng)關(guān)系。前人的研究主要集中在城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境互動關(guān)系方面，而關(guān)于城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境之間關(guān)系的研究成果較少，然而隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，人類活動力度日益強烈，地質(zhì)環(huán)境問題頻發(fā)，因此，研究城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境之間的互動關(guān)系迫在眉睫。

目前關(guān)于城鎮(zhèn)化與環(huán)境關(guān)系的研究尺度體現(xiàn)在對全球、國家、區(qū)域和城市四種層次空間地域[7]。在城市研究尺度空間中，主要以縣級及以上行政單元為主，較少涉及到行政街辦(鄉(xiāng)鎮(zhèn))。鑒于此，以臨潼區(qū)23個行政街辦為研究單元，選取城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境評價指標(biāo)，基于組合賦權(quán)法，提出“城鎮(zhèn)化-地質(zhì)環(huán)境”耦合協(xié)調(diào)度概念模型，進而深入研究臨潼區(qū)各行政街辦城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展過程及兩者耦合時空演化規(guī)律，以期為臨潼區(qū)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境發(fā)展提供理論指導(dǎo)，也可為其他城市的研究提供經(jīng)驗借鑒。

1 評價指標(biāo)及數(shù)據(jù)來源

為建立科學(xué)合理的城鎮(zhèn)化發(fā)展水平與地質(zhì)環(huán)境承載能力評價體系，在遵循科學(xué)性、獨立性、數(shù)據(jù)可獲得性等原則的基礎(chǔ)上，借鑒邢艷春等[8]、郭莎莎等[9]、郭漩等[10]關(guān)于城鎮(zhèn)化方面的相關(guān)研究成果，從人口、經(jīng)濟、空間、社會四個方面展開城鎮(zhèn)化水平研究，選取8個指標(biāo)運用熵權(quán)法、層次分析法(AHP)以及組合賦權(quán)法，構(gòu)建城鎮(zhèn)化發(fā)展水平評價體系(表1)。借鑒王念秦等[11-12]、王子紅等[13]、何江飛等[14]關(guān)于地質(zhì)環(huán)境方面的相關(guān)研究成果，從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)災(zāi)害、氣象水文和人類活動5個方面展開地質(zhì)環(huán)境研究，選取7個指標(biāo)構(gòu)建地質(zhì)環(huán)境承載能力評價體系，結(jié)合臨潼區(qū)現(xiàn)有資料及實際調(diào)研結(jié)果，將評價因子影響程度量化分為5級，以此構(gòu)建地質(zhì)環(huán)境承載能力評價體系(表2)。

2008年，國土資源部發(fā)布并實施《全國地質(zhì)災(zāi)害“十一五”規(guī)劃》，中國的城鎮(zhèn)化進入高速發(fā)展階段，為更好地研究城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境的相互作用關(guān)系，選取2010年《臨潼十一五地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》、2013年《臨潼十二五地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》、2017《臨潼十三五地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃》三個時間節(jié)點展開研究，數(shù)據(jù)主要來源于臨潼區(qū)歷年統(tǒng)計年鑒、地質(zhì)圖、地質(zhì)災(zāi)害點及降雨量數(shù)據(jù)以及實地調(diào)研等。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)權(quán)重計算方法

2.1.1 熵權(quán)法確定客觀權(quán)重

初始矩陣X為

(1)

式(1)中:m為準(zhǔn)則層的數(shù)量;n為指標(biāo)的數(shù)量；Xij為第i個準(zhǔn)則層的第j個指標(biāo)值。

(1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(2)

P=(pij)m×n

(3)

式中：Pij為第i個準(zhǔn)則層第j個指標(biāo)無量綱化后的值；P為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的矩陣。

(2)權(quán)重確定：

第j項指標(biāo)的冗余度為

(4)

第j個指標(biāo)的熵權(quán)重為

(5)

表2 地質(zhì)環(huán)境承載能力指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)及評價體系Table 2 Geological environment carrying capacity index of grading standard and evaluation system

2.1.2 層次分析法確定主觀權(quán)重

層次分析法(AHP)是通過專家兩兩比較各個指標(biāo)，進行判斷賦值，構(gòu)造判斷矩陣T為

(6)

指標(biāo)權(quán)重向量為

(7)

2.1.3 組合賦權(quán)法確定綜合權(quán)重

熵權(quán)法屬于客觀賦權(quán)法，忽視了主觀層面對權(quán)重的影響；而層次分析法在構(gòu)造判斷矩陣時可以從主觀層面進行權(quán)重賦值[15]。因此，為增加評價體系的合理性，采用組合賦權(quán)法對城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境進行評價，計算公式為

w=αw′+βw″

(8)

