趙 陽，黎 慧，池國勇，胡文峰

（阜陽師范學院 歷史文化與旅游學院，安徽 阜陽236037）

基于GIS與AHP的阜陽市生態(tài)環(huán)境評價研究

趙 陽，黎 慧，池國勇，胡文峰

（阜陽師范學院 歷史文化與旅游學院，安徽 阜陽236037）

城市化和工業(yè)化的迅速發(fā)展，給社會帶來巨大效益的同時也帶來了諸多問題，城市生態(tài)環(huán)境的惡化成為人們普遍關心的問題之一。本文以阜陽市為例，從城市面臨的諸多環(huán)境問題出發(fā)，構建評價指標體系，選取21個指標對阜陽市的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進行評價分析；再通過層次分析法來確定權重，應用GIS空間疊加分析確定阜陽市生態(tài)環(huán)境評價等級空間分布圖。結果發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)區(qū)和良好區(qū)分布在太和縣、臨泉縣以及潁州區(qū)的大部分區(qū)，占49.69%；一般區(qū)主要分布在整個阜陽市的中東部，占36.06%；退化區(qū)分布在潁上縣和潁東區(qū)的中東部，占14.25%。

GIS；AHP；生態(tài)環(huán)境；阜陽市

隨著社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類與土地之間的相互作用在逐步加強，同時嚴重的生態(tài)環(huán)境安全問題，已經(jīng)成為了當下人們最關心的熱點問題之一[1]。生態(tài)系統(tǒng)是一個多元化，開放性的系統(tǒng)，生態(tài)環(huán)境的評價是涉及經(jīng)濟學、生態(tài)學、社會學等學科領域的多屬性、多層次的決策問題。生態(tài)環(huán)境評價應該本著因地制宜、實事求是的原則，而且對未來的發(fā)展做出科學的預測與判斷，為區(qū)域的城市規(guī)劃以及可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)，充分發(fā)揮人的協(xié)調(diào)作用以平衡生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部各因子的生態(tài)關系，從而構建人與自然和諧相處的生態(tài)社會。目前，在生態(tài)環(huán)境評價方面我國已經(jīng)開展了許多工作，評價內(nèi)容包含了生態(tài)安全評價、生態(tài)風險評價，城市生態(tài)系統(tǒng)、宜居城市評價、草原、荒漠等，還包括一些河流、湖泊、濕地，自然保護區(qū)等。這些生態(tài)系統(tǒng)的評價都建立了與之對應的指標體系，而我國對城市生態(tài)環(huán)境評價指標體系的研究尚處于探索階段，其方法也是多種多樣[2-3]。GIS技術具有強大的空間數(shù)據(jù)處理和分析功能，使它能夠為生態(tài)環(huán)境狀況評價研究工作提供必要的技術支持，特別是生態(tài)環(huán)境評價與GIS、遙感等信息技術結合，使得評價結果比較直觀、形象[4]。近些年，隨著GIS技術的不斷發(fā)展，它與AHP模型分析法的緊密結合，在城市生態(tài)環(huán)境評價中得到了廣泛應用[5-6]。本文將依據(jù)阜陽市的實際情況和所收集到的資料，運用GIS和統(tǒng)計分析軟件，對其生態(tài)環(huán)境進行評價并做出分析。

1 研究區(qū)概況

阜陽市位于安徽省西北部，全市總面積9 775 km2，總人口1 061.5萬，是安徽省人口最多的地市，地處東經(jīng) 115°37′58″～115°59′46″，北緯 32°46′17.6″～33°02′32.5″（如圖 1），阜陽市下轄三區(qū)四縣一市：潁州區(qū)、潁東區(qū)、潁泉區(qū)、臨泉縣、太和縣、阜南縣、潁上縣、界首市。阜陽市近些年經(jīng)濟發(fā)展取得重大進步，得益于工業(yè)化和城市化的推動，但同時也存在著許多問題，比如人口問題、水污染問題、人均耕地不足以及“水質(zhì)性”缺水等。

