基于層次分析法的天津濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險評估研究

摘要：

為明確經(jīng)濟高速發(fā)展過程中區(qū)域生態(tài)風(fēng)險變化以及風(fēng)險防控方向，以天津市濱海新區(qū)為研究對象，結(jié)合濱海新區(qū)實際，運用層次分析法從自然環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境、社會環(huán)境3個方面選取了23項指標(biāo)構(gòu)建區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評估指標(biāo)體系和生態(tài)風(fēng)險評估模型，并對研究區(qū)2004～2018年生態(tài)風(fēng)險水平進(jìn)行評估。結(jié)果表明：2004～2013年濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險呈現(xiàn)增加趨勢，2013年以后整體維持在較高風(fēng)險等級（Ⅳ級），主要受自然環(huán)境和社會環(huán)境因素影響，建議在地面硬化率、人口自然增長率、人均年用水量比例等權(quán)重占比較大的因素方面采取相應(yīng)措施來降低生態(tài)風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：

生態(tài)風(fēng)險； 層次分析法； 指標(biāo)體系； 濱海新區(qū)

中圖法分類號：X826

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.07.017

文章編號：1006-0081（2024）07-0099-06

0 引 言

生態(tài)風(fēng)險評估是對生態(tài)系統(tǒng)及其組分的風(fēng)險源進(jìn)行調(diào)查，并預(yù)測風(fēng)險發(fā)生的概率及可能出現(xiàn)的負(fù)面影響，從而提出相應(yīng)緩解措施［1］。天津市濱海新區(qū)近幾年生態(tài)環(huán)境治理得到改善，然而仍受到自然環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r、科技水平等因素共同制約，其生態(tài)環(huán)境處于非可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)［2］，研究經(jīng)濟高速發(fā)展下的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險狀況并實施有效的舒緩措施，是提高濱海新區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力的關(guān)鍵。目前，付在毅等［3］強調(diào)了區(qū)域風(fēng)險評價在區(qū)域風(fēng)險管理理論和技術(shù)支撐方面的重要性。寧小莉［4］、盧中輝等［5］對生態(tài)城市指標(biāo)體系構(gòu)建進(jìn)行了研究。許東陽等［6］基于改進(jìn)后的DPSIR模型從資源環(huán)境與社會經(jīng)濟角度評估區(qū)域水土資源生態(tài)安全風(fēng)險。陳菁等［7］以福建省為例，從空間角度分析快速城市化對生態(tài)風(fēng)險的影響。楊娟等［8］以典型農(nóng)業(yè)區(qū)崇明縣為例，從自然因素導(dǎo)致的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險影響因素角度分析，建立了區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系。馬晨陽等［9］評價了基于城市擴展的呼和浩特市綜合生態(tài)風(fēng)險。就研究成果而言，相關(guān)研究主要集中在空間角度、自然環(huán)境角度、資源環(huán)境與社會經(jīng)濟角度等單一因素或兩種因素的生態(tài)風(fēng)險狀況分析，而對于經(jīng)濟高速發(fā)展下自然環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境和社會環(huán)境多因素共同影響導(dǎo)致的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險變化研究鮮有報道。本研究以天津濱海新區(qū)為例，充分考慮區(qū)域的特征，從自然、經(jīng)濟和社會多角度選取指標(biāo)構(gòu)建區(qū)域生態(tài)風(fēng)險評價體系，用于表征區(qū)域生態(tài)風(fēng)險水平，同時提出一定的風(fēng)險防控建議，以期為科學(xué)評價和預(yù)測濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險提供參考。

1 研究區(qū)概況

天津濱海新區(qū)（圖1）地處華北平原北部，北鄰河北豐南縣，南與河北黃驊市接壤，位于天津東部，瀕臨渤海，處渤海灣頂端，北緯38°40′～39°00′，東經(jīng)117°20′～118°00′范圍。新區(qū)擁有2 270 km2陸域面積，3 000 km2海域面積，海岸線長153 km。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究的自然、社會和經(jīng)濟環(huán)境等原始數(shù)據(jù)主要來源于《天津市濱海新區(qū)統(tǒng)計年鑒》和《水資源公報》（2004～2018年），因原始數(shù)據(jù)量綱和數(shù)量級的不同，為保證各指標(biāo)數(shù)據(jù)的可比性和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用Min-Max標(biāo)準(zhǔn)化方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，標(biāo)準(zhǔn)化后指標(biāo)值介于0～1范圍。

正向指標(biāo)處理：

Iij=Rij－Rj，minRj，max－Rj，min（1）

負(fù)向指標(biāo)處理：

Iij=Rj，max－RijRj，max－Rj，min（2）

式中：Iij為經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)；Rj，max和Rj，min分別為指標(biāo)數(shù)據(jù)Rj的最大值和最小值；Rij為原始數(shù)據(jù)。

