基于層次分析法的天津濱海新區生態風險評估研究

摘要：

為明確經濟高速發展過程中區域生態風險變化以及風險防控方向，以天津市濱海新區為研究對象，結合濱海新區實際，運用層次分析法從自然環境、經濟環境、社會環境3個方面選取了23項指標構建區域生態風險評估指標體系和生態風險評估模型，并對研究區2004～2018年生態風險水平進行評估。結果表明：2004～2013年濱海新區生態風險呈現增加趨勢，2013年以后整體維持在較高風險等級（Ⅳ級），主要受自然環境和社會環境因素影響，建議在地面硬化率、人口自然增長率、人均年用水量比例等權重占比較大的因素方面采取相應措施來降低生態風險。

關鍵詞：

生態風險； 層次分析法； 指標體系； 濱海新區

中圖法分類號：X826

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.07.017

文章編號：1006-0081（2024）07-0099-06

0 引 言

生態風險評估是對生態系統及其組分的風險源進行調查，并預測風險發生的概率及可能出現的負面影響，從而提出相應緩解措施［1］。天津市濱海新區近幾年生態環境治理得到改善，然而仍受到自然環境、經濟發展狀況、科技水平等因素共同制約，其生態環境處于非可持續發展狀態［2］，研究經濟高速發展下的區域生態風險狀況并實施有效的舒緩措施，是提高濱海新區可持續發展能力的關鍵。目前，付在毅等［3］強調了區域風險評價在區域風險管理理論和技術支撐方面的重要性。寧小莉［4］、盧中輝等［5］對生態城市指標體系構建進行了研究。許東陽等［6］基于改進后的DPSIR模型從資源環境與社會經濟角度評估區域水土資源生態安全風險。陳菁等［7］以福建省為例，從空間角度分析快速城市化對生態風險的影響。楊娟等［8］以典型農業區崇明縣為例，從自然因素導致的區域生態風險影響因素角度分析，建立了區域生態風險評價指標體系。馬晨陽等［9］評價了基于城市擴展的呼和浩特市綜合生態風險。就研究成果而言，相關研究主要集中在空間角度、自然環境角度、資源環境與社會經濟角度等單一因素或兩種因素的生態風險狀況分析，而對于經濟高速發展下自然環境、經濟環境和社會環境多因素共同影響導致的區域生態風險變化研究鮮有報道。本研究以天津濱海新區為例，充分考慮區域的特征，從自然、經濟和社會多角度選取指標構建區域生態風險評價體系，用于表征區域生態風險水平，同時提出一定的風險防控建議，以期為科學評價和預測濱海新區生態風險提供參考。

1 研究區概況

天津濱海新區（圖1）地處華北平原北部，北鄰河北豐南縣，南與河北黃驊市接壤，位于天津東部，瀕臨渤海，處渤海灣頂端，北緯38°40′～39°00′，東經117°20′～118°00′范圍。新區擁有2 270 km2陸域面積，3 000 km2海域面積，海岸線長153 km。

2 研究方法

2.1 數據來源及處理

本研究的自然、社會和經濟環境等原始數據主要來源于《天津市濱海新區統計年鑒》和《水資源公報》（2004～2018年），因原始數據量綱和數量級的不同，為保證各指標數據的可比性和分析結果的準確性，采用Min-Max標準化方法對數據進行處理，標準化后指標值介于0～1范圍。

正向指標處理：

Iij=Rij－Rj，minRj，max－Rj，min（1）

負向指標處理：

Iij=Rj，max－RijRj，max－Rj，min（2）

式中：Iij為經過標準化處理后的數據；Rj，max和Rj，min分別為指標數據Rj的最大值和最小值；Rij為原始數據。

2.2 指標體系構建

構建指標體系是生態風險評價的關鍵，選取合適指標才能客觀準確全面地評估生態風險，本研究通過查閱文獻資料［4-5，10-12］，參考標準、專家意見、研究區實際，結合濱海新區的具體情況，采用層次分析法構建濱海新區生態風險評價指標體系，包含目標層、3項準則層、9項風險要素層、23項指標因子層。

