转型期矿业城镇“三生”系统协调度评价与障碍因子诊断

程琳琳，李月颖，杨玉曼，孙梦尧

(中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

资源型城镇是我国新型工业体系和城市群体的重要组成部分，既具有一般城镇的功能和特征，同时又受到资源开发周期的约束而面临城镇转型问题[1]。矿业城镇较一般资源型城市在资源可再生性和经济社会转型、生态环境治理等方面更具独特性，因此，单独将其提炼出来展开分析更具有针对性和政策的可操作性[2]。随着矿产资源迫近枯竭，矿业城镇正面临经济发展停滞不前、生态环境严重破坏等问题，为寻求新的发展方向，开始转型。狭义上的城镇转型是指产业结构的转型，包括将落后衰退、没有竞争力的产业淘汰，转而接续培育新型产业的过程[3]。从实际情况来看，矿业城镇的转型牵扯方面极广，产业结构的重组会导致“生产-生活-生态”等方方面面的变化。2012年十八大提出“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的国土空间建设总体要求，“生产-生活-生态”(以下简称“三生”)系统的协调发展成为了转型期矿业城镇的发展目标。

国内外学者对转型期的资源型城镇进行了多方面的评价，主要是基于产业结构[4]、经济发展[5]、绿色生态[6]和综合性转型[7]等方面展开。研究对象主要集中在华北地区和西北地区乃至全国范围内的资源型城市，尺度主要涉及省级、市级的大尺度，如山西省、辽宁省、四川省和甘肃省的白银市等[8-11]，而对于县级、区级矿业城镇尺度研究较少。并且评价视角和方法各有不同，郑伟[12]利用偏离-份额分析法，通过分析第一产业、第二产业、第三产业所占市场份额来评判矿业城镇的产业结构变化；李连刚等[9]构建了区域经济弹性对经济转型的作用机制来评价辽宁省各城市的经济发展；谭玲玲等[13]利用DEA模型从全要素生产率(TFP)角度计算转型效率来反映转型效果。鲜有尝试评价转型期矿业城镇的“三生”系统协调度的研究。

“三生”系统是一个内涵丰富、层次多样且具有耦合特征的复杂系统，各系统相互促进、相互胁迫的复杂关系对城镇的发展与演化有重要的影响[14]，一个系统的过度发展会对其他系统的发展产生一定的影响[15]。协调三者之间的发展对推动区域经济、社会、生态的协调、稳定与可持续发展至关重要[16]。转型期矿业城镇“三生”系统的协调度评价中，全面选取影响“三生”系统发展的指标是后续研究的基础，耦合协调度模型中的耦合度可以表明三大系统之间的相互作用程度，耦合协调度则可以判定出系统之间是在高水平上相互促进还是低水平上相互制约，更为直观地展现三者之间的内部关系。其协调度发展情况可以为今后提供借鉴经验，但是更重要的是能厘清影响矿业城镇“三生”系统协调发展的障碍因子，根据障碍因子提出针对性地改进措施，及时调整相关政策及资金使用情况，扬长避短，因地制宜地提高“三生”系统协调发展能力[17]。

基于此，本文选取北京市门头沟区为研究对象，结合系统论和“三生”空间系统理论，采用层次分析法构建以生产、生活和生态为要素层的门头沟区“三生”系统评价指标体系，运用耦合协调度模型对协调度进行评价，并且利用障碍度模型对其障碍因子进行诊断，提出促进门头沟区协调发展的建议。

1 研究区概况及数据来源

门头沟区位于北京城区正西偏南，总面积1 447.85 km3，境内98.5%为山地。矿山开采导致村庄附近植被破坏严重、土地沙漠化加剧，严重破坏北京市的生态屏障，20年内关闭了270家乡镇煤矿，逐步进入转型期。按照北京市城市总体规划和区县功能定位的要求，门头沟区主要承接历史文化名城、宜居城市的功能扩散，实现从能源基地向生态涵养发展区转型，从矿业型产业结构向生态友好型产业结构转型[18]。

