基于全排列多邊形法的生態縣建設評價探析——以山西省長治縣為例

李 芳,張 紅,王 兵

(山西大學環境與資源學院,山西 太原 030006)

生態縣是社會經濟和生態環境協調發展,各個領域基本符合可持續發展要求的縣級行政區域。挖掘縣域內一切可以利用的資源潛力,建設一個經濟發達、生態高效的產業,體制合理、社會和諧的文化,以及生態健康、景觀適宜的環境,是生態縣建設的最終目標。筆者以山西省長治縣為例,以國家環保總局制訂的《生態市、生態縣建設指標》為參考標準,采用全排列多邊形綜合圖示法對長治縣生態縣建設進行了綜合評價,得到了較為客觀的結果,為長治縣生態縣建設提供參考依據,同時也為以資源利用型為主的中小城市的生態建設提供參考。

1 研究區域概況

長治縣位于山西省東南部,地理坐標東經112°57′07″～113°11′48″,北緯 35°51′56″～ 36°10′13″.縣境域長約 36 km,寬約 14 km,總面積 483 km2.其中山地面積 115 km2,丘陵面積 265 km2,平川面積103 km2,地域狹窄,人口稠密。屬溫帶大陸性氣候,氣候溫和,春旱多風,夏熱多雨,秋涼早霜,冬冷干燥。長治縣的經濟主要是依托豐富的煤炭資源,其經濟發展速度在長治市整個地區位居前列。2008年,在長治市生態市建設的指導下,為了落實全面、協調、可持續發展的觀念,啟動了長治縣生態縣建設規劃。

2 研究方法

2.1 DPSIR模型

20世紀 80年代末,由經濟合作和發展組織(OECD)與聯合國環境規劃署(UNEP)共同提出了 PSR概念模型,即環境指標的壓力(Pressure)—狀態(State)—響應(Response)。 1993年,OECD在 PSR基礎上提出了 DPSIR模型,即驅動力(Driving force)—壓力(Pressure)—狀態 (State)—影響 (Impact)—響應(Response)的模型。在 DPSIR概念模型中,驅動力是造成環境變化的潛在原因;壓力是指人類活動對其緊鄰環境產生的影響,是環境的直接壓力因子,如:廢物排放、基礎設施建設等;狀態是指環境在壓力下所處的狀況,如:污染水平、土地退化程度等;影響是指系統所處的狀態對人類健康和社會經濟結構產生的影響;響應過程表明人類在促進可持續發展進程中所采取的對策,如:提高資源利用效率、減少污染、增加投資等。

筆者在對長治縣生態縣建設的可持續發展進行研究時,采用 DPSIR模型的概念體系對生態縣建設的評價指標進行了篩選。根據長治縣的實際情況,筆者在國家頒布的 22項生態縣建設指標的基礎上,結合長治縣現狀,在經濟發展指標體系中添加了城鎮居民年人均可支配收入、第三產業占 GDP比例等指標。在環境保護指標體系中,由于長治縣的水環境質量和噪聲環境質量均達到了功能區的要求標準,所以,省略了這兩項指標,建立了長治縣生態縣建設的評價指標體系,見表1.

表1 長治縣生態縣建設評價指標

2.2 全排列多邊形綜合圖示法

設共有 n個指標(標準化后的值),以這些指標的上限值為半徑構成一個中心 n邊形,各指標值的連線構成一個不規則中心 n邊形。這個不規則中心n邊形的頂點是 n個指標的一個首尾相接的全排列,n個指標總共可以構成(n一 1)!/2個不同的不規則中心 n邊形。綜合指數定義為所有這些不規則多邊形面積的均值與中心多邊形面積的比值。

指標值標準化采用標準化函數:

式中:U——指標 X的上限;

L——指標 X的下限;

T——指標 X的閾值。

根據上面 3個條件,可得:

