基于灰色系統理論的河南省經濟建設與生態環境關系研究

王貴成，王丹

(1.商丘師范學院 測繪與規劃學院,河南 商丘 476000；2.平頂山學院,河南 平頂山 467000)

基于灰色系統理論的河南省經濟建設與生態環境關系研究

王貴成1，王丹2

(1.商丘師范學院 測繪與規劃學院,河南 商丘 476000；2.平頂山學院,河南 平頂山 467000)

在收集2005-2014年河南省經濟建設與生態環境等14個指標的基礎上，運用灰色系統理論，計算出了4種灰色關聯度矩陣.經分析，求出了最優和次優系統特征行為序列、最差特征行為序列、最優和次優相關因素序列.其次，進行了GDP、能源消耗總量與宏觀生態環境指標的灰色關聯分析，得出能源消耗總量對于生態環境的影響大于GDP對于生態環境的影響.最后，運用GM(1，1)對14個指標2016-2018年的指標值進行了預測.

灰色理論；經濟發展；生態環境

河南省是人口大省、農業大省和工業大省.近年來，由于經濟的高速發展，生態環境保護問題日益嚴峻.工業的發展使得“三廢”問題愈加突出，環境保護工作面臨的壓力日益增加[1，2].良好的生態環境是經濟社會發展的重要條件和基礎，是經濟社會可持續發展的重要保證[3].因此，研究經濟發展與區域生態環境改良的關系，就顯得意義重大[4，5].灰色系統理論應用基于灰色數據生成與處理的獨特視角，對時間序列的數據具有非常有效的研究價值和很高的分析精度.特別是對于多因素影響的經濟社會問題，能得到精確的分析結果.因此，本文采用灰色理論對河南省經濟建設與生態環境改良的關系進行研究分析，旨在對河南省經濟與社會的可持續發展予以指導.

1 河南省經濟發展與生態環境主要指標的調研統計

經濟發展指標選取GDP和能源消耗總量2個指標.宏觀生態環境指標選取森林覆蓋率、森林面積、濕地面積、自然保護區面積等4個指標.其他指標因為難取而放棄.環境擾動指標選用用水總量、廢水排放量等8個指標.根據2006-2015年河南省統計年鑒，得到2005-2014年共10年的指標值[6]，詳見表1.

表1 2005-2014年河南省經濟發展與生態環境主要指標統計表

2 河南省經濟發展與生態環境關系的灰色理論分析

2.1 計算灰色關聯度矩陣

設：以GDP(Y1)、能源消耗總量(Y2)、森林覆蓋率(Y3)、森林面積(Y4)、濕地面積(Y5)、自然保護區面積(Y6)為系統特征行為序列(Yi)；分別以用水總量、廢水排放總量、化學需氧量(COD)排放量、氨氮排放量、SO2排放量、一般工業固體廢棄物產生量、一般工業固體棄物綜合利用量、一般工業固體廢棄物綜合利用率(X1，X2，…X8)為系統相關因素序列；且Yi、Xj長度相同(n=10).r1(yi，xj)(i=1，2，…6；j=1，2，…，8)為系統行為特征序列Yi與相關因素序列Xj的鄧氏灰色關聯度[7]：

(1)

(2)

(3)

R1為系統特征行為系列Yi與系統相關因素序列Xj的鄧氏(普通)灰色關聯度矩陣(m=8，s=6).灰色關聯矩陣中第i行的數值是系統特征行為序列Yi分別與相關因素序列Xj(j=1，2，…8)的灰色關聯度；第j列的數值是相關因素序列Xj分別與系統特征行為序列Yi(i=1，2，…，6)的灰色關聯度.

根據灰色系統理論，還可以分別求出其灰色相對關聯度(R2)、灰色絕對關聯度(R3)和灰色綜合關聯度(R4，分辨系數e=0.5)，從略.

運用第三版灰色系統理論軟件，分別求出四種灰色關聯度矩陣如下.

2.2 灰色關聯矩陣分析

2.2.1 灰色普通關聯矩陣分析

鄧氏(普通)灰色關聯度分析的是兩個序列總體關聯程度的大小.在灰色普通關聯矩陣R1中，把各行的元素數值相加得到的和，可以得到某個系統特征行為序列對所有相關因素序列影響的大小.總的來說，各個元素的值都在0.88以上，說明所選的2個序列的關聯度非常高.灰色關聯度關心的不僅是值的絕對大小，還強調其相對大小.r47為0.8863，相對最小，說明森林面積與一般工業固體廢棄物綜合利用量關系相對較小.第4行的和值為7.7685，最小，說明森林面積對廢水、廢渣、廢氣的排放及治理影響不大.河南省森林覆蓋率較低，不能充分發揮其防風固沙、涵養水源、凈化大氣的作用.其他行的和值在7.93-7.94之間.各列的和值，表示所有特征行為序列對某個系統相關因素序列總的影響大小.第7列最小，為5.5532；其他列之和在5.95-6.0之間.說明所有特征行為序列對一般工業固體廢棄物綜合利用量影響最小.生態環境的改善與一般工業固體廢棄物綜合利用量的提高有著密切的關系.

