基于灰色關聯分析的濟南市城市承載力評價研究

朱旻 段金饋 韓磊

【摘 ?要】通過篩選城市承載力評價指標，構建評價系統，運用層次分析法確認各項權重，建立土地、水資源、環境、交通四個評價子系統，計算2007-2016年濟南市城市承載力得分，利用GM（1，1）模型預測未來各子系統發展狀況，得出以下結論：（1）各子系統中水資源所占比重最大，其次是土地、環境、和交通承載力。對于單項指標來說，人均水資源量所占比重最大，民用汽車擁有量所占比重最小。（2）濟南市城市承載力在2007-2016年整體呈現波動式增長趨勢。各子系統承載力也有一定程度的增加。（3）濟南市2017-2026年的承載力整體存在上升態勢。預測中只有土地承載力呈現下降趨勢，其它三種都呈現上升趨勢，這其中交通變化幅度最大，而水資源變化幅度最小。

【關鍵詞】城市承載力;灰色關聯分析;灰色預測;GM（1，1）模型

引言

隨著城鎮化程度的不斷加深，截至2016年底，濟南市城鎮化率從2007年的63.05%提高至2016年的69.46%。城鎮化率的提高再提升人民收入水平、生活質量的同時，也出現了土地濫用、水資源浪費、交通擁擠、環境破壞等問題。因此，構建合理的指標體系，對濟南市城市承載力進行綜合分析，對于城市合理規劃和城市資源可持續發展具有重要意義。

城市承載力的定義是指一個城市在可預見到的一個時期內，基于本地的自然資源、能源、技術、智力等多個條件，在基本的物質和精神需求下，能夠連續供養的人數[1]。目前已有許多學者從不同角度對城市承載力進行了研究：周侃等[2]在區域尺度上對水資源的超載狀態進行分析，構建評價指標體系和計算方法，對寧夏西海固地區水資源承載力進行評價。盧青等[3]運用“木桶原理”建立評價體系，對縣域資源環境承載力進行評價。王亮等[4]基于“PS-DR-DP”正六邊形相互作用模型，分析了北京市2010-2015年資源環境承載力狀態的變化趨勢。傅聰穎等運用熵權TOPSIS模型，分析了南昌市2006-2017年資源環境承載力動態變化情況，發現人類對耕地資源和水資源的消耗，是當下制約承載力發展的重要因素。

本文基于灰色關聯法、層次分析法對2007-2016年濟南市城市承載力進行評價，并用GM（1，1）模型預測濟南市2017-2026年的城市承載力動態變化狀況，進而提出提升城市承載力的對策建議，為提高城市規劃合理性、促進可持續發展提供參考。

1數據來源與研究方法

1.1數據來源與處理

數據主要來源于2007-2016年《山東省統計年鑒》以及2007-2016年《濟南市國民經濟和社會發展統計公報》。為了便于計算和分析，將原始數據進行無量綱化處理。根據指標體系的類型，把各指標體系分成效益型指標、成本型指標和適中型指標三類。灰色關聯分析需要根據子指標 得到評價指標 ?[5]。

1.2指標體系的構建

從前人已有研究中可以得知，城市承載力的評價指標可以分為單因素指標和綜合指標評價體系兩種[6]。城市承載力的評價涉及資源、環境、交通等多方面的內容，因此單因素指標不能準確的說明承載力的大小，不能較全面的反應城市問題，因此我們采用綜合評價指標體系。根據以往的評價方法以及濟南市的區域特點，將濟南市承載力評價分為土地承載力、水資源承載力、交通承載力和環境承載力4個一級指標層，16個二級指標層（圖1.1）。

1.3灰色關聯分析模型

灰色關聯度分析為可以量化的分析系統的變化態勢，基于序列曲線幾何形狀，依據其相似度來判別是否存在緊密聯系。相應序列之間的關聯度與曲線的接近程度成正比。

1.3.1層次分析法（AHP）權重分析

根據上述的指標體系，建立濟南市城市承載力權重模型。根據數據的相對優越程度，確定各指標體系的相對重要標度，通過規范化處理和一致性檢驗后，得到以下綜合得分：（表1.1）