式(8)中:w′為熵權(quán)重；w″為層次分析法權(quán)重；α為熵權(quán)重的影響因子;β為層次分析法權(quán)重的影響因子，且α+β=1，取α=β=0.5。

2.2 城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境綜合評價模型

根據(jù)組合賦權(quán)法確定綜合權(quán)重后，將各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)值乘以權(quán)重獲得其綜合指數(shù)，從而構(gòu)建城鎮(zhèn)化發(fā)展水平評價函數(shù)和地質(zhì)環(huán)境承載力評價函數(shù)，計算公式分別為

(9)

(10)

式中：i、j分別為城鎮(zhèn)化發(fā)展水平和地質(zhì)環(huán)境承載力的指標(biāo)數(shù)量；xi、yi為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值;wi、wj分別為其對應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重。

利用以上公式建立城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境綜合評價函數(shù)，計算公式為

S=λU(x)+μE(y)

(11)

式(11)中：S為綜合評價函數(shù);λ、μ為子系統(tǒng)的權(quán)重，取λ=μ=0.5。

2.3 城鎮(zhèn)化-地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合是指對兩個或兩個以上系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)程度的度量。為分析城鎮(zhèn)化發(fā)展水平與地質(zhì)環(huán)境承載力間相互作用影響的程度，以城鎮(zhèn)化發(fā)展水平與地質(zhì)環(huán)境承載力評價指標(biāo)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，構(gòu)造城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境相互作用的耦合度模型。具體耦合度模型為

(12)

式(12)中:C代表耦合度，反映在一定條件下城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)程度；k為調(diào)節(jié)系數(shù)，一般k∈[2,5]，取k=2。

耦合度只能反映系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)程度，難以體現(xiàn)其相互作用水平。為進一步分析城鎮(zhèn)化發(fā)展水平與地質(zhì)環(huán)境承載力間的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，在耦合度測算的基礎(chǔ)上，引入城鎮(zhèn)化-地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度概念模型，從而深入分析兩者之間的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平。具體耦合協(xié)調(diào)度概念模型為

(13)

式(13)中:D為耦合協(xié)調(diào)度。參考相關(guān)研究，確定城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)，如表3所示。

表3 城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Standard for the coupling coordination degree of urbanization and geological environment

3 實例分析

3.1 城鎮(zhèn)化發(fā)展水平時空演化

以臨潼區(qū)23個街辦為研究單元，以此分析2010、2013、2017年的城鎮(zhèn)化發(fā)展水平的時空演化規(guī)律，根據(jù)式(9)計算，得到城鎮(zhèn)化發(fā)展水平指數(shù)為0.190～0.870，根據(jù)自然間斷法，運用ArcGIS軟件將城鎮(zhèn)化發(fā)展水平劃分為優(yōu)、良、中、差4級，如圖1所示。

圖1 城鎮(zhèn)化發(fā)展水平時空演化Fig.1 The spatial-temporal evolution of urbanization development level

①從整體上來看，2010、2013年城鎮(zhèn)化發(fā)展水平均值從0.358上升到0.417，2017年達到0.491，說明臨潼區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展水平呈現(xiàn)上升趨勢，這可能得益于近年來臨潼作為西安東板塊，輻射效應(yīng)日益增加，使得城鎮(zhèn)化發(fā)展水平逐年提高；②從發(fā)展水平來看，城鎮(zhèn)化發(fā)展呈現(xiàn)較大的區(qū)域差異性，發(fā)展水平由臨潼5A級、4A級景點所在街辦(驪山、代王和秦陵街辦)向外輻射，斜口、行者街辦緊鄰西臨高速和驪山街辦，城鎮(zhèn)人口居多，并有多所國家級本科、高職院校以及部隊療養(yǎng)院，且隨著地鐵9號線的建設(shè)，帶動周邊經(jīng)濟飛速發(fā)展；其余街辦基本以農(nóng)業(yè)為主，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，經(jīng)濟發(fā)展較落后，社會公共配套服務(wù)較差等限制了城鎮(zhèn)化的發(fā)展；③從發(fā)展速率看，驪山街辦與代王街辦城鎮(zhèn)化水平發(fā)展較緩慢，但總體發(fā)展水平較高；仁宗街辦、穆寨街辦、鐵爐街辦位于自然條件較差區(qū)域，影響阻礙了城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平增長幅度小，2017年仍處于中等程度；小金街辦作為臨潼區(qū)城鎮(zhèn)化水平最低的區(qū)域，隨著政府大力支持種植產(chǎn)業(yè)園及發(fā)展電子商務(wù)，城鎮(zhèn)化水平增長幅度較大；其余街辦城鎮(zhèn)化發(fā)展速率則平穩(wěn)增長。

圖2 地質(zhì)環(huán)境承載能力時空演化Fig.2 The spatial-temporal evolution of geological environment carrying capacity

