基于GIS和АHP的安慶市2006—2016年城市生態環境動態評價研究

黎 慧，趙 陽，祝 鳳

（阜陽師范學院歷史文化與旅游學院，安徽阜陽236037）

生態環境是對人類生產生活有價值的水資源、土地資源、生物資源以及氣候資源的數量與質量的總稱，是一個復合的生態系統，關乎人類社會和經濟健康發展。生態環境好與壞是經濟社會發展需要關注的重要問題，充分了解并正確評價現有生態環境的狀況，對區域生態環境發展狀況的預測有重要作用，是擬定區域內經濟發展計劃的一項重要參考內容。城市生態環境評價因評價對象、評價指標、評價方法不同而有所差異，城市評價指標體系主要由經濟、自然、社會這三方面構成[1]。城市生態環境評價多采用定性和定量兩類分析方法，采用定量分析能減少定性分析的主觀因素，層次分析法是城市生態環境評價研究中普遍的一種方法[2-3]。由于生態、社會過程的復雜性，定量分析生態環境質量變化的技術難度較大，所以選取的指標要有現實性、可比性[4]。

本文對安慶市2006年和2016年相關數據進行城市生態環境動態評價分析。安慶市位于安徽省西南部，屬于長江中下游地區，是皖河入江區，西面與湖北省、南面與江西省接壤，西北部為大別山主峰。全市轄管六縣三區，分別為懷寧縣、望江縣、太湖縣、岳西縣、潛山縣、桐城市、迎江區、宜秀區、大觀區。由于安慶市行政區劃的變更，樅陽縣不屬于安慶市轄管范圍內，所以為了數據具有可比性，數據的采集及分析處理都不包含樅陽縣。截至2016年底全市總人口達529.3萬，轄區面積15.329平方公里。安慶市地貌豐富多樣，以低山丘陵為主，截至2016年底，山區面積占35.69%。

1 評價分析過程

（1）指標體系建立的方法與原則。層次分析法（АHP）是一種采用定性與定量相結合的決策分析法，是決策者利用模型進行量化處理解決問題的過程。АHP分析問題包括五個步驟：明確問題、建立層次結構模型、構造矩陣、層次單因子排序、層次結構總排序[5]。城市生態環境評價可以通過АHP對區域內生態環境的質量作出分析，為了使分析更加符合現實情況，指標選取應當遵循的原則：科學性原則，選擇的指標必須符合科學實際，要有可量化的科學基礎；定性與定量結合的原則；可操作性原則，指標體系的選取需要現實、有可操作性，盡量根據現有的統計資料，選擇有一定代表性的實用性和可操作性的指標；層次性原則，指標的選取要有一定的層次結構。

（2）評價指標構建。根據安慶市地域發展情況將建立層次結構模型，生態環境評價包括社會（B1）、經濟（B2）、自然（B3）3個中間層及13個具體指標。數據來源于《安慶市2007統計年鑒》《安慶市2017統計年鑒》。指標的選取結合安慶市2006年及2016年的發展實際，由于時間的跨度較長，不同時期統計數據的內容存在較大差異，所以在選取指標時綜合考慮數據的實際可用性，兩年選取了相同的13個指標：財政醫療衛生支出、人口自然增長率、初中升學率、城鎮化率、農村家庭人均可支出、財政教育可支出比、人均GDP、地區生產總值、財政收入、第二產業、第三產業、人均耕地面積、地形因子。

（3）構建判斷矩陣。城市生態評價指標的權重對整個指標體系有著重要的作用，權重越大其影響就越大，其對最終評價結果的影響就越大，權重之間不同分配，其結果也會存在差異，所以在權重的確定上要選擇合理、科學的分配方法[6]。本文采用主觀賦權法中的層次分析法和德爾菲法，并利用yaahp軟件確定其權重構造。判斷矩陣是АHP決策分析中至關重要的內容，它表示對于上一層次中的某個元素而言，是評定該層次中要素的相對重要程度。構造兩兩判斷矩陣是將元素相對重要程度進行量化的過程，這里通過1～9的標度進行量化處理，判斷其重要性[7]，其中1、3、5、7、9分別表示兩個指標相比，一個指標相對于另一個指標的重要程度，2、4、6、8表示其中間值。以2016年社會（B1）6個指標為例：X1，…，X6分別表示財政醫療衛生支出比、人口自然增長率、初中升學率、城鎮化率、農村家庭人均可支配收入、財政教育支出比，其判斷矩陣如表1所示。