指标体系中社会、经济、环境相关数据主要从2010—2019年《北京市门头沟区统计年鉴》和《北京区域统计年鉴》中直接获取或间接计算得出，其中，2011年“采矿业从业人员数”指标未在统计年鉴中统计，2009和2010年的“全部从业人数”指标由于年代较远，未找到数据，故均采用插值法计算得出。

2 研究方法

2.1 指标体系构建

“三生”系统包含生产、生活和生态三大系统，其协调发展是矿业城镇转型所要达到的目标和理想状态。生产系统是发展基础，通过发展时序展现生命力，决定生活要素也影响生态景观；生活系统是发展目的，通过外部联系构建吸引力，影响生产条件也限制生态要素；生态系统是发展保障，通过内在机制提供承载力，制约生产系统也限制生活系统[19]。总体来说，“三生”系统是一个相互制约、相互影响、相互渗透的整体，共同影响着矿业城镇的转型发展。

本文基于全面性与代表性相结合、层次性与独立性相结合、静态性与动态性相结合原则，采用层次分析法构建门头沟区“三生”系统评价指标体系。生产系统包括经济水平与产业结构，代表着城镇当前的经济发展水平和产业结构转型情况；生活系统包括社会发展和科技教育，反映了居民的物质生活与精神生活；生态系统包括环境质量和环境治理，体现了矿业城镇的生态环境保护和污染治理情况。

表1 “三生”系统评价指标体系Table 1 Evaluation index system of “production,life and ecology” system

2.2 标准化处理

在多指标评价或决策问题研究中，各个评价指标的单位、量纲和数量级的不同会在不同程度上影响评价或决策的结果，甚至造成评价或决策失误。为了消除影响，统一各指标的评判标准，必须对所选指标进行标准化处理。本文将采取极差法对各项评价指标进行标准化处理，正向型指标见式(1)，负向型指标见式(2)。

(1)

(2)

式中：yij为运用极差法处理后的数据值；xij为指标原始数据；xmin、xmax为第i个评价对象中第j个指标中的最小值与最大值。

2.3 确定权重

熵值法是一种客观赋权法，能够反映数据的隐含信息，增强指标的差异性和分辨性，为了避免因指标选取差异过小而造成的分析不清，本文采用熵值法对各指标赋予权重，避免人为因素干扰，保证结果的客观性，从而达到全面反映各类信息目的[20]，具体步骤如下所述。

由式(3)确定第i个评价对象中第j个指标的比重。

(3)

由式(4)确定第i项指标的熵值。

(4)

由式(5)确定指标j的信息效用值。

gj=1-ej

(5)

由式(6)计算指标xj的权重。

(6)

根据各项指标的权重得出各系统的综合评分，见式(7)。并由式(8)确定综合评分。

Si=∑yijwi

(7)

f=∑Si(i=1,2,3)

(8)

式中：f为各系统加和的综合评分；S1为生产系统评价值；S2为生活系统评价值；S3为生态系统评价值；yij为无量纲化后的指标；wi为各项相对应指标权重。

2.4 耦合协调度评价

“三生”系统评价只能反映出转型期各系统的发展情况，并不能体现三大系统之间的相互作用。因此，采用耦合协调度模型对“三生”系统的协调度进行评价。耦合源自物理学概念，指两个或两个以上系统或运动形式通过各种相互作用彼此影响的现象。耦合度是用来衡量系统或要素间彼此相互作用影响的强弱程度，而协调是系统或要素间协调配合、良性循环的关系[21]。“三生”系统的耦合关系式见式(9)。

(9)

式中：Ci为耦合度，当Ci=1时，表明三大系统处于最佳耦合状态；Ci=0时，表明系统内部各要素之间无关，系统向无序发展。

“三生”系统的耦合协调度及综合评价指数计算公式见式(10)和式(11)。

(10)

Ti=αS1+βS2+γS3

(11)

表2 “三生”系统协调发展程度等级划分Table 2 Classification of coordinated development degreeof “production,life and ecology” system

2.5 障碍因子诊断

诊断障碍因子需要引入因子贡献度(Pj)、指标偏离度(Qij)和障碍度(Mij，Nij)3个指标进行分析，计算公式见式(12)和式(13)[23]。

(12)

Nij=∑Mij

(13)

