煤礦城市經濟發展與生態安全耦合協調分析

汪悅　楊力

摘要：在我國提出實現碳達峰碳中和的遠景目標下，分析煤礦資源型城市經濟發展與土地生態安全的耦合協調關系具有重要意義。據淮南市的特點，建立經濟發展和DPSIR模型的土地生態安全評估指標體系，選取2010—2019年相關數據，基于熵權法計算二者的綜合評價值，并通過耦合協調模型測算分析二者的耦合協調程度。結果表明淮南市2010—2019年經濟發展呈上升趨勢。土地生態安全呈先上升后略有降低的趨勢，且在2015年開始達到臨界安全等級。耦合度C值和耦合協調度D值均呈上升態勢，耦合程度協調關系分別實現了由微弱耦合到高度耦合、由高度失調到優質協調的改變。但近年來淮南市發展仍為土地生態滯后型，應繼續優化薄弱環節，實現綠色可持續發展。

關鍵詞：經濟發展;土地生態安全;DPSIR;熵權法;耦合協調

中圖分類號：F127;X826文獻標識碼：A文章編號：1672-1101（2021）06-0027-08

基金項目：國家自然科學基金：深部煤礦多災種安全評價方法與應用研究（71971003）;安徽省高校人文社科重大項目：基于數據特征與算法融合的煤礦安全評價方法與應用研究（SK2019ZD09）

通信作者：楊力（1972-），男，安徽淮南人，教授，博士，博士生導師，研究方向：管理決策分析、能源經濟。

作者簡介：汪悅（1995-），女，安徽合肥人，在讀碩士，研究方向：煤礦安全、應急管理。

Coupling and coordination analysis of economic development and ecological security in coal mine cities

——Take Huainan City in Anhui Province as an example

WANG Yue，YANG Li

（1.School of Humanities and Social Science，Anhui University of Science & Technology，Huainan，Anhui 232001，China;2.School of Economics and Management， Anhui University of Science & Technology， Huainan， Anhui 232001， China）

Abstract： Under the long-term goal of realizing carbon peak and carbon neutralization in China， it is of great significance to analyze the coupled and coordinated relationship between the economic development and land ecological security in coal mining resource-based cities. Drawing lessons from previous studies， a comprehensive economic development evaluation index system and a land ecological security assessment index system applying the DPSIR model are established according to the specific situation of Huainan city， and relevant statistical data from 2010—2019 are selected to calculate the comprehensive evaluation value of the two based on the entropy weight method， and the degree of coupling and coordination of the two is measured and analyzed by the coupling and coordination model. The research results show that the comprehensive evaluation value of economic development in Huainan City from 2010 to 2019 shows an upward trend in general， and the overall comprehensive evaluation value of land ecological security shows a trend of continuous increase first and then a slight decrease on the whole， and starts to reach the state of critical security in 2015. Both the coupling degree C value and the coupling coordination degree D value maintained an upward trend as a whole， the coupling degree gradually changes from weak coupling to high coupling， and the quality of coordination gradually changed from high imbalance to high-quality coordination. At this stage， the comprehensive value of economic development is greater than the comprehensive evaluation value of land ecological security， Huainan City has transformed into a land ecological lagging type， and the gap between economy and ecology has widened in these two years， so the relationship between economic development and land ecological security should be coordinated in time， and the weak link should continue to be optimized to realize the sustainable development of Huainan City.

Key words：economic development; land ecological security; DPSIR; entropy method; coupling coordination

2020年，我國提出實現碳達峰、碳中和的目標。為早日實現這一目標，對煤礦資源型城市經濟發展與土地生態安全之間的關系進行分析尤為必要。煤炭作為我國的主要能源，在我國的消費和一次能源生產中起著重要作用，具有不可替代性[1]。土地資源作為我國經濟發展的動力和重要空間載體，為國民經濟持續健康發展提供了重要保障[2]。新中國成立以來，煤礦資源型城市在國民經濟發展過程中發揮著不可或缺的作用，煤礦資源城市是我國能源資源戰略保障的重要基地。然而，隨著煤炭資源的大規模開采，生態環境受到嚴重威脅，污染、破壞、塌陷、壓占等一系列土地生態問題對城市經濟發展造成不良影響，煤礦城市的資源開采、土地生態安全與經濟發展之間不協調的矛盾更加突出，煤礦資源型城市的健康持續發展面臨嚴峻挑戰[3]。

