張興賢

(銅陵學(xué)院 建筑工程學(xué)院,安徽 銅陵 244061)

生態(tài)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的主要物質(zhì)來源,它承受著人類活動產(chǎn)生的廢棄物和各種作用結(jié)果。良好的生態(tài)環(huán)境是人類發(fā)展最重要的前提,同時也是人類賴以生存、社會得以安定的基本條件[1]?！秶窠?jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要(草案)》提出,以提高環(huán)境質(zhì)量為核心,以解決生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域突出問題為重點,加大生態(tài)環(huán)境保護力度,提高資源利用效率,為人民提供更多優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品,協(xié)同推進人民富裕、國家富強、中國美麗。這是“十三五”規(guī)劃綱要首次提出了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體改善的目標?？梢?生態(tài)環(huán)境的提高和改善對人類生存和發(fā)展的重要作用。鑒于此,本文基于生態(tài)環(huán)境承載力的影響因素,運用可拓學(xué)理論和信息熵理論,構(gòu)建基于熵權(quán)可拓決策的生態(tài)環(huán)境承載力評價模型,并結(jié)合中部六省2014年的生態(tài)環(huán)境承載力評價指標相關(guān)數(shù)據(jù)進行研究,以期為相關(guān)部門決策提供理論依據(jù)。

一、生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系構(gòu)建

(一)物元的定義

把由事物N,特征C及N關(guān)于C的量值V構(gòu)成的有序三元組R=(事物，特征，量值)=(N,C,V)作為描述物的基本單元,N,C,V三者稱為物元R的三要素[2],基本物元可以表示為:

(1)

表1 中部六省生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系和權(quán)重

(二)評價指標體系的建立

構(gòu)建科學(xué)有效的評價指標體系有助于進行生態(tài)環(huán)境承載力的評價。目前,關(guān)于生態(tài)環(huán)境承載力評價的模型很多。本文綜合以往文獻,采用P-S-R模型(即壓力(Pressure)——狀態(tài)(State)——響應(yīng)(Response)來構(gòu)建中部六省生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系。該模型理論框架基于因果關(guān)系,即生態(tài)環(huán)境受到人類活動的影響而產(chǎn)生一定的壓力進而發(fā)生一定的變化,而人類社會應(yīng)當就生態(tài)環(huán)境的變化做出相應(yīng)的反應(yīng),使其恢復(fù)免遭進一步的破壞。目前,P-S-R模型在眾多領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用[3-16]。本文遵循科學(xué)性、代表性、客觀性、可行性等原則,結(jié)合中部六省的經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀和自然環(huán)境稟賦,以P-S-R模型為基礎(chǔ),參照相關(guān)技術(shù)規(guī)范和指標體系,綜合生態(tài)環(huán)境承載力評價相關(guān)文獻,結(jié)合物元可拓理論,從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三個維度構(gòu)建了包括城市人口密度等7個指標(C1-C7)、人均水資源量等8個指標(C8-C15)和城市污水處理率等5個指標(C16-C20)在內(nèi)的中部六省生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系,如表1所示。

二、基于熵權(quán)可拓決策的生態(tài)環(huán)境承載力評價模型

(一)確定物元經(jīng)典域、節(jié)域、待評物元

為了更好的體現(xiàn)生態(tài)環(huán)境承載力,在參考相關(guān)標準的基礎(chǔ)上,將本文生態(tài)環(huán)境承載力評價指標分為4級,即:Ⅰ級(優(yōu))、Ⅱ級(良)、Ⅲ級(中)和Ⅳ級(差),將評價問題定量地描述為:Np={優(yōu)→良→中→差},N01={Ⅰ級},N02={Ⅱ級},N03={Ⅲ級},N04={Ⅳ級},且N01,N02,N03,N04∈Np,對于?p∈Np判斷屬于Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ,并計算關(guān)聯(lián)程度。