2.2.2 灰色相對關聯矩陣分析

灰色相對關聯度反映的是兩個序列增長速度的相互關聯程度.在灰色相對關聯矩陣R2中，第4行的和值為5.9399，最大.說明森林面積的增長速度對所有相關因素序列的增長速度影響很大.第1行最小，為4.8349.說明GDP的增長速度對各個相關因素序列增長速度的影響最小.各列的和值中，第6列最大，為4.2766；第4列次大，為4.2473.說明所有特征行為序列的增長速度對一般工業固體廢棄物產生量增長速度和氨氮排放量增長速度影響最大；第7列最小，為3.0506，說明所有系統特征行為序列的增長速度對一般工業固體棄物綜合利用量的增長速度影響最小.各個元素中，r41最大，為0.8822，說明森林面積的增長速度對用水總量的增長速度影響最大.

2.2.3 灰色絕對關聯矩陣分析

灰色絕對關聯度反映的是兩個序列絕對的關聯程度大小.在灰色絕對關聯矩陣R3中，第5行的和值為4.6566，最大.第4行的和值為4.6214，次大.說明濕地面積和森林面積對所有相關因素序列的絕對影響很大.第3行最小，為4.1721，說明森林覆蓋率對各個相關因素序列的絕對影響最小.各列的和值中，第8列最大，為3.7487.說明所有特征行為序列對一般工業固體廢棄物綜合利用率的絕對影響最大.第7列最小，為3.0033，說明所有特征行為序列對一般工業固體廢棄物綜合利用量的絕對影響最小.各個元素中，r58最大，為0.9731，說明濕地面積對一般工業固體廢棄物綜合利用率的絕對影響最大.

2.2.4 灰色綜合關聯矩陣分析

灰色綜合關聯度是相對關聯度和絕對關聯度的數學平均值，綜合展現變化速度和絕對影響的水平高低.在灰色相對關聯矩陣R4中，第4行的和值為5.2806，最大.說明森林面積對所有相關因素序列的影響很大.第1行最小，為4.5226.說明GDP對各個相關因素序列的影響最小.各列的和值中，第8列最大，為3.9416；第6列次大，為3.8416.說明所有特征行為序列對一般工業固體廢棄物綜合利用率和產生量的影響最大；第7列最小，為3.0269，說明所有系統特征行為序列對一般工業固體棄物綜合利用量的影響最小.各個元素中，r58最大，為0.9110，說明濕地面積對一般工業固體廢棄物綜合利用率的絕對影響最大.

2.2.5 灰色關聯矩陣的綜合分析

根據以上分析，綜合4個方面的分析結果，匯總如表2.

表2 4種關聯度的綜合分析

椐表1的綜合分析：(1)對系統特征行為序列的分析表明：最優、次優特征行為序列為：Y4、Y5.河南省的森林面積和濕地面積對所有相關因素序列的影響很大.增加森林面積和濕地面積對生態環境具有重大意義；對于防風固沙、涵養水源、吸收廢氣、凈化空氣具有十分重要的現實意義.最差特征行為序列為Y1，即GDP.X1-X6為逆向指標，即指標值越小越好；關聯度的值越小越好.通過分析R1-R4，發現Y1最差，是好的表現.說明河南省2005年以來，環境治理工作取得了較大的成績.X7-X8為正向指標，一般來說，指標值越大越好；關聯度的值越大越好.通過分析R1-R4，發現各個矩陣的r17較小，是因為X7增長較慢的結果，所以關聯度的值較小.r18也較小，說明河南省的一般工業固體廢棄物綜合利用率增長較慢，需要較大的提高.(2)對相關因素序列的分析表明：最優、次優相關因素序列為：X8、X6.即：隨著經濟的快速發展，一般工業固體廢棄物產生量和綜合利用率快速增加，和經濟發展的速度協調.河南省是農業大省和礦業大省，工業固體廢棄物在地表的大量堆放，會產生集聚效應，對大氣、地下水及地表水產生很大的影響.最差相關因素序列為X7.是由于一般工業固體廢棄物綜合利用量增速過快的原因.