現階段國內學者對煤礦城市的土地生態研究相對偏多， 主要是關于土地生態重建修復以及土地生態評價。 如白中科等以山西平朔安太堡露天煤礦為研究對象，對其退化土地生態重建進行了系統研究[4]; 侯湖平等應用生態景觀指標和GIS技術對RS數據進行分析，進而提出生態修復的方法[5]; 徐嘉興等據沛縣礦區的土地生態質量構建指標體系，進行綜合評估并對其空間分異特征進行定量分析， 為重建和修復礦區生態提供一定的理論依據[3]200; 丁翔等基于PSR框架利用多因素指數法和GM模型對山西省朔州市的土地生態安全展開評價分析和預測，為建設煤礦城市生態安全提供參考依據[6]。

通過以上學術成果發現，關于煤礦城市經濟發展與生態安全關系的研究很少?；诖?，本文在借鑒學者對非煤礦城市生態安全與經濟發展兩者關系研究的基礎上，以安徽省淮南市為例，分別建立經濟發展和土地生態安全評估指標體系，選取2010—2019年相關數據，基于熵權法計算二者的綜合評價值，并通過耦合協調模型測算分析二者的耦合協調程度，以期為煤礦城市發揮地區優勢，協調經濟發展與土地生態安全，促進煤礦城市持續健康發展提供參考。

一、研究城市概述

淮南市是國家重要能源城市，坐落于安徽省中北部，淮河穿境而過，位處長江三角洲中心一帶地區，總面積5 533平方千米。它是淮河沿線城市群的關鍵地區，是合肥都市圈中心城區。境內能源礦產資源豐富且煤炭資源分布集中、質量優良。新中國成立后，淮南因獨特的煤田儲量優勢，在煤炭工業上取得了飛躍式發展。但長期大范圍的開采，造成了淮南市土地大面積的塌陷。據2014年底的調查統計可知，采煤塌陷區涉及面積約204.6平方千米，占全市面積的7.9%，其中耕地受損面積約128.4平方千米，而今每年仍有塌陷且增加的塌陷區中耕地比例還在逐步上升。這不僅阻礙了區域經濟社會的健康持續發展，也毀壞了區域生態環境，導致生態經濟系統的惡性循環。

二、評價指標體系與數據來源

（一）構建評價指標體系

由于經濟發展和土地生態安全是兩個相互影響的復雜系統，因此在建立評價指標體系時，應根據淮南市經濟與土地生態的具體狀況，遵循系統性、典型性、科學性、綜合性、獨立性和可運算性等指標設計原則，并查閱和參考具有權威性和代表性的相關研究[7-9]，使指標體系更加科學可靠。

1.經濟發展綜合評價指標體系。

影響經濟發展的因素很多，僅僅從經濟本身影響因素進行評價不夠科學全面。新發展觀強調發展是以人為本，經濟社會發展最根本的目的就是讓廣大人民的物質需求和精神需求得到滿足，讓人民的權益得到保障，讓全體人民能夠共享社會發展成果，從而保證人民的全面發展。因此本文從經濟發展質量和人民生活質量兩個維度出發，結合數據的可獲得性建立如表1所示的包括地區生產總值等11個評價指標的淮南市經濟發展綜合評價指標體系。

2.土地生態安全綜合評價指標體系。

目前，關于評價土地生態安全的模型方法較多且較為成熟。本文應用DPSIR模型，立足于淮南市生態環境具體狀況，結合數據的可獲得性以驅動力D、壓力P、狀態S、影響I、響應R5個準則選取評估指標，并通過主成分分析法剔除非關鍵因素，建立如表2所示的包括人均GDP等17個評價指標的淮南市土地生態安全綜合評價指標體系。

（二）數據來源

本文研究數據主要來源于2010—2019年《安徽統計年鑒》《淮南統計年鑒》安徽省國民經濟社會發展統計公報及淮南市國民經濟和社會發展統計公報。

三、研究方法

（一）數據處理

為了實現統一比較，保證結果的可靠性，我們在分析之前，需要對原始數據進行一定的處理。本文采用極差標準化法對經濟發展和土地生態安全綜合評價指標體系進行數據標準化處理，消除不同指標之間量綱、數量級等屬性對綜合分析比較的影響，使數據更具有可比性[10-11]。根據指標安全屬性的不同，計算公式分類如下：