標準化函數 F(X)把位于區間[L,U]的指標值壓縮到[-1,+1]區間,且壓縮后的值改變了指標的增長速度。當指標值位于閾值以下時,標準化后指標增長速度逐漸降低;當指標值位于閾值以上時,標準化后指標增長速度逐漸增加,即指標由沒有標準化以前的沿 X軸的線性增長變為標準化后的由快—慢—快的非線性增長。

則指標標準化的計算公式為:

利用 n個指標可以作出一個中心正 n邊形,n邊形的 n個頂點為 Si=1時的值。中心點為 Si=-1時的值。中心點到頂點的線段為各指標標準化值所在區間,而 Si=0(Xi=T)時構成的多邊形為指標的臨界區。臨界區的內部區域表示各指標的標準化值在臨界值以下,其值為負;外部區域表示各指標的標準化值在臨界值以上,其值為正,如圖1所示。從圖1上既可以看出各單項指標的大小及其與最大、最小、臨界值的差距和隨時間的變化動態,又可以從各指標兩兩組成的 n(n-1)/2個三角形計算其綜合指標值。

圖1 全排列多邊形示意圖

n個指標可以構成的以多邊形中心為頂點的不同的三角形個數為:n(n-1)/2,其面積之和為:

式中: Si——分項指標 i的值;

Si+1——第 i個指標到中心的長度(指標的標準化區間為[-1,+1])。

則(n-1)!/2個指標共有 n(n-1)!/2=n!/2個三角形,總面積為:

而相應的(n-1)!/2個規則中心多變形的面積為(多邊形的邊長為 2):

二者比值即為全排列多邊形綜合指數:

式中:S——綜合指標。

本研究中 S分別指經濟發展指標、環境保護指標、生態建設指標。同樣可以將綜合指標 S進行標準化,再計算以 S為次級指標的更上一級指標值,即可持續發展指標。

3 結果分析

采用全排列多邊形綜合圖示法對長治縣生態縣建設現狀(2008年)和發展不同階段(2010年,2015年,2020年)的各項指標進行標準化處理,按照不同的規劃階段,從經濟發展、生態建設、環境保護和可持續發展綜合指標方面對長治縣生態縣建設進行評價。

3.1 經濟發展評價

長治縣不同階段的經濟發展評價結果見圖2.

圖2 長治縣經濟發展綜合評價

從圖2可以得出,農民年人均純收入、城鎮居民年人均可支配收入、第三產業占 GDP比例、環保投入占 GDP的比例、主要有機農產品及綠色產品比重這 5項指標將隨著規劃時段的推移逐漸增長,單位工業增加值新鮮水耗隨著規劃年限的推移逐漸降低。綜合指數(多邊形面積)隨著規劃時段的推移逐漸增長,表明在規劃期內長治縣的經濟會朝著更高更好的方向發展。

從各項指標的發展來看,長治縣的農民年均人均可支配收入在 2008年已經達到了較高水平,但是工業增加值新鮮水耗、環保投入占 GDP的比例、第三產業占 GDP比例以及主要農產品有機及綠色產品比重還處在較低水平。結合實際調查可知,長治縣經濟發展主要是依靠第二產業的迅速發展。因此,在規劃期內,長治縣應進一步發揮優勢條件,加快經濟發展速度的同時,提高第一產業和第三產業在經濟發展中所占的比重,從而促使經濟的增長模式多元化,進一步提高長治縣經濟的綜合水平。

3.2 生態建設評價

長治縣不同階段的生態建設評價結果見圖3.

圖3 長治縣生態建設綜合評價

從圖3可知,2008年長治縣生態建設還處于一個較低水平,隨著規劃年限的推移,生態建設水平也在不斷提高。由于 2010年與基準年間隔時間較短,發展呈增長趨勢,但速度比較緩慢。到 2015年,增長的速度明顯提高,綜合指數(多邊形面積)與 2008年相比大幅度提高,2020年生態建設的綜合指數將達到國家生態縣建設的指標要求。

從各項指標的發展來看,長治縣 2008年的森林覆蓋率指標存在著較大的差距。因此,在規劃期內,長治縣應加大植樹造林力度,增加城市的綠化面積,響應國家退耕還林政策,提高森林覆蓋率,從而達到國家生態縣建設的指標要求;受保護地區面積與國土面積比例、城鎮人均公共綠地面積這兩項指標與國家生態縣建設指標的要求也存在差距,隨著規劃年限的增加,這兩項指標將會穩步增長,最終達到生態縣建設的要求。

3.3 環境保護評價

長治縣不同階段的環境保護評價結果見圖4.

