秦趣，代穩(wěn)，張勇榮

(1.六盤水師范學院環(huán)境與資源科學系，貴州六盤水553004;2.烏蒙山區(qū)發(fā)展研究院，貴州六盤水553004)

基于灰色關聯分析的城市生態(tài)系統健康評價

秦趣1，2，代穩(wěn)1，張勇榮1

(1.六盤水師范學院環(huán)境與資源科學系，貴州六盤水553004;2.烏蒙山區(qū)發(fā)展研究院，貴州六盤水553004)

針對目前城市生態(tài)環(huán)境所面臨的問題，從結構功能、可持續(xù)利用能力和動態(tài)變化3個方面建立城市生態(tài)系統健康評價指標體系，采用熵值賦權法求出各評價指標的權重值，運用灰色關聯分析理論構建城市生態(tài)系統健康評價模型，并對貴州省9個城市進行實例研究.評價結果表明:銅仁、興義和都勻3個城市的生態(tài)系統健康處于不健康等級，貴陽、遵義、畢節(jié)、安順、凱里和六盤水6個城市的生態(tài)系統健康處于亞健康等級.各城市的生態(tài)系統健康狀況排序為:遵義＞貴陽＞畢節(jié)＞凱里＞六盤水＞安順＞興義＞都勻＞銅仁，這與各城市實際情況大致相符，該評價結果可為有關部門科學決策提供依據.

灰色關聯分析;城市生態(tài)系統健康;評價指標;評價模型;貴州省

近年來，各種自然災害顯著增多，如極端氣候異常，霧霾天氣繁多，水土流失嚴重，水資源受到破壞等.人們越來越關注生態(tài)環(huán)境問題，對生態(tài)系統健康的研究也日益深入.作為生態(tài)系統健康的重要組成部分，城市生態(tài)系統健康及其評價越來越受到學界的重視.目前，關于城市生態(tài)系統健康的評價方法主要有模糊數學、神經網絡、能值分析、未確知測度、屬性理論、集對分析、分形理論［1－8］等.分析現有的研究情況，他們的評價和分析只是對同一城市的生態(tài)系統健康進行大致的研究和分析，而對多個城市生態(tài)系統健康的比較研究較少，因此，作者擬運用灰色關聯分析方法對貴州省9個地州市的城市生態(tài)系統健康進行評價并分析，以期為有關部門提供參考依據.

1 評價模型和方法

1.1 灰色關聯分析理論基礎

灰色關聯分析從思想方法上看屬于幾何處理的范疇，實質上是對反映各因素變化特性的數據序列所進行的幾何比較，用于分析各度量因素之間關聯程度的灰色聯度，通過對各因素之間關聯曲線的比較而獲得結論［9］，如果表示相似程度的序列曲線幾何形狀越接近，則相應序列之間的關聯度就越大，反之就越小.然而，在信息的收集過程中，有的信息已知，有的信息未知或者不確定.控制論學者艾什比把缺乏信息的客體稱作“黑箱”，用顏色的深淺代表信息的多少.已知信息稱為白色信息，未知或不確定信息稱為黑色信息，由此構成灰色系統［10］.城市生態(tài)系統是一個高度人工化的復合生態(tài)系統，在長期的發(fā)展過程中，城市生態(tài)系統內部各要素及要素之間的作用與聯系經歷了由黑色到灰色的過程［11－12］.因此，城市生態(tài)系統具有典型的灰色系統性狀，該研究擬運用灰色關聯分析法比較評價各指標的最優(yōu)向量的關聯程度，從而對城市生態(tài)系統健康狀況進行評判.

1.1.1 確定比較數列和參考數列

以貴州省9個地州市2012年的各評價對象的各評價指標值構成數列作為比較數列Xi(i=1，2，…，5)，參考前人研究成果［13］，把城市生態(tài)系統健康分為疾病、不健康、亞健康、健康和很健康5個等級，并把各個等級的標準值構成的數列作為參考數列X0，則有各級城市生態(tài)系統健康標準的參數序列［14］，記為Xi(k)={xi(1)，xi(2)，…，xi(n)}，其中:Xi(k)代表第i級生態(tài)系統健康標準的第k項評價因子的值，k=1，2，3，…，n.

設城市生態(tài)系統健康評價共有j個樣本，則城市生態(tài)系統健康的參數序列為Yj(k)={yj(1)，yj(2)，…，yj(n)}，其中:Yj(k)代表第j個生態(tài)系統健康的第k項評價因子的現狀值，k=1，2，…，n.1.1.2歸一化處理

其中:A代表評價等級數，B代表評價樣本數，A、B值可以隨不同評價因子參數序列的變化而改變.歸一化處理后，可以計算城市生態(tài)系統健康參數和各標準序列的關聯度.

1.1.3 計算關聯系數

其中:ξli(k)為第k個指標的關聯系數;Δli(k)=|y'j(k)－x'i(k)|，代表2個數列在第k個指標的絕對差;min minΔli(k)代表二級最小差;maxmaxΔli(k)代表二級最大差;ρ為分辨系數，0＜ρ＜1，通常ρ=0.5.