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

構(gòu)建指標(biāo)體系是生態(tài)風(fēng)險評價的關(guān)鍵，選取合適指標(biāo)才能客觀準(zhǔn)確全面地評估生態(tài)風(fēng)險，本研究通過查閱文獻(xiàn)資料［4-5，10-12］，參考標(biāo)準(zhǔn)、專家意見、研究區(qū)實際，結(jié)合濱海新區(qū)的具體情況，采用層次分析法構(gòu)建濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系，包含目標(biāo)層、3項準(zhǔn)則層、9項風(fēng)險要素層、23項指標(biāo)因子層。

目標(biāo)層反映濱海新區(qū)可能面臨的風(fēng)險源壓力大小，本研究將濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險源劃分為自然環(huán)境風(fēng)險、社會環(huán)境風(fēng)險和經(jīng)濟環(huán)境風(fēng)險3個準(zhǔn)則層。

（1） 自然環(huán)境風(fēng)險是反映人類活動對自然環(huán)境的負(fù)面影響及環(huán)境本身產(chǎn)生的壓力。主要涉及環(huán)境污染、生態(tài)狀況、資源狀況3項要素。選取環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)、城鎮(zhèn)污水處理率、生活垃圾無害化處理率、工業(yè)固廢綜合利用率、工業(yè)廢氣排放總量、工業(yè)廢水排放總量、人均公共綠地、地面硬化率、人均水資源量、人均耕地面積、海域使用面積等11項指標(biāo)因子。

（2） 社會環(huán)境風(fēng)險是反映人類居住環(huán)境存在的風(fēng)險，主要涉及人口狀況、基礎(chǔ)設(shè)施、生活質(zhì)量3項要素。選取人口密度、人口自然增長率、水利環(huán)境公共設(shè)施管理從業(yè)人數(shù)、人均住房面積、人均道路面積、人均年用水量等6項指標(biāo)因子。

（3） 經(jīng)濟環(huán)境風(fēng)險是反映經(jīng)濟社會快速發(fā)展帶來的生態(tài)環(huán)境負(fù)擔(dān)，主要涉及經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟效益、資源消耗3項要素。選取第三產(chǎn)業(yè)比重、工業(yè)用地占建設(shè)用地比例、環(huán)保投資總額、GDP增長率、城鎮(zhèn)居民平均工資、萬元產(chǎn)值耗水量等6項指標(biāo)因子。

2.3 評估流程

運用層次分析法進(jìn)行濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險評價，主要步驟包括：建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造各層次兩兩判斷矩陣、單準(zhǔn)則排序、一致性檢驗和權(quán)重系數(shù)計算，最終得到各指標(biāo)因子對目標(biāo)層的綜合權(quán)重，具體如下。

（1） 建立層次結(jié)構(gòu)，按照層次分析法整理與歸納決策問題，構(gòu)建出一個有層次的結(jié)構(gòu)模型，將問題層次化、條理化。

（2） 構(gòu)造成對比較矩陣，按照1～9的比例標(biāo)度，分別對評估準(zhǔn)則ai和aj（i，j=1，2，3，…，n；i≠j）進(jìn)行兩兩比較，對重要性程度賦值，標(biāo)度標(biāo)準(zhǔn)見表1。

（3） 計算特征值，假設(shè)層級結(jié)構(gòu)中有n個評價指標(biāo)D1，D2，…，Dn，相對權(quán)重依次為W1，W2，…，Wn，如下：

Wi=1∕n∑nj=1aij∑ni=1∑ni=1aij（3）

（4） 一致性檢驗。計算一致性比例CR，若CR≤0.10，則滿足判斷矩陣一致性標(biāo)準(zhǔn)。

CR=λmax－nn－1RI（4）

式中：λmax為判斷矩陣最大特征值，RI為隨機一致性指標(biāo)，取值范圍見表2。

2.4 評價模型

構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險評估指標(biāo)體系與確立風(fēng)險等級是建立評價模型的基礎(chǔ)和前提［3］?；跇?gòu)建的評價指標(biāo)體系以及數(shù)據(jù)、方法的選擇，運用層次分析法得到各指標(biāo)權(quán)重，并利用權(quán)重將生態(tài)風(fēng)險中影響因素數(shù)據(jù)量化為具體的風(fēng)險值作為風(fēng)險評估模型輸出，同時將評價指標(biāo)的數(shù)據(jù)作為風(fēng)險評估模型的輸入，構(gòu)建生態(tài)風(fēng)險評價模型，計算濱海新區(qū)2004～2018年生態(tài)風(fēng)險度，具體公式如下：