其中p為各指標所占的權重，r為指標體系的灰色關聯系數，得到濟南市各指標承載力。

1.3.3灰色預測模型

（1）GM（1，1）預測模型

灰色預測模型能夠找到系統變化的規律，通過對系統變量間的差異度的識別，進行相關分析，利用原始數據以找到系統變化的規律，產生的數據序列具有高規則性，進而構建所需的微分方程模型，對未來的發展進行預測。它使用由不同定量值構成的灰色預測模型來表示在等時距內觀察到的預測對象特征，對將來某個時間的特征量進行預測，或估算到達某個特征量的時間。

（2）GM（1，1）模型的計算

將原始數據排成時間序列x（0）={ x（0）（1），x（0）（2），x（0）（3），…，x（0）（N）}，經依次累加得x（1）={ x（1）（1），x（1）（2），x（1）（3），…，x（1）（N）}，使得x（1）滿足一階線性微分方程 ，上式為GM（1，1）模型，其中a、u為待定系數。通過最小二乘法計算a、u的數值。

（3）模型檢驗

對模型進行可行性檢驗，從殘差、相對誤差和預測精度三個方面入手，進行相關數值的檢驗計算。若滿足相對誤差Δk<0.01，方差比c<0.35，小誤差概率p>0.95，則模型精度為一級。

2城市承載力評價分析

建立濟南市城市承載力評價指標體系后，可通過層次分析法和灰色關聯度求得2007-2016年濟南市城市承載力各子系統指標得分情況（表2.1）。

根據濟南市2007年—2016年濟南市承載力子系統指標的得分情況，繪制出各子系統得分情況及綜合承載力得分的演變趨勢，分別如圖2、圖3所示。

根據表2.1、圖2.1、圖2.2可以看出濟南市城市承載力的變化趨勢如下：

（1）根據層次分析法對每個子系統的權重進行分析，水資源對城市發展的影響最大，為0.34，其次是土地承載能力、環境承載能力和交通承載能力，分別為0.24、0.24和0.17。

在單項指標的分析中，所占權重最高的是人均水資源量，為0.139，大大高于其他指標，其次是供水綜合生產能力，為0.11，兩者的權重表明水資源供給量對濟南市城市發展具有重要意義。再次為建成區綠化覆蓋率、人均公園綠地面積、人均耕地面積等，由0.09向下遞減。其中權重最小的單項指標為民用汽車擁有量，僅為0.02，其余交通承載力指標權重也較低，表明交通狀況對城市承載力的影響較低。

（2）濟南市水資源承載力在2007—2016年呈現出一定的波動式上升的趨勢，由2007年的0.212上升到0.2719，在2013年水資源承載力最高，為0.28，隨后由于水資源受降水、資源分配等多種不確定因素的影響以及城市水資源利用率不高，水資源承載力大幅下降。2014年以后，隨著人們對水資源的重視提高以及合理利用，水資源承載力又轉為上升。

（3）濟南市土地承載力呈現緩速上升趨勢，從0.2029上升到0.2195。2009年至2014年土地承載力逐年下降，在此期間，濟南市土地問題主要體現在人口密度增加，建成區面積增長迅速，耕地面積減少，城市用地緊張，人地矛盾突出。在近幾年，隨著《濟南市土地利用總體規劃》的頒布實施以及政府的調控作用，濟南市土地承載力開始上升，土地問題不斷得到改善。

（4）濟南市交通承載力在2007-2016年逐年上升，從0.0931上升至0.1562，提升效果明顯，這主要得益于公共交通的推廣以及近幾年共享交通的發展，這大大減輕了濟南市的交通壓力，對濟南市交通承載力的提高做出了重大貢獻。

（5）濟南市環境承載力大體呈現上升趨勢，從0.1959上升到0.2274，與上述子系統相比速度較為遲緩，且2007-2012年環境承載力有所下降。2013年起，隨著濟南市環境工程治理工作的展開，環境承載力轉為上升趨勢，且增速較快。

3城市承載力預測

通過上述GM（1，1）模型對未來十年濟南市城市承載力進行預測分析，通過了相對誤差檢驗，其結果如圖3.1所示.

