伍 陽, 蔣加洪, 甘 欣

(1.四川景星環(huán)境科技有限公司, 成都 610037; 2.四川省環(huán)境保護科學研究院, 成都 610041)

·環(huán)境評價·

京津滬渝生態(tài)安全評價指標體系的選擇及其評價

伍 陽1, 蔣加洪1, 甘 欣2

(1.四川景星環(huán)境科技有限公司, 成都 610037; 2.四川省環(huán)境保護科學研究院, 成都 610041)

以“結構力-發(fā)展力-恢復力”為基礎，根據(jù)“自然-經濟-社會”3個子系統(tǒng)將34個城市生態(tài)安全評價指標劃分為9個二級指標，建立城市生態(tài)安全評價指標體系，并使用模糊數(shù)學綜合評價法分析京津滬渝4個直轄市及其各子系統(tǒng)的生態(tài)安全等級。研究結果表明：除了重慶市的經濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)以及天津市的社會子系統(tǒng)的安全等級屬于較不安全外，各城市的其它子系統(tǒng)都屬于臨界安全范圍；京津滬渝4個直轄市中，京津滬3個直轄市的城市生態(tài)安全狀態(tài)屬于臨界安全等級，而重慶市的城市生態(tài)安全屬于較不安全等級。4個直轄市的綜合生態(tài)安全等級特征值排序由大到小依次為：北京、上海、天津、重慶。

城市生態(tài)安全、指標體系、模糊綜合評價、京津滬渝

1 引 言

1989年，國際應用系統(tǒng)分析研究所(IASA)基于資源與環(huán)境安全的概念，提出生態(tài)安全[1]；1996年，100多個國家的200多萬人簽署《地球公約》，建立生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展的相互協(xié)調機制，生態(tài)安全的概念得到普遍認可[2]。經過數(shù)十年的發(fā)展，世界各地城市化進程不斷加快，部分國家或地區(qū)已建成超大城市，盲目、無序的城市化使城市生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，環(huán)境污染、城市熱島效應、交通擁堵等“城市病”日趨嚴重。因此，城市生態(tài)系統(tǒng)成為國內外學者的研究熱點。

如何客觀、定量評價城市生態(tài)系統(tǒng)，使其能夠持續(xù)健康發(fā)展是當前城市生態(tài)學研究的熱點和難點之一[3]。城市生態(tài)系統(tǒng)的復雜性使得人們對城市生態(tài)安全的內涵認識不足，其定量評價的指標體系與研究方法至今還沒有形成共識[4]。在城市生態(tài)系統(tǒng)指標體系構建過程中，主要以壓力、驅動力、狀態(tài)、響應為基礎，其中壓力表征社會活動對城市生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力；驅動力表征社會活動或自然變化對城市生態(tài)系統(tǒng)的動力；狀態(tài)表征生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及其變化的趨勢；響應表征城市生態(tài)系統(tǒng)對壓力所做出的反應[5]。

本文將城市生態(tài)系統(tǒng)劃分為“自然-經濟-社會”3個子系統(tǒng)，從子系統(tǒng)的結構力、發(fā)展力及恢復力等方面出發(fā)，建立城市生態(tài)安全評價指標體系，見圖1。并采用模糊綜合評價法對京、津、滬、渝四個直轄市的城市生態(tài)安全現(xiàn)狀進行評價分析。

圖1 城市生態(tài)系統(tǒng)安全評價指標體系Fig.1 the security index system of urban ecological system

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建

城市生態(tài)系統(tǒng)有生產、生活和消費3大功能，這些功能的正常運行以一定的自然生態(tài)環(huán)境條件為保障。它是一個多層次、多因素的復雜系統(tǒng)，具有動態(tài)性、層級性、創(chuàng)造性、相關性以及脆弱積累性等五個生態(tài)學特征[6]。

