基于GIS技術的太原市生態環境評價研究

王 嬌 于曉勇

(1.山西省煤炭地質資源環境調查院，山西 太原 030006； 2.太原市環境監控中心，山西 太原 030009)

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基于GIS技術的太原市生態環境評價研究

王 嬌1于曉勇2

(1.山西省煤炭地質資源環境調查院，山西 太原 030006； 2.太原市環境監控中心，山西 太原 030009)

運用GIS技術，構建了生態環境指數模型，評價了太原市各地區的生態環境水平，并得出了生態環境水平與經濟發展程度、人口密度等要素的相關關系，對太原市制定城市可持續發展規劃策略有一定的借鑒意義。

GIS技術，生態環境，均方差法，人口密度

1 概述

生態環境是城市發展最基本的條件，也是評價城市發展水平的一個重要要素。公正全面地評價城市的生態環境，要基于恰當要素指標的選取。從目前國內外研究進展來看，利用遙感、GIS等技術手段對區域尺度生態環境評價方面的研究也在不斷深入[1-4]。

本文結合太原市地方統計資料，參考城市生態環境相關研究[5,6]提出了評價標準，對太原市生態環境做出全面、直觀的評價。主要研究如下：

1)以GIS技術為基礎，建立包括二級以上天數、人均城市用地面積等生態環境要素指標數據庫；2)分析各要素對生態環境的影響程度，并對各單項要素與城市人口密度分布的相關性進行了定量分析；3)運用均方差法確定權重，構建城市生態環境指數模型，定量計算太原市各地區的生態環境指數，完成太原市生態環境評價。

2 研究區域概況

太原市是山西省省會，是中國能源、重工業基地之一，目前其行政轄區包括六區三縣一市，即小店區、迎澤區、杏花嶺區、萬柏林區、尖草坪區、晉源區，清徐縣、陽曲縣、婁煩縣和古交市，總面積6 988 km2，總人口427萬人。

3 模型建立

3.1 要素指標的選取

城市生態環境是人類利用自然、改造自然的主要場所，包括自然、人類、社會、居住、支撐5大系統和全球、區域、城市、社區、建筑5大層次[7，8]。參考《宜居城市科學評價指標體系》[5]，結合太原市各地區的實際情況以及資料的可獲取性，選取對太原市城市生態環境起主導作用的要素，包括二級以上天數、人均城市用地面積等10項指標。本文指標體系的統計數據來源于《2014年山西省統計年鑒》。

3.2 單項指標的計算

選取的具體單項指標如下：

1)二級以上天數(A1)(單位：d/年)；空氣質量好于或等于二級標準的天數(單位：d/年)。2)綠化覆蓋率(A2)(單位：%)。3)森林覆蓋率(A3)(單位：%)。4)人均城市用地面積 (A4)(單位：m2/人)。5)二氧化碳排放量 (A5)(單位：t)。6)氮氧化物排放量(A6)(單位：t)。7)煙(粉)塵排放量(A7)(單位：t)。8)污水處理廠個數 (A8)(單位：個)。9)垃圾站個數 (A9)(單位：個)。10)人均可用淡水資源總量 (A10)(單位：萬m3/人)。

為了更真實的表達實際情況,對不同指標采取的標準化方法也不同[4],逆向指標如二氧化碳排放量、氮氧化物排放量、煙(粉)塵排放量等，采用最小效果標準化，正向指標如二級以上天數、污水處理廠個數、垃圾站個數等，采取最大效果標準化，具體標準化公式如下：

最大效果標準化：Iscorei=(xi-xmin)/(xmax-xmin)；

最小效果標準化：Iscorei=(xmax-xi)/(xmax-xmin)。

太原市各地區標準化后的生態環境要素見表1。

表1 太原市各地區標準化后的生態環境要素

3.3 生態環境指數模型的構建

在對各項要素標準化的基礎上，本文運用了均方差法來計算各要素的權重系數，均方差法是一種客觀的賦權方法，其基本原理是根據各要素的評估值的差異程度來確定各要素在評估敏感時的權重系數[9]，首先分別計算各要素的評估值的均方差。