若指標為正向：

（二）熵權法

熵值法是根據各指標的相對變化程度對系統整體的影響確定指標權重的一種客觀賦權方法，這種方法能深刻反映出各指標的區分能力，相對于層次分析法等主觀賦權法能有效避免人為因素的干擾，具有較高的可信度和精確度，而且算法簡單，比較容易實現[12-13]。其基本步驟如下：

1.構建標準化后的數據矩陣：

2.確定第i年第j項評價指標的特征比重：

3.確定第j項評價指標的熵值：

4.確定第j項評價指標的權重：

（三）綜合評價模型

基于數據處理的標準值和熵權法計算的各指標權重確定經濟發展和土地生態安全的綜合評價模型為：

其中，G為經濟發展綜合評價值，L為土地生態安全綜合評價值。一般來說，計算得出的綜合評價值越大，表示研究區域的經濟發展水平越高、土地生態安全狀況越好。

（四）建立耦合協調度模型

采用耦合協調度模型分析經濟發展與土地生態安全兩系統之間的關系， 既可以通過耦合度反映兩系統之間的相互作用大小， 也可以通過協調度判斷兩系統協調關系的優劣

[14-15]。 其基本步驟如下：

1.確定耦合度C值：

2.確定協調指數T值：

3.確定耦合協調度D值：

四、實證分析

采用數據標準化、熵值法和綜合評價模型，據公式（1）～（8）用SPSS軟件對搜集整理的數據進行處理計算，依次得到經濟發展和土地生態安全兩評價系統中各指標的權重（如表1、表2所示），以及兩評價系統的綜合評價值（結果如表3所示）;接著通過耦合協調模型對兩者的耦合程度及協調關系進行分析評價。

（一）淮南市經濟發展狀況分析評價

據公式（7）計算淮南市2010—2019年經濟發展綜合評價值，結果趨勢如圖1所示。由圖1可知淮南市的經濟發展綜合評價值（G）、經濟發展質量（G1）、人民生活水平（G2）分別從2010年的0.035 5、 0.022 9、 0.012 5增加到了2019年的0.936 7、 0.562 2、 0.374 4，總體上都呈上升趨勢。經濟發展綜合評價值在2016年增長緩慢與當年人民生活水平下降有關， 從人民生活水平的具體指標來看， 主要受人均財政收入及人均社會消費品零售額的影響， 這與2016統計數據中包含壽縣有一定的關系。 2016年后， 淮南市優化產業結構，扎實推進項目建設，注重統籌協調發展，全面貫徹扶貧脫貧戰略， 經濟發展綜合評價值和人民生活質量增速顯著加快。

（二）淮南市土地生態安全狀況分析評價

結合學者的研究和淮南市土地生態的實際情況，將淮南市土地生態安全綜合評價值劃分成5個安全狀態[16]，如表4所示。

據公式（8）計算淮南市2010—2019年土地生態安全綜合評價值，結果如圖2所示。由圖2可知淮南市的土地生態安全綜合評價值（L）先是從2010年的0.104 3上升到2017年的0.733 6，之后下降到2019年的0.718 4，整體上表現出先持續上升后略有降低的趨勢。結合土地生態安全劃分標準，淮南市的土地生態狀況有兩個重要時間點，一是2015年達到臨界安全狀態，二是2017年以后土地生態狀況處于較安全狀態。這說明淮南市這幾年在開展生態修復、推進綠色低碳發展、提升生態文明水平的工作中取得積極成效。

對于DPSIR模型中準則層各指標綜合評價值，整體波動不大。驅動力（L1）綜合值在2014年小幅度下降至0.028 9，主要原因是煤炭價格低導致的經濟下行。2015年淮南市進一步夯實“三農”基礎，機械化水平的大幅度提升使驅動力迅速提升至0.088 3。壓力（L2）綜合值增減變化不大，2017年以后有增加的趨勢主要與人口密度增大有關。狀態（L3）綜合值變化趨勢明顯，2012年后持續上升至2016年的0.143 2，因為2013—2016年政府對采煤塌陷區進行生態修復以及綜合治理力度大，使具體指標中耕地面積和當年造林總面積有大幅度的提高。而2019年安徽遇特大干旱，8月以后全省氣溫高、降雨少，人均水資源量的減少導致其在2019年明顯下降至0.083 2，進而影響土地生態安全綜合評價值在2019年有略微的降低。影響（L4）綜合值整體增長趨勢明顯，2015年在人均糧食產量和有效灌溉面積大幅提高的影響下迅速增長至0.173 9，此間對土地生態安全綜合評價值影響較大;2016年有略微下降隨后又平穩增長至2019年的0.208 8。響應（L5）綜合值整體有提高，2017年明顯上升至0.231 4， 受益于政府在地質災害防治上加大了投資力度， 這直接促使2017年的土地生態達到了較安全的狀態; 2018年因地質災害防治投資的減少有明顯降低， 隨后又保持平穩增長。

