灰色關聯模型下長江經濟帶生態環境評價

范 芹

（中山大學 嶺南學院，廣州 510275）

0 引言

社會經濟發展水平與生態環境質量密切相關,但隨著人類對生態資源的不合理開發利用，生態環境不斷惡化，生態問題已成為制約社會經濟發展的因素之一。另一方面，經濟發展對生態環境也帶來負面影響，因此，如何形成生態環境建設與經濟發展之間的良性關系，是我們將長期面臨的問題。而進行區域生態環境綜合評價，摸清自然生態條件,分析環境影響因素，有助于區域下一步發展決策的制定。長江三角洲對于促進我國國民經濟健康發展起到了舉足輕重的作用，實現長江經濟帶的可持續發展對社會、經濟和環境都有重大的意義,對其進行生態環境評價也是十分必要的。

區域生態環境系統是一個典型的灰色系統。灰色關聯理論不僅考慮影響因素的不確定性，且評價結果包含較多的信息,因此,本文將灰色關聯方法應用于長江經濟帶的生態環境評價中，建立灰色關聯模型，進行定量分析，使評價結果更接近客觀實際[1]。長江經濟帶的主要沿線城市較多，本文選取了10個重點省市進行生態環境評價，有上海、云南、安徽、浙江、江西、重慶、湖南、四川、湖北、貴州。城市大小級別不一樣，對于區域經濟的帶動作用不同，不同城市由于所處的地理位置不同，對區域生態環境的影響力也不一樣。將灰色關聯理論引入本次長江經濟帶生態環境評價中，實現定量化評價，使評價更符合實際。

1 研究方法

我國鄧聚龍教授于1982年創立了灰色系統理論,是一門基于數學理論的系統工程科學，且廣泛應用于社會各個領域。灰色關聯是指事物之間不確定的關聯，又或系統因子之間，對主行為之間的不確定關聯[2]。評定待評價對象集中各項指標與理想對象之間的關聯程度，并進行優劣排序的方法稱為灰色關聯綜合評判法。因此，可以利用灰色關聯模型來評價區域環境的優劣及次序。

1.1 數據處理

原始數據每個指標值的量綱不一定相同，如果不做處理就直接比較并沒有實際意義。需要使其歸一化，即無量綱化，具有可比性。常見處理方法有極差變換、初值化變換和均值化變換等[3]。本文選用均值化變化。

首先對Xik進行均值化變換：

其中，Xik為第i個評價對象的第k個評價值，為第 i個指標的均值（i=1,2,…,n；k=1,2,…,m）。

1.2 建立評價樣本與理想樣本

各待評對象的各指標值組成評價樣本，記Xik(i=1,2,…,n；k=1,2,…,m)為第i個待評對象的第k個指標值。

選取所有評價樣本中，各項指標的最優值，建立理想樣本，記X0k(k=1,2,…,m)為理想樣本集。最優值的選取原則在于：如果某項指標屬正效指標，則數值越大越好；若為負效指標，則數值越小越佳[4]。

1.3 計算關聯系數

關聯系數的公式如下：

二級最小差：

二級最大差：

關聯系數：

其中，ρ為分辨系數，一般取值為0.5，i=1,2,…,n；k=1,2,…,m。

接下來構建關聯系數矩陣：

1.4 評判指標的權重向量的確立

確定各評判指標的權重十分重要，對于最終評價結果的確定具有影響。確定權重的方法非常多，一般分為定性和定量兩方面，定量權重確定方法多以數學方法支撐，例如：逐步回歸法、層次分析法、統計平均值法、主成分分析法等，而定性方法則以主觀判斷和實踐經驗確定。本文認為數學方法確定權重，對于準確性可以驗證且可以減少主觀隨意性的影響，故采用層次分析法對各指標賦予權重值。利用層次分析法確定的權重（i=1,2,…,n），對W?i按式（8）進行單位化處理：

從而得到單位化的權重向量W=（w1,w2,…,wn）。依據灰色關聯投影理論，具體公式原理詳見文獻[4]，記-Wi為灰色關聯投影權值矢量，滿足：

1.5 計算綜合評判結果

其中，R=(r1,r2…,rn)，ri指第i個樣本相對于理想樣本的關聯度。

表1 長江經濟帶10省（市）生態環境評價指標體系

2 長江經濟帶生態環境評價

2.1 指標體系建立

生態環境質量指標是反映城市自然資源保障條件與環境支持程度的綜合指標[5],已然成為城市發展水平與發展程度的衡量因素之一。生態環境指標的選擇上，既要考慮自然環境因素，也要考慮人類經濟、社會發展所帶來的影響因素。本文從四個方面選取了20個代表性指標，構建生態環境評價體系（見表1）。本文中數據主要來源于2016年《中國城市建設統計年鑒》《中國環境年鑒》《中國國土資源統計年鑒》《中國城市統計年鑒》。其他數據以相應年份各省（市、區）統計年鑒中的數據加以補充。