2 評價過程

圖1 阜陽市政區(qū)圖

2.1 評價指標選取原則

生態(tài)環(huán)境評價需要對區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量作出分析，為了使分析更加符合現(xiàn)實情況，指標選取應當遵循的原則如下：（1）現(xiàn)實性原則，數(shù)據(jù)比較容易獲得、計算方便、易于理解、可操作性強。（2）代表性原則，應當選取對生態(tài)環(huán)境影響較大的指標，能準確反映生態(tài)環(huán)境的變化特征。（3）層次性原則，指標體系要分出層次、結構要清晰簡單。（4）科學性原則，選取的指標應當合乎科學準確的準則，同時定性分析與定量分析要相結合，盡量減少主觀判斷[7]。

2.2 評價指標體系構建

選取指標體系應當根據(jù)不同的區(qū)域而有所差別，生態(tài)系統(tǒng)比較復雜，其包含的因素多種多樣，根據(jù)阜陽市的生態(tài)環(huán)境的實際情況，生態(tài)環(huán)境評價指標主因子（A）應當包含自然系統(tǒng)（B1）、社會系統(tǒng)（B2）和經(jīng)濟系統(tǒng)（B3）三大目標層，共計21個指標，這些指標及數(shù)據(jù)都來源于2015年各區(qū)縣的《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，其結構模型如圖2。

圖2 阜陽市城市生態(tài)環(huán)境評價模型

2.3 評價指標體系量化

生態(tài)環(huán)境評價需要對空間數(shù)據(jù)庫中的專題數(shù)據(jù)進行提取，并利用GIS軟件提供的疊加分析功能，建立空間分析模型。由于評價指標之間存在著量綱、性質(zhì)上的差異，為了使數(shù)據(jù)能順利在軟件上實現(xiàn)疊加分析，同時還要參考一定評價標準、專家意見以及不同的指標對生態(tài)環(huán)境影響的大小程度存在差異[8]，故需要對選取的指標數(shù)據(jù)進行無綱量化處理，從而使之具有可比性，計算公式如下：

其中，I表示標準化得出來的結果，Xi表示原始指標數(shù)據(jù)，Xmax表示該指標數(shù)據(jù)中的最大值，Xmin表示該指標數(shù)據(jù)中的最小值。計算的結果都介于0～1之間。經(jīng)過無綱量化處理的數(shù)據(jù)都反應其屬性的特征，然后把這些數(shù)據(jù)輸入到各圖層的屬性表中，通過重分類、賦予分值等操作最后得出生態(tài)環(huán)境等級分布專題圖[9]。

2.4 評價指標權重的確定

城市生態(tài)評價指標的權重對整個指標體系有著重要的作用，權重越大其影響就越大，其對最終的評價結果的影響就越大，權重的分配方式不同，評價的結果也會不同，所以在權重的確定上要選擇合理、科學的分配方法。權重的分配方法眾多，主要包含主觀賦權法和客觀賦權法。主觀賦權法主要根據(jù)專家的個人經(jīng)驗及其學科知識來判定不同指標的權重?？陀^賦權法是依據(jù)實際的數(shù)據(jù)及其之間的聯(lián)系來確定的權重，這種方法容易忽視指標的現(xiàn)實意義[10]。本文將采用的是主觀賦權法中的層次分析法，并利用yaahp軟件確定其權重。

構造判斷矩陣。在評價指標模型的基礎上構造判斷矩陣，對于每一個層次的指標進行兩兩比較，寫成矩陣形式，然后利用1～9的標度方法將評價思維進行數(shù)量化，即判斷兩兩比較的指標的相對重要性，數(shù)值2,4,6,8表示介于其相鄰的兩個標度的等級，同理 0～1 標度中的 1/3，1/5，1/7，1/9，分別對應1～9標度中的3,5,7,9所表示的含義，1/2，1/4，1/6，1/8表示介于兩個等級之間如表1。

表1 標度表

計算單一準則下指標的一致性檢驗和相對權重。實際上是求單一準則下判斷矩陣的權數(shù)，并且計算出最大特征值的特征向量。一致性檢驗是對專家給出的判斷矩陣是否具有一致性進行檢驗，一致性的隨機比率要小于0.1，這樣才能確保評價結果具有較好的一致性。

