生态环境是人类赖以生存和发展的基础，其以人类所处的社会为中心，支撑着人类社会经济与农业可持续发展，是由一定区域范围内生物、土壤、水体、空气、地质、地貌等生态环境要素组成的整体环境综合系统^[1-2]。社会经济的发展常以对环境和资源的开发利用为基础，在经济增长所带来的生产和生活水平提高的背后，往往隐藏着生存环境质量下降的问题^[3]。近年来，浙江省在经济高速增长的同时面临着许多环境问题，如废气排放量高、酸雨污染严重、废水排放量较高等^[4]。为改善环境污染对浙江省发展造成的制约，浙江省提出并实行了美丽乡村建设、五水共治等环境治理战略，取得了显著的成效。

生态环境与经济发展之间的矛盾已成为 21 世纪以来区域发展中的突出问题，作为我国经济强省之一的浙江省也不例外^[5]。国内有很多关于生态经济协调发展的研究实例，但有关浙江省生态环境与市域经济协调关系的空间格局演变规律的研究还不够深入。自改革开放以来，浙江省利用各种优势，积极推进经济建设，创造了“浙江模式”，成为我国经济发展的重要动力^[5]。与此同时，随着经济的平稳快速发展，生态环境破坏现象逐渐显现，于是在2000年浙江省实施“生态省建设工程”，以此来促进生态环境保护和经济发展的杠杆平衡^[6]。习近平总书记也提出“绿水青山就是金山银山”的科学理论，不断丰富发展经济和保护生态之间的辩证关系，坚持节约资源和保护环境这一基本国策^[5]。因此，保证经济发展与保护生态环境成为当前研究的热点，促进生态与经济可持续发展至关重要。

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是现代信息技术的发展产物，能实现空间视角下的数据表达及分析^[7]。GIS技术具有强大的空间数据处理及分析功能，依托GIS技术，可解决传统经济分析中空间角度下的数据表达，以及实际分析规划问题，同时从空间变化趋势的视角，确定区域经济活动的变化趋势，并基于区域经济的要求场所，匹配相应的布局条件^[7-10]。最终通过GIS实现对区域经济活动空间变化的模拟，制定科学合理的经济发展规划；GIS用于环境评价比较形象、直观，环境评价与GIS、遥感等信息技术结合，可以实现数据的时空动态变化分析^{[2, 7]}。长期以来，人口、社会、经济等生态相关数据都是以行政区划单元为基本统计单位，这有利于利用GIS对数据进行分析^[11]。近年来，浙江省在生态、经济方面实行了许多政策与措施并取得了较大成效，分析各政策导向下的生态和经济发展方向，选取具有浙江特色的代表性分指标来构建生态—经济协调发展综合评价指标体系可做到与时俱进。本文基于浙江省生态环境和经济发展，构建浙江省生态—经济协调发展综合评价指标体系，并从传统经济和新兴经济2个角度切入，动态模拟预测研究区域内生态环境质量对社会经济发展的相关性与协调性，揭示社会经济发展与生态环境变化的“杠杆”关系，可为区域可持续发展提供决策协助^[12]。

1.   研究方法

1.1   总体思路

从生态和经济2个方面出发，从传统经济和新兴经济2个角度探索浙江省生态建设与经济发展中的杠杆关系，以完善浙江省整体生态经济的可协调发展，提高其生态经济并行效率为目的，选取相应评价指标体系，对浙江省现有的11个市的经济与生态功能效益进行评价，获得该市（县）的生态经济总指数排序，从而调整各市生态经济发展，构建更合理的浙江省全面发展布局。此外，本文以浙江省“传统经济”与“新兴经济”2个独特视角切入，收集相关经济数据，以GIS技术深入挖掘浙江省乡土风情、人文知识。

在传统经济方面，以传统的眼光来衡量经济与生态的发展，通过计算浙江省各地路网密度来体现交通通达性，从而反映该地传统经济的发展情况；通过浙江省十大美丽乡村概况来体现乡村振兴战略在浙江省的实施大力推动了各地生态建设与旅游业的发展，从而反映该地的生态发展状况。

在新兴经济方面，以新兴科技的眼光来衡量经济与生态的均衡发展，选择位于杭州的城西科创大走廊作为典型案例。城西科创大走廊是以杭州城西科创产业集聚区范围为主要组成部分的一个新兴经济产业园，从创立至今，城西科创大走廊致力于生态环境保护与科技创新发展同步进行，注重提升发展能级，在创新创业生态系统建设、特色小镇建设、信息智慧产业集聚方面取得了突破性的成就^[13]。通过重点高新技术产业和高校科研人才的聚集来体现新兴经济的发展情况；通过该路线的房地产、旅游业发展潜力来反映生态建设情况。