2.3 GDP、能源消耗與生態環境建設的灰色關系分析

在表1的前6個系統特征行為序列中，取GDP和能源消耗總量為系統特征行為序列，其他4個生態環境指標為系統相關因素序列；計算他們的4種灰色關聯度，詳見矩陣R5、R6、R7、R8.

在R5-R8中，第2行明顯大于第1行，說明能源消耗總量對于生態環境的影響大于GDP對于生態環境的影響.河南省是煤炭生產大戶和燃煤大戶，煤煙型污染十分嚴重.在煤炭的生產、運輸、加工、消費過程中，對大氣、地表水、地下水、地表的污染很廣泛.另外，第2列和第1列最大、次大，說明能源消耗總量和GDP對森林面積和森林覆蓋率的關系密切，增速相似.r22最大，說明能源消耗和森林面積的增長規律最接近.r13最小，說明GDP對化學需氧量排放量的影響最小，關系最疏遠.

2.4 基于GM(1，1)的灰色預測分析

對表1數據的分析表明，整體來說，數據的跳躍性不大，遞增和遞減趨勢明顯，適合用GM(1，1)灰色預測模型進行預測.為了使預測的值更加準確：一是采用最近2012-2014年的數據；二是采用“新陳代謝”的方法進行預測.預測的結果詳見表3.

表3 基于GM(1，1)的灰色預測表

續表3

從表3可以看出，各個指標的預測值按照原來的發展趨勢遞增或遞減.各個預測值的平均誤差在0.019%-9.015%之間，總的平均誤差為1.304%，精度很高.濕地面積的誤差最大，為9.015%，是因為數據的跳躍性和臺階性引起的.

3 小 結

對系統特征行為序列的分析表明：最優、次優特征行為序列為：Y4、Y5.河南省的森林面積和濕地面積對所有相關因素序列的影響很大.增加森林面積和濕地面積對生態環境具有重要意義；對于防風固沙、涵養水源、吸收廢氣、凈化空氣具有十分重要的現實意義.最差特征行為序列為Y1，說明河南省2005年以來，環境治理工作取得了較大的成績.最優、次優相關因素序列為：X8、X6.即：經濟發展對一般工業固體廢棄物產生量和綜合利用率的影響最大，并協調發展.在6個系統特征行為序列中，取GDP和能源消耗總量為系統特征行為序列，其他4個生態環境指標為系統相關因素序列；研究表明能源消耗總量對于生態環境的影響大于GDP的影響.能源消耗總量、GDP與森林面積和森林覆蓋率增速相似.r22最大，說明能源消耗和森林面積的增長規律最接近.GM(1，1)預測表明，各個指標的預測值將按照原來的發展趨勢遞增或遞減.

[1]鐘明春.生態文明研究述評[J].前沿，2015，(8)：160-165.

[2]胡彪，楊三變.優化產業結構，建設生態文明[J].天津大學學報(社會科學版)，2010(4)：296-298.

[3]楊三變.基于生態文明的天津市產業結構優化模式研究[D].天津：天津理工大學學位論文，2011.

[4]胡寶臣.資源與環境約束下的河南產業結構優化升級研究[J].河南財政稅務高等專科學校學報，2011(2)：41-45.

[5]杜宇，劉俊昌.生態文明建設評價指標體系研究[J].科學管理研究，2009(3)：60-63.

[6]河南省統計局.河南統計年鑒2006-2015[M].北京：中國統計出版社.

[7]肖新平，宋中民，李峰.灰技術基礎及應用[M].北京：科學出版社，2005.

[責任編輯：徐明忠]

TherelationshipstudyoftheeconomicdevelopmentandecologicalenvironmentalbaseonthegreysystemtheoryinHenanProvince

WANG Guicheng1,WANG Dan2

(1.Department of Surveying and Planning，Shangqiu Normal University，Shangqiu 476000，China； 2.Ping Dingshan Normal University，Ping Dingshan 467000，China)

Collected the data of the economic development and environmental protection 14 index in Henan Province 2005-2014，apply the grey system theory，counted the 4 grey relational degree matrix.Through analysis，countout optimal and sub optimal system characteristic behavior sequence，the worst system characteristic behavior sequence，Optimal and sub optima sequence of related factors.Secondly，carry on grey correlation analysis of the GDP，total energy consumption and the macro ecological environment index.Carry out the total energy consumption is the best index to the ecological environment，last，apply the GM(1，1)，scientific prediction is carried out to the 14 indexes in 2016-2018.

grey system theory；economic development；ecological environment

2016-11-22

王貴成(1962—)，男，河南武陟縣人，商丘師范學院教授，博士，主要從事資源環境與可持續發展研究.

F205

A

1672-3600(2017)12-0053-05