式中：Pj=wj；Qij=1-yij；Pj为因子贡献度，表示单项指标对总目标的影响程度；Qij为指标偏离度，表示指标与协调程度目标之间的差距；Mij和Nij分别表示第i年要素层和指标层对“三生”系统协调发展的影响程度。

3 结果分析

3.1 “三生”系统发展分析

由图1可知，门头沟区自2004年正式进入转型期，生产系统得分从2009年的0.037增长到2018年的0.336，增长幅度明显，发展趋势良好。其中，就产业结构来看，由于矿山逐步关停，地区矿产资源依赖度持续下降，采矿人员比重从18.7%下降到3.3%，资源型产业产值下降了17.9亿元。门头沟区大力引进“高精尖”企业，打造中关村科技园，高新技术企业产值增加了56.4亿元，同时完成了旅游文化休闲产业发展战略规划，对原有景区进行修缮，使得旅游文化休闲产业得到快速发展，乡村旅游收入增加了919.7万元，产业结构转型效果明显；就整体经济发展水平来看，人均GDP从2009年的25 970.5元增长到2018年的56 815.9元，GDP年均增长率由2.2%增加到7.8%，呈现出良好的增长趋势。

图1 2009—2018年“三生”系统评分及耦合协调度变化Fig.1 Changes of “production,life and ecology” scoresand coupling co scheduling from 2009 to 2018

生活系统得分呈现增长趋势，但速率较慢，从2009年的0.158增长到2018年的0.176，最大值与最小值只相差0.018。其中，社会发展方面人均可支配收入增长了29 882元；最低生活保障人数减少了11 790人，社会救助和保障工作取得成效；医疗服务体系有所完善，10年间每万人拥有医院床位数增加了8.6张；就业形势仍不容乐观，就业率从2009年的22.7%下降到2018年的14.9%；科技教育方面，每万人拥有教师数量呈现“下降-上升”的波动，2009年每万人拥有教师数为93.4人，由于2010—2014年开展经济结构调整，推进产业建设，吸引了大量外来务工人员，随迁子女进入中小学学习，教师需求量增大，但是培养教师数量不足，导致2014年每万人拥有教师数量减少到73.8人，随着2009—2018年科教支出比例不断增加，致使2014年后每万人拥有教师数量开始小幅度增加，2018年每万人拥有教师数上升为80.9人。

生态系统得分变化较大，呈现波浪式增长趋势，在2016年达到最大值0.22。其中，环境质量方面，绿地面积逐年增长，10年间，持续实施京津风沙源治理等生态工程，开展碳汇造林试点，人均绿地面积增长了35.25 m2；环境治理方面，门头沟区引入社会投资建设镇级污水处理厂，城市污水处理能力增长幅度较大，从2009年1.37万t/d增长到2018年的3.52万t/d。在2015年组建城乡环境管理委员会，引导城乡居民开展“大扫除”，并且开展农村生活垃圾分类和资源化示范区创建，使得生活垃圾无害化处理率在2015年达到100%，并一直保持至2018年。反观环保支出比例在门头沟区生态系统得分并不高的情况下，仍呈现减少趋势，说明政府对环保事业应继续保持重视态度。

3.2 “三生”系统综合评分及耦合协调关系分析

2009—2018年间“三生”系统的综合评分由0.289上升至0.706，在2017年达到最高值0.794。由图1可知，其综合评分整体呈上升趋势，但在2018年出现小幅度下跌，主要是由于生态系统中环保支出比例这项指标下降幅度较大。

“三生”系统耦合协调度从2009年的0.286增长到2018年的0.475，体现出门头沟区“三生”系统协调性不断增加，由失调阶段过渡为低级协调阶段。2009—2013年为失调阶段，该时期门头沟区对产业结构调整思路得到统一认识，但由于之前区内产业结构过于单一，导致培养新产业较为困难，投资引进不足，高新技术产业和乡村旅游产业体系还处于初步发展时期，仍未改变矿业作为主导产业的经济结构。生活系统方面，由于历史遗留问题导致的社会矛盾仍然存在，就业困难、医疗资源缺少、基础设施不完善等民生问题尚未解决。生态系统方面，仍有部分高污染、高能耗企业继续工作，由于矿山开采造成的土地资源损坏情况严重，土地修复工程和煤矸石山植被恢复工程进展较慢。三大系统关系不紧密，良性交互作用差，系统协调发展能力还需加强。