1.構(gòu)建指標經(jīng)典域和節(jié)域。根據(jù)可拓理論,中部六省生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系的經(jīng)典域表示為:

(2)

其中,Roj表示一個物元,N0j表示所劃分的j個等級,Ci表示N0j的特征,Vi=(a0jn,b0jn)表示N0j關(guān)于Ci的量值范圍,即各等級關(guān)于對應(yīng)特征所取的數(shù)值范圍(即經(jīng)典域)。

通過典域構(gòu)造相應(yīng)的節(jié)域Rp:

(3)

其中,Np為評價生態(tài)環(huán)境承載力等級類別的全體,Vpi為指標Np關(guān)于Ci的量值范圍,即為Np的節(jié)域。因此,節(jié)域即為評價指標所有等級級別對應(yīng)的經(jīng)典域的集合。

關(guān)于待判物元,可以將待評生態(tài)環(huán)境承載力影響因素的作用參數(shù)用物元表示,記為:

(4)

其中,p表示生態(tài)環(huán)境承載力的等級水平,xi為p關(guān)于ci的量值,即為待評生態(tài)環(huán)境承載力影響因素的具體數(shù)值。

2. 確定物元經(jīng)典域、節(jié)域臨界值[17]。生態(tài)環(huán)境承載力評價模型構(gòu)建的關(guān)鍵在于節(jié)域物元和經(jīng)典域物元的確立。本文擬將生態(tài)環(huán)境承載力評價等級分為4級,即需要確定4個經(jīng)典域,共5個臨界值,擬以2013年為基準年,將2013年各個指標的最小和最大值作為前后兩個臨界值。由于每個生態(tài)環(huán)境承載力評價指標有6個指標值,通過將2014年各個指標數(shù)據(jù)從大到小進行排列,對前兩項、中間兩項和最后兩項分別取算術(shù)平均數(shù),將其作為中間三個臨界值(計算過程略)。得到生態(tài)環(huán)境承載力評價模型的4個經(jīng)典域和節(jié)域,如下頁表2所示。

3.關(guān)聯(lián)度計算及距離的確定。根據(jù)可拓理論中關(guān)聯(lián)函數(shù)的定義,中部六省生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系中的第i個單項指標關(guān)于第j個類別等級的關(guān)聯(lián)度計算方法為:

(1)首次評價。首先對評價對象p用非滿足不可的特征Ck的量值Vik評價。若Vik?Vjk,則p不滿足“非滿足不可的條件”,不予評價;否則,進入下一個步驟。

(2)關(guān)聯(lián)度及距離的計算。計算待判對象p與N0j的單項指標關(guān)聯(lián)函數(shù)Kj(Vi):

(5)

(6)

(7)

4.生態(tài)環(huán)境承載力可拓綜合評價。Km(Vi)=maxKj(Vi),m∈{1,2,…,j}.

(8)

若(5)式成立,則Vi∈N0m,若Km(Vi)≤0,則Vi?N0m。在計算Kj(Vi)的基礎(chǔ)上,得出p與多項指標綜合關(guān)聯(lián)度Kj(V):

(9)

Km(V)=maxKj(V),j∈{1,2,3,4},m∈{1,2,…,j}.

(10)

若(9)式成立,則判定待判對象p∈N0m。

(三)熵權(quán)法賦值

信息熵是系統(tǒng)無序程度的度量,熵值取權(quán)法的優(yōu)勢在于,它是通過判斷各個因素的變化劇烈程度來決定該因素在最終目標中所占的權(quán)重[18]。在信息論中,定義信息熵如下:

(11)

熵值法評價的步驟是:

(12)

(13)

表2 中部六省生態(tài)環(huán)境承載力評價模型經(jīng)典域和節(jié)域臨界值

(14)

(15)