V=∑Iij·Wj（5）

式中：V 為風(fēng)險度計算結(jié)果，Iij為標(biāo)準(zhǔn)化處理后指標(biāo)數(shù)據(jù)，Wj為該指標(biāo)權(quán)重。

3 風(fēng)險評估模型與計算結(jié)果

3.1 生態(tài)風(fēng)險指標(biāo)分析

采用層次分析法進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險指標(biāo)分析，制定的指標(biāo)體系中要素分為正負(fù)兩個安全區(qū)向。安全區(qū)向為正的指標(biāo)與濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險值正相關(guān)，如地面硬化率越大，生態(tài)風(fēng)險值越大、生態(tài)狀況越差；安全趨向為負(fù)的指標(biāo)與濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險值負(fù)相關(guān)，如環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)越大，生態(tài)風(fēng)險值越小、生態(tài)狀況越優(yōu)。

由表3可知，對生態(tài)風(fēng)險水平權(quán)重影響顯著的指標(biāo)有正向指標(biāo)地面硬化率（0.119）、正向指標(biāo)人口自然增長率（0.133）、正向指標(biāo)人均年用水量（0.143），對生態(tài)風(fēng)險水平權(quán)重影響不顯著的指標(biāo)有負(fù)向指標(biāo)環(huán)境投資總額（0.009）、負(fù)向指標(biāo)第三產(chǎn)業(yè)比重（0.005）、正向指標(biāo)工業(yè)用地占建設(shè)用地（0.002）。

對不同年份各指標(biāo)因子數(shù)據(jù)無量綱化（表4），轉(zhuǎn)化為0～1之間的數(shù)值，其中0表示風(fēng)險低，1表示風(fēng)險高。由表4可知，2004～2018年大規(guī)模開發(fā)建設(shè)，經(jīng)濟快速發(fā)展，造成地面硬化率逐年增大，地面硬化率越高，風(fēng)險越高；人口自然增長率相較于2004～2007年有大幅度提升，在2008年以后維持在較高水平，風(fēng)險增加；人均年用水量逐年遞減，風(fēng)險降低，是由國家教育力度加大，人們受教育水平提高，節(jié)水意識增強，以及產(chǎn)業(yè)機械化帶來水量精準(zhǔn)實施等措施促成。

3.2 生態(tài)風(fēng)險水平分析

通過風(fēng)險度計算來分析濱海新區(qū)2004～2018年生態(tài)風(fēng)險水平。將上述無量綱數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，得到不同年份風(fēng)險度結(jié)果（圖2）。

由圖2可知，濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險度在經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下，總體呈上升趨勢，在2013年達(dá)到最高值，隨后，有逐漸下降和平穩(wěn)的趨勢；2004～2013年，由于經(jīng)濟高速增長，環(huán)境保護(hù)等配套軟硬件措施未得到重視，是生態(tài)風(fēng)險度增加最快的時期。自然環(huán)境風(fēng)險層面，正向環(huán)境指標(biāo)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)未發(fā)生明顯變化；社會環(huán)境風(fēng)險層面，正向環(huán)境指標(biāo)水利環(huán)境從業(yè)人數(shù)未顯著變化，而負(fù)向人口指標(biāo)人口密度、人口自然增長率增長較快；經(jīng)濟環(huán)境風(fēng)險層面，正向環(huán)境指標(biāo)環(huán)保投資總額未顯著變化，而負(fù)向經(jīng)濟指標(biāo)GDP增長率、城鎮(zhèn)居民平均工資、第三產(chǎn)業(yè)比重增長較快，使濱海新區(qū)2004～2013年生態(tài)風(fēng)險值整體呈上升趨勢，生態(tài)狀況變差。2013年以后，負(fù)向人口、經(jīng)濟等指標(biāo)增速變緩，對應(yīng)的環(huán)保措施和生態(tài)建設(shè)開始得到重視，生態(tài)風(fēng)險度逐漸下降，但由于自然環(huán)境風(fēng)險層面地面硬化率、社會環(huán)境風(fēng)險層面人口密度等城市化過程指標(biāo)仍維持在高區(qū)間，風(fēng)險度未能顯著下降。