2.1.1 評價指標體系構建

城市生態(tài)安全指標體系是一個復雜的系統(tǒng)，目前尚未形成統(tǒng)一共識。本文在構建城市生態(tài)系統(tǒng)指標體系時，將以往學者的研究成果劃分為組織結構、恢復力、生態(tài)系統(tǒng)服務、管理的選擇、資金的合理化、對相鄰系統(tǒng)的危害及對人類健康的影響共7個方面[7]。本文以陶曉燕等人提出的城市生態(tài)安全“結構力-發(fā)展力-恢復力”為基礎[8]，根據(jù)王云才等人對生態(tài)城市系統(tǒng)的定義[4]，將城市生態(tài)安全劃分為“自然-經濟-社會”3個子系統(tǒng)。本文在城市生態(tài)安全體系的指標選擇時，將學者對城市生態(tài)安全指標體系的研究成果[3,5,9～11]歸納為9個2級指標和"自然-經濟-社會"3個子系統(tǒng)。本文構建的城市生態(tài)安全指標體系如圖1所示。

2.1.2 評價指標體系分級標準

目前，普遍認為將城市生態(tài)系統(tǒng)安全劃分為安全、較安全、臨界安全、較不安全及不安全5個等級[8,12]。以此為基礎，陶曉燕等描述了城市生態(tài)系統(tǒng)各個等級特征，見表1所示[8]。

表1 城市生態(tài)系統(tǒng)分級特征表Tab.1 The hierarchical characteristics of urban ecological system

城市生態(tài)系統(tǒng)各類指標中，以國內外相關文獻[13-14]中對生態(tài)城市的建議值或規(guī)劃值作為安全級別的最優(yōu)值，以全國最低值或國際公認的警戒線值為不安全的限定值；在前者基礎上向下浮動20%作為較安全和臨界安全的標準值，在后者基礎上向下浮動20%作為較不安全和臨界安全的標準值，前后2次確定的臨界狀態(tài)相互調整得到最終值，見表2所示。

2.2 模糊綜合評價法

城市生態(tài)安全評價分為現(xiàn)狀評價、未來的趨勢分析及現(xiàn)在和未來的動態(tài)變化。安全與不安全是一對相對概念，故選擇模糊綜合評價模型作為城市生態(tài)系統(tǒng)安全的評價方法，以確定城市生態(tài)系統(tǒng)的安全性。利用模糊數(shù)學理論，城市生態(tài)系統(tǒng)安全等級的評價步驟如下：

(2)確定評語集，A=(A1,A2,…，Aj),(j=1,2,…,5)，該集合A={不安全,較不安全，臨界安全，較安全，安全}，由低到高反映城市生態(tài)系統(tǒng)的安全程度。

(3)在評價因子集合和評語集之間建立評判矩陣R，rij表示評價因子集合中第i個因子(xi)對應于評語集中第j個評語(Aj)的相對隸屬度。效益型因子相對隸屬度由式(1)計算，

(1)

成本型因子相對隸屬度由式(2)計算，

(2)

(4)確定權重分配向量W，W={w1,w2,…,w34}，wi表示第i個評價指標的權重。

(5)計算模糊綜合評價指數(shù)

根據(jù)綜合評價的基本原理，模糊綜合評價指數(shù)如式(3)所示，

B=W·R

(3)

(6)得出評價結果

使用評分原則對城市生態(tài)系統(tǒng)的指標進行定量劃分并加權求和，從而得到評價結論。通常城市生態(tài)系統(tǒng)安全的屬性集A量化為A={A1,A2,…,A5}={1,3,5,8,9}。城市最終所處的生態(tài)安全等級特征值V用式(4)計算，

(4)

3 京津滬渝城市生態(tài)系統(tǒng)安全評價結果

3.1 數(shù)據(jù)來源

本研究采用京津滬渝4個直轄市2012年的數(shù)據(jù)進行城市生態(tài)安全現(xiàn)狀評價，數(shù)據(jù)來源于2013年國家統(tǒng)計局發(fā)布的2013年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，北京統(tǒng)計年鑒，上海統(tǒng)計年鑒，天津統(tǒng)計年鑒，以及重慶統(tǒng)計年鑒。

