龍巖市城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究

黃鵬,郭閩,夏思穎,蘭思仁

（1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院,福建福州350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院,福建福州350002）

據(jù)估計(jì),到2050年,由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,世界的城市化率將會(huì)高達(dá)70%[1],毫無(wú)限制地推進(jìn)城市化進(jìn)程必將導(dǎo)致一系列社會(huì)生態(tài)問(wèn)題的產(chǎn)生.因此,生態(tài)安全問(wèn)題逐漸引起世人的關(guān)注,成為當(dāng)今研究的重點(diǎn)之一.對(duì)城市生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià),不僅利于人們對(duì)生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行預(yù)警,也能使決策者迅速找出影響城市生態(tài)安全的關(guān)鍵要素,對(duì)城市未來(lái)的發(fā)展、規(guī)劃及決策有著重要的意義.同時(shí),城市本身的屬性決定著其是一個(gè)由各種不同的子系統(tǒng)彼此之間互相影響、互相作用所組成的復(fù)雜系統(tǒng),存在特定的模糊性及不確定性[2].考慮到城市系統(tǒng)的特點(diǎn),本文選擇E-E-S協(xié)同模型來(lái)建立評(píng)價(jià)體系,并結(jié)合模糊評(píng)價(jià)法對(duì)所選擇的指標(biāo)進(jìn)行量化,使得評(píng)價(jià)模型能夠反映城市的固有特性.而后選擇熵值法和城市分析法來(lái)計(jì)算權(quán)重,構(gòu)建模糊物元評(píng)價(jià)模型,得出科學(xué)合理的評(píng)價(jià)結(jié)果.

E-E-S協(xié)同模型是20世紀(jì)70年代初由聯(lián)邦德國(guó)的理論物理學(xué)家哈肯創(chuàng)立并應(yīng)用于物理范疇的模型,如今被廣泛應(yīng)用于其他學(xué)科和領(lǐng)域,并取得了顯著的成效[3].由于城市生態(tài)系統(tǒng)是由生活在其中的人的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、環(huán)境活動(dòng)和社會(huì)活動(dòng)共同組成、調(diào)控、協(xié)調(diào)運(yùn)作的,并且單一地評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)并不足以反映整個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)的安全性,因而E-E-S協(xié)同模型的運(yùn)用在評(píng)價(jià)較為復(fù)雜的城市生態(tài)安全時(shí)就具有良好的可操作性.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

龍巖市位于福建省西部、九龍江上游,地處北緯 24°23'—26°02',東經(jīng) 115°51'—117°45'之間,屬于低緯度亞熱帶.地形以中低山及丘陵為主,地勢(shì)西北、東南高,東北、中部低.龍巖屬亞熱帶季風(fēng)性氣候,受海洋影響較大,氣候溫和,四季分明.動(dòng)植物資源豐富,是福建省三大林區(qū)之一.近年伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,龍巖市也出現(xiàn)江河水體富營(yíng)養(yǎng)化、區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源開發(fā)不合理、水土流失嚴(yán)重等環(huán)境問(wèn)題,類似2010年7月紫金礦業(yè)污染的事故偶有發(fā)生,其生態(tài)環(huán)境狀況亟待改善.

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

依據(jù)E-E-S協(xié)同模型將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為3個(gè)層次：目標(biāo)層（城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)）、準(zhǔn)則層（“經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會(huì)”子系統(tǒng)）、指標(biāo)層（各準(zhǔn)則層所對(duì)應(yīng)的具體指標(biāo)因子）.并基于龍巖市基本情況,綜合參考文獻(xiàn)[3-7]和專家意見(jiàn),選取近年來(lái)使用頻度較高的指標(biāo)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)因子.各指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于2004—2013年的《龍巖市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》[8]、2005—2013年的《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》[9]、2005—2014年的《福建省統(tǒng)計(jì)年鑒》[10]及根據(jù)相關(guān)原始數(shù)據(jù)計(jì)算所得結(jié)果,個(gè)別缺失的數(shù)據(jù)采用均值法取得.

圖1 龍巖市城市生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation indexes of urbanization and eco-environment system of Longyan City

1.3 研究方法

1.3.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 不同指標(biāo)之間的量綱和單位各不相同,為便于計(jì)算,需將各個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,以消除各個(gè)指標(biāo)因不同量綱而產(chǎn)生的影響[11-12].同時(shí),考慮到評(píng)價(jià)指標(biāo)存在其特殊性,本文將其分為效益型指標(biāo)（指標(biāo)數(shù)值越大越好的指標(biāo),如C1人均GDP）和成本型指標(biāo)（指標(biāo)數(shù)值越小越好的指標(biāo),如C3城鎮(zhèn)居民家庭恩格爾系數(shù)）,以便于后續(xù)計(jì)算.

