推动长江流域绿色发展对全面建设社会主义现代化国家意义重大, 《中共中央国务院关于全面推进美丽中国建设的意见》明确提出要将长江经济带建设成为人与自然和谐共生的绿色发展示范带。党的十八大以来, 习近平总书记于2016年、2018年、2020年、2023年在长江流域上中下游的重庆、武汉、南京、南昌, 先后主持召开四次长江经济带发展座谈会, 一以贯之强调要“坚持生态优先、绿色发展”。城市是流域自然本底和经济社会复合要素互动的关键节点, 是流域绿色发展的重要空间载体^[1—2]。在此基础上, 科学评价长江流域城市绿色发展进程, 准确识别影响城市绿色发展的制约因素, 有助于针对性地制定提升对策, 以城市节点生态、经济和社会的协调可持续发展推动长江流域绿色高质量发展。

2008年金融危机以来, 绿色发展相关的理念成为国内外研究和实践的热点领域。虽然对其界定和内涵的阐释不尽相同, 但是国际社会普遍认为其是一种实现可持续发展的具体实践和可行路径, 因而具有可持续发展的环境、经济和社会多维目标协调共赢的内在属性^[3—4]。基于可持续发展在不同国家和地区的实践, 国际组织和学者尝试构建绿色发展相关指标体系^[5—7]和评价绿色进程^[8—10]。党的十八大以来, 中国明确提出走绿色发展之路, 促进经济社会全面绿色转型^[11]。围绕中国绿色发展的多目标指标体系评价、时空演变和影响驱动等方面^[12—15], 学术界开展了大量研究。由于绿色发展实践离不开所在区域的自然禀赋和经济社会背景, 学者们进一步聚焦不同区域^[16—17]、不同类型的城市^[18—19]开展绿色发展研究。

作为我国绿色发展的主战场, 近年来长江流域城市绿色发展评价相关研究得到高度关注。在评价指标方面, 基于对城市绿色发展内涵的理解, 或从核心的绿色生态、生活和生产维度^[20], 或从拓展的绿色经济、生产、环境、生态、创新和生活^[21], 绿色增长、财富和政策^[22]等维度构建指标体系。在评价重点方面, 关注绿色发展在长江经济带^[23]、长三角^[24]、中游^[25]和上游^[26]城市群的时空分异。在赋权方法方面, 相关研究多采用熵权法^[24—27]确定评价指标的权重。已有研究在长江流域城市绿色发展评价方面取得了丰富的成果, 但仍有可进一步拓展之处。一是已有研究重点考虑了城市绿色发展的内涵, 但是对长江流域城市以水为纽带的独有特征却相对忽视, 新时期能够反映流域“三水”统筹要求的绿色发展评价研究亟待加强；二是已有研究多关注城市绿色发展时空差异的评价, 但是对影响绿色发展障碍因素的辨识以及提升路径的指导性和针对性不够；三是已有研究多以熵权法为主要赋权方法, 缺乏考虑绿色发展多维指标间可能存在的相关性。

基于此, 本文构建长江流域以水为纽带、体现“三水”特征的城市绿色发展指标体系, 以流域内63个重点城市为研究对象, 结合2012—2021年的面板数据, 基于CRITIC-熵权组合赋权和TOPSIS的综合评价方法测度城市绿色发展进程, 利用障碍度模型分析影响城市绿色发展的主要因素, 并采用系统聚类分析不同城市的障碍类型, 进而提出差异化的绿色发展推进策略建议。