3.2 指標權重的確定

確定權重的方法主要有主觀賦值法和客觀賦值法兩大類。主觀賦值法主要根據(jù)評價者主觀上對各指標的重視程度來決定指標的權重，人為因素影響較大，可能夸大或降低某些指標的作用，使得排序結果不能真實的反映事物間的實際關系。主觀賦值法主要有德爾菲法、層次分析法等。客觀賦值法，主要根據(jù)各指標間的相互關系或各項指標值的變異程度來確定權重，主要有主成分分析法、因子分析法、熵權法等[15-16]。把主觀賦值法和客觀賦值法結合起來，確定評價指標的權重能全面客觀的反映各個指標的重要程度。本文將層次分析法和熵權法相結合進行加權求和來確定評價指標的權重，具體方法參見文獻[17]。利用層次分析法和熵權法確定的各評價指標的權重，見表2。

表2 城市生態(tài)環(huán)境安全評價指標分級標準Tab.2 The grading standards of urban ecological security system evaluation

續(xù)表2

子系統(tǒng)城市生態(tài)系統(tǒng)指標不安全較不安全臨界安全較安全安全指標權重單位GDP水耗(m3/萬元)262.50203.13143.7584.3825.000.0224工業(yè)增長率(%)10.4014.0517.7021.3525.000.0224GDP增長率(%)10.0011.2512.5013.7515.000.0224固定資產投資占GDP比重(%)24.1028.0832.0536.0340.000.0224科研經費投入占GDP比重(%)0.991.371.752.122.500.0371萬人專業(yè)技術人員數(shù)量(人)111.00158.25205.50252.75300.000.0371社會子系統(tǒng)城鎮(zhèn)化水平(%)23.8032.8541.9050.9560.000.0371城市人口失業(yè)率(%)5.504.503.502.501.500.0197農民年人均純收入(元)2048428665248762110000.0197城市居民恩格爾系數(shù)(%)59.0051.7544.5037.2530.000.0197萬人高等學歷人數(shù)(人)3607201080144018000.0197各級普通學校平均師生比(%)14.3416.3818.4220.4622.500.0487出生率(%)6.068.5411.0313.5115.990.0487死亡率(%)6.996.375.765.144.520.0288人口自然增長率(%)0.703.536.359.1812.000.0288人均期望壽命(歲)65.0068.7572.5076.2580.000.0288城鎮(zhèn)居民人均住房面積(m2)20.2830.5940.9151.2261.530.0288人均擁有道路面積(m2)6.0011.5017.0022.5028.000.0201萬人醫(yī)生數(shù)(人)7.5018.1328.7539.3850.000.0201萬人擁有醫(yī)院床位數(shù)(床)10.0030.0050.0070.0090.000.0201萬人擁有公交車數(shù)量(輛)1.265.459.6313.8218.000.0201

3.3 評價結果及討論

基于城市生態(tài)安全評價指標體系及模糊綜合評價方法，京津滬渝四個直轄市2012年各子系統(tǒng)生態(tài)安全等級如表3所示。

表3 2012年京津滬渝一級指標生態(tài)安全的模糊評價結果Tab.3 The results of fuzzy evaluation of the first grade index in Beijing, Tianjin, Shanghai, and Chongqing, in 2012

從表3可知，除了重慶市的經濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)以及天津市的社會子系統(tǒng)的安全等級屬于較不安全外，各城市的其它子系統(tǒng)都屬于臨界安全范圍。4個直轄市中，重慶的自然子系統(tǒng)的安全等級特征值最大，而其經濟子系統(tǒng)的安全等級特征值最低。重慶作為最年輕的直轄市，其經濟發(fā)展與京津滬相比相對落后，且其受到經濟發(fā)展過程中資源消耗或環(huán)境污染等相對較小，故其自然子系統(tǒng)是四個直轄市中最為安全的；天津是著名的國際港口城市，是環(huán)渤海經濟圈的中心，是我國的近現(xiàn)代工業(yè)城市，擁有我國第四大工業(yè)基地。正常情況下，天津的社會子系統(tǒng)應與其發(fā)達的經濟子系統(tǒng)相匹配，但其社會子系統(tǒng)特征值最低。這種現(xiàn)象可能是其與北京相鄰的區(qū)位關系所造成，因為北京作為我國的行政中心，其城市生態(tài)安全的各項指標都處在較優(yōu)水平。與其相據(jù)僅137km的天津，可能會共享北京的部分社會公共設施，使得其自身的指標相對偏低。

