河北省城市生態安全評價研究

張蕾

【摘要】為了對城市生態安全進行研究，以河北省5個市為研究對象，根據壓力-狀態-響應（P-S-R）模型，構建了城市生態安全評價指標體系，采用模糊綜合評價法及主成分分析法對5個城市以及河北省2010年至2014年的生態安全情況進行了分析與評價。結果表明：石家莊市和保定市的安全狀態好于其他城市；2010年至2014年生態安全狀況不斷好轉，呈不斷上升趨勢。

【關鍵詞】城市生態安全；指標體系；評價

城市化是人類社會經濟和文化發展的產物，是社會發展的趨勢和文明的標志。但是，隨著城市的發展，特別是隨著粗放型城市經濟的發展，城市生態環境卻遭到破壞，并出現綜合性的“城市病”。城市生態環境問題，不僅影響著居民的生存，也嚴重地制約了城市社會經濟的發展。因此，城市生態安全是人類生存和發展的一個重大課題，已成為社會安全及城市安全研究方面的一個重要分支。

一、城市生態安全評價指標體系

生態安全評價指標體系構建，聯合國經濟合作開發署（Organization for Economic Co-operation and Development）建立了壓力—狀態—響應（Pressure-State-Responses）框架模型。在P-S-R框架內，某一類環境問題，可以由3個不同但又相互聯系的指標類型來表達：壓力指標反映人類活動給環境造成的負荷；狀態指標表征環境質量、自然資源與生態系統的狀況；響應指標表征人類面臨環境問題所采取的對策與措施。P-S-R概念模型從人類與環境系統的相互作用與影響出發，對環境指標進行組織分類，具有較強的系統性。根據科學性、目的性、實用性三原則以及P-S-R模型，將城市生態安全評價指標體系分為3個子體系。

1、生態系統壓力

X1人口密度、X2人口自然增長率、X3人均GDP、X4人均住房面積、X5人均鋪裝道路面積、X6人均水資源占有量、X7人均耕地面積占有量、X8萬元SO2排放強度。

2、生態系統狀態

X9建成區綠化覆蓋率、X10空氣質量好于二級天數、X11可吸入顆粒值、X12人均綠地面積、X13城市居民恩格爾系數。

3、生態系統響應

X14全市居民人均可支配收入、X15工業固體廢物處置利用率、X16工業廢水排放達標率、X17城市生活污水集中處理率、X18城市生活垃圾無公害處理率、X19第三產業占GDP比值、X20萬人在校大學生數。

二、城市生態安全評價方法

1、數據來源

指標數據的來源有：中國環境統計年鑒、中國城市統計年鑒、河北省經濟年鑒、石家莊年鑒、唐山年鑒、保定年鑒、張家口年鑒、邯鄲年鑒，并查閱了相關的報道以及河北省環境保護廳的數據資料。

2、指標的分級標準

考慮到本研究中的指標體系以地級市為評價對象，在參考了相關指標的平均值和最低值時主要采用了國家環保總局公布的2005年47個全國環境保護重點城市考察結果的數據。

3、指標權重的確定

指標權重表示各個評價指標之間相對的重要性，指標權重的分配直接影響到綜合的評價結果。一般，原始數據不同，確定指標權重的方法可以分為主管賦權法和客觀賦權兩類。客觀賦權根據評價對象的指標值和標準值運用統計方法計算而獲得的全權數不依賴人的主觀判斷，其客觀性強，常用方法有主成分分析法、熵權法、離差法、均方差決策法等。本研究采用精度較好的均方差決策法，基本過程如下：

（1）評價指標的標準化處理

通常評價指標有“效益型”和“成本型”兩大類，“效益型”指標是指屬性值越大越好的指標，“成本型”指標是屬性值越小越好的指標。利用極差法對這兩類指標進行標準化處理。

對于效益型指標，有：（2-1）

對于成本型指標有：（2-2）

式中Xij和jij分別為第評價對象第項指標的原始值和標準值，Xjmax和Xjmin分別為第j項指標的最大值和最小值。

（2）指標權系數均方差決策求解

反映隨機變量離散程度最重要的而且最常用的指標是該隨機變量的均方差（也叫標準差）。均方差決策法用各評價指標為隨機變量，各評價對象的標準化指標值為該隨機變量的取值。首先，要求出這些隨機變量的均方差，然后將這些均方差歸一化，得到的結果即為各指標的權系數。計算步驟為：