（三）淮南市經濟發展和土地生態安全耦合協調度分析

結合學者的研究和淮南市的實際情況，對淮南市兩目標系統的耦合程度（如表5所示）及耦合協調優劣（如表6所示）進行劃分[17]。其中，當耦合值C等于0時處于無序發展狀態，當耦合值C等于1時處于可持續發展狀態。

據公式（9）～（11）計算淮南市2010—2019年兩目標系統的耦合度C值、協調度T值及耦合協調度D值，結果如表7所示。

由計算結果可知，淮南市2010—2019年兩目標系統的耦合度C值從2010年的0.230 1到2019年的0.901 8， 整體保持上升趨勢， 耦合程度由微弱耦合到高度耦合， 說明淮南市的經濟發展與土地生態安全之間具有相互作用的關系且作用程度逐漸增強。

耦合協調度D值總體上呈現逐步上升趨勢。2010年耦合協調度為0.126 8，處在高度失調狀態，因為“十一五”期間政府加速提升煤電產業發展，原煤產量逐年增加，但在經濟得到大幅提升的同時產生了資源浪費、耕地破壞等一系列生態環境問題。2011—2014年耦合協調度由0.240 8增加至0.458 5，由中度失調狀態慢慢轉變成輕微失調狀態，這幾年淮南市盡心竭力謀發展、潛心實干促轉型，雖然政府沒有忽視科學發展，但由于采煤塌陷區治理任務艱巨，煤礦開采與環境修復矛盾突出，生態建設壓力大，經濟發展增速明顯快于土地生態安全水平。2015年耦合協調關系上升到一個新節點，實現了基本協調，這受益于經濟發展主動適應新常態，結構調整堅持煤與非煤“雙輪”驅動、堅持綠色安全發展理念，但環境治理任重道遠，影響穩定的因素依然存在。2017年耦合協調度從2016年的0.630 1快速上升到0.805 5，一方面得益于淮南市緊盯實體經濟發展，聚焦項目投資招商，全面貫徹扶貧脫貧戰略;另一方面歸功于政府注重全面協調發展，開展"兩治三改"工作，統籌謀劃采煤塌陷區的系統治理，推進生態環保設施的完善。2018年和2019年耦合協調度緩慢增加，雖然達到了優質協調，但是仍有許多不足，城市轉型問題、非煤產業發展滯后、區域發展不平衡以及生態環境問題等，導致經濟發展和土地生態之間的協調關系距完全協調仍有一段距離。

五、結語

淮南市2010—2019年經濟發展總體呈上升趨勢;土地生態安全整體表現出先持續上升后略有降低趨勢，且在2015年開始達到臨界安全的狀態。二者耦合度C值和耦合協調度D值整體保持上升趨勢，耦合程度由微弱耦合逐步轉變到高度耦合，協調關系由高度失調逐步轉變成優質協調?，F階段經濟發展綜合值大于土地生態安全綜合評價值，淮南市轉變成土地生態滯后型，且這兩年經濟發展與土地生態安全差距加大，若不及時協調好二者之間的關系，很難促進綠色發展的進程。通過以上分析對淮南市發展提出以下幾點建議：

第一，優化煤炭產業。煤電是淮南發展的基礎，但應通過優化采礦強度、開采規模、開采方式和提高技術水平等方式降低產業發展產生的生態污染。

第二，加快產業轉型?；茨鲜袘瀼匦掳l展理念，以非煤礦產業發展為主并做優做強。比如將區域文化特色與旅游業融合，大力發展第三產業，促進山水生態文化和經濟共同協調發展。

第三，強化資源優勢。以淮南市的資源環境承載能力為基礎，對礦區廢棄土地、地下空間和礦井廢水等資源進行深度利用，充分發揮各地區的優勢，形成城市競爭新優勢。

第四，把握綠色發展?；茨献鳛槊旱V資源型城市歷史包袱沉重，環境整治任務艱巨。政府需要對采煤塌陷區、采石廢棄土地等重點區域加大綠色改造力度，深入推進環境治理和生態修復工程，達到“高碳匯”的狀態，推動環境質量穩定向好，實現綠色發展。

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[責任編輯：范君，李麗]