1 长江流域城市绿色发展指标体系

长江流域城市绿色发展, 既要考虑城市实现绿色发展多维目标的一般内涵, 又要考虑长江流域以水为纽带的城市绿色发展的特有内涵。长江流域城市绿色发展既包含城市单元经济社会的绿色转型, 也包含流域范畴水生态系统的安全保障。在绿色发展经典的“三圈模型”内涵基础上^[28], 本文认为, 长江流域城市绿色发展是城市单元生态、经济和社会系统以水为联系, 通过正向机制交互实现协调可持续, 达到生态、生产和生活的“三生共赢”。其内涵的多目标维度包含：流域水生态安全(G1), 是城市绿色发展最基本和决定性基础, 当前长江流域已经从水环境质量改善向水生态环境安全转变^[29], 要求统筹好水资源(F1)、水环境(F2)和水生态(F3)；经济高质量发展(G2), 是城市绿色发展的目标本质和核心要义, 既有质的有效提升, 也有量的合理增长, 内含经济规模合理增长(F4)、产业结构转型升级(F5)和创新驱动动力变革(F6)等要义^[30]；资源环境高效(G3), 是城市绿色发展多目标关系的重要体现, 以最少的资源环境代价取得最大的经济社会效益^[11], 本研究以资源、环境和碳效率(F7、F8和F9)表征；绿色生活转型(G4), 是城市绿色发展的重要目标之一, 生活方式会对流域资源环境的获取和使用产生直接影响, 本研究以绿色消费(F10)、绿色基建(F11)、绿色空间(F12)等方面来表征绿色低碳生活方式转型。基于长江流域城市绿色发展内涵, 综合考虑指标的科学性、代表性以及在城市层面的数据可获性, 建立具有长江流域特色的城市绿色发展指标体系, 见表 1。

长江流域城市绿色发展指标围绕以水为纽带的特征, 体现流域水生态环境安全对城市经济社会发展的基础和约束, 与水直接相关的指标占比超过60%, 包括生态系统“三水”指标(X1、X2、X3、X4、X5)、经济系统水经济指标(X8)、社会系统水管理指标(X16、X18、X19)和三大系统水交互指标(X11、X12、X13、X14)：①生态系统“三水”指标的确定主要依据《长江保护法》《深入打好长江保护修复攻坚战行动方案》(以下简称《方案》)对“三水”统筹的目标要求, 如加强用水总量控制和生态用水保障、保持水质优良、提升饮用水安全水平等, 其中, 采用林草覆盖率作为水生态的替代指标, 主要考虑长江流域省级层面水生态考核将于2025年开展, 当前城市层面水生态指标获取就更为困难, 而《方案》从生态系统整体性和流域系统性出发, 提出水生态系统修复要实施林草地保护修复, 据此本研究采用该替代指标表征。②经济系统水经济指标的提出主要考虑长江流域水生态环境安全与沿江城市产业发展关系密切, 水污染密集型产业是长江水生态环境问题的重要原因, 因此结合长江流域产业发展及已有研究^[31—32], 确定以石油化工、有色金属和制药造纸等12大水污染密集型行业表征涉水产业的结构转型。③社会系统水管理指标和三大系统水交互指标的选择主要参考其他绿色发展相关研究^{[13, 23, 26]}中经实证检验较为成熟的指标, 以及《方案》等政策文件中的指标, 如采用城市生活污水集中收集率而不是集中处理率作为评价指标。

2 研究方法与对象 2.1 CRITIC-熵权组合赋权方法

已有研究中通常采用的熵权方法主要是根据指标变异程度确定权重, 考虑长江流域城市绿色发展多维指标之间可能存在的相关性, 建立CRITIC-熵权组合赋权方法。CRITIC能够反映数据之间的相关性和波动性, 相关性越大, 权重越小；波动性越大, 权重越大。因此, CRITIC-熵权组合赋权方法既考虑了指标的信息量, 又考虑了指标间的相关性, 赋权结果更具合理性^[33—34], 具体过程如下：

设原始数据矩阵为X=(x_ij)_m×n, 其中m为城市个数, n为指标个数, x_ij为第i个城市第j个指标的原始数据。首先, 对所有指标x_ij采用极差法进行归一化处理, 以消除量纲影响；其次, 分别计算指标变异性和冲突性, 以反映数据的波动差异和冲突情况, 在此基础上计算CRITIC权重；之后, 计算熵权法权重；最后, 基于CRITIC权重和熵权法权重计算组合权重。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中, S_j和x_j分别为第j个指标的标准差和平均值；ρ_{j, k}为第j个指标与第k个指标之间的相关系数, 值越大表明两个指标之间的相关性越高, 相应地, R_j越大, 表明第j个指标与其他指标之间的相关性越低；C_j为第j个指标的信息量, w_aj为第j个指标的CRITIC权重；e_j为第j个指标的熵, w_bj为第j个指标的信息熵权重；W_j为第j个指标的CRITIC-熵权组合权重。

