基于理想點(diǎn)-未確知測(cè)度理論的區(qū)域生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

阮 君， 何 剛， 王瑩瑩

(安徽理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 淮南 232001)

經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)步，使得人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的探索、利用的范圍和強(qiáng)度持續(xù)擴(kuò)大，生物多樣性減少、土地荒漠化、資源短缺等環(huán)境問(wèn)題層出不窮。中國(guó)始終高度重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。2020年是中國(guó)全面建成小康社會(huì)的時(shí)期，同時(shí)也是中國(guó)打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的決勝之年。由此說(shuō)明，當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)是社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的重中之重。合理、科學(xué)的進(jìn)行區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)是促進(jìn)區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分，對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

自1977年生態(tài)安全概念首次被提出后[1]，學(xué)者們針對(duì)生態(tài)安全問(wèn)題開(kāi)展了大量研究。劉海龍等[2]結(jié)合熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)模型，對(duì)山西省2005—2015年生態(tài)安全綜合狀況及時(shí)空演變問(wèn)題進(jìn)行了動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。王錦洋等[3]結(jié)合壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(pressure-state-response, PSR)和遺傳算法(genetic algorithm, GA)-Elman模型對(duì)露天礦區(qū)生態(tài)安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究。王磊等[4]使用TOPSIS(technique for order preference by similarity to an ideal solution)模型對(duì)寧夏回族自治區(qū)的土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明研究區(qū)生態(tài)狀況呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，但仍處于不安全狀態(tài)。任永泰等[5]引入物元模型對(duì)黑龍江、吉林、遼寧地區(qū)2005—2015年水土資源生態(tài)安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)。王毅等[6]采用綜合指數(shù)法對(duì)河西走廊地區(qū)生態(tài)安全值進(jìn)行了估算，得出了研究區(qū)生態(tài)安全狀態(tài)呈波動(dòng)上升的結(jié)論。陳林等[7]引入可拓云模型建立了墊江縣在2005—2015年的區(qū)域生態(tài)安全預(yù)警模型并對(duì)其進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)。宮敏麗等[8]結(jié)合層次分析法(analytic hierarchy process, AHP)和PSR動(dòng)態(tài)研究了海洋生態(tài)安全問(wèn)題，并提出合理化建議。

綜上研究能夠看出，當(dāng)前針對(duì)生態(tài)安全的評(píng)價(jià)方法主要有層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)法、綜合指數(shù)法、TOPSIS法等，未充分考慮到生態(tài)安全評(píng)價(jià)中出現(xiàn)的不確定性因素，且對(duì)于淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)安全狀況研究較少。鑒于此，以淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽區(qū)域規(guī)劃范圍內(nèi)的八個(gè)城市為研究對(duì)象，利用PSR模型構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)理想點(diǎn)賦權(quán)法合理確定各指標(biāo)權(quán)重，引入未確知測(cè)度理論對(duì)研究區(qū)2010—2018年期間的生態(tài)安全狀況進(jìn)行定量測(cè)度，并使用GIS軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行可視化直觀表示，以期能對(duì)區(qū)域生態(tài)安全狀況的提升和改進(jìn)提供一定的理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來(lái)源

作為中國(guó)三大河流之一，淮河流域水源豐富，礦產(chǎn)資源豐富，是中國(guó)重要交通樞紐之一[9]。2008年，關(guān)于淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃的文件正式發(fā)布，主要涉及江蘇、安徽、山東、河南和湖北5個(gè)省份[10]，區(qū)域內(nèi)面積寬闊，人口眾多?；春由鷳B(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽段主要包括：蚌埠、淮南、阜陽(yáng)、六安、亳州、宿州、淮北及滁州，大部分為資源型城市，其中淮南是中國(guó)重要煤炭生產(chǎn)基地之一。在納入淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶規(guī)劃范圍后，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，然而對(duì)于能源過(guò)分依賴、重發(fā)展輕保護(hù)的單一發(fā)展方式，使得區(qū)域生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化，在一定程度上制約了區(qū)域的整體發(fā)展，如何合理評(píng)價(jià)和處理生態(tài)安全問(wèn)題是安徽段區(qū)域乃至整個(gè)淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶亟需解決的重要問(wèn)題。