1.3.2 權(quán)重計(jì)算 在權(quán)重的計(jì)算過(guò)程中,層次分析法能夠很好地結(jié)合當(dāng)?shù)氐奶厣途唧w情況,并能反映專家對(duì)指標(biāo)的意見(jiàn),但是存在著過(guò)于主觀和不能定量的問(wèn)題.熵值法作為評(píng)價(jià)指標(biāo)離散程度的方法,能夠反映出具體數(shù)據(jù)的變化程度,科學(xué)性較強(qiáng),但是也存在著不能結(jié)合主觀條件,評(píng)價(jià)的結(jié)果可能脫離當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的問(wèn)題.因此本文選擇使用層次分析法來(lái)計(jì)算權(quán)重,結(jié)合熵值法對(duì)計(jì)算的權(quán)重進(jìn)行修正.通過(guò)綜合兩者的權(quán)重,達(dá)到使評(píng)價(jià)結(jié)果客觀合理的效果[13].由于是層次分析法和熵值法計(jì)算權(quán)重應(yīng)用較多,具體的推導(dǎo)計(jì)算過(guò)程由于篇幅原因在此就不再贅述.本文將層次分析法獲得的權(quán)重（Vj）和經(jīng)過(guò)熵值法修正過(guò)的權(quán)重（Wj）進(jìn)行分析比較,并參照公式（1）進(jìn)行計(jì)算.

由公式（1）得出基于目標(biāo)層的最終權(quán)重αj及基于各準(zhǔn)則層的權(quán)重值αj（E1）、αj（E2）和αj（S）：

αj=（0.045 4,0.053 9,0.058 1,0.014 9,0.027 2,0.016 2,0.039 9,0.046 3,0.037 3,0.152 4,0.115 7,0.064 6,0.042 1,0.033 8 0.054 0,0.031 1,0.052 8,0.036 3,0.040 8,0.037 0）T,（j=1,2,...,20）；

αj（E1）=（0.350 0,0.249 9,0.200 1,0.200 1）T,（j=1,2,...,4）；

αj（E2）=（0.150 5,0.178 3,0.192 4,0.049 4,0.090 1,0.053 7,0.132 3,0.153 4,0.123 5）T,（j=1,2,...,9）；

αj（S）=（0.118 2,0.188 9,0.108 8,0.184 5,0.127 3,0.142 7,0.129 4）T,（j=1,2,...,7）.

1.3.3 模糊物元模型 在物元分析中,物元指描述的事物及其特征和量值所共同組成的集合.模糊物元指的是這個(gè)集合中的量值具有模糊性.N維模糊物元指的是事物具有n個(gè)特征以及對(duì)應(yīng)的n個(gè)量值.復(fù)合模糊物元Rmn指的是m個(gè)事物的n維物元組合在一起（見(jiàn)式（2））.

1.3.4 從優(yōu)隸屬度計(jì)算 從屬于標(biāo)準(zhǔn)樣本所對(duì)應(yīng)的模糊量值從屬度的n個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的模糊量值稱為從優(yōu)隸屬度.根據(jù)公式（3）、公式（4）和公式（5）進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的從優(yōu)隸屬度：

1.3.5 建立標(biāo)準(zhǔn)模糊物元和差平方模糊物元 通過(guò)計(jì)算從優(yōu)隸屬度模糊物元評(píng)價(jià)中指標(biāo)的從優(yōu)隸屬度的最小值或最大值來(lái)確定標(biāo)準(zhǔn)模糊物元R0n的值.R△表示差平方復(fù)合模糊物元,是標(biāo)準(zhǔn)模糊物元R0n與復(fù)合模糊物元Rmn中對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)差的平方,計(jì)算公式見(jiàn)式（6）.