3.3 生態(tài)風(fēng)險評價

為確定城市生態(tài)風(fēng)險水平，根據(jù)調(diào)查資料，按照生態(tài)風(fēng)險評價模型，在參考文獻(xiàn)［11-14］和咨詢專家的基礎(chǔ)上，對濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行分級，將生態(tài)風(fēng)險評估結(jié)果劃分為5個等級：低風(fēng)險（Ⅰ級）、較低風(fēng)險（Ⅱ級）、中風(fēng)險（Ⅲ級）、較高風(fēng)險（Ⅳ級）、高風(fēng)險（Ⅴ級）。采用自然間斷點法確定各等級間閾值，以滿足不同風(fēng)險等級間差異明顯、等級內(nèi)部差異最小等要求，見表5。

本研究基于構(gòu)建的生態(tài)風(fēng)險評估模型，分析了濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險水平，結(jié)果表明：生態(tài)風(fēng)險度范圍為0.457～0.564，平均值為0.511，生態(tài)風(fēng)險度越高，更易受自然環(huán)境變化或人為活動干擾影響。結(jié)合圖2，2004～2013年生態(tài)風(fēng)險度呈螺旋式遞增趨勢，在2013年達(dá)到最大值0.564，屬于高風(fēng)險（Ⅴ級）范疇，此后除2017年外均維持在較高風(fēng)險（Ⅳ級）區(qū)間。自然環(huán)境和社會環(huán)境因素對生態(tài)風(fēng)險影響較大，經(jīng)濟環(huán)境對生態(tài)風(fēng)險影響較小，地面硬化率和工業(yè)廢氣排放總量逐年升高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)化程度不高，生態(tài)工業(yè)發(fā)展較為緩慢，發(fā)展動力不足，均導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險水平較高，生態(tài)狀況較差。

4 結(jié) 語

區(qū)域生態(tài)風(fēng)險水平是制約城市可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，本文采用層次分析法從多角度構(gòu)建了濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險評價指標(biāo)體系，從自然環(huán)境風(fēng)險、社會環(huán)境風(fēng)險、經(jīng)濟環(huán)境風(fēng)險3個方面選取了9項要素23項指標(biāo)，并對各項指標(biāo)進(jìn)行了權(quán)重賦值，評估2004～2018年濱海新區(qū)生態(tài)風(fēng)險水平。研究結(jié)果表明：2004～2013年由于經(jīng)濟快速發(fā)展，城市大規(guī)模開發(fā)建設(shè)，造成正向指標(biāo)自然環(huán)境風(fēng)險層面地面硬化率、社會環(huán)境風(fēng)險層面人口自然增長率逐年增大，生態(tài)風(fēng)險增加。2013年以后，雖環(huán)保措施和生態(tài)建設(shè)得到重視，但因地面硬化率、人口密度等城市化過程指標(biāo)仍維持在較高區(qū)間，生態(tài)風(fēng)險度稍有下降并趨于平穩(wěn)。2013年以后，濱海新區(qū)整體屬于較高風(fēng)險范疇，處于Ⅳ級風(fēng)險，生態(tài)風(fēng)險壓力較大，生態(tài)狀況較差，主要受自然環(huán)境和社會環(huán)境因素影響。為緩解生態(tài)風(fēng)險壓力，保證區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，建議在地面硬化率、人口自然增長率、人均年用水量比例等權(quán)重占比較大的因素方面采取相應(yīng)措施。研究成果可為加強新區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)、提高城市可持續(xù)發(fā)展能力提供建議。

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（編輯：李 晗）

Ecological risk assessment of Tianjin Binhai New Area based on analytic hierarchy process

QIU Pei1，2，TANG Wei3，WANG Chenggang4，DONG Linyao1，2，ZOU Chengyu1，2

（1.Soil and Water Conservation Department，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China； 2.Research Center on Mountain Torrent and Geologic Disaster Prevention of Ministry of Water Resources，Wuhan 430010，China； 3.Hubei Provincial Department of Water Resources，Wuhan 430061，China； 4.Xiangyang Hydrological and Water Resources Survey Bureau，Xiangyang 441003，China）

Abstract：

In order to clarify the change of regional ecological risk and the direction of risk prevention and control in the process of rapid economic development，taking Tianjin Binhai New Area as the research object，combined with the actuality of the area，this research used the analytic hierarchy process to selecte 23 indicators from three aspects of natural environment，economic environment and social environment to construct a regional ecological risk assessment index system and ecological risk assessment model. Ecological risk levels were evaluated from 2004 to 2018 in the study area. The evaluation results showed that the ecological risk of Binhai New Area presented an increasing trend from 2004 to 2018，and remained at a higher risk level （level Ⅳ） after 2013，mainly affected by natural environment and social environment factors. It is recommended to take corresponding measures to reduce the ecological risk in terms of factors with large weights such as ground hardening rate，natural population growth rate，and per capita annual water consumption ratio.

Key words：

ecological risks； analytic hierarchy process； index system； Binhai New Area