(武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

資源型城市土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
——以黃石市為例

彭青青

(武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

為有效掌握資源開(kāi)發(fā)和城市發(fā)展對(duì)土地生態(tài)環(huán)境的影響，本文在層次分析法基礎(chǔ)上，引入熵權(quán)法來(lái)計(jì)算各種土地利用類(lèi)型的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，對(duì)黃石市各個(gè)區(qū)域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，為黃石市的土地利用規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。

土地利用；生態(tài)安全；風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；熵權(quán)法；黃石市

引言

在近幾十年的礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)和快速城市化發(fā)展過(guò)程中，黃石市生態(tài)環(huán)境受到一定程度的破壞。為了有效掌握資源開(kāi)發(fā)和城市發(fā)展對(duì)土地生態(tài)環(huán)境的影響，需要對(duì)不同時(shí)期的土地利用進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。較為常用的方法是綜合指數(shù)法，即通過(guò)對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)求和，計(jì)算出綜合評(píng)價(jià)值。

曾輝等[1]運(yùn)用專(zhuān)家咨詢(xún)法確定指標(biāo)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重參數(shù)，對(duì)深圳市北部進(jìn)行了區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。韋仕川等[2]采用層次分析法確定各種用地類(lèi)型的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，研究了東營(yíng)市的土地利用生態(tài)安全狀況。由于專(zhuān)家咨詢(xún)法和層次分析法都屬于典型主觀賦值法、主觀影響較大，本文將引進(jìn)客觀賦值法中的熵權(quán)法，利用其根據(jù)指標(biāo)信息量確定指標(biāo)權(quán)重的特性，降低了人的主觀因素影響，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具可靠性。

1 研究方法

為研究區(qū)域內(nèi)綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)大小，可利用用地類(lèi)型面積比重，構(gòu)造各類(lèi)土地利用類(lèi)型生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(Ecological Risk Index，ERI)[1]，具體計(jì)算公式如下：

公式中，i為各種用地類(lèi)型的序號(hào)；m為研究區(qū)域內(nèi)土地利用類(lèi)型的數(shù)量；Ai為研究區(qū)域內(nèi)第i種用地類(lèi)型的總面積；A為研究區(qū)域的總面積；Wi為第i中用地類(lèi)型的風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度參數(shù)。

對(duì)于各用地類(lèi)型的風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度參數(shù)的確定，最普遍的方法是層次分析法[3]。然而，層次分析法中人的主觀因素影響較大。而熵權(quán)法[4]以客觀定量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以科學(xué)的計(jì)算方法作評(píng)價(jià)，消除了不確定因素、個(gè)人主觀意識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的片面性對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響，因此兩種方法的結(jié)合可以最精確得到風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度參數(shù)。

若系統(tǒng)可能處于m種不同的狀態(tài)，而每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率為Pi(i=1，2，…，m)時(shí)，則該系統(tǒng)的熵就定義為：

假設(shè)評(píng)價(jià)體系中有m個(gè)待評(píng)項(xiàng)目，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則原始數(shù)據(jù)組成的初始矩陣為C=(cijm×n)：

其中，cij為第j個(gè)指標(biāo)下第i個(gè)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)值。將C運(yùn)用指數(shù)化處理方法，si=(ci-cmin)/(cmax-cmin)，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的矩陣S=(sij)m×n，且sij∈[0，1]。

那么在這個(gè)評(píng)價(jià)體系中，第j個(gè)指標(biāo)下第i個(gè)項(xiàng)目的指標(biāo)值比重為pij：

將pij代入公式(2)，可得第j個(gè)指標(biāo)的熵值ej：

其中k=1/lnm，當(dāng)pij=0時(shí)，pijlnpij=0。根據(jù)計(jì)算得到的熵值，進(jìn)一步確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)Tj則為：

綜合層次分析法和熵權(quán)法，確定Wi：

其中αi和βi分別為層次分析法和熵權(quán)法確定的第i種用地類(lèi)型的風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度參數(shù)。

2 實(shí)例研究

遙感影像是當(dāng)前研究土地利用的重要數(shù)據(jù)來(lái)源[5]。本文運(yùn)用ERDAS 9.2和ArcGIS 9.3等遙感影像處理軟件和GIS分析軟件，參考土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[6]和黃石市實(shí)際情況，將土地利用類(lèi)型劃分為5類(lèi)，即水域、農(nóng)業(yè)用地、綠地、建筑用地及其他用地，得到的土地利用信息如圖1所示。

圖1 黃石市土地利用空間分布圖

針對(duì)黃石市實(shí)際情況，以區(qū)域作為評(píng)價(jià)單元，各種土地利用類(lèi)型為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立評(píng)價(jià)體系，計(jì)算各土地利用類(lèi)型的熵權(quán)。將各種土地利用類(lèi)型面積以占區(qū)域總面積百分比表示并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)熵權(quán)法的原理及其計(jì)算公式分別計(jì)算三個(gè)年份中各種土地利用類(lèi)型的熵權(quán)并取其平均值，結(jié)果如表1所示。

表1 各種土地利用類(lèi)型的熵權(quán)