2.2 建立灰色關聯模型

（1）首先對各指標值根據式（1）、式（2）進行均一化、無量綱化處理，構成樣本矩陣A：

（2）將第i個省（市）的各項指標無量綱化值構成比較數列Xi=[Xi1,Xi2,…Xi20]，例如上海市為X1=[0.478,1.145，…，1.175]。選取指標最優值，其中廢氣、廢水、固廢排放強度、水土流失面積比重、年均耕地減少比、人口密度重為負效指標，其余皆為正效指標，得到無量綱化參考數列X0=[1.143,1.145，…，1.146]。

（3）根據式（3）至式（5）計算出 Δmin=0；Δmax=1.882；分辨系數ρ取0.5，根據式（6）計算每個省（市），各評價指標的關聯系數rik（i=1,2,…,10；k=1,2,…,20），構建灰色關聯系數矩陣E[6]：

（4）根據層次分析法確定指標體系中，各評價指標對于評價要素相應的單排序權重，再確立評價要素層次總排序，便可得到各評價指標對于總體環境質量的組合權重W?。四大評價要素中，自然資源稟賦與生態環境水平的權重皆為0.3，生態抗逆水平與發展水平的權重均為0.2.而在20個評價指標之中，廢氣排放強度的權重值最高，達到了0.075，第二產業產值比重為最低，只有0.02。依據W，由

式（9）計算出關聯投影權重矢量：

（5）最后利用式（10），計算綜合評價值，根據研究區實際情況結合綜合評價值，將生態環境分為Ⅰ（好）Ⅱ（中）Ⅲ（差）三個等級，其中，Ⅲ級≤0.65，0.65＜Ⅱ級＜0.75，Ⅰ級≥0.75，綜合分析結果見表2。

表2 長江經濟帶10個省(市)生態環境質量綜合評價

2.3 結果評價與分析

根據綜合評價結果可以看出，長江經濟帶10個省市生態環境質量綜合評價值排序依次是：四川、貴州、云南、江西、安徽、重慶、湖南、湖北、浙江、上海。其中四川省、貴州省的區域生態環境質量最好，屬于Ⅰ級，該區具有較好的自然生態基礎,降水量較大,森林覆蓋率較高,水土流失面積較小,水土流失治理率較大,人為活動壓力小,處于良性循環的生態環境中；而浙江、湖南、湖北等省市，綜合評分較低，屬Ⅱ級，屬生態環境質量中等-較差水平，該區生態環境較脆弱,自然資源稟賦低,森林覆蓋率低,人為活動壓力大,環境污染和生態破壞嚴重。而上海市生態環境明顯低于其他城市，屬Ⅲ級，盡管人均GDP、第三產業比重等指標占有絕對優勢，但在廢氣排放強度、人口密度等負效指標方面相比其他省市也高出許多，另外處于劣勢的指標比如人均水資源占有量、森林覆蓋率等，所占的權重又很高，所以導致上海市的綜合評判結果為較差的生態環境質量。當然這與事實也并不矛盾，因為社會經濟飛速發展，滿足工業化發展進程的同時，就必然會忽視生態文明建設，提高生態抗逆水平，統籌兼顧，才是重中之重[7]。

從區域地理位置上來看，四川省和貴州省皆屬長江上游段，其生態環境質量較好，而重慶、湖北、湖南、江西等省份屬長江中下游地區，生態環境質量中等。經實地調查研究證實，評價結論是與長江流域生態環境質量現狀相符合的，因此，運用灰色關聯模型進行生態環境質量，其方法是可行的，結論是可信的。

3 總結

（1）本文運用灰色綜合評估模型來評價區域生態環境質量,定量分析長江經濟帶多個省市的生態環境質量，分析結果為：四川省和貴州省環境質量分級為Ⅰ；浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、云南環境質量中等，分級為Ⅱ；上海市環境質量最差，為Ⅲ級。

（2）灰色關聯模型法是利用數學方法研究因子與系統之間的關聯性，本文中即對應生態環境影響因素對生態環境質量的關聯程度，實例研究表明，該方法涵義明確，計算過程簡便，計算結果與實際較為吻合，為長江經濟帶生態建設提供科學依據。

（3）長江經濟帶的生態地位十分重要、發展潛力巨大，其生態文明建設應涵蓋經濟、社會、環境等多方面，為促進長江經濟帶生態文明建設快速發展，我們應首先保護和修復生態環境，綠色發展，積極帶動長江上中下游協調發展，“共抓大保護，不搞大開發”，旨在形成生態優美、經濟協調、機制科學的“黃金經濟帶”[8]。