1.1.4 計算加權關聯度

其中:wk為各評價指標的權重值.

1.2 指標權重值確定

計算評價指標權重的方法很多，如層次分析法(AHP)、德爾菲法、均方差法、因子分析法和熵值賦權法等，根據評價的需要，作者采用熵值賦權法計算各評價指標的權重.

1.2.1 原始數據標準化

由n個評價對象、m個評價指標構成判斷矩陣R=(Xab)(a=1，2，…，n;b=1，2，…，m).當指標值越大越好時，有

當指標值越小越好時，有

其中:Xab代表第a個評價對象第b個評價指標的值，max(Xab)代表第a個評價對象中的最大值; min(Xab)代表第a個評價對象中的最小值.

1.2.2 定義熵

對n個評價對象的m個指標中，第b個指標的熵定義為

其中:Hb代表第b個指標的熵，fab為第a個評價對象第b個評價指標標準值的比重，k=1/ln n.當fab=0時，則fabln fab=0.

1.2.3 定義熵權

在定義了第b個指標熵的條件下，可以求得第b個指標的熵權(wb)

其中:wb代表第b個指標的權重值，0≤wb≤1

把貴州省9個地州市各評價指標的現狀值代入公式(5)～(8)，即可求得貴州省各地州市生態(tài)系統健康各評價指標的權重值.

2 評價指標體系及評價標準

2.1 指標體系建立

考慮到城市生態(tài)系統的復雜性和綜合性，結合貴州省的實際情況，在參考國內外生態(tài)城市、宜居城市、衛(wèi)生城市、健康城市、園林城市和環(huán)保模范城市以及相關研究成果的基礎上，選取結構功能、可持續(xù)利用能力和動態(tài)變化3個要素評價城市生態(tài)系統健康狀況.其中:①結構采用森林覆蓋率、建成區(qū)綠地覆蓋率和水土流失率來表示，功能采用百人擁有電話數和萬人擁有病床數來說明;②可持續(xù)利用能力包括經濟、社會和環(huán)境3個方面，經濟指標有GDP增長率、人均GDP增長率、第三產業(yè)占GDP比重、財政收入占GDP比重，社會指標有萬人擁有高等學歷人數和城市人口失業(yè)率，環(huán)境指標包括飲用水水源水質達標率、空氣質量好于Ⅱ級以上天數比率、城市生活垃圾無公害化處理率、工業(yè)固廢綜合利用率、工業(yè)廢水排放達標率;③動態(tài)變化由人群健康和生活質量兩方面組成，人群健康包括人口預期壽命、人口自然增長率和嬰兒死亡率，生活質量包括恩格爾系數、人均公共綠地面積、人均擁有道路面積、城市人口密度、人均住宅面積和人均水資源量.這些指標共25個(設為X1～X25)，基本能夠反映貴州省城市生態(tài)系統健康的狀況.

2.2 分級標準

分級標準依據文獻［15－17］把城市生態(tài)系統健康分為疾病、不健康、亞健康、健康和很健康5個等級［15－18］，各指標具體分級情況見表1.

表1 貴州省城市生態(tài)系統健康評價指標體系及分級標準Tab.1 Index system of ecosystem health assessment and group standard in Guizhou province

3 實例研究

3.1 研究區(qū)概況

貴州省地處中國西南地區(qū)，位于東經103°36'～109°35'、北緯24°37'～29°13'之間，東毗湖南，南鄰廣西，西連云南，北接四川和重慶，資源富集，發(fā)展?jié)摿薮?全省轄6個地級市、3個自治州.東西長約595 km，南北相距約509 km，國土面積1.76×105km2，其中民族自治地方占全省總面積的55.5%.據第6次人口普查，全省常住人口3 475萬人，少數民族人口占全省總人口的36.1%，是一個少數民族聚集的省份［19－21］.

該研究以貴州省6個地級市和3個自治州州府所在城市為研究對象，即對貴陽、遵義、畢節(jié)、六盤水、安順、凱里、銅仁、都勻、興義9個城市的生態(tài)系統健康狀況進行研究，通過定量評價分析，對比各城市生態(tài)系統健康現狀，以期為貴州省城市生態(tài)系統健康管理提供基礎數據.

3.2 數據來源

研究數據主要來自于2012年上述9個城市的統計年鑒、貴州省統計年鑒、中國城市統計年鑒、貴州省環(huán)境質量報告書、國民經濟和社會發(fā)展統計公報和水資源公報等.

3.3 結果分析

以貴陽市為例，把貴陽市的相關數據代入公式(1)～(3)，計算出貴陽市的生態(tài)系統健康各評價指標的關聯度(表2)，再根據公式(4)求得貴陽市生態(tài)系統健康的關聯度，結果列于表2.

用以上方法，計算出貴州省各地州市的城市生態(tài)系統健康關聯度，計算結果列于表3.