表1 2016年社會（B1）指標標判斷矩陣

（4）層次單排序。根據前面得到的各個因子之間的重要程度關系，需要進行層次單排序，通過計算判斷矩陣的特征值和特征向量，也就是要計算出每一個中間要素層下備選方案的權重值，即

Wi為特征向量，k值表示具體一列。

λmax為判斷矩陣的最大特征根。

利用（1）式計算出社會（B1）6個指標特征向量，如表2所示。

表2 社會指標權重

下面對判斷矩陣進行一致性檢驗，

其中，CR一致性檢驗比例，CI=（λmax-n)/（n-1），RI為平均隨機一致性指標。通常情況下，一階、二階的判斷矩陣具有完全一致性，二階以上的矩陣CR＜0.1時，判斷矩陣有較好的一致性，相反就會判定判斷矩陣不一致，需對矩陣進行不斷修改，直到一致為止。通過（1）～（3）式可以計算出表1判斷矩陣的一致性比例為0.032 0，說明該矩陣具有一致性。

（5）層次總排序。通過上述方法計算出2006年、2016年每一個要素對于主因子的權重值，利用層次單排序，計算本層次所有的權重值（表3）。

表3 2006、2016年安慶市城市生態環境指標及權重

2 GIS可視化及分析處理

2.1 數據的標準化處理

由于原始的指標數據在數值的大小、形式、單位上都存在差別，不利于比較計算，為了消除不同數值單位、大小、形式的差別，需要對各指標原始數據進行標準化處理[8]。這里利用離差標準化、標準差標準化、方正切函數標準化來進行標準化處理，其中，I表示標準后的值，Xi表示要計算的原始數據的值，Xmax為這一指標數據中最大值，Xmin表示這一指標數據中最小值。I最大值為1，最小值為0。

2.2 GIS可視化處理

地理信息系統（GIS）是通過計算機的軟件和硬件進行處理，以收集、儲存、管理、檢索、分析和描述物體在空間上的地理分布和與這個物體所具備的自身相關屬性，АrcGIS可對多種空間數據進行編輯處理，其編輯器功能強大，且方便快捷，系統可根據與圖形相關聯的屬性數據來制作專題圖[9]。利用GIS將安慶市城市生態環境進行可視化處理，制作出安慶市城市等級分布圖。先對每一個指標量化處理后的數據進行插值分析，得出每個指標的柵格圖，再利用柵格計算器進行柵格圖的疊加，即1,2,3,…,n)，其中，Ui表示各指標標準化處理的值；Wi表示各指標的權重。此時所得到圖只是每個指標按照不同權重簡單疊加的結果。為了更加直觀地表達效果，分別對2006年、2016年的柵格圖進行重分類，參照其各自年份柵格圖的數值進行分類，制作出安慶市2006年、2016年城市生態等級分布圖（圖1、圖2）。

圖1 安慶市2006年城市環境評價等級圖

圖2 安慶市2016年城市環境評價等級圖

2.3 評價分析

根據制作的專題地圖，將安慶市城市生態環境分為4個等級，利用АrcGIS分別計算出每一個等級的面積及百分比，如表4所示。

表4 安慶市城市生態環境評價等級值

結合圖1、圖2、表4可以看出，2006年安慶市城市生態環境差異大，到了2016年差距逐漸縮小，總體上安慶市城市生態環境在不斷改善，其中變化最大的是一般區和良好區。2006年一般區面積百分比達58.7%，主要是宿松縣、望江縣、太湖縣、岳西縣和潛山縣部分地區，2016年一般區面積百分比為24.5%，主要為山區的岳西縣；2006年良好區僅占16.4%，而到了2016年良好區占50.8%。