其次計算各評估要素的權重系數ai：

根據權重系數的均方差計算方法，得出各要素所對應的權重系數，見表2。

表2 太原市各生態環境要素對應權重系數表

最后運用ArcGIS軟件的疊加計算功能，在屬性表中輸入各生態環境要素字段和數值，計算太原市各地區的生態環境指數(A)，見表3。

表3 太原市各地區生態環境指數

公式如下：

A=∑αiAi(i=1，2，3)。

其中，Ai為各地區對應的各項要素標準化后的生態環境要素數值。

3.4 對比參數

1)人口密度。

將太原市各地區的生態環境指數與人口密度進行對比，同時利用ArcGIS軟件分析，得到太原市城市生態環境與當前人口分布的相關性。

2)人均GDP(B1)(單位：萬元)。

依據《宜居城市科學評價指標體系》[5]，影響經濟富裕度標準的要素主要有人均GDP、城鎮居民人均可支配收入、就業率等要素。本文選取了人均GDP指標，借助GIS技術與生態環境指數進行對比分析，得到太原市各地區生態環境與經濟發展之間的相關性。

4 結論與展望

4.1 結論

本文通過構建生態環境指數模型分析了太原市各地區生態環境水平。結果表明：

1)太原市各地區的生態環境指數整體呈現由中心向周邊遞增趨勢，與人口密度呈負相關關系，陽曲縣、婁煩縣等地區生態環境指數高，但是相對的人口分布較為稀疏；

2)太原市人均GDP與人口密度的趨勢體現出顯著的正相關關系，經計算相關性系數R=0.90，表明人口明顯集中分布于經濟發展程度高的地區；

3)將生態環境指數模型中的單一指標與人口密度進行對比，結果均為負相關關系，并且相比人均GDP與人口密度的相關性要小，例如二級天數指標與人口密度負相關性為0.7。表明生態環境水平較高的地區反而居住人口較少，相比之下經濟發展水平對人口密度的影響較大。太原市各地區人口GDP與人口密度對比見圖1。

綜上所述，生態環境指數可以綜合反映各地區的生態環境良好程度，基于生態環境指數的太原市生態環境評價模型，可以定量揭示太原市各地區生態環境的相關規律性。

4.2 分析中存在的問題與說明

在選取對太原市城市生態環境起主導作用的要素中，存在一些不足：

1)由于本文指標體系的統計數據來源于《2014年山西省統計年鑒》，相對于當前有一定滯后性，因此本文只做方法性探討，不對地區當前的生態環境水平作現實性評價；

2)在要素指標選取上，由于可供分析的數據有限，使得選取的指標數量相對較少，對生態環境指數模型的計算和應用會產生一定影響，一個生態環境水平高的地區，是各種要素良好的綜合體現；

3)均方差計算方法中，由于對實際情況考慮的不是很全面，權重值與現實可能有所偏差，進而會影響生態環境評價結果，下一步可通過增加問卷調查等方式完善模型參數。

4.3 結果展望

太原市是中國能源、重工業基地之一，工業化的發展導致環境污染嚴重，如何保持經濟快速發展的同時構建良好的城市生態環境是擺在太原市發展面前的大課題，目前城市建設規劃方案的設計均已考慮了對生態環境的影響，較之以往有了很大改觀。通過選取相關要素構建生態環境模型評價太原市各地區的生態環境，此類方法可操作性強，計算結果可定量分析，并可據此提出更全面的規劃建議，這對于一個城市或地區的可持續性發展，具有一定的借鑒意義。

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[3] 楊運瓊.基于壓力論的城市生態環境質量定量評價模型及應用[J].四川環境，2007(2)：63-70.

[4] 郝慧梅,任志遠.基于柵格數據的陜西省人居環境自然適宜性測評[J].地理學報,2009,64(4):498-506.

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[6] 吳志強,蔚 芳.可持續發展中國人居環境評價指標體系[M].北京：科學出版社，2003.

[7] 吳良鏞.人居環境科學導論[M].北京:中國建筑工業出版社，2001.

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On ecological environment evaluation in Taiyuan based on GIS technique

Wang Jiao1Yu Xiaoyong2

(1.ShanxiResourcesandEnvironmentSurveyofCoalGeology,Taiyuan030006,China;2.TaiyuanEnvironmentInspectionandControlCenter,Taiyuan030009,China)

The paper adopts GIS technique, establishes the ecological environment exponential model, evaluates the ecological environment of areas in Taiyuan city, and concludes the relationship among the ecological environment, economic development and population density, so as to provide some reference for the formulation of the urban sustainable development planning in Taiyuan.

GIS technique, ecological environment, mean square difference method, population density

1009-6825(2016)13-0201-03

2016-02-29

王 嬌(1988- )，女，助理工程師； 于曉勇(1985- )，男，工程師

X820.2

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