表3 貴州省城市生態(tài)系統健康關聯度Tab.3 The gray correlation of urban ecosystem health assessment in Guizhou province

從表3可以看出，貴州省9個地州市城市生態(tài)系統健康關聯度等級評價為:銅仁、興義和都勻為不健康等級，貴陽、遵義、畢節(jié)、安順、凱里和六盤水為亞健康等級.各城市健康狀況排序為:遵義＞貴陽＞畢節(jié)＞凱里＞六盤水＞安順＞興義＞都勻＞銅仁.各城市生態(tài)系統健康特征具體分析如下:

(1)遵義、貴陽、畢節(jié)、凱里、六盤水和安順城市生態(tài)系統健康處于亞健康等級.其中，遵義生態(tài)環(huán)境綜合質量較好，表現在森林覆蓋率較高、建成區(qū)綠地覆蓋率高、空氣質量良好，且經濟和社會可持續(xù)能力較好，發(fā)展前景可觀，但工業(yè)廢水排放達標率低，固廢綜合利用率不高;貴陽文化與物質生活條件較好，經濟發(fā)展水平高，基礎設施建設較好，但人口密度高，人均擁有道路面積少;畢節(jié)社會發(fā)展能力和生產能力較強，但結構功能較差，主要表現在森林覆蓋率低，水土流失率較嚴重;凱里環(huán)境質量較好，但文化生活和物質生活條件較低，表現在萬人擁有高等學歷人數、萬人擁有病床數和百人擁有電話數比其他城市少;六盤水社會和經濟持續(xù)發(fā)展能力好，但環(huán)境質量差，大氣污染較重，工業(yè)廢水排放達標率低;安順可持續(xù)利用功能和自然結構狀態(tài)的各指標較好，社會發(fā)展能力和生產能力強，但由于人口較多，人均公共綠地面積和人均擁有道路面積低，影響了城市生態(tài)系統的健康發(fā)展.

(2)興義、都勻和銅仁城市生態(tài)系統健康處于不健康等級.興義社會可持續(xù)能力較好，但經濟水平低，空氣污染指數高;都勻經濟社會持續(xù)能力較強，但生態(tài)環(huán)境質量總體情況差，如森林覆蓋率低，人均公共綠地面積少，城市生活垃圾無公害化處理低等;銅仁生態(tài)環(huán)境質量較好，但基礎設施落后，結構功能低，人們生活便利程度差.諸多原因導致這3個城市生態(tài)系統健康處于不健康等級.

4 結束語

城市生態(tài)系統是典型的灰色系統，影響貴州省城市生態(tài)系統健康的因素較多，各評價指標都有貢獻，如何利用各評價指標現狀值來評價城市生態(tài)系統健康是目前要考慮的問題.作者在研究中應用熵值賦權法求得各評價指標的權重值，再運用灰色關聯分析法對貴州省城市生態(tài)系統健康進行評價，結果表明，遵義、貴陽、畢節(jié)、凱里、六盤水和安順城市生態(tài)系統健康處于亞健康等級，銅仁、興義和都勻為不健康等級，各城市健康狀況排序為:遵義＞貴陽＞畢節(jié)＞凱里＞六盤水＞安順＞興義＞都勻＞銅仁，評價結果與各城市實際情況大致相符.

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(責任編輯 于敏)

Assessment of urban ecosystem health based on gray correlation analysis

QIN Qu1，2，DAIWen1，ZHANG Yong-rong1
(1.School of Environment and Resource Sciences，Liupanshui Normal University，Liupanshui 553004，China; 2.Research Institute of Development in theWumengshan Region，Liupanshui 553004，China)

Aiming at the problems faced by the city ecological environment，this article tried to establish the evaluation indicators system from three subsystem which were structure function，the sustainable utilization ability and dynamic change.The authorsmade use of the entropymethod and the weight of each evaluation index and the gray correlation analysis to construct the system and make it into practice with the evaluation of the health level of the urban ecosystem in 9 cities of Guizhou province.The evaluation results showed that the urban ecosystem was unhealthy in Tongren，Xingyi and Duyun.At the same time，the urban ecosystem was the sub－h(huán)ealthy state in Guiyang，Zunyi，Bijie，Kaili，Anshun，Liupanshui.The order of urban ecosystem health status was Zunyi＞Guiyang＞Bijie＞Kaili＞Liupanshui＞Anshun＞Xingyi＞Duyun＞Tongren，which was generally in line with the actual situation of the cities.Itwill provide a basis on which the relevant departments can make a scientific decision.

gray correlation analysis;urban ecosystem health;evalualion indicator;evaluation model;Guizhou province

X171.1

A

1000－2162(2014)04－0102－07

10.3969/j.issn.1000－2162.2014.04.016

2014－03－15

貴州省科學技術基金資助項目(黔科合J字［2012］2308號，黔科合J字［2011］2052號);貴州省哲學社會科學規(guī)劃課題(13GZYB27);貴州省教育廳自然科學基金資助項目(黔教合KY字(2013)173號);貴州省教育廳高校人文社會科學研究項目(13GH003)

秦趣(1978—)，男，貴州畢節(jié)人，六盤水師范學院副教授，碩士.