根據(jù)臨潼區(qū)歷史資料和實地調(diào)研分析，臨近景區(qū)、地鐵及高校等所在街辦城鎮(zhèn)化發(fā)展相對較高，與其余街辦的差距較明顯，該結(jié)果與城鎮(zhèn)化發(fā)展水平時空演化分析結(jié)果相吻合。因此，建議臨潼區(qū)進一步加大對其余街辦產(chǎn)業(yè)的扶持及開發(fā)政策的傾斜，推動整個臨潼區(qū)城鎮(zhèn)化的協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2 地質(zhì)環(huán)境承載能力時空演化

根據(jù)式(10)計算，得到地質(zhì)環(huán)境承載能力指數(shù)為0.040～0.520，根據(jù)自然間斷法，運用ArcGIS軟件將地質(zhì)環(huán)境承載能力劃分為優(yōu)、良、中、差4級，以此分析2010、2013、2017年的地質(zhì)環(huán)境承載能力的時空演化規(guī)律，如圖2所示。

①從整體上來看，2010、2013年地質(zhì)環(huán)境承載能力均值從0.235上升到0.259，2017年達到0.304，說明臨潼區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力整體呈現(xiàn)上升趨勢，這可能得益于近年來臨潼區(qū)加強地質(zhì)災(zāi)害點排查，堅持消除災(zāi)害點的原則，以及對開發(fā)建設(shè)區(qū)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)督及懲罰力度加大，從而對地質(zhì)環(huán)境形成了有效保護；②從地質(zhì)環(huán)境承載力發(fā)展水平來看，地質(zhì)環(huán)境承載力呈現(xiàn)出的區(qū)域差異性與地貌單元、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育及人類活動強度等有較大關(guān)聯(lián)，小金、鐵爐、穆寨、仁宗街辦位于基巖山區(qū)，且災(zāi)害點數(shù)量占全區(qū)51%，自然環(huán)境惡劣，地質(zhì)環(huán)境承載力差，其余街辦承載能力相對較好；③從地質(zhì)環(huán)境承載力發(fā)展速率來看，地質(zhì)環(huán)境承載力提升速率緩慢，驪山、秦陵、行者、代王街辦處于南部低山丘陵區(qū)，人類活動強度大，地質(zhì)災(zāi)害較發(fā)育，但隨著國家對旅游業(yè)的大力支持，以及消除災(zāi)害點的相關(guān)政策，對提升地質(zhì)環(huán)境承載力效果顯著；小金、鐵爐街辦地質(zhì)環(huán)境承載力差，近年來雖有所改善，但幅度微??；新豐街辦因棚戶區(qū)改造、修建鐵路、地鐵等，人類改造力度較大，且伴有地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，地質(zhì)環(huán)境承載力處于中等，變化幅度?。黄溆嘟洲k位于平原或黃土臺塬地區(qū)，隨著近年退耕還林及風(fēng)景樹產(chǎn)業(yè)的大力開展，地質(zhì)環(huán)境承載力波動提升。

根據(jù)臨潼區(qū)實地調(diào)研和歷年地質(zhì)災(zāi)害排查及城鄉(xiāng)規(guī)劃等資料分析，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育、人類活動強度大、丘陵及山地等街辦地質(zhì)環(huán)境承載力較差，且隨著人類活動改造力度的加大，地方政府環(huán)境保護措施不力，重視不夠，致使其對環(huán)境造成了極大破壞，影響了地質(zhì)環(huán)境承載能力的提升。該結(jié)果與地質(zhì)環(huán)境承載力時空演化分析結(jié)果相吻合。因此，建議臨潼區(qū)進一步加大對地質(zhì)災(zāi)害的排查和治理，以及制定保護環(huán)境的相關(guān)政策，提升整個臨潼區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載能力。

3.3 城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)時空演化分析

根據(jù)式(13)計算，得到耦合協(xié)調(diào)度，利用表3將其劃分為6級。以此分析2010、2013、2017年的城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)時間演化規(guī)律，如圖3所示。2013—2017年各街辦的耦合協(xié)調(diào)度差距正在不斷縮小，整體協(xié)調(diào)度不斷提升，良好協(xié)調(diào)以上48%提升至78%，瀕臨失調(diào)的街辦于2017年降至0個。說明中國城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度水平整體有較大提升，瀕臨失調(diào)的街辦均向勉強協(xié)調(diào)水平躍進，說明城鎮(zhèn)化發(fā)展水平與地質(zhì)環(huán)境承載能力由最初的失調(diào)逐漸走向協(xié)調(diào)。