2.2 TOPSIS方法

采用TOPSIS方法评价城市绿色发展总体水平。TOPSIS是一种基于多目标决策的评价技术, 是逼近于理想解的排序方法, 本质是通过衡量系统现实状态与理想状态间的欧氏距离来判断系统的发展水平^[35—37], 具体过程如下：

计算加权标准化矩阵：

(8)

确定正负理想解：正理想解为各指标的理想最优值集合：U⁺={u₁⁺, u₂⁺, …, u_n⁺, 负理想解为各指标的理想最劣值集合：U^-=u₁^-, u₂^-, …, u_n^-}。

计算评价对象与最优、最劣方案的距离D⁺、D^-：

(9)

(10)

计算相对贴近度C_i, 以表征城市绿色发展总体水平。

(11)

2.3 障碍度模型

开展长江流域城市绿色发展评价的目的是促使城市节点不断提升绿色发展水平, 从而带动长江流域整体的绿色发展。本文通过建立障碍度模型, 辨识阻碍城市绿色发展水平的影响因素, 从而制定针对性的提升策略。障碍度模型包括指标偏差度, 指标障碍度和目标障碍度^[38], 具体过程如下：

(12)

(13)

(14)

式中, V_ij为第i个城市第j个指标的偏差度, X_ij为第i个城市第j个指标的标准化值；w_j为第i个城市第j个指标的权重, 即指标贡献度；Z_ij为第i个城市第j个指标的绿色发展障碍度, Z_ij越大, 表示指标对绿色发展的阻碍程度越大, 反之阻碍程度越小；Z为目标障碍度, 表征目标对绿色发展总目标的障碍度。

2.4 聚类分析

聚类分析作为一种经典的数据挖掘技术, 主要基于信息关联度对样本数据进行组别划分, 使组内、组间样本分别具有高度的“同构性”和“异质性”^[39]。考虑系统聚类法主要根据指标相似度判断聚类数, 无需预先设定, 利于识别数据隐性相关性^[40], 本文采用系统聚类法划分城市绿色发展障碍类型。采用Ward系统聚类法对城市聚类的基本步骤是：将m个城市样本分为k类, 选择使S增加最小的两类合并, 循环迭代直到所有个体合并成一类^[41]。

(15)

(16)

(17)

式中, S_t为第t类城市样本的离差平方和, S为所有类城市样本内部的离差平方和, d_ij为平方欧式距离, 用以衡量不同城市样本间的相似性。

2.5 研究样本与数据来源

2018年4月, 生态环境部组建国家长江生态环境保护修复联合研究中心, 科技支撑长江流域绿色高质量发展, 联合研究在长江流域选取若干重点城市开展驻点跟踪研究。本文以联合研究驻点的63个重点城市为研究样本, 样本城市分布于长江流域上中下游12个省市和15个片区(图 1、表 2), 对于反映长江流域城市绿色发展具有较强的代表性。

本文基于2012—2021年长江流域63个驻点城市的面板数据进行研究, 数据来源主要包括：①各类统计年鉴及公报, 包括中国城市统计年鉴、中国城市建设统计年鉴, 以及各省市统计年鉴、国民经济与社会发展统计公报、水资源公报、生态环境状况公报等；②研究机构公开数据库, 包括中国科学院资源环境科学与数据中心、中国经济社会大数据研究平台、公众环境研究中心等。对于少量缺失数据, 主要采用以下方法进行处理：对于具有趋势性的数据, 采用线性插值、趋势外推等方法进行补充；对于不具有趋势性的数据, 采用就近取值、省级替代等方法近似处理。