2014—2018年为低级协调阶段，在此期间，生产系统方面加快产业结构转型的脚步，大范围关闭煤矿，清理整治高污染企业，同时大力引进高新技术企业，建设发展旅游业。生活系统方面，不断健全就业社保体系，对低收入户进行精准帮扶。同时全面实施医药分开综合改革，持续完善三级医疗服务体系。 不断提升教育质量，完善基础设施。 生态系统方面，持续跟进京津风沙源治理项目，累计完成13 km3废弃矿山修复，生态建设取得一定成效。由图1可知，生产系统得分增长幅度较大，但是仍处于初步发展阶段，对于生活和生态系统的改善还没有明显的体现，生态系统得分虽逐步提高，但幅度不大，同时生活系统改善并不明显，“三生”系统发展步调不一致，导致协调性发展缓慢。

3.3 障碍因子识别

3.3.1 要素层障碍因子

各要素层对门头沟区“三生”系统协调发展的障碍度变化明显。由图2可知，在2009—2013年的失调阶段，产业结构为主要障碍要素，反映出转型初期的产业结构还未完全改变，资源型工业比例仍然较大，第三产业发展劲头不足。但随着产业结构不断调整，障碍度逐年下降，由2009年的33.74%下降到2013年的25.35%。经济水平、社会发展要素层障碍度在波动中呈下降趋势，其中经济水平下降了4.81%，社会发展下降了5.88%。环境质量障碍度变化不明显，维持在15%左右。科技教育和环境治理的障碍度则有增长的趋势，其中科技教育增加了8.51%，环境治理增加了6.58%。

图2 2009—2018年“三生”系统协调发展要素层障碍度Fig.2 Obstacles of coordinated development of“production,life and ecology” systemfrom 2009 to 2018

在2014—2018年的低级协调阶段，产业结构障碍度下降明显，2018年达到20%以下，体现出门头沟区加快了产业转型的步伐，大力发展第三产业，尤其是高新技术产业，取得丰硕的成果。与此同时，区内生态工程造林成果显著，环境质量要素层的障碍度均维持在1%以下，2016—2018年更是达到0值。但是环境治理的障碍度却仍然呈现上升的趋势，体现出污染治理方面重视不够。经济水平要素层在10%～16%间波动，有小幅下降，社会发展和科技教育的障碍度则出现波动式增长的态势，对于门头沟区“三生”系统协调的阻碍作用加大。

3.3.2 指标层障碍因子

由于指标层因子较多，仅选取每年前6位障碍度最大的指标(累计障碍度超过55%)为主要障碍因子。

由表3可知，10年间影响门头沟区“三生”系统协调发展的障碍因子从失调阶段到低级协调阶段的排序发生较大变化。

表3 2009—2018年门头沟区“三生”系统协调发展主要障碍因子障碍度Table 3 Obstacle degree of main obstacle factors forcoordinated development of “production,life and ecology”system in Mentougou district from 2009 to 2018

2009—2013年障碍度排名前三位的障碍因子为采矿业从业人员比重、人均绿地面积和科教支出比重，障碍度均在10%以上。实现矿业城镇“三生”系统协调发展的关键是改变已有的产业结构，而门头沟区采矿历史已有千年，在转型初期，矿山还没有全部关停，资源型工业企业生产总值仍高达38亿元，采矿业从业人员比例在15%以上，矿业仍然是主要生产企业，严重阻碍了产业结构转型。同时，煤矿的开采和生产过程对土地资源破坏十分严重，造成了大面积生态环境受损，在转型初期阶段难以妥善解决。区内采空区均出现地裂缝和地面塌陷等问题，损毁大量林地，并且大量矿业废石和废渣被堆放，侵占土地，污染水资源，导致人均绿地面积低于35 m2/人，严重影响生态系统。5年间科教支出比例障碍度变化不大，反映出在注重产业结构转型和改善生态环境的过程中对于科技和教育的重视不够，这也导致“三生”系统中生活系统的改善效果较差。