城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)空間演化分析：2010、2013、2017年臨潼區(qū)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)水平雖逐年提升，但整體偏低。①從耦合協(xié)調(diào)度的空間分布特征看，城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)水平不斷改善，但整體偏低，空間分異現(xiàn)象明顯。瀕臨失調(diào)的區(qū)域分布于南部基巖山區(qū)，良好協(xié)調(diào)位于北部平原及中部臺塬區(qū)，優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)位于南部低山丘陵區(qū)；②從區(qū)域差異性來看，耦合協(xié)調(diào)度高值區(qū)集中分布于驪山、秦陵街辦；低值區(qū)位于南部小金、鐵爐街辦，這些地區(qū)受地形地貌及基礎(chǔ)設(shè)施等條件的限制，導(dǎo)致城鎮(zhèn)化發(fā)展水平與地質(zhì)環(huán)境承載能力差距較大，地質(zhì)環(huán)境承載力滯后于城鎮(zhèn)化發(fā)展水平；③耦合協(xié)調(diào)水平具有空間集聚效應(yīng)。耦合協(xié)調(diào)水平的提升產(chǎn)生了較明顯的空間集聚效應(yīng)，使低耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平街辦逐漸趨于相鄰。

根據(jù)臨潼區(qū)實地調(diào)研和相關(guān)資料分析，臨潼區(qū)各行政街辦城鎮(zhèn)化發(fā)展水平不均衡，城鎮(zhèn)化發(fā)展水平較高的街辦，有更多資金投入到地質(zhì)環(huán)境的保護和治理中，更好地協(xié)調(diào)了兩者之間的關(guān)系。如斜口、驪山、秦陵街辦，該結(jié)果與城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)時空演化分析結(jié)果相吻合。因此，建議臨潼區(qū)應(yīng)進一步優(yōu)化空間布局，使各街辦互相帶動發(fā)展，可以進一步提升城鎮(zhèn)化發(fā)展的協(xié)調(diào)性，同時，應(yīng)進一步加強資源共享模式，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，提倡保護環(huán)境和消除地質(zhì)災(zāi)害點，提高整體競爭力，促使城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)水平向更優(yōu)發(fā)展。

圖3 城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)時空演化分析Fig.3 Analysis of spatial-temporal evolution of the coupling coordination between urbanization and geological environment

4 結(jié)論

(1)2010—2017年，臨潼區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展水平整體呈上升趨勢，均值從0.358上升到0.417。但區(qū)域差異性較大，城鎮(zhèn)化發(fā)展水平呈現(xiàn)出以驪山、秦陵、代王、斜口街辦向北輻射的發(fā)展格局；城鎮(zhèn)化發(fā)展速率相對較快街辦，主要以旅游業(yè)為主，帶動周邊經(jīng)濟飛速發(fā)展；城鎮(zhèn)化水平較低街辦，主要以農(nóng)業(yè)為主，城鎮(zhèn)化發(fā)展速率相對緩慢。建議城鎮(zhèn)化發(fā)展水平較低的街辦仍應(yīng)以發(fā)展經(jīng)濟為第一要務(wù)，積極探尋適合當(dāng)?shù)匕l(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)或者進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級；其次，城鎮(zhèn)化發(fā)展水平較高的街辦應(yīng)當(dāng)加大地質(zhì)環(huán)境監(jiān)管力度，實現(xiàn)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展。

(2)2010—2017年，地質(zhì)環(huán)境承載力水平整體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，均值從0.235上升到0.304。但區(qū)域差異性較大，地質(zhì)環(huán)境承載力依次為北部>中部>南部，地質(zhì)環(huán)境承載力主要受地質(zhì)災(zāi)害、人類活動強度及地貌類型影響較大；發(fā)展速率的區(qū)域差異性較明顯，城鎮(zhèn)化水平高的街辦其發(fā)展速率提升較大，主要由于有資金投入對地質(zhì)環(huán)境進行治理和修復(fù)，促進二者耦合協(xié)調(diào)發(fā)展。

(3)2010—2017城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度整體有較大提升，良好協(xié)調(diào)以上48%提升至78%，瀕臨失調(diào)的街辦于2017年降至0個；耦合協(xié)調(diào)度值高低取決于城鎮(zhèn)化發(fā)展水平與地質(zhì)環(huán)境承載能力的差距，差距越大，耦合協(xié)調(diào)度越低；耦合協(xié)調(diào)度分布具有一定的空間集聚效應(yīng)。針對城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境發(fā)展水平較低，且兩者協(xié)調(diào)性較低的街辦，可適當(dāng)進行政策扶持和資金資助。進一步加強資源共享模式，消除地質(zhì)災(zāi)害點和加大環(huán)境監(jiān)管力度，提高整體競爭力，促使城鎮(zhèn)化與地質(zhì)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)水平向更優(yōu)發(fā)展。