3 结果分析与讨论 3.1 绿色发展水平时空演变

图 2为长江流域城市绿色发展的变化趋势, 以63个驻点城市绿色发展得分的平均值代表长江流域平均水平, 以片区内城市得分的平均值代表各片区的水平。2012—2015年, 城市绿色发展水平总体平稳, 得分平均值在0.233—0.247之间, 变化幅度不大。其中, 2013年四川段、嘉陵江和青海片区内部分城市由于水资源、绿色基建等指标变化幅度较大, 导致片区城市平均得分出现一定波动。2016年以后, 绿色发展水平明显提升, 到2021年得分平均值提高至0.312。其中, 2019年由于九江等城市环境效率有大幅降低, 导致鄱阳湖片区平均得分产生波动。但是总体上, 研究期内长江流域63个城市整体绿色发展水平仍然呈现出较为明显的先相对平稳、后持续上升的变化态势, 说明2016年开始的“长江大保护”有力推动了绿色发展, 长江流域城市绿色发展进程较“十二五”时期有明显提高。如果将2016年以来分为两个时段, 发现自2019年联合研究启动以来, 绿色发展进程进一步加快, 驻点城市绿色发展水平平均提升速度较前一时段高出约40%。与此同时, 十年间63个驻点城市绿色发展变异系数从19.6%下降至14.6%, 说明城市间的差距有所减小, 绿色发展趋于均衡。

为便于观察, 采用标准差分级法将绿色发展进程划分为四个不同的阶段。以V表示得分平均值, B表示得分标准差, 划分依据如下：低水平(0, V-B]、中水平(V-B, V]、较高水平(V, V+B]、高水平(V+B, 1]阶段^[42]。图 3显示了2012、2015、2018和2021年长江流域驻点城市绿色发展水平的空间分布。可以看出, 位于长江下游长三角城市群的多个城市, 以及中游城市群的部分中心或节点城市, 由于经济社会发展程度高, 资源环境绩效水平好, 绿色发展处于较高水平；位于长江上游包括源头青海片区和云、贵、川片区的多个城市, 由于资源环境禀赋较好, 流域水生态安全指标得分突出, 绿色发展水平整体得分也比较高。与研究期初相比, 研究期末绿色发展高水平和较高水平的城市数量显著增加, 驻点城市普遍进入绿色发展高水平或较高水平阶段。总体上, 以上结果与已有的实证研究^{[21, 43]}中观察到的长江流域城市绿色发展水平的时空分异特征较为一致。

3.2 绿色发展障碍演变

从影响驻点城市绿色发展水平的障碍要素及其影响程度分析, 研究期内总体变化趋势是：①下游城市经济发展质量和资源环境效率要素障碍度普遍下降, 对绿色发展的影响程度明显减小, 尤其是经济规模、增长动力及环境效率要素障碍度大幅下降；同时, 流域水生态安全要素障碍度普遍上升, 成为影响绿色发展的主要障碍。②中游城市经济发展质量要素障碍度有所下降；干流湖北段和支流汉江湖北片区城市资源环境效率障碍度下降, 对绿色发展的影响有所减小, 干流鄱阳湖和洞庭湖片区城市资源环境效率障碍度变化不大, 始终是制约绿色发展水平的主要障碍要素。③上游城市与中下游城市相比, 经济发展质量对绿色发展的阻碍程度更为明显, 且研究期内影响程度变化不大, 尤其在长江源头青海、云南、贵州片区, 经济发展质量始终是制约城市绿色发展水平提升的主要障碍。

将障碍度大于5%的指标筛选出来作为主要障碍因子, 研究期始末主要障碍因子的频数对比见图 4。可以发现：①以X6、X10、X13等为主要障碍因子的城市数量有所减少, 说明多个城市在扩大经济规模、提高劳动者素质以及降低工业污染排放强度方面成效显著, 其对绿色发展的阻碍明显减小。②以X1、X2、X11等为主要障碍因子的城市数量过半且变化不大, 说明多数城市绿色发展都面临水资源开发程度高和经济社会用水效率低的障碍。长江流域城市绿色发展受水资源制约, 但近年来对水资源消耗总量快速上升, 并未得到有效控制, 生态用水难以保证的情况仍普遍存在^[44]。尽管用水效率有所提高, 但是城市之间仍存在明显差距, 由于水资源利用方式较为粗放, 节水管理与节水技术落后, 总体上城市用水效率不高^[44—45]。③以X8、X12、X14等为主要障碍因子的城市数量明显增加, 反映出产业结构重化工化、农业面源污染防治等问题对城市绿色发展的阻碍更加突显。伴随下游长三角城市产业转型升级步伐的加快, 中上游地区承接下游产业转移, 产业结构进一步重化工化^[46], 差距进一步加大, 水污染密集型产业居高不下, 成为影响城市绿色发展的主要障碍。与此同时, 随着城市点源管控能力的提升, 面源问题正从次要障碍上升成为主要障碍, 农业生产循环利用和面源污染监管治理能力亟待得到提升^[47]。