1.3.6 歐氏貼近度計(jì)算 歐式貼近度能夠更加直觀地顯示評(píng)價(jià)結(jié)果之中評(píng)價(jià)樣本與標(biāo)準(zhǔn)樣本之間的貼近程度,比較的結(jié)果,若兩者貼近的程度越高,則其數(shù)值越大,其數(shù)值越小的時(shí)候兩者的貼近程度就越低.本文選用先乘后加的方式來(lái)計(jì)算并構(gòu)建歐氏貼近度的復(fù)合模糊物RρH元：

[3-7,11-12],將歐氏貼近度依據(jù)數(shù)值分為5個(gè)等級(jí),用來(lái)表示其在時(shí)間序列上的評(píng)價(jià)樣本與標(biāo)準(zhǔn)樣本之間狀況（見(jiàn)表1）.

表1 城市生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)等級(jí)Tab.1 The eco-securitynorms of urban ecosystem safety

2 結(jié)果與分析

2.1 城市生態(tài)系統(tǒng)歐氏貼近度

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及計(jì)算,得出龍巖市2004—2013年主城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)整體及各要素的歐氏貼近度.結(jié)果見(jiàn)圖2.

圖2 2004—2013年龍巖市主城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)整體及各要素健康狀況評(píng)價(jià)Fig.2 The health evaluation of the Longyan City ecosystem and three elements from 2004 to 2013

由圖2可知,在所評(píng)價(jià)的2004—2013年時(shí)間段內(nèi),龍巖市城市生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況呈現(xiàn)上升趨勢(shì),歐氏貼近度由2004年0.508 2的不安全狀態(tài)上升至2013年0.786 2的較安全狀態(tài),并于2012年到達(dá)峰值0.813 0,年均增幅達(dá)15.47%.從數(shù)值來(lái)看,雖然龍巖市城市生態(tài)系統(tǒng)歐氏貼近度在評(píng)價(jià)年份中呈現(xiàn)較快的上升態(tài)勢(shì),但仍出現(xiàn)一定反復(fù),有趨于惡化的可能性.表明龍巖市城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況在評(píng)價(jià)年份中逐年改善,環(huán)境與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的協(xié)調(diào)性不斷增強(qiáng),但仍需繼續(xù)保持及加強(qiáng).

2.2 經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)歐氏貼近度

經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)歐氏貼近度在所評(píng)價(jià)的十年中整體呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì),由2004年的0.446 4上升到2013年的0.968 5,年均增幅達(dá)到21.69%.主要表現(xiàn)在人均GDP在十年間增長(zhǎng)44 701元,年均增長(zhǎng)45%；城鎮(zhèn)居民人均可支配收入由2004年的10 230元上升至2013年的26 281元,表明居民的收入狀況有較大幅度的提高.但與此同時(shí),城鎮(zhèn)居民的恩格爾系數(shù)在十年中也呈現(xiàn)上升趨勢(shì),由2004年的35.61上升至2013年的38.17,說(shuō)明居民的生活水平有略微的下降.

2.3 環(huán)境子系統(tǒng)歐氏貼近度

環(huán)境子系統(tǒng)歐氏貼近度在評(píng)價(jià)年份中呈現(xiàn)先上升后下降的態(tài)勢(shì),由2004年的0.629 7上升至2010年的0.888 3后旋即下降,2011年至2013年的三年間環(huán)境子系統(tǒng)指數(shù)在0.72至0.73之間波動(dòng).建成區(qū)綠化覆蓋率由2004年的35%上升至2013年的42.6%；城區(qū)空氣污染指數(shù)（API）年均值呈現(xiàn)下降趨勢(shì),空氣質(zhì)量狀況維持在“良”等級(jí)；污水處理率和工業(yè)固體廢物綜合利用率在十年中分別提高了55.76個(gè)百分點(diǎn)和20.94個(gè)百分點(diǎn).與此同時(shí),森林覆蓋率下降了1.77個(gè)百分點(diǎn)；人均綠地面積先上升后下降,2013年的面積僅為12.05 m2,是峰值2009年的42.49%.同時(shí),工業(yè)污染治理投資額在評(píng)價(jià)年份中呈大幅波動(dòng)態(tài)勢(shì),2010年7月的紫金礦業(yè)重大污染事故的前后兩年分別達(dá)到極值,2009年285萬(wàn)元和2011年的10 780萬(wàn)元.這說(shuō)明在十年中,龍巖市環(huán)境狀況有一定好轉(zhuǎn),但仍面臨較大環(huán)境壓力,其環(huán)境問(wèn)題依然嚴(yán)峻.