目標層反映濱海新區可能面臨的風險源壓力大小，本研究將濱海新區生態風險源劃分為自然環境風險、社會環境風險和經濟環境風險3個準則層。

（1） 自然環境風險是反映人類活動對自然環境的負面影響及環境本身產生的壓力。主要涉及環境污染、生態狀況、資源狀況3項要素。選取環境空氣質量指數、城鎮污水處理率、生活垃圾無害化處理率、工業固廢綜合利用率、工業廢氣排放總量、工業廢水排放總量、人均公共綠地、地面硬化率、人均水資源量、人均耕地面積、海域使用面積等11項指標因子。

（2） 社會環境風險是反映人類居住環境存在的風險，主要涉及人口狀況、基礎設施、生活質量3項要素。選取人口密度、人口自然增長率、水利環境公共設施管理從業人數、人均住房面積、人均道路面積、人均年用水量等6項指標因子。

（3） 經濟環境風險是反映經濟社會快速發展帶來的生態環境負擔，主要涉及經濟結構、經濟效益、資源消耗3項要素。選取第三產業比重、工業用地占建設用地比例、環保投資總額、GDP增長率、城鎮居民平均工資、萬元產值耗水量等6項指標因子。

2.3 評估流程

運用層次分析法進行濱海新區生態風險評價，主要步驟包括：建立遞階層次結構模型、構造各層次兩兩判斷矩陣、單準則排序、一致性檢驗和權重系數計算，最終得到各指標因子對目標層的綜合權重，具體如下。

（1） 建立層次結構，按照層次分析法整理與歸納決策問題，構建出一個有層次的結構模型，將問題層次化、條理化。

（2） 構造成對比較矩陣，按照1～9的比例標度，分別對評估準則ai和aj（i，j=1，2，3，…，n；i≠j）進行兩兩比較，對重要性程度賦值，標度標準見表1。

（3） 計算特征值，假設層級結構中有n個評價指標D1，D2，…，Dn，相對權重依次為W1，W2，…，Wn，如下：

Wi=1∕n∑nj=1aij∑ni=1∑ni=1aij（3）

（4） 一致性檢驗。計算一致性比例CR，若CR≤0.10，則滿足判斷矩陣一致性標準。

CR=λmax－nn－1RI（4）

式中：λmax為判斷矩陣最大特征值，RI為隨機一致性指標，取值范圍見表2。

2.4 評價模型

構建生態風險評估指標體系與確立風險等級是建立評價模型的基礎和前提［3］?；跇嫿ǖ脑u價指標體系以及數據、方法的選擇，運用層次分析法得到各指標權重，并利用權重將生態風險中影響因素數據量化為具體的風險值作為風險評估模型輸出，同時將評價指標的數據作為風險評估模型的輸入，構建生態風險評價模型，計算濱海新區2004～2018年生態風險度，具體公式如下：

V=∑Iij·Wj（5）

式中：V 為風險度計算結果，Iij為標準化處理后指標數據，Wj為該指標權重。

3 風險評估模型與計算結果

3.1 生態風險指標分析

采用層次分析法進行生態風險指標分析，制定的指標體系中要素分為正負兩個安全區向。安全區向為正的指標與濱海新區生態風險值正相關，如地面硬化率越大，生態風險值越大、生態狀況越差；安全趨向為負的指標與濱海新區生態風險值負相關，如環境空氣質量指數越大，生態風險值越小、生態狀況越優。

由表3可知，對生態風險水平權重影響顯著的指標有正向指標地面硬化率（0.119）、正向指標人口自然增長率（0.133）、正向指標人均年用水量（0.143），對生態風險水平權重影響不顯著的指標有負向指標環境投資總額（0.009）、負向指標第三產業比重（0.005）、正向指標工業用地占建設用地（0.002）。