數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2010—2018年安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒，部分缺失數(shù)據(jù)通過(guò)各城市的統(tǒng)計(jì)年鑒及發(fā)展公報(bào)進(jìn)行補(bǔ)充。

2 研究方法與模型

2.1 理想點(diǎn)賦權(quán)

為克服單一賦權(quán)的弊端，采用理想點(diǎn)賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重[11]。

(1)

對(duì)各向量進(jìn)行單位化，則有

(2)

現(xiàn)需要構(gòu)建組合權(quán)重與主客觀權(quán)重方案到理想方案距離偏差量的非線性規(guī)劃模型，以使主、客觀組合賦權(quán)下權(quán)重偏差盡可能小，其中f(w)表示主、客觀組合賦權(quán)下的權(quán)重偏差，可表示為

(3)

構(gòu)造拉格朗日函數(shù)求解式(3)的極值，得

(4)

通過(guò)歸一化可以得到組合權(quán)重為

(5)

2.2 未確知測(cè)度理論

現(xiàn)假設(shè)有n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象x，每個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象都對(duì)應(yīng)m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則用xij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)表示第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)量值[13]。該理論運(yùn)用主要有以下3個(gè)步驟[14-16]。

2.2.1 單指標(biāo)未確知測(cè)度

計(jì)算每個(gè)測(cè)量值xij對(duì)應(yīng)第ck類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的未確知測(cè)度μijk=μ(xij∈ck)，則能夠構(gòu)建單指標(biāo)未確知測(cè)度的評(píng)價(jià)矩陣(μijk)m×p，即

(6)

2.2.2 多指標(biāo)未確知測(cè)度

(7)

2.2.3 置信度識(shí)別以及排序

根據(jù)“置信度”準(zhǔn)則計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象所屬的安全等級(jí)，假設(shè)λ為置信度，其中0.5<λ≤1，假設(shè)c1≥c2≥…≥cp，則有

(8)

式(8)中：ki為評(píng)價(jià)對(duì)象所屬等級(jí)。

在此基礎(chǔ)上，計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象綜合得分為

(9)

式(9)中：Q為評(píng)價(jià)對(duì)象綜合得分；μik為評(píng)價(jià)對(duì)象的多指標(biāo)綜合測(cè)度向量；nk為所屬等級(jí)對(duì)應(yīng)分?jǐn)?shù)，分?jǐn)?shù)與等級(jí)成正比。

3 淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

基于PSR模型構(gòu)建淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中P為生產(chǎn)及生活過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的壓力，S為在壓力作用下生態(tài)環(huán)境所表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)，R為生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)人類(lèi)社會(huì)對(duì)其做出的響應(yīng)舉措，具體如表1所示。

表1 生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Evaluation index system of ecological security

參考何剛等[17]、董會(huì)忠等[18]、王治和等[19]的研究成果，結(jié)合淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽區(qū)域生態(tài)安全發(fā)展實(shí)際情況，現(xiàn)將生態(tài)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為5個(gè)等級(jí)，分別為：Ⅰ級(jí)(非常危險(xiǎn))、Ⅱ級(jí)(危險(xiǎn))、Ⅲ級(jí)(警戒)、Ⅳ級(jí)(較安全)及Ⅴ級(jí)(安全)。現(xiàn)將淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽區(qū)域生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，具體如表2所示。

表2 淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Ecological security division criteria of Anhui section of Huaihe Economic Belt

4 計(jì)算及結(jié)果分析

4.1 理想點(diǎn)確定權(quán)重

運(yùn)用三標(biāo)度(0,1,2)改進(jìn)的層次分析法，分別構(gòu)造準(zhǔn)則層到指標(biāo)層的判斷矩陣，運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行相應(yīng)特征向量的計(jì)算，對(duì)所有指標(biāo)層進(jìn)行歸一化處理得到各指標(biāo)的主觀賦權(quán)權(quán)重；運(yùn)用熵權(quán)法求得客觀賦權(quán)權(quán)重，根據(jù)式(4)、式(5)，求得淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段區(qū)域各城市各指標(biāo)的理想點(diǎn)組合權(quán)重。限于篇幅，現(xiàn)以蚌埠市為例，其各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 蚌埠市指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果Table 3 Calculation results of Bengbu index weight