求第j項指標的均值：（2-3）

求第j項指標的均方差：（2-4）

求第j項的指標權系數：（2-5）

4、模糊綜合評價法的原理與算法

模糊綜合評價是基于多種因素影響，根據被評價對象在性態或類屬上的亦此亦彼性，應用模糊關系合成的原理，通過運用模糊數學工具對某事物做出刻畫和綜合評價。由于安全與否是一個相對模糊的概念，故城市生態安全能夠作為一個模糊問題來處理。因此可用模糊數學的概念和方法，建立城市生態安全模糊評判的理論與模型。城市生態安全模糊綜合評價過程為：設計評價參數對評定等級的隸屬函數；建立評價參數與評定等級間的模糊關系；進行模糊矩陣的復合運算；計算級別變量特征值，其公式為：

（2-6）

式中，H為級別變量特征值，bj表示隸屬于第j等級的隸屬度。

5、主成分分析的原理與算法

主成分分析法是在主成分分析的基礎上經改進后的多指標決策和評價方法，其原理是對所選指標經無量綱化（歸一化處理）和加權處理的基礎上，通過正交變換把原有的m個指標轉換成彼此正交的m個綜合指標，消除指標間相互干擾的重疊信息，再利用各主成分構造一個理想決策對象，以n個評價對象相應的評價向量在該理想決策對象方向上的投影，作為一維的綜合評價指標，并根據樣本矩陣的投影值的結果排序和比較分析。評價樣本矩陣的投影值計算公式為：（2-7）

式中，Di為各評價樣本矩陣的投影值，正交決策矩陣，為理想決策對象。

三、評價結果與分析

1、指標分級標準及權重

2、模糊綜合評價法對河北省城市生態安全的評價結果

按照城市生態安全指標的5個分級標準，分別設計各指標的理想安全、較安全、臨界安全、較不安全、極不安全等隸屬函數；將5個城市的20個指標數據代入各參數對各級標準的隸屬函數公式中，求出各評價參數對于5個評定等級的隸屬度；構成模糊關系矩陣R；根據公式（2-6），得到模糊綜合評價結果見表2。

我們可以看出以上五個案例城市生態安全狀況進行排序：保定市>邯鄲市>石家莊市>張家口市>唐山市，其中保定市和邯鄲市的生態安全狀況遠遠好于其他城市；其中保定處于臨界安全，而石家莊、邯鄲、張家口、唐山的生態安全狀況均不理想。

得到河北省2010至2014年五年的生態安全評價結果如表3。

根據模糊綜合評價法可以得出河北省五年來生態安全狀況總體平穩，處于較安全狀態，而其級別特征值逐年增高又說明了2010至2014年間河北省生態安全狀況不斷好轉，呈不斷上升趨勢，2014年河北省城市生態安全狀況最好。

3、主成分分析法對河北省城市生態安全的評價結果

為消除數量級和量綱不同帶來的影響，采用級差變換法對評價矩陣的指標數據值進行歸一化處理；根據權重值（表1）對規范化矩陣進行加權處理，得到賦權決策矩陣；計算矩陣的特征值和對應的單位特征向量；構造理想決策對象；最后根據公式（2-7），最終會得到五個城市生態安全水平由高到低依次為：石家莊6.30、唐山5.36、張家口3.90、保定3.67、邯鄲2.36。主成分分析法只能對城市生態安全進行排序，但是不能得出生態安全等級。

通過主成分分析法，得到2010年至2014年河北省五年的生態安全綜合評分值分別為-0.95，-0.30，-0.09，0.62，0.71。其中2010年評分值最低，而2014年評分值最高，期間呈逐步上升狀態，說明生態安全狀況逐年好轉，其結果與模糊綜合評價方法結果一致。

四、結論

1、本文根據P-S-R框架從生態系統壓力、生態系統狀況、生態系統響應3個方面構建了一個3層次的城市生態安全評價指標體系。

2、運用模糊綜合評價法和主成分分析法對河北省5個城市進行生態安全評價，得到石家莊市和保定市的生態安全狀況好于唐山市、張家口市以及邯鄲市。

3、河北省2010年至2014年生態安全狀況不斷好轉，呈不斷上升趨勢。

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