通過建立GM（1，1）灰色預測模型預測分析濟南市2017-2026年的城市承載力，以期對濟南市的城市發展過程提供借鑒，研究結果表明：

（1）土地承載力是在2017-2026年各子系統中唯一呈現單調遞減趨勢的，且變化幅度較大，由2017年的0.2109下降到2026年的0.2024，平均每年變化幅度為0.009。

（2）水資源承載力在2017-2026年相對穩定，存在逐年緩慢遞增的趨勢，由2017年的0.2404上升至2026年的0.2438，年平均變化幅度僅為0.004。

（3）交通承載力在2017-2026年大幅度上升，在各子系統中變化幅度最大，由2017年各子系統中承載力水平最低的0.1519上升至2026年承載力水平最高的0.2508，年平均變化幅度為0.011。

（4）環境承載力在2017-2026年最為穩定，是各子系統中變化幅度最小的，由2017年的0.1994緩慢遞增至2026年的0.2096，年平均變化幅度為0.001。

通過分析預測結果可以發現在濟南市未來十年的城市承載力整體呈現上升態勢。預測中只有土地承載力呈現下降趨勢，其它三種都呈現上升趨勢，這其中交通變化幅度最大，而水資源變化幅度最小，交通年變化幅度最大，水資源變化幅度最小。各子系統承載力水平排名由2017年的水資源、土地、環境、交通，轉變為2026年的交通承載力最高，其次為水資源、環境和土地。這表明濟南市的整體承載力向好的方向發展，但是缺點明顯，仍然存在巨大的提高空間。

4結論與建議

4.1結論

通過篩選城市承載力評價指標，構建評價系統，運用層次分析法確認各項權重，建立土地、水資源、環境、交通四個評價子系統，計算2007-2016年濟南市城市承載力得分，利用GM（1，1）模型預測未來各子系統發展狀況，得出以下結論：

（1）各子系統中水資源占比重最大，其比重為0.34，其次是土地、環境、和交通承載力。對于單項指標來說，人均水資源量占比重最大，其比重為0.139，民用汽車擁有量占比重最小，其比重僅為0.02。

（2）濟南市城市承載力在2007-2016年整體呈現波動式增長趨勢。其中水資源承載力由0.212上升至0.2719;土地承載力上升緩慢，由0.2029上升至0.2195;交通承載力提升明顯，從0.0931上升至0.1562;環境承載力由0.1959上升到0.2274。

（3）濟南市2017-2026年的承載力整體存在上升態勢。預測中只有土地承載力呈現下降趨勢，其它三種都呈現上升趨勢，這其中交通變化幅度最大，而水資源變化幅度最小。

4.2建議

根據研究結果與研究區具體情況，建議采取的主要措施有：

（1）倡導集約化開發，提升土地特別是耕地利用效率，面對土地的不可代替地位，要保護耕地紅線，加大保護力度，遵循生態優先原則，以科技手段提高糧食產量。

（2）提高水資源保護力度，推進產業轉型，依托技術進步減少單位產值耗水量，引導傳統高耗水型產業向節水型產業轉型升級，重視提高水資源綜合整治能力，區域間協作調節和使用水資源。

（3）合理優化交通布局，大力推廣公共交通，在城市發展過程中應對城市交通的疏導和管理力度不斷加強，通過合理規劃交通路網結構規避城市擁堵，大力提高公共交通承載力以提升交通質量。積極整合各類優勢資源，不斷優化、升級、完善現有交通路網，大力開展法制交通建設。

（4）提升環境保護意識，控制高耗能、高排污企業增長速度，嚴格監管企業污染排放，依法取締違規企業，推行清潔生產，注重節能減排，在規劃階段擴展公園綠地面積，提高城市綠化覆蓋率，以生物手段減少大氣污染、水污染。

參考文獻：

[1]時若婷. 長春城市承載力研究方法淺析[J]. 才智，2014（09）：320.

[2]周侃，樊杰，王亞飛，等. 干旱半干旱區水資源承載力評價及空間規劃指引——以寧夏西海固地區為例[J]. 地理科學，2019，39（02）：232–241.

[3]盧青，胡守庚，葉菁，等. 縣域資源環境承載力評價研究——以湖北省團風縣為例[J]. 中國農業資源與區劃，2019，40（01）：103–109.

[4]王亮，劉慧. 基于PS-DR-DP理論模型的區域資源環境承載力綜合評價[J]. 地理學報，2019，74（02）：340–352.

[5]王帆. 基于可持續發展的西安城市承載力研究[D]. 西安工業大學，2010.

[6]呂斌，孫莉，譚文墾. 中原城市群城市承載力評價研究[J]. 中國人口·資源與環境，2008（05）：53–58.

作者簡介：

朱旻，1979年08月，男，漢，山東濟南，大學本科，高級工程師，研究方向：城鄉規劃。