對不同年份各指標因子數據無量綱化（表4），轉化為0～1之間的數值，其中0表示風險低，1表示風險高。由表4可知，2004～2018年大規模開發建設，經濟快速發展，造成地面硬化率逐年增大，地面硬化率越高，風險越高；人口自然增長率相較于2004～2007年有大幅度提升，在2008年以后維持在較高水平，風險增加；人均年用水量逐年遞減，風險降低，是由國家教育力度加大，人們受教育水平提高，節水意識增強，以及產業機械化帶來水量精準實施等措施促成。

3.2 生態風險水平分析

通過風險度計算來分析濱海新區2004～2018年生態風險水平。將上述無量綱數據進行加權，得到不同年份風險度結果（圖2）。

由圖2可知，濱海新區生態風險度在經濟高速發展的背景下，總體呈上升趨勢，在2013年達到最高值，隨后，有逐漸下降和平穩的趨勢；2004～2013年，由于經濟高速增長，環境保護等配套軟硬件措施未得到重視，是生態風險度增加最快的時期。自然環境風險層面，正向環境指標環境空氣質量指數未發生明顯變化；社會環境風險層面，正向環境指標水利環境從業人數未顯著變化，而負向人口指標人口密度、人口自然增長率增長較快；經濟環境風險層面，正向環境指標環保投資總額未顯著變化，而負向經濟指標GDP增長率、城鎮居民平均工資、第三產業比重增長較快，使濱海新區2004～2013年生態風險值整體呈上升趨勢，生態狀況變差。2013年以后，負向人口、經濟等指標增速變緩，對應的環保措施和生態建設開始得到重視，生態風險度逐漸下降，但由于自然環境風險層面地面硬化率、社會環境風險層面人口密度等城市化過程指標仍維持在高區間，風險度未能顯著下降。

3.3 生態風險評價

為確定城市生態風險水平，根據調查資料，按照生態風險評價模型，在參考文獻［11-14］和咨詢專家的基礎上，對濱海新區生態風險進行分級，將生態風險評估結果劃分為5個等級：低風險（Ⅰ級）、較低風險（Ⅱ級）、中風險（Ⅲ級）、較高風險（Ⅳ級）、高風險（Ⅴ級）。采用自然間斷點法確定各等級間閾值，以滿足不同風險等級間差異明顯、等級內部差異最小等要求，見表5。

本研究基于構建的生態風險評估模型，分析了濱海新區生態風險水平，結果表明：生態風險度范圍為0.457～0.564，平均值為0.511，生態風險度越高，更易受自然環境變化或人為活動干擾影響。結合圖2，2004～2013年生態風險度呈螺旋式遞增趨勢，在2013年達到最大值0.564，屬于高風險（Ⅴ級）范疇，此后除2017年外均維持在較高風險（Ⅳ級）區間。自然環境和社會環境因素對生態風險影響較大，經濟環境對生態風險影響較小，地面硬化率和工業廢氣排放總量逐年升高，產業發展的生態化程度不高，生態工業發展較為緩慢，發展動力不足，均導致生態風險水平較高，生態狀況較差。

4 結 語

區域生態風險水平是制約城市可持續發展的瓶頸，本文采用層次分析法從多角度構建了濱海新區生態風險評價指標體系，從自然環境風險、社會環境風險、經濟環境風險3個方面選取了9項要素23項指標，并對各項指標進行了權重賦值，評估2004～2018年濱海新區生態風險水平。研究結果表明：2004～2013年由于經濟快速發展，城市大規模開發建設，造成正向指標自然環境風險層面地面硬化率、社會環境風險層面人口自然增長率逐年增大，生態風險增加。2013年以后，雖環保措施和生態建設得到重視，但因地面硬化率、人口密度等城市化過程指標仍維持在較高區間，生態風險度稍有下降并趨于平穩。2013年以后，濱海新區整體屬于較高風險范疇，處于Ⅳ級風險，生態風險壓力較大，生態狀況較差，主要受自然環境和社會環境因素影響。為緩解生態風險壓力，保證區域可持續發展，建議在地面硬化率、人口自然增長率、人均年用水量比例等權重占比較大的因素方面采取相應措施。研究成果可為加強新區生態環境建設、提高城市可持續發展能力提供建議。

參考文獻：

［1］ 毛小苓，倪晉仁.生態風險評價研究述評［J］.北京大學學報（自然科學版），2005，41（4）：646-654.