1.2   研究工具

使用超图软件SuperMap iDesktop 9D^[14]和遥感图像处理软件ESRI ENVI 5.2^[15]对相关指标进行运算，其中部分遥感影像数据使用ENVI 5.2软件进行处理，最后使用超图软件SuperMap iDesktop 9D绘制专题图。

1.3   数据来源

本研究采用的经济指标数据主要来源：一是来自地理空间数据云平台（http://www.gscloud.cn/）数据资源板块中的社会经济数据，具体为提取浙江省11个市2008—2017年国内生产总值（Gross National Product，GDP）变化情况；二是来源于浙江省统计年鉴^[16]，具体为浙江省经济密度。

生态指标指数数据主要来源：一是LocalSpace Viewer 4，具体为提取浙江省十大美丽乡村的坐标点；二是来自浙江省生态环境厅，具体为浙江省五水共治理念下的污水厂达标率、空气质量总指数（Air Quality Index，AQI）。

其中生态和经济协调发展的杭州城西科创走廊产业集聚区矢量面数据的提取来源于LocalSpace Viewer 4。

1.4   技术路线

本次研究评价技术路线主要包括以下几步：

第1步，确定评价区域。本次拟纳入的研究区域为浙江省11个市，即杭州市、湖州市、嘉兴市、宁波市、绍兴市、金华市、舟山市、衢州市、台州市、丽水市、温州市。

第2步，明确指标体系和评价方法。分析现有的生态、经济指标评价体系结构以及其选用的各个分指标，根据浙江省近年来的经济发展状况与采取的生态保护措施，综合选取了能体现浙江省经济发展与环境现状的7个分指标。考虑到浙江省近年来大力推行“五水共治”理念并取得了显著成效，将水体覆盖度与污水厂达标率加入生态分指标；浙江省以“七山一水二分田”著称，拥有大面积的土地资源，选取植被覆盖度与空气质量总指数加入生态分指标；近年来，浙江省稳步推进的“三改一拆”行动大见成效，城中村改造提速，故将城镇覆盖度加入经济分指标；由于“八大交通”建设的实行与“美丽乡村”建设的推进，景区交通模式逐步成型，浙江省交通体系得到进一步完善，故将路网密度加入经济分指标^{[4-6, 17-18]}。最终在经济方面，确定人均GDP、城镇覆盖度、路网密度3个指标作为判定依据；在生态方面，选取植被覆盖度、水体覆盖度、空气质量总指数、污水厂达标率5个指标作为判定依据。

第3步，指标获取。从官方数据中提取出经济指标中人均GDP和人口密度以及生态指标中的空气质量总指数和污水厂达标率等3个指标；针对植被覆盖度和水体覆盖度2个指标，分别采用归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）^[19]和改进后的归一化差异水指数（Normalized Difference Water Index，MNDWI）^[20]表示；针对经济密度指标，通过官方数据获取GDP和区域总面积后，计算得出；针对城镇覆盖度指标，通过SuperMap iDesktop相应工具进行提取。

第4步，进行指标标准化。采用极差标准化进行数据变换，把标准化分值设定在0~1，为避免评价片面性和主观性，本文通过层次分析法（Analytic Hierarchy Process ，AHP）计算各指标的权重值，采用两两比较的形式对每一层次的因素建立判断矩阵，用Satty提出的“1~9”比率标度法进行定量评价^[21]。通过计算判断矩阵的特征值和特征向量，得到各层次因素关于上一层次因素的相对权重（层次单排序权值），并检验矩阵的一致性（表1）。

表  1  AHP构建方法

Table  1.  The construction method of AHP

标度	标度含义（甲与乙比较）
1	甲与乙同等重要
3	甲与乙相比稍微重要
5	甲与乙相比明显重要
7	甲与乙相比强烈重要
9	甲与乙相比极端重要
2，4，6，8	分别为上述两相邻判断的折中

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第5步，构建生态—经济评价体系综合指数。生态系统健康综合指数的构建通过查阅相关资料并根据被评价系统的具体特征和实际情况等得出，将评价系统的等级状况划分为5个，即较高、高、适中、低、较低，每一等级均赋予不同的分值范围^[22]。本文采用综合评价指数法计算得出生态—经济评价综合指数（E），根据其分值最终确定各个市的生态经济协调度（图1）。