2.4 社會(huì)子系統(tǒng)歐氏貼近度

社會(huì)子系統(tǒng)歐氏貼近度由2004年的0.576 5上升到2013年的0.832 5,年均增幅14.44%,總體呈現(xiàn)“S”型上升.從各指標(biāo)來(lái)看,城市化率在十年中提高了20個(gè)百分點(diǎn)；建成區(qū)面積增加了55.17%；城市機(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)上升,2013年民用汽車總量達(dá)265 729輛,為2004年的705%；城市常住人口增長(zhǎng)了15.57萬(wàn)人,但由于新區(qū)建設(shè)的原因,城市人口密度不升反降,由2004年的1 740人/km2下降到2013年的1 683人/km2；人均日生活用水量在評(píng)價(jià)年份中也經(jīng)歷先上升后下降的過(guò)程,總體上增加了15.17 L,表明隨著社會(huì)的發(fā)展,居民對(duì)水資源的需求逐漸增大,居民節(jié)水意識(shí)亟需提高.

3 結(jié)論與建議

城市的生態(tài)安全與城市未來(lái)的發(fā)展密切相關(guān),通過(guò)對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評(píng)價(jià),尋找影響生態(tài)安全的主要因素并加以改善,不僅能夠切實(shí)提升當(dāng)?shù)鼐用竦纳钇焚|(zhì),也能夠?yàn)楹罄m(xù)的規(guī)劃治理提供理論依據(jù).本文基于E-E-S模型,通過(guò)層次分析法和熵值法相結(jié)合計(jì)算權(quán)重,運(yùn)用模糊物元法計(jì)算龍巖市2004—2013年十年間城市生態(tài)安全的歐氏貼近度,并對(duì)其城市生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià).結(jié)果表明：龍巖市城市生態(tài)系統(tǒng)雖然總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),但存在惡化風(fēng)險(xiǎn).在評(píng)價(jià)年份中,城市生態(tài)安全各子系統(tǒng)的歐氏貼近度增長(zhǎng)趨勢(shì)不盡相同,部分評(píng)價(jià)指標(biāo)存在惡化或反復(fù)的現(xiàn)象,特別是在環(huán)境子系統(tǒng)中,森林覆蓋率、人均綠地面積等主要指標(biāo)存在不同程度的下降,而政府財(cái)政對(duì)于工業(yè)污染治理投資也存在較大波動(dòng).同時(shí),在評(píng)價(jià)年份中,龍巖市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式尚未得到根本性轉(zhuǎn)變,高能耗、高污染企業(yè)依然大量存在,因?yàn)橘Y源開發(fā)不當(dāng)而造成的生態(tài)破壞現(xiàn)象仍然時(shí)有發(fā)生,局部地區(qū)及施工場(chǎng)地的水土流失現(xiàn)象依然存在,以九龍江雁石溪、汀江支流舊縣河、黃潭河及武平象洞溪為代表的流域水環(huán)境質(zhì)量仍未得到根本改善,環(huán)境保護(hù)與城市發(fā)展之間的矛盾未得到根本性解決.

依據(jù)《龍巖市城市總體規(guī)劃（2011—2030）》,龍巖市將以先進(jìn)制造業(yè)基地、全國(guó)重要的紅色、客家文化生態(tài)城市為建設(shè)目標(biāo),因此,在繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展投入的同時(shí),也需要增加環(huán)境保護(hù)的投入和相關(guān)的政策扶持.充分發(fā)揮龍巖市四面環(huán)山,水系穿城而過(guò),城市依山傍水的優(yōu)勢(shì),在城市規(guī)劃中增加公園及城市綠地的建設(shè),提高植被覆蓋率.此外,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展層面,也應(yīng)加快工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí),建設(shè)生態(tài)效益型工業(yè),全面推進(jìn)節(jié)能減排,合理開發(fā)利用和保護(hù)自然資源.同時(shí),地區(qū)氣候變化對(duì)城市生態(tài)安全也會(huì)產(chǎn)生較大的影響,加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施建設(shè),進(jìn)一步提高環(huán)境監(jiān)測(cè)管理水平,推廣長(zhǎng)汀經(jīng)驗(yàn),推動(dòng)水土流失治理,防范環(huán)境風(fēng)險(xiǎn).在文化宣傳層面也應(yīng)積極培育生態(tài)文化,憑借自身特有的自然山水人文優(yōu)勢(shì),推行綠色低碳生活方式,提升生態(tài)文明水平,形成生態(tài)發(fā)展新優(yōu)勢(shì),提高城市整體環(huán)境生態(tài)承載力,建設(shè)協(xié)調(diào)與和諧的人居環(huán)境.

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