4.2 未確知測(cè)度模型構(gòu)建

現(xiàn)以人均GDP為例，基于不同生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建該指標(biāo)的單指標(biāo)未確知測(cè)度函數(shù)模型構(gòu)

(10)

然后將2010年蚌埠市的原始數(shù)據(jù)代入式(10)所示的不同等級(jí)下的測(cè)度函數(shù)中，能夠得到多指標(biāo)未確知測(cè)度函數(shù)，按照壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)子系統(tǒng)劃分為

(11)

(12)

(13)

按照式(7)計(jì)算得到2010年蚌埠市的多指標(biāo)綜合測(cè)度為

μik=(0.432 9,0.162 8,0.263 5,0.070 5,0.070 4)

(14)

考慮到研究區(qū)實(shí)際情況，現(xiàn)假設(shè)置信度λ=0.7，根據(jù)式(8)能夠得到2010年蚌埠市生態(tài)安全等級(jí)為

k1=min{0.432 9+0.162 8+0.263 5=

0.851 9}=3

(15)

按照以上方法與步驟，能夠得到2010—2018年淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段各城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果，如表4所示。

從表4可以看出，2010—2018年淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽段各城市生態(tài)安全狀況提升明顯，截至2018年，所有城市的生態(tài)安全狀態(tài)均處于Ⅲ級(jí)及以上水平，但是生態(tài)安全狀況仍然尚未達(dá)到安全水平。區(qū)域內(nèi)部發(fā)展存在差異，其中淮南上升速度頗緩，為Ⅲ級(jí)的警戒狀態(tài)，蚌埠、阜陽(yáng)、亳州及淮北均處于Ⅳ級(jí)的較為安全狀態(tài)，六安和宿州發(fā)展較快，已經(jīng)到達(dá)Ⅴ級(jí)的安全水平。2010—2018年，淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段各城市整體生態(tài)安全狀況發(fā)展較為平穩(wěn)，2010—2017年均停留在Ⅲ級(jí)的警惕狀態(tài)，在2018年提升到Ⅳ級(jí)的較為安全狀態(tài)。

表4 2010—2018年安徽區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果Table 4 Evaluation results of Anhui regional ecological security from 2010 to 2018

現(xiàn)利用ArcGIS軟件對(duì)2010—2018年淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽段區(qū)域生態(tài)安全狀況進(jìn)行可視化表示，如圖1所示。從圖1可以看出，發(fā)展前期淮河流域安徽區(qū)域的以南地區(qū)生態(tài)安全整體發(fā)展?fàn)顩r要明顯好于淮南以北地區(qū)，主要原因是淮河以北大都為資源型城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要依賴能源產(chǎn)業(yè)支撐，特別是淮南、淮北地區(qū)的煤炭行業(yè)，再加上城鎮(zhèn)化推進(jìn)不斷帶來(lái)的資源消耗，使得生態(tài)環(huán)境不堪重負(fù)；淮河以南地區(qū)本身森林資源豐富，人口密度較小，工業(yè)水平低，并積極實(shí)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展旅游業(yè)，所以生態(tài)安全狀況較好，通過(guò)近幾年的發(fā)展，這種情況已經(jīng)逐漸好轉(zhuǎn)。

圖1 淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽段區(qū)域生態(tài)安全狀況Fig.1 Status of regional ecological security in Anhui section of Huaihe River Ecological Economic Belt

根據(jù)式(9)，能夠計(jì)算得出2010年蚌埠市生態(tài)安全評(píng)價(jià)綜合得分為

Q=0.432 9×1+0.162 8×2+0.263 5×3+0.070 5×4+0.070 4×5=2.182 7

(16)

由此，得到2011—2018年淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段各城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)綜合得分，如表5所示。