圖4 長治縣環境保護綜合評價

由圖4可知,長治縣的環境保護綜合評價總體指數在 2008年相對較低。隨著規劃年限的推進,SO2與 COD將繼續保持較低的排放量;而規模化畜禽養殖場糞便綜合利用率、城鎮生活垃圾無害化處理率、工業固體廢物處置利用率將會繼續保持較高的百分比;集中式水源水質達標率、城鎮生活污水集中處理率、工業用水重復率、農村生活用能中新能源所占比例、秸稈綜合利用率、農村衛生廁所普及率、農業灌溉水有效利用系數將會隨著規劃年限的不斷增長而增長。到 2020年,環境保護評價的綜合指數會達到國家關于生態縣建設的指數要求。

從各項指標的發展來看,以 2008年為基準年,長治縣的空氣質量基本達到指標的要求,即 SO2和COD的排放強度基本良好,集中式水源地水質的達標率和城鎮生活污水集中處理率基本達到了百分之百的要求。但是,在農村生活用能中新能源所占的比例、秸稈綜合利用率和農村衛生廁所的普及率等方面與指標要求還存在較大的差距,長治縣應加大這幾方面的建設。到 2015年,基本實現農村新能源利用比例、秸稈綜合利用率、城鎮生活污水集中處理率和工業用水重復率達到國家生態縣建設的要求。到 2020年,各項環境生態指標均要達到國家生態縣建設的要求。

3.4 生態縣建設綜合指標評價

長治縣生態縣建設綜合指標評價結果見圖5.

圖5 長治縣生態建設綜合指標評價

由圖5可知,2008年,長治縣生態縣建設指標的綜合指數處于較低水平,整體生態評價綜合指數為 0.302 7;到 2010年,長治縣的整體生態水平有所提高,綜合指數值達到 0.323 3,比 2008年基準年的綜合指數提高了 6.8%;到 2015年,長治縣各項生態指標的綜合指數會有大幅度的提高,特別是在生態建設方面,其整體生態綜合指數值為 0.357 7,與2010年相比提高了 10.6%;到 2020年,也就是規劃期末,各項指標在 2015年的基礎上穩步發展,其發展規模與 2015年的發展模式基本呈相似三角形,各項指標在達標后向著更平穩、更好的方向發展,與2015年的綜合指數值相比提高了 36.1%,其綜合指數值達到了 0.486 7.

與大豐市相比,長治縣的基礎綜合指數較高,但長治縣在生態建設和環境保護方面發展較為緩慢,這與長治縣和大豐市所處的地理位置及自然環境相關。長治縣是典型的北方城市,具有明顯的北方城市的氣候特點和自然環境特點,由于含有豐富的煤炭資源,經濟的主要支柱是對煤炭的開采和利用。所以,本研究在長治縣綜合指標的評價上與大豐市等典型的南方城市有所不同。

4 結論

生態縣建設是一項具有創新性的系統工程,必須統一規劃,分階段、科學地制定目標,合理地安排各項建設任務,制定切實可行的保障措施。通過分析可知,長治縣在生態縣建設的進程中既存在有利因素,也存在亟需改善的不利因素,特別是經濟增長方式的單一化和以粗獷型煤炭開采為主的經濟增長模式。因此,在生態縣建設的規劃當中,要以生態建設和環境保護為主要的生態縣建設項目,同時改善粗獷型增長的經濟模式。

通過分析可以看出,長治縣生態縣建設體系目標明確,指標體系和規劃值設置合理。研究結果表明,長治縣的生態縣建設在保持經濟增長不變的情況下,應改變生產模式、改善生態環境、增加第一產業和第三產業在經濟結構中的比重。

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