2014—2018年间障碍度排名前三位的障碍因子变为环保支出比例、就业率和万人拥有教师数。在此期间，随着矿山逐步关闭，矿山开采和加工企业也开始寻求转型，矿业从业人员大幅减少，并且政府设立第三产业投资基金，积极引进人才，大力发展高新技术产业，导致采矿业从业人员比例和第三产业产值比例的障碍度大幅下降。其次，虽然在生态环境治理与保护方面付出了巨大的努力，但是从表3可知，环保支出不足是目前阻碍门头沟区“三生”系统协调发展的首要障碍因子。这反映出环境治理的资金投入仍然不足，打造生态涵养区的任务仍十分艰巨。同时，近3年的就业率对于协调发展的阻碍作用开始凸显，在转型阶段，由于关闭了不少矿山企业，导致从事采矿工作的工人大量失业，在短时间内再就业存在一定困难，需要引起政府相关部门的高度重视。万人拥有教师人数体现了区域的教育质量，近几年门头沟区教师缺口不断增大，外地优秀的师范院校毕业生受编制和进京指标影响不能及时引进，导致万人拥有教师数这一指标的障碍度增加至12%以上。

4 结论与建议

4.1 结论

1) 2009—2018年间，门头沟区“三生”系统综合评分逐年增加，由0.289上升至0.794，在2018年下滑至0.706，但总体上仍呈上升趋势。2009—2017年生产系统得分逐年增加，2018年稍有回落，总体上增长幅度较大，发展态势良好；生活系统得分增长速度缓慢，变化不明显；生态系统方面得分呈波浪式增长，改善效果不突出。

2) 2009—2018年间，生产、生活、生态三大系统的耦合协调度总体上呈缓慢上升趋势，由2009—2013年的失调阶段发展为2014～2018年的低级协调阶段，表明门头沟区距协调发展仍然有很长的路程需要走。

3) 2009—2018年间，影响门头沟区“三生”系统协调发展的要素层障碍因子排序变化较大，2009年要素层最大的障碍因子为产业结构，其次是社会发展，其他因子依次为经济水平、环境质量、环境治理、科技教育。2018年要素层的最大障碍因子为科技教育，其次是环境治理，其他因子依次为社会发展、产业结构、经济水平、环境质量。指标层障碍因子排序变化大致与协调度发展阶段相似，在2009—2013年，前三位障碍因子为采矿业从业人员比例、人均绿地面积和科教支出比例，2014—2018年前三位障碍因子为环保支出比例、就业率和万人拥有教师数。

4.2 建议

1) 加强生态建设。门头沟区被定为生态涵养区时间较短，而矿业作为主导产业造成的历史性生态环境破坏问题影响深远，部分采矿遗留的矿业废弃地未得到合理利用。今后仍应坚定绿色发展方向，在产业结构调整和管理的过程中，应把生态环境的修复和保护放在第一位，尤其需要进一步加大对矿业废弃地的再利用和村镇生态恢复方面的环保支出。

2) 强化就业举措。转型期间门头沟区关停大量矿山，矿业资源产业发展受挫，职工绩效大幅下降，失业率逐步升高。同时，新引进的高新技术产业发展势头不足，新发展的文旅产业还未成熟，对于劳动力的需求不足。今后应建立和完善再就业服务中心，号召之前从事矿业资源产业开发的人员投身其他产业，缓解近几年就业率不高的困境。还应发挥各村镇的优势资源，打造村镇的精品产业，增加就业渠道。例如妙峰山镇具有得天独厚的自然风光，潭柘寺镇的历史文化悠久，应着重发展文化旅游产业以带动就业。

3) 深化教育改革。教育主管部门要增加对学校的财政投入，改善办学条件。针对目前教师数量不足的情况，应加大对师资力量的培养，扩大和巩固基础教育，积极开展职业技术教育、成人教育和在线教育，形成多层次、多渠道和多形式教育网络，开辟更多的教师岗位，扩大教师招聘规模，同时提高教师的工资福利待遇，改善住房、医疗、交通、通讯等生活条件，解决户口和子女入学等后顾之忧。