為了更直觀地分析四個直轄市的城市生態(tài)安全性，計算得到各城市生態(tài)安全等級的概率，見圖2所示。

圖2 津京滬渝城市生態(tài)安全模糊評價結果Fig.2 The result of fuzzy synthetic evaluation of urban ecological security in Beijing, Tianjin, Shanghai, and Chongqing

由圖2可知，京津滬渝4個直轄市中，京津滬3個直轄市的城市生態(tài)安全狀態(tài)屬于臨界安全等級，而重慶市的城市生態(tài)安全屬于較不安全等級。4個直轄市的綜合生態(tài)安全等級特征值排序由大到小依次為：北京、上海、天津、重慶。

4 結 論

城市生態(tài)系統(tǒng)安全評價時解決城市生態(tài)安全問題的關鍵也是城市生態(tài)安全研究中的難點。本文研究得到如下結論，

(1)本文以“結構力-發(fā)展力-恢復力”為基礎，根據(jù)“自然-經濟-社會”3個子系統(tǒng)將34個城市生態(tài)系統(tǒng)安全評價指標劃分為9個二級指標，建立城市生態(tài)安全評價的指標體系，并使用模糊數(shù)學綜合評價法分析城市及各子系統(tǒng)的生態(tài)安全等級。

(2)根據(jù)所建立的城市生態(tài)安全評價指標體系，使用模糊綜合評價法研究京津滬渝4個直轄市的城市生態(tài)安全，其結果表明，除了重慶市的經濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)以及天津市的社會子系統(tǒng)的安全等級屬于較不安全外，各城市的其它子系統(tǒng)都屬于臨界安全范圍。

(3)采用模糊綜合評價法研究4個直轄市的城市生態(tài)安全等級，其結果表明，北京、上海、天津的城市生態(tài)安全等級為較不安全。

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Selection and Assessment of Index System of Urban Ecological Security Evaluation ——A Case Study of Beijing, Tianjin, Shanghai and Chongqing city

WU Yang1, JIANG Jia-hong1, GAN Xin2

(1SichuanJing-xingEnvironmentalScience&TechnologyCo.,LtdSichuan,Chengdu610000,China; 2SichuanAcademyofEnvironmentalSciences,Chengdu610041,China)

Based on the structure force, development force, and restoring force, this article divided thirty-four evaluation index of urban ecological security into nine secondary indexes in accordance with three subsystems of nature, economy, and society in order to construct index system on urban ecological security evaluation, and analyzes ecological security level of four municipalities (Beijing, Tianjin, Shanghai, Chongqing) and their subsystems by the method of fuzzy synthetic evaluation. The research results indicate that all the subsystems of nature, economy, and society are in the critical security level except the social subsystem of Tianjin and the economic and social subsystem of Chongqing. The urban ecological systems of Beijing, Tianjin, and Shanghai are in critical security levels, while that of Chongqing is in the relative unsafe level. The sequence of urban ecological systems security is Beijing, Shanghai, Tianjin, and Chongqing.

Urban ecological security; indicator system; fuzzy comprehensive evaluation; Beijing-Tianjin-Shanghai-Chongqing

2016-11-07

伍 陽(1982-)，男，四川遂寧人，2008年畢業(yè)于四川農業(yè)大學環(huán)境工程專業(yè)，工程師，碩士研究生，主要從事環(huán)境影響評價、水污染控制研究。

甘 欣，350500375@qq.com。

X826

A

1001-3644(2017)01-0089-07