綜合準則下指標的權重及其一致性檢驗。綜合準則是在單一準則的基礎上，由其結果計算出各層次的組合權值，計算得出的結果也需要進行一致性檢驗，一致性比率也要小于0.1以保證整個評價指標體系的科學性。以B層的第一個要素經(jīng)濟系統(tǒng)（B1）為例，它包括了八個指標，構造其判斷矩陣如表2。

Wi為特征向量，n表示指標的個數(shù)，i和j分別表示指標位于該判斷矩陣的第幾行和第幾列，k表示某一列。

表2 經(jīng)濟系統(tǒng)（B1）判斷矩陣

表3 隨機一致性指標取值參照表

根據(jù)公式（2）、（3），計算得出矩陣的最大特征根λmax=8.56，該矩陣的特征向量Wi，判斷矩陣的一致性比率CR=0.057 2＜0.1，因而說明該矩陣符合一致性檢驗。同樣的方法可以計算出目標層相對于主因子以及要素層相對于目標層的權重，最終得出每一個要素層對于主因子的權重值如表4。

2.5 生態(tài)環(huán)境分析在GIS中的實現(xiàn)

本文采用ArcGIS10.2軟件來完成生態(tài)環(huán)境的分析，正如前文所述，不同的指標存在著性質(zhì)和質(zhì)量上的差異，為了保證評價的合理性，因此需要對評價指標進行無綱量化，建立評價指標的屬性數(shù)據(jù)庫，將量化的結果輸入到矢量數(shù)據(jù)的屬性表中。在數(shù)據(jù)輸入完成之后，將矢量數(shù)據(jù)轉為柵格數(shù)據(jù)，其中柵格大小為100*100 m2，結合層次分析所得到的每個指標的權重值，利用軟件空間分析功能對其進行運算，其計算公式如下：

表4 阜陽市城市生態(tài)環(huán)境評價指標體系及其權重

式中，E表示各評價指標的生態(tài)環(huán)境指數(shù)，n表示指標的個數(shù)，ui表示各指標，wi表示各指標的權重。此時計算得出結果還不能夠直接反應生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，還需對結果圖層參照相關的分類方法進行重分類，最終得出生態(tài)環(huán)境等級分布圖如圖3。

3 評價結果

3.1 生態(tài)環(huán)境等級與面積的計算

根據(jù)計算把生態(tài)環(huán)境等級分成了四類。在分級時，主要參考了林業(yè)部門、水文部門、農(nóng)業(yè)部門等多部門公布的數(shù)據(jù)以及綜合了眾多文獻資料，對阜陽市的生態(tài)環(huán)境等級現(xiàn)狀進行了深入的討論，最終得出阜陽市不同等級生態(tài)環(huán)境的分區(qū)范圍，又通過ArcGIS在其屬性數(shù)據(jù)里使用字段計算器計算出每個等級的面積及其所占總面積的百分比如表5。

圖3 阜陽市生態(tài)環(huán)境分布圖

3.2 各區(qū)生態(tài)環(huán)境等級與分布

圖2中將阜陽市各市（區(qū)）縣的行政圖與生態(tài)環(huán)境評價等級圖進行了疊加，這樣更能直觀的了解阜陽市的各縣以及內(nèi)部的市轄區(qū)的生態(tài)狀況，結合表5可以看出，阜陽市的生態(tài)環(huán)境主要是良好區(qū)和一般區(qū)，優(yōu)質(zhì)區(qū)和退化區(qū)所占比重較少。良好區(qū)主要分布在太和縣、臨泉縣以及潁州區(qū)的大部分區(qū)域，該區(qū)占總面積的36.06%，一般區(qū)主要分布在整個阜陽市的中東部，占總面積的35.75%。優(yōu)質(zhì)區(qū)主要分布臨泉縣和太和縣的大部分區(qū)域，潁州區(qū)和潁上縣有較少的分布，該區(qū)占阜陽市總面積的13.94%，退化區(qū)主要分布在潁上縣和潁東區(qū)的中東部，占總面積的14.5%。