三、基于熵權(quán)可拓決策的生態(tài)環(huán)境承載力評價模型應(yīng)用與分析

依據(jù)表1的中部六省生態(tài)環(huán)境承載力指標體系和統(tǒng)計數(shù)據(jù),運用熵權(quán)可拓決策模型對中部六省生態(tài)環(huán)境承載力進行評價和分析。本文的原始數(shù)據(jù)主要源于:《中國統(tǒng)計年鑒》(2014-2015)、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》(2014-2015年),以及各省的統(tǒng)計年鑒和統(tǒng)計公報(2014-2015)等。

(一)權(quán)系數(shù)與生態(tài)環(huán)境承載力評價計算

根據(jù)公式(11)～(15),計算生態(tài)環(huán)境承載力評價指標權(quán)系數(shù),見表1。利用公式(5)～(8)計算山西省2014年各指標與生態(tài)環(huán)境承載力等級的關(guān)聯(lián)度,結(jié)果見表3。同理可計算其他五省生態(tài)環(huán)境承載力指標與生態(tài)環(huán)境承載力等級的關(guān)聯(lián)度。結(jié)合表中的數(shù)據(jù),利用公式(10)計算2014年中部六省的生態(tài)環(huán)境承載力評價值,如表4所示。

(二)評價結(jié)果分析

表3 山西省2014年生態(tài)環(huán)境承載力指標與承載力等級的關(guān)聯(lián)度

表4 中部六省2014年生態(tài)環(huán)境承載力等級評價值

1.單指標關(guān)聯(lián)度分析。由表3可以看出生態(tài)環(huán)境承載力評價模型各單項指標的等級情況,其中承載力等級為Ⅰ級的有C11和C19;等級為Ⅱ級的有C9和C20;等級為Ⅲ級的有C1、C2、C8、C10、C13、C15、C16和C17;等級為Ⅳ級的有C3、C4、C5、C6、C7、C12、C14和C18。生態(tài)環(huán)境承載力等級處于良(Ⅱ級)及以上狀態(tài)的指標只有4項,其中年平均氣溫和環(huán)保投入占GDP比值的等級最高,同理可以分析其他五省單指標關(guān)聯(lián)度。

2.多指標綜合關(guān)聯(lián)度。由表4可以看出中部六省2014年生態(tài)環(huán)境承載力等級情況,其中安徽和湖北等級為優(yōu),江西等級為中,山西、河南和湖南的等級為差。還可以看出安徽、湖北和湖南的Km(V)值較大,因此生態(tài)環(huán)境承載力狀態(tài)沒有明顯的變化趨勢,而山西、江西和河南的各等級的Km(Vi)值接近鄰,因此生態(tài)環(huán)境承載力狀態(tài)有提升(如山西和河南)或下降(如江西)的趨勢。

本文將信息熵理論與物元可拓理論進行有機結(jié)合,構(gòu)建基于熵權(quán)可拓決策的生態(tài)環(huán)境承載力評價模型,對生態(tài)環(huán)境承載力狀況的監(jiān)測和分析提供新的思路。第一,P-S-R模型能較好的反映壓力、狀態(tài)和響應(yīng)三者之間的因果關(guān)系,為生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系的建立提供一個基本理論框架。第二,本文構(gòu)建的生態(tài)環(huán)境承載力評價指標體系的權(quán)重是結(jié)合信息熵的基本原理,利用待評物元的原始數(shù)據(jù)進行計算得到,避免了以往研究中指標權(quán)重的確定容易受主觀因素影響的情況發(fā)生,提高了賦權(quán)的精度和效度。同時,該模型還具有一定的可擴充性和靈活性,既能對生態(tài)環(huán)境承載力進行單指標評價,又能同時對多個指標進行綜合評價。第三,本文采用的確定經(jīng)典域物元和節(jié)域物元臨界值的方法能有效的克服主觀性和片面性,且該模型能定量給出生態(tài)環(huán)境承載力所處的等級狀態(tài)以及變化趨勢,為政府部門的決策與管理提供理論依據(jù)。