從表5可以看出，2010—2018年，淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段各城市的生態(tài)安全評(píng)價(jià)得分均處于直線上升狀態(tài)中。具體看綜合得分下降的階段：2015、2016年淮南生態(tài)安全評(píng)價(jià)得分下降的主要原因是城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)使得區(qū)域人口數(shù)量激增，區(qū)域內(nèi)資源消耗加快，城市綠化水平的下降更是加重了生態(tài)環(huán)境的壓力；2015—2017年，阜陽(yáng)市生態(tài)安全評(píng)價(jià)得分時(shí)高時(shí)低，從原始數(shù)據(jù)中能夠看出，主要是人均用水量、人口密度、城鎮(zhèn)化水平以及城市綠化等指標(biāo)的波動(dòng)造成的；2011年六安生態(tài)安全評(píng)價(jià)得分的下降主要?dú)w咎于建設(shè)初期城鎮(zhèn)化水平的提高，但是后期積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展旅游業(yè)，大力建設(shè)城市綠化，森林覆蓋率水平始終穩(wěn)定在40%左右，使得經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶給生態(tài)環(huán)境的負(fù)擔(dān)減小，生態(tài)環(huán)境水平提升迅速；同其他城市類(lèi)似，2013年淮北的城鎮(zhèn)化率突增，城市響應(yīng)措施尚不完善，造成環(huán)境質(zhì)量下降，之后積極采取相關(guān)措施，例如人均公園綠地面積建設(shè)、城市廢水及工業(yè)“三廢”的處理，及時(shí)緩解了生態(tài)環(huán)境惡化問(wèn)題；滁州自然環(huán)境優(yōu)越，城市人口密度低、生活綠化好，工業(yè)化程度也較低，生態(tài)安全評(píng)價(jià)得分的波動(dòng)主要?dú)w因于居民生活水平的提高對(duì)于資源的過(guò)度需求和消耗。通過(guò)梳理能夠發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)淮河經(jīng)濟(jì)帶安徽段生態(tài)安全狀態(tài)雖有一定提升，但是發(fā)展水平不高，主要原因在于：隨著城鎮(zhèn)化水平的不斷推進(jìn)，城市人口逐漸增多，人們對(duì)于生產(chǎn)生活的需求不斷增大，導(dǎo)致生態(tài)資源消耗過(guò)快，且現(xiàn)有的生態(tài)措施尚不能完全應(yīng)對(duì)環(huán)境的變化，使得生態(tài)環(huán)境承擔(dān)壓力加大，帶來(lái)眾多環(huán)境問(wèn)題，造成城市生態(tài)安全狀態(tài)下降，威脅到區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

表5 2010—2018年安徽區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)綜合得分結(jié)果Table 5 Comprehensive score results of Anhui Regional ecological security assessment from 2010 to 2018

5 結(jié)論

以淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽區(qū)域規(guī)劃范圍內(nèi)的八座城市為研究對(duì)象，利用2010—2018年面板數(shù)據(jù)，基于PSR模型構(gòu)建生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用理想點(diǎn)賦權(quán)合理確定各指標(biāo)權(quán)重，引入未確知測(cè)度理論模型對(duì)研究區(qū)生態(tài)安全狀況進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，并通過(guò)GIS軟件對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行可視化表示。得出如下主要結(jié)論。

(1)從生態(tài)安全等級(jí)來(lái)看，淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽區(qū)域的生態(tài)安全狀況提升明顯，至2018年所有城市的生態(tài)安全等級(jí)均達(dá)到Ⅲ級(jí)及以上水平；區(qū)域內(nèi)部發(fā)展差異較大，其中淮南生態(tài)安全較差，為Ⅲ級(jí)的警惕狀態(tài)，六安和宿州生態(tài)安全已上升到Ⅴ級(jí)的安全水平，其余居于Ⅳ級(jí)。

(2)從生態(tài)安全綜合得分來(lái)看，淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶安徽區(qū)域各城市及整體的綜合得分雖存在波動(dòng)，但是均處于直線上升中；區(qū)域內(nèi)部城鎮(zhèn)化水平加快導(dǎo)致資源消耗加快，且針對(duì)生態(tài)環(huán)境變化的響應(yīng)措施尚不全面，是區(qū)域生態(tài)安全提升受限的主要因素。

(3)在今后發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)始終以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心不動(dòng)搖，推進(jìn)區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，因地制宜發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)質(zhì)量發(fā)展；繼續(xù)堅(jiān)持對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)注和投入，加大環(huán)境污染治理投資力度，完善響應(yīng)措施建設(shè)；建立健全環(huán)保方面的法律法規(guī)和監(jiān)管制度，培養(yǎng)人們環(huán)保節(jié)源意識(shí)，早日實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。