［2］ 薛蘋蘋，李明.天津濱海地區發展面臨的主要生態環境問題及對策建議［J］.上饒師范學院學報，2016，36（3）：90-94.

［3］ 付在毅，許學工.區域生態風險評價［J］.地球科學進展，2001，16（2）：267-271.

［4］ 寧小莉.基于層次分析法的包頭市城市生態環境質量評價指標體系構建［J］.安徽農業科學，2010，38（4）：1997-1998.

［5］ 盧中輝，沈溪涓，何品蓉.基于層次分析法的生態城市指標體系構建研究［J］.四川水泥，2018（12）：109.

［6］ 許東陽，任永泰，成琨.基于動態視角下的區域水土資源生態安全風險評估［J］.北方園藝，2019（5）：107-115.

［7］ 陳菁，林忠弼，江越，等.基于快速城市化的生態風險分析——以福建省為例［J］.湖南師范大學自然科學學報，2011，34（1）：80-85.

［8］ 楊娟，蔡永立，龔云麗，等.區域生態風險評價指標體系及實證應用研究［J］.上海農業學報，2013，29（1）：71-75.

［9］ 馬晨陽，甄江紅，馮琰瑋，等.基于城市擴展的呼和浩特市綜合生態風險評價［J］.生態學雜志，2019，38（11）：3472-3479.

［10］ 呂若曦，肖思思，董燕紅，等.基于層次分析法的資源環境承載力評價研究——以鎮江市為例［J］.江蘇農業科學，2018，46（9）：268-272.

［11］ 高吉喜，蔡明勇，張新勝，等.大尺度生態干擾風險評估技術方法及應用研究［J］.中國環境科學，2021，41（11）：5274-5281.

［12］ 李強，王乃茹，曹雙，等.長江中下游岸灘穩定性評價指標體系構建及應用［J］.人民長江，2022，53（8）：1-8.

［13］ 謝花林，李波.城市生態安全評價指標體系與評價方法研究［J］.北京師范大學學報（自然科學版），2004，40（5）：705-710.

［14］ 辛朋磊，劉淼.基于層次分析法的中國水資源管理能力評價研究［J］.水利水電快報，2023，44（4）：39-44.

（編輯：李 晗）

Ecological risk assessment of Tianjin Binhai New Area based on analytic hierarchy process

QIU Pei1，2，TANG Wei3，WANG Chenggang4，DONG Linyao1，2，ZOU Chengyu1，2

（1.Soil and Water Conservation Department，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China； 2.Research Center on Mountain Torrent and Geologic Disaster Prevention of Ministry of Water Resources，Wuhan 430010，China； 3.Hubei Provincial Department of Water Resources，Wuhan 430061，China； 4.Xiangyang Hydrological and Water Resources Survey Bureau，Xiangyang 441003，China）

Abstract：

In order to clarify the change of regional ecological risk and the direction of risk prevention and control in the process of rapid economic development，taking Tianjin Binhai New Area as the research object，combined with the actuality of the area，this research used the analytic hierarchy process to selecte 23 indicators from three aspects of natural environment，economic environment and social environment to construct a regional ecological risk assessment index system and ecological risk assessment model. Ecological risk levels were evaluated from 2004 to 2018 in the study area. The evaluation results showed that the ecological risk of Binhai New Area presented an increasing trend from 2004 to 2018，and remained at a higher risk level （level Ⅳ） after 2013，mainly affected by natural environment and social environment factors. It is recommended to take corresponding measures to reduce the ecological risk in terms of factors with large weights such as ground hardening rate，natural population growth rate，and per capita annual water consumption ratio.

Key words：

ecological risks； analytic hierarchy process； index system； Binhai New Area