3 結論與建議

本文基于安慶市2006、2016年經濟、社會、自然3個層次13個指標數據，利用層次分析法對城市生態環境進行動態評價分析，得到以下結論：

（1）從行政區劃上來看，2006—2016年安慶市區、懷寧縣、桐城市整體處于優質區且占比由原來的24.2%提高到24.5%，提高幅度較小，其中懷寧縣較為明顯。優質區有向西拓展的趨勢，主要因為懷寧縣于2015年開展了農村新型清潔工程，將農村納入環衛系統的覆蓋范圍，整合城鄉環衛，加大臟、亂、污治理投入，以河湖庫沿線為重要治理范圍，減少污染，恢復水質。其他區域生態壞境變化較小，主要因為這些地區發展較為均衡，地理位置較優越，基礎設施相比其他縣級地區而言較為完善，經濟、社會文化較集中。安慶市充分利用“一江繞城、兩山供城、三湖嵌城”的自然格局，加快城市綠地建設，提高城市生態環境質量。

（2）良好區與一般區在近十年的變化幅度最大，其中良好區提高了34.4%，一般區降低了34.2%。主要分布在宿松縣、望江縣、潛山縣以及太湖縣的東南部區域。宿松縣、望江縣、潛山縣在2016年良好區明顯增多，尤其是宿松縣幾乎都變成了良好區。究其原因，截至2015年年底新增了10個省級森林村和3個森林城鎮。望江縣、潛山縣重視耕地保護和水利建設，是改善農業、農村生態環境的有力措施。太湖縣采取“生態立縣”的長遠發展宗旨，依據自身的地質條件實行城湖一體、山水相結合的發展模式，大力發展具有本土特點的旅游業。

（3）相比較而言，退化區在近十年變化幅度較小，降低了0.5%，主要分布在岳西縣、太湖縣中部海拔較高的地區。岳西縣生態環境一般區到優質區轉化率太低，因此針對這些區域還需要進一步加強生態環境保護工作。

綜合而言，近十年，安慶市生態環境總體在改善，優質區和良好區面積大幅度增加，一般區和退化區面積大幅度減少，而要實現安慶市的城市生態環境質量可持續發展，還需在以下方面多做工作：

（1）堅持創新，促進產業新體系的形成。經濟是城市發展基礎，良好的經濟環境是城市環境的重要內容，實行產業轉型升級，發展新興產業、清潔產業，構建產業體系。根據各區縣實際發展狀態，結合其優勢條件，建設各具特色的縣域專業化園區。其中，桐城市兩年的環境指數都是優，說明城市環境較優越，桐城市可以重點發展智能制造和節能環保產業；懷寧縣著力發展新型材料和高級節能創新產業；太湖縣和潛山縣的旅游資源十分豐富，可以大力發展生態旅游業；宿松縣人口基數大，可以重點發展電子信息、紡織服裝等勞動力聚集型產業。

（2）完善垃圾分類、處理的相關規定及機制。我國是人口大國，資源消耗量大，產生的工農業垃圾、生活垃圾數也在不斷增加。安慶市各縣在2016年的城鎮化水平遠遠低于全國范圍內其他縣市的平均水平，說明人口集中程度不高，人口分布十分分散，導致垃圾的收集處理難度加大，在農村、鄉鎮的生活垃圾就近處理污染環境、占用耕地，建立切實可行的垃圾收理、分類、處理機制，對改善農村地區的生態環境有非常大的益處，同時能有效減少環境污染。

（3）加強宣傳指導，增強民眾環境參與意識。提倡綠色消費，城市環境建設要靠全體民眾的共同創造。當今經濟發展迅速，人們生活水平不斷提高，物質消費不斷豐富，但是環境意識相對薄弱，尤其是一些農村、鄉鎮地區。強化宣傳力度，大力普及環境知識從而增強民眾的環境意識是當務之急的。

（4）加強水環境的治理保護。水環境作為城市自然、社會、生態環境的重要組成部分，對城市生態環境產生重要影響，優質的水環境能提供良好的生活。安慶市從屬于長江流域，水系發達，水資源豐富，需要對長江流域的污染排入進行嚴格控制，加大水環境的治理和保護。