图  1  评价流程图

Figure  1.  Evaluation flowchart

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1.5   指标体系

从生态（C1）和经济（C2）2个准则出发^[23]，本研究最终采用人均GDP、城镇覆盖度、经济密度、植被覆盖度、水体覆盖度、空气质量总指数、污水厂达标率等7个分指标^[12]。进行两两比较，建立判断矩阵之前，首先需统一数据的量纲，在此采用归一化方法对原始数据进行无量纲化：

其中：${x}_{ij}$为各指标原始数据，${y}_{ij}$为无量纲化后的结果，m为研究区域单元数。

其中生态准则的4个分指标（植被覆盖度、水体覆盖度、空气质量总指数、污水厂达标率）的优先程度为：植被覆盖度>空气质量总指数、污水厂达标率>水体覆盖度，生成表2所示的两两判断矩阵，多角度地展现了该地区生态建设的综合情况；经济准则的3个分指标中，认为人均GDP为最重要的决定因子，生成表3所示的两两判断矩阵；成表4展现了该地区经济建设的整体情况。

表  2  生态准则（C1）的判断矩阵

Table  2.  The judgment matrix of ecological criteria (C1)

A1	A11	A12	A13	A14
A11	1	5	2	1
A12	1/5	1	1/3	1/5
A13	1/2	3	1	1
A14	1	5	1	1

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表  3  经济准则（C2）的判断矩阵

Table  3.  The judgment matrix of economic criteria (C2)

A2	A21	A22	A23
A21	1	3	7
A22	1/3	1	3
A23	1/7	1/3	1

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表  4  两个准则的判断矩阵

Table  4.  The judgment matrix based on ecological criteria (C1) and economic criteria (C2)

A	A1	A2
A1	1	1
A2	1	1

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针对上一层两两相比的评分数据，将本层所有元素在判断矩阵的基础上对上一层排出优劣顺序，完成层次单排序；层次总排序即某一层的所有指标相对于最高层权重，设第k−1层${n}_{k-1}$个指标相对于最高层的权重向量为：${w}^{k-1}=\left({{w}_{1}}^{k-1},{{w}_{2}}^{k-1},\cdots ,\right.$$\left.{{w}^{k-1}_{{n}_{k-1}}}\right)^{T}$，设第k层${n}_{k}$个指标相对于第k−1层的第j个指标的权重向量为: ${w}_{j}^{k}=\left({{w}^{k}_{1,j}},{{w}^{k}_{2,j}},\cdots ,{{w}^{k}_{{n}_{k},j}}\right) (j=1,$$2,\cdots ,{n}_{k-1})$，第k层${n}_{k}$个指标相对于第k-1层的权重为: ${{{W}}^{{k}}} = \left[ {\begin{array}{*{20}{c}} {{{w}}^{{k}}_{{{11}}}}&{{{w}}^{{k}}_{{{12}}}}& \cdots &{{{w}}^{{k}}_{{{1}}{{{n}}_{{{k}} - {{1}}}}}}\\ {{{w}}^{{k}}_{{{21}}}}&{{{w}}^{{k}}_{{{22}}}}& \cdots &{{{w}}^{{k}}_{{{2}}{{{n}}_{{{k}} - {{1}}}}}}\\ \vdots & \vdots & \vdots & \vdots \\ {{{w}}^{{k}}_{{{{n}}_{{k}}}{{1}}}}&{{{w}}^{{k}}_{{{{n}}_{{k}}}{{2}}}}& \cdots &{{{w}}^{{k}}_{{{{n}}_{{k}}}{{{n}}_{{{k}} - {{1}}}}}} \end{array}} \right]$，则第k层${n}_{k}$个指标相对于最高层的权重为：${W}^{k}{w}^{k-1}$，综合出最佳的优劣顺序，生成层次总排序的结果^[24]。

一致性指标的定义为：${\rm{CI}}=\dfrac{{\lambda }_{{\rm{max}}}-n}{n-1}，$n阶判断矩阵的最大特征根${\lambda }_{{\rm{max}}}\geqslant n，$将一致性检验值定义为${\rm{CR}}=\dfrac{{\rm{CI}}}{{\rm{RI}}} < 0.1$（RI为平均一致性指标，其数值如表5所示），本研究建立的综合评价指标体系的CR计算值为0.0181，一般认为当CR<0.1时，则通过一致性检验^[24]。