3.3 绿色发展障碍类型及重点提升领域

根据绿色发展目标障碍度, 采用系统聚类方法, 将63个驻点城市绿色发展障碍类型分为五类(表 3、图 5)：生态阻力型、经济阻力型、效率阻力型、生态-经济阻力型和混合阻力型城市。基于对不同障碍类型城市主要障碍因素的分析, 进一步提出不同类型城市推动绿色发展需要优先提升的重点领域。

① 生态阻力型城市：以流域水生态安全为最主要障碍, G1目标阻力贡献平均达到38%以上。主要集中分布在长三角城市群。长三角不仅是长江经济带也是我国经济发展最活跃、开放程度最高、创新能力最强的区域之一, 因而经济发展质量阻碍度显著低于流域内其他城市, 但是在流域水资源开发、水环境改善和水生态保护方面的问题也更为突出。因此, 生态阻力型城市要严格国土空间管控, 建立一体化监控体系, 确保“三线一单”制度得到严格落实, 逐步降低资源开发利用强度。加强水生态环境安全管理, 适当提高环境排放标准和沿江生态环境安全要求。优化调整沿江取水口与污水排放口布局, 加强饮用水源地水质保护提升。

② 经济阻力型城市：以经济高质量发展为最主要障碍, G2目标阻力贡献平均高达28%以上。主要分布在长江源头青海、上游云南和贵州片区。与其他城市相比, 这类城市生态环境禀赋较好, 生态阻力较小, 但是经济发展质量较为落后, 还有较大的提升空间, 需要在维护流域水生态安全的前提下实现经济高质量发展。因此, 经济阻力型城市迫切需要摆脱经济发展对资源型产业的路径依赖, 立足自身资源生态优势, 重点发展生态农业、生态旅游、生态物流等零污染产业, 逐渐培育形成内生经济增长动力。推动建立健全生态补偿机制, 积极探索和拓展生态产品价值实现途径, 建立以市场化价格形成为核心的生态产品价值实现机制。

③ 效率阻力型城市：以资源环境高效为最主要障碍, G3目标阻力贡献平均达到30%以上。在长江中下游鄱阳湖、洞庭湖、安徽片区, 以及上游四川、贵州等片区都有分布。这类城市水资源消耗和水污染排放强度均处于高位, 与其他城市相比还有较大的提升空间, 需要尽快提升资源环境效率, 以减轻对水生态环境的压力。因此, 效率阻力型城市要以水资源承载力为刚性约束, 严守水资源开发红线与用水效率红线, 强化高耗水产业用水限额管理, 推广节水高效的农业灌溉与养殖模式, 建立农业节约用水管理体系。重点推动工业、农业生态循环发展, 开展生态工业园区建设, 构建内生循环园区生态链和生态网, 实施生态农业工程和推广循环农业模式, 深入实施化肥农药减量利用与替代利用, 最大限度提高资源环境效率。

④ 生态-经济阻力型城市：以流域水生态安全和经济高质量发展为主要障碍的城市, G1和G2目标阻力障碍度平均分别达36%和25%以上。主要位于长江上游支流岷沱江、嘉陵江等片区。这类城市不仅面临保障流域水生态安全的挑战, 而且经济发展质量也迫切需要提升。因此, 生态-经济阻力型城市要率先推动涉水相关产业的绿色改造和优化升级, 对重化工业集聚的工业园区, 开展全链条统筹清洁生产、过程减排、废物资源化利用等系统优化控制, 同时加快传统支柱产业技术改造, 打造高技术含量、高附加值产品, 形成以技术和品牌为主导的竞争优势, 提升市场竞争力与经济高质量发展后劲。重点加强对涉水产业的环境风险管理, 加强风险源筛查和安全管理, 优化沿江产业布局, 减轻对流域水生态安全的压力和风险。