表5 阜陽市城市生態(tài)環(huán)境評價等級分值

4 結論

從生態(tài)環(huán)境評價的基本理論出發(fā)，構建了阜陽市生態(tài)環(huán)境評價模型，并應用層次分析法確定了指標權重，同時應用GIS空間疊加分析，對阜陽市生態(tài)環(huán)境狀況進行了綜合評價，得到如下結論：

（1）從行政區(qū)劃上來看，臨泉縣、太和縣以及潁州區(qū)的生態(tài)環(huán)境整體處于優(yōu)質(zhì)區(qū)和良好區(qū)，占比達到49.67%，這主要得益于這些地區(qū)在生態(tài)環(huán)境方面做出了許多努力，臨泉縣，其在2015年認真貫徹落實了林業(yè)部門的相關政策、法規(guī)、法律，緊緊抓住了省政府施行千萬畝森林工程的機遇，啟動數(shù)類生態(tài)環(huán)境保護項目，全縣完成造林3.4萬畝[11]；太和縣在2015年城區(qū)空氣質(zhì)量達到國家Ⅱ級標準300天以上，已完成建設面積91公頃。當年造林面積3 040公頃；潁州區(qū)在生態(tài)環(huán)境保護同樣也做了許多工作，在農(nóng)村環(huán)境保護工作上，加強秸稈焚燒的工作，強力推進農(nóng)村環(huán)境綜合治理，展開了一系列的針對排污單位、有利于保障公眾健康環(huán)保的專項行動，認真組織實施了穎淮藍天工程的相關工作。

（2）潁泉區(qū)、阜南縣和界首市三者雖然整體上處于一般區(qū)，占比36.06%，因此，仍需要在生態(tài)環(huán)境保護方面多加預防，尤其是潁泉區(qū)和阜南縣，二者已經(jīng)有部分區(qū)域?qū)儆谕嘶瘏^(qū)了，故需要進一步加強生態(tài)環(huán)境保護相關工作的實施。

（3）相比較之下，潁東區(qū)和潁上縣在生態(tài)環(huán)境比較差，有退化之勢，占比14.25%，保護生態(tài)環(huán)境工作稍顯不足，潁東區(qū)各類工業(yè)園區(qū)眾多，排污單位較多，如鋼鐵廠、化肥廠、水泥廠等單位，在排查環(huán)境風險隱患時政府工作不到位，沒能夠及時解決群眾反映的環(huán)境問題。潁上縣的城市污水生活污水處理率為78%在整個區(qū)域中排名最低，工業(yè)廢水達標率為88%也比較低，全年新造林面積600公頃，少于臨泉縣。

總之，本文對阜陽市的生態(tài)環(huán)境做了初步的分析與評價，為提高阜陽市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提供了新的思路。

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Evaluation of urban ecological environment in Fuyang based on GIS and AHP

ZHAO Yang,LI Hui,CHI Guo-yong,HU Wen-feng
(School of Historical Culture and Tourism,Fuyang Normal University,Fuyang Anhui236037,China)

With the development of urbanization and industrialization,many problems are brought in to the society besides many profits,and the deterioration of the urban ecological environment becomes one of the problems people concern about.In this paper,taking Fuyang as an example,the present ecological environment of Fuyang and the environmental problems existing in the citywere analyzed,and the evaluation index system was constructed,selecting 21 indices to assess the ecological environment of Fuyang.Its weight is determined by analytic hierarchy process(AHP).Spatial distribution map of ecological environment evaluation grade in the city of Fuyang was determined by GIS spatial overlay analysis.The results show that:high quality and good area were distributed in Taihe,Linquan and most of Yingzhou District,accounting for 49.69%,the general area was mainly distributed in the Middle East of Fuyang City,accounting for 36.06%,the degraded area distribution in Yingshang and east of Yingdong District,accounting for 14.25%.

GIS;AHP;ecological environment;Fuyang

X826文獻識別碼：A

1004-4329（2017）04-015-06

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329（2017）04-015-06

2017-09-10

阜陽師范學院科學研究項目（2017FSSK06，2016FSSK07）；阜陽市規(guī)劃課題（FSK2017042）資助。

趙 陽（1987－ ），男，碩士，助教，研究方向：GIS與RS及其應用。