表  5  一致性指标数值

Table  5.  The consistency index value

阶数n	1	2	3	4	5	6	7	8	9
RI	0	0	0.58	0.9	1.12	1.24	1.32	1.41	1.45

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利用获取到的矢量和栅格数据源，通过SuperMap iDesktop 9D、ESRI ENVI 5.2等桌面软件进行7个指标的运算，按以上方法计算“生态—经济”综合评价指标并绘图输出。

1.5.1   生态重要性

结合浙江省近年发展政策以及实际情况^[4]，选取植被覆盖率、水体覆盖度、污水处理力度、空气污染指数等指标反映浙江省生态的重要性，从水文、植被、空气、污染程度等各个方面进行评价。空气和污染量两个指标可直接获取，水文和植被两个指标的具体计算方法如下：

（1）植被覆盖率指标——NDVI

通过ENVI软件对图像进行波段运算（式2）再对所得图像进行异常值处理，得到浙江省归一化植被指数分布情况。

其中，−1≤NDVI≤1，值表示覆盖物为云、水、 雪等，对可见光高反射；0表示有岩石或裸土等，NIR和R近似相等；正值表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大。

为对各市进行生态—经济综合评价，需将植被指数<0的像元统一赋值为0，便于计算出各市植被指数平均值。

（2）水体覆盖度指标——MNDWI

利用ENVI软件对图像进行波段运算（式3），对所得图像进行异常值处理，得到浙江省改进后的归一化差异水指数分布情况。

其中，G表示绿光波段；NIR表示近红外波段。

将归一化水指数<0的像元统一赋值为0，便于计算出各市归一化水指数平均值，作为该市的水体覆盖度指标。

1.5.2   经济重要性

主要选取城镇覆盖度、经济密度和人均GDP 3个指标进行浙江省经济重要性评价，其中人均GDP可从数据源中直接获取，城镇覆盖度和经济密度2个指标获取方法具体如下：

1）城镇覆盖度计算。以浙江省各市城镇用地以及非城镇用地，如自然保护区、生态脆弱区等为主进行计算，主要步骤包括：一是利用最大似然法对浙江省城乡用地进行监督分类，得到浙江省用地分类图；二是通过ArcMap掩膜工具从浙江省用地分类图中提取出各市城镇区域；最后通过式4计算得到各市城镇覆盖度，以此作为经济指标之一，反映浙江省经济发展情况。

其中，C为城镇面积；A为区域总面积。

2）经济密度计算。通过统计年鉴GDP数据和区域面积2个数据，计算得出经济密度。

其中，M为总GDP；A为区域总面积。

1.5.3   综合平衡性

从传统经济视角出发，本文使用浙江省路网密度代表其经济发展指标，选取浙江省十大美丽乡村作为生态建设指标；从新兴经济出发，本文选取城西科创大走廊的经济发展现状作为经济指标，其生态建设状况作为生态指标。最后分别观察传统经济和新兴经济中生态和经济的发展关系，从而探讨生态和经济发展的杆杠平衡关系。其中传统经济中的美丽乡村数据和新兴经济中的城西科创大走廊数据均通过矢量化获取，路网密度的获取过程如下：利用空间分析工具对浙江省道路网数据进行分析，计算出浙江省各处路网密度，作为交通可达性的参考，可在传统经济中作为经济的衡量标准。

2.   指标评价结果

2.1   生态重要性

除空气质量总指数、污水厂达标率和人均GDP 3个指标可直接查找获取，剩下的4个指标均需采用波段运算等方法获得。其中，最重要的指标为植被覆盖度，其可在很大程度上代表浙江省的生态发展程度；其次是污水厂达标率，水体污染是现如今很重要的社会问题，浙江省通过“五水共治”的推进，大力剿灭污水隐患，实现浙江省的绿水青山。

2.2   经济重要性

经济方面3个指标（人均GDP、城镇覆盖度、经济密度）的优先程度为：人均GDP>城镇覆盖度>经济密度，根据层次分析法确定各分指标的权重，展示该地区经济发展的情况。其中，人均GDP是浙江省各市经济发展的主要代表指标，以人民富裕带动城市富裕，从而达到生态—经济平衡的目标。

2.3   综合评价

7个分指标计算结果如图 2 所示， 利用7个分指标通过层次分析法确定对应的权重，构建生态—经济综合指数，计算得出生态—经济总指标体系的权重如表6所示。

图  2  各分指标计算结果

Figure  2.  Each sub-index calculation result

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表  6  生态−经济综合评价指标

Table  6.  Eco-economic comprehensive evaluation system

	指标类型	分项指标	数值
生态—经济综合评价指标	生态0.5	植被覆盖度	0.375 4
		水体覆盖度	0.071 2
		空气质量总指数	0.235 7
		污水厂达标率	0.317 7
	经济0.5	人均GDP	0.668 7
		城镇覆盖度	0.243 1
		经济密度	0.088 2