⑤ 混合阻力型城市：绿色发展各目标障碍度相对均衡的城市, 不同目标阻碍度差距较小。主要分布在长江中游湖北、湖南, 以及上游成渝地区, 这类城市在生态环境保护、经济发展质量和资源环境效率方面可能都存在一定阻碍, 需要破解三大系统阻碍关系, 推进绿色发展总体水平提升。因此, 混合阻力型城市从根本上要依靠创新驱动来推动产业转型升级和资源环境效率提升, 深度挖掘区域科技创新潜力, 推动产学研各类创新主体协同发展, 大力提升科技创新对城市绿色发展的支撑作用。支持工业园区系统创新和模式创新, 建设绿色发展示范园区。立足产业基础和区域优势, 发展壮大先进制造业、高技术产业与战略性新兴产业, 加快培育形成世界级绿色高新技术产业集群。此外, 还要统筹好“三水”关系, 协调江河湖泊关系, 保障河湖基本生态用水。

4 结论与研究展望 4.1 结论

本文通过构建以水为纽带的长江流域城市绿色发展指标体系, 基于CRITIC-熵权、TOPSIS、障碍度模型、聚类分析等方法, 测度长江流域63个重点城市2012—2021年的绿色发展进程, 对影响城市绿色发展的障碍因素进行分析, 提出针对不同障碍类型城市绿色发展的差异化推进路径。主要结论如下：

(1) 2012—2021年, 长江流域63个重点城市绿色发展水平呈现出先相对平稳、后持续上升的变化态势。2016年“共抓大保护”以来, 长江流域城市绿色发展进程明显加快。

(2) 近10年来, 多个城市经济规模、生产率、环境效率得到明显提升, 对绿色发展的阻碍明显减小, 但是产业结构重化工化、农业面源污染对城市绿色发展的阻碍更加突显, 同时, 多数城市绿色发展都面临水资源开发程度高和经济社会用水效率低的障碍。

(3) 生态阻力型城市集中分布在长三角城市群, 重点要加强水生态环境安全管理, 降低开发利用强度, 执行更严格的管控制度；经济阻力型城市主要分布在长江源头青海、上游云南和贵州片区, 要摆脱经济增长对资源型产业的路径依赖, 重点发展零污染产业, 建立健全生态产品价值实现机制；效率阻力型城市分布在长江中下游鄱阳湖、洞庭湖、安徽片区, 及上游四川、贵州片区, 重点要强化水资源刚性约束, 推动工农业生态循环发展, 大幅提高资源环境效率；生态-经济阻力型城市主要位于长江上游支流岷沱江、嘉陵江片区, 要率先推动涉水产业绿色改造和优化升级, 提升市场竞争优势, 同时加强涉水产业环境风险管理；混合阻力型城市分布在长江中游湖北、湖南, 以及上游成渝地区, 重点要依靠创新驱动推动产业转型升级和资源环境效率提升, 同时统筹好“三水”关系。

4.2 研究展望

本文创新性地将长江流域以水为纽带的特征和“十四五”时期“三水”统筹的要求纳入城市绿色发展多维评价指标体系, 在此基础上识别出影响绿色发展的障碍因素, 进而针对性地提出政策建议。中长期美丽中国的实现要在长江流域建设绿色发展示范带, 面向美丽中国建设目标下涵盖“三水”统筹、高质量发展、人水和谐等目标的绿色发展新要求, 亟待从水资源、水环境、水生态、水经济、水治理、水文化等多维度构建流域城市节点的绿色发展指标体系。随着人—水系统关系研究的深入和长江流域水生态考核实践的推进, 流域层面具有较强科学性和评价可行性的指标逐渐成熟, 然而在城市层面, 具备科学性和可行性的指标还非常匮乏。由于当前水生态指标匮乏, 本文采用生态指标替代的方式进行处理, 未来对不同层级水生态评价指标的研究亟待加强。同时, 由于监测和统计能力不足, 城市层面指标的获取也面临较大困难。例如, 《方案》提出城市污水集中收集率提升目标, 但是我国从2022年才开始发布省级层面的数据, 因而本文采用系数法粗略估算得到城市层面的数据, 会对准确性产生一定误差。面向新需求新问题, 未来应加强国家和地方对重要指标监测和统计技术和能力的提升。