參考現(xiàn)有利用層次分析法得到土地利用類(lèi)型生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度參數(shù)的研究成果[3，7]，確定αi依次為：水域0.1516、農(nóng)業(yè)用地0.2198、綠地0.1172、建筑用地0.3791、其他用地0.1323。根據(jù)熵權(quán)法的計(jì)算結(jié)果，可以確定βi依次為水域0.2109、農(nóng)業(yè)用地0.1727、綠地0.1653、建筑用地0.1915、其他用地0.2597。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用公式(7)計(jì)算各種土地利用類(lèi)型的綜合風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度參數(shù)Wi，依次為水域0.1629、農(nóng)業(yè)用地0.1935、綠地0.0987、建筑用地0.3699、其他用地0.1750，這樣既考慮了指標(biāo)本身的重要性順序，又考慮了指標(biāo)所提供的信息量大小，有利于更為客觀地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

根據(jù)公式(1)，分別計(jì)算1987年、1996年和2005年黃石市各區(qū)的土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 1987年、1996年、2005年黃石市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)描述了區(qū)域土地利用生態(tài)安全水平[8]。對(duì)比3個(gè)時(shí)段的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(表2)發(fā)現(xiàn)，黃石市整體的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈持續(xù)上升狀態(tài)，西塞山區(qū)和大冶市的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)發(fā)展趨勢(shì)與黃石市整體的發(fā)展趨勢(shì)一致，而黃石港區(qū)和陽(yáng)新縣呈先上升后下降的狀態(tài)，下陸區(qū)和鐵山區(qū)則呈現(xiàn)出先下降后上升的狀態(tài)。針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象，可以進(jìn)行以下分析：陽(yáng)新縣的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在3個(gè)時(shí)段中都是最低的，低于黃石市的整體水平，主要?dú)w功于陽(yáng)境內(nèi)大范圍的森林和網(wǎng)湖濕地，因此陽(yáng)新縣的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)雖然有變化，但是波動(dòng)幅度不大。大冶市的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)略高于黃石是的整體水平，由于大冶市礦產(chǎn)資源豐富，隨著境內(nèi)礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用，建筑用地和裸地的面積不斷增大，原先的土地格局被嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐年下降。至于鐵山區(qū)，以工礦用地和居民生活區(qū)內(nèi)的建筑用地為主且呈不斷擴(kuò)張的趨勢(shì)，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)遠(yuǎn)高于黃石市的整體水平。西塞山區(qū)作為黃石市最大的中心城區(qū)，建筑用地為主要的用地類(lèi)型，且隨著城市發(fā)展不斷擴(kuò)張，綠地面積變化顯著，直接影響西塞山區(qū)的生態(tài)環(huán)境。下陸區(qū)總體面積較小，近年來(lái)隨著城市化進(jìn)程，建筑用地面積有所擴(kuò)張，土地利用格局發(fā)生較大的變化，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)上漲較快。黃石港區(qū)是黃石市的重點(diǎn)建設(shè)城區(qū)，其轄區(qū)內(nèi)的建筑密集、道路發(fā)達(dá)，由于沒(méi)有進(jìn)行合理的規(guī)劃，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量目前在整個(gè)黃石市中處于低下水平，亟需得到改善。

3 結(jié) 論

為有效掌握資源開(kāi)發(fā)和城市發(fā)展對(duì)土地生態(tài)環(huán)境的影響，本研究在層次分析法基礎(chǔ)上，引入熵權(quán)法來(lái)計(jì)算各種土地利用類(lèi)型的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，對(duì)黃石市各個(gè)區(qū)域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，為黃石市的土地利用規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。主要得出以下結(jié)論：

(1)將熵權(quán)法與層次分析法結(jié)合，確定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)度參數(shù)，既考慮了指標(biāo)的重要性順序，又考慮了指標(biāo)的信息量，降低了人的主觀因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具可靠性。

(2)黃石市土地利用空間格局發(fā)生了較大的變化，因此礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，必須充分考慮生態(tài)系統(tǒng)的完整性，及時(shí)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源與環(huán)境的全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

[1]曾輝，劉國(guó)軍.基于景觀結(jié)構(gòu)的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1999，19(5)：454-457.

[2]韋仕川，馮科，邢云峰等.資源型城市土地利用變化及生態(tài)安全數(shù)字模擬[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(9)：64-68.

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[4]吳浩，陳曉玲，蔡曉斌等.基于組合分形模型的土地利用時(shí)空演變研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30(1)：154-157.

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[6]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)[S].GB21010-2007，2007.

[7]夏南凱，喬瑋，劉晟.基于土地利用視角的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)方法分析[J].城市規(guī)劃學(xué)刊，2011，1：53-57.

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EcologicalRiskAssessmentforLandUseofResources-basedCity：ACaseStudyofHuangshi

PENG Qingqing

(School of Resources and Environment Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan Hubei 430070，China)

In order to effectively grasp the impact of resource development and urban development on land ecological security，the entropy weight on the basis of analytic hierarchy process was introduced to calculate the ecological risk，and the ecological risk of land use in each area of Huangshi City were analyzed，which provides scientific basis and decision support for land use planning and ecological environment management of Huangshi city.

land use；ecological security；risk index；entropy weight；Huangshi city

彭青青，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)閷?duì)地觀測(cè)科學(xué)及安全監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究

文獻(xiàn)格式：彭青青.資源型城市土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(6)：174-176.

X21

A

1673-288X(2017)06-0174-03