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3.   结果与分析

本文以浙江省11个市为研究对象，分别从其生态重要性和经济重要性2方面进行评价，并根据各项指标通过层次分析法进行综合计算得出生态—经济综合指标体系。根据计算结果，可得出：生态与经济的发展如同杠杆与天平，相互促进、相互制约，最终达到一种平衡关系。杠杆一端是衡量经济状况的经济分指标，另一端是衡量生态状况的生态分指标。本文通过结合浙江省近年来成效显著的政策，科学地分析并选取能客观反映研究区域经济发展与生态保护现状的分指标，综合这些分指标建立“生态—经济总指数”指标体系，再通过层次分析法确定各分指标权重，从而计算出各市“生态—经济总指数”，反映浙江省各市生态与经济的平衡度。通过整体平衡度分析（图3），浙东北生态—经济总指数优于浙西南生态—经济总指数，地区发展程度较高是经济发展和生态保护共同促进的结果，证明经济发展和生态保护缺一不可，只有二者达到时间和空间的有机结合，才能实现整体发展的最大化。

图  3  杠杆与天平

Figure  3.  Leverage and balance

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基于评价结果，辅以2个传统经济视角与新兴经济视角下生态与经济协调发展的实例——美丽乡村、城西科创大走廊，突出展示浙江省在践行生态和经济协调发展方面的成果。在传统经济视角下，本研究用交通通达性高（低）代表经济发展程度高（低），美丽乡村建设地代表该地的开发建设程度高，生态发展较好。从传统经济视角图来看，一方面，交通通达性高的地区（图中深色地区）可促进美丽乡村的生态建设与旅游业的发展，这说明生态建设离不开经济发展；另一方面，交通通达性低的地区（图中浅色地区）在未来可依靠当地美丽乡村建设而发展起来的旅游业带动该地经济增长^[25]。这说明天然美丽的生态环境可以旅游业等形式为该地经济发展赋能，传统经济的发展需遵循生态和经济协调发展这一基本原则，方可促进发展传统经济所属地有机整体的发展和进步。在新兴经济视角下，通过城西科创大走廊热力分析图可见，城西科创大走廊聚集了许多高兴技术产业和高校科研人才的培育地，整条线路生态环境优越，不仅带动了房地产行业的入驻，还可以激活旅游业的发展，使生态环境和经济发展有机结合，从而促进该地区的整体发展（图4）。

图  4  传统经济视角与新兴经济视角图

Figure  4.  Traditional economic perspective and emerging economic perspective map

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4.   结论与讨论

本文通过GIS技术，对浙江省各市进行了生态—经济协调性分析，并从“传统经济”与“新兴经济”2个独特视角切入，探究出生态与经济的“杠杆”平衡关系在浙江省内的体现。经济发展具体表现在人均GDP和城镇覆盖度2个指标的评价分析中，生态发展用植被覆盖度、水体覆盖度、空气质量总指数、污水厂达标率4个指标来体现。通过本文的研究分析，得出无论在传统经济还是新兴经济的发展过程中，均需注重生态环境保护与经济发展的协调，辩证看待生态环境保护与经济发展的关系，并将生态环境保护与经济发展视为一个整体来考虑。当经济增长速度加快时，生态指标的变化监测可起到对资源过度索取与环境污染现象的预警；当生态质量有所降低时，可尝试用良性的经济发展促进生态环境的改善（以浙江省美丽乡村建设、杭州市城西科创大走廊为例）。生态环境保护与经济发展的协调，需在未来不断探索，走出一条以生态优先、绿色发展为导向的高质量发展新路。

本文将评价体系中指标选取的依据定位于研究区域相关政策导向下的良性发展方向，与时俱进，在今后的研究中可随着新政策的推行增加新的指标，也易使用该方法对不同的研究区域进行探索。由于本文选取的各个指标在生产和生活中较易获取，也可将此方法用于探索其他地区生态—经济发展的“杠杆”平衡关系，可为研究区域乃至全国的生态—经济平衡发展提供参考。在今后的研究中，还可将指标体系进行完善，融入其他指标使得研究结果更客观。最后，社会经济发展和生态环境之间相互联系、相互制约、互为基础，只有经济与环境保持协调，才能实现真正意义上的可持续发展。