龙岩市城市生态安全评价研究

2015-05-09黄鹏郭闽夏思颖兰思仁

河南科技学院学报(自然科学版) 2015年3期

黄鹏,郭闽,夏思颖,兰思仁

（1.福建农林大学林学院,福建福州350002；2.福建农林大学园林学院,福建福州350002）

据估计,到2050年,由于社会经济的发展和城市化进程的加快,世界的城市化率将会高达70%[1],毫无限制地推进城市化进程必将导致一系列社会生态问题的产生.因此,生态安全问题逐渐引起世人的关注,成为当今研究的重点之一.对城市生态安全进行评价,不仅利于人们对生态环境变化进行预警,也能使决策者迅速找出影响城市生态安全的关键要素,对城市未来的发展、规划及决策有着重要的意义.同时,城市本身的属性决定着其是一个由各种不同的子系统彼此之间互相影响、互相作用所组成的复杂系统,存在特定的模糊性及不确定性[2].考虑到城市系统的特点,本文选择E-E-S协同模型来建立评价体系,并结合模糊评价法对所选择的指标进行量化,使得评价模型能够反映城市的固有特性.而后选择熵值法和城市分析法来计算权重,构建模糊物元评价模型,得出科学合理的评价结果.

E-E-S协同模型是20世纪70年代初由联邦德国的理论物理学家哈肯创立并应用于物理范畴的模型,如今被广泛应用于其他学科和领域,并取得了显著的成效[3].由于城市生态系统是由生活在其中的人的经济活动、环境活动和社会活动共同组成、调控、协调运作的,并且单一地评价一个系统并不足以反映整个城市生态系统的安全性,因而E-E-S协同模型的运用在评价较为复杂的城市生态安全时就具有良好的可操作性.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

龙岩市位于福建省西部、九龙江上游,地处北纬 24°23'—26°02',东经 115°51'—117°45'之间,属于低纬度亚热带.地形以中低山及丘陵为主,地势西北、东南高,东北、中部低.龙岩属亚热带季风性气候,受海洋影响较大,气候温和,四季分明.动植物资源丰富,是福建省三大林区之一.近年伴随着社会经济的快速发展,龙岩市也出现江河水体富营养化、区内矿产资源开发不合理、水土流失严重等环境问题,类似2010年7月紫金矿业污染的事故偶有发生,其生态环境状况亟待改善.

1.2 评价指标体系构建及数据来源与处理

依据E-E-S协同模型将评价指标分为3个层次：目标层（城市生态安全评价）、准则层（“经济-环境-社会”子系统）、指标层（各准则层所对应的具体指标因子）.并基于龙岩市基本情况,综合参考文献[3-7]和专家意见,选取近年来使用频度较高的指标确定评价指标因子.各指标数据来源于2004—2013年的《龙岩市国民经济和社会发展统计公报》[8]、2005—2013年的《中国城市统计年鉴》[9]、2005—2014年的《福建省统计年鉴》[10]及根据相关原始数据计算所得结果,个别缺失的数据采用均值法取得.

图1 龙岩市城市生态系统评价指标体系Fig.1 Evaluation indexes of urbanization and eco-environment system of Longyan City

1.3 研究方法

1.3.1 指标数据标准化不同指标之间的量纲和单位各不相同,为便于计算,需将各个指标的数据进行标准化处理,以消除各个指标因不同量纲而产生的影响[11-12].同时,考虑到评价指标存在其特殊性,本文将其分为效益型指标（指标数值越大越好的指标,如C1人均GDP）和成本型指标（指标数值越小越好的指标,如C3城镇居民家庭恩格尔系数）,以便于后续计算.

1.3.2 权重计算在权重的计算过程中,层次分析法能够很好地结合当地的特色和具体情况,并能反映专家对指标的意见,但是存在着过于主观和不能定量的问题.熵值法作为评价指标离散程度的方法,能够反映出具体数据的变化程度,科学性较强,但是也存在着不能结合主观条件,评价的结果可能脱离当地实际情况的问题.因此本文选择使用层次分析法来计算权重,结合熵值法对计算的权重进行修正.通过综合两者的权重,达到使评价结果客观合理的效果[13].由于是层次分析法和熵值法计算权重应用较多,具体的推导计算过程由于篇幅原因在此就不再赘述.本文将层次分析法获得的权重（Vj）和经过熵值法修正过的权重（Wj）进行分析比较,并参照公式（1）进行计算.

由公式（1）得出基于目标层的最终权重αj及基于各准则层的权重值αj（E1）、αj（E2）和αj（S）：

αj=（0.045 4,0.053 9,0.058 1,0.014 9,0.027 2,0.016 2,0.039 9,0.046 3,0.037 3,0.152 4,0.115 7,0.064 6,0.042 1,0.033 8 0.054 0,0.031 1,0.052 8,0.036 3,0.040 8,0.037 0）T,（j=1,2,...,20）；

αj（E1）=（0.350 0,0.249 9,0.200 1,0.200 1）T,（j=1,2,...,4）；

αj（E2）=（0.150 5,0.178 3,0.192 4,0.049 4,0.090 1,0.053 7,0.132 3,0.153 4,0.123 5）T,（j=1,2,...,9）；

αj（S）=（0.118 2,0.188 9,0.108 8,0.184 5,0.127 3,0.142 7,0.129 4）T,（j=1,2,...,7）.

1.3.3 模糊物元模型在物元分析中,物元指描述的事物及其特征和量值所共同组成的集合.模糊物元指的是这个集合中的量值具有模糊性.N维模糊物元指的是事物具有n个特征以及对应的n个量值.复合模糊物元Rmn指的是m个事物的n维物元组合在一起（见式（2））.

1.3.4 从优隶属度计算从属于标准样本所对应的模糊量值从属度的n个单项指标的模糊量值称为从优隶属度.根据公式（3）、公式（4）和公式（5）进行计算评价指标的从优隶属度：

1.3.5 建立标准模糊物元和差平方模糊物元通过计算从优隶属度模糊物元评价中指标的从优隶属度的最小值或最大值来确定标准模糊物元R0n的值.R△表示差平方复合模糊物元,是标准模糊物元R0n与复合模糊物元Rmn中对应的各项差的平方,计算公式见式（6）.

1.3.6 欧氏贴近度计算欧式贴近度能够更加直观地显示评价结果之中评价样本与标准样本之间的贴近程度,比较的结果,若两者贴近的程度越高,则其数值越大,其数值越小的时候两者的贴近程度就越低.本文选用先乘后加的方式来计算并构建欧氏贴近度的复合模糊物RρH元：

[3-7,11-12],将欧氏贴近度依据数值分为5个等级,用来表示其在时间序列上的评价样本与标准样本之间状况（见表1）.

表1 城市生态系统安全评价等级Tab.1 The eco-securitynorms of urban ecosystem safety

2 结果与分析

2.1 城市生态系统欧氏贴近度

通过对数据进行处理及计算,得出龙岩市2004—2013年主城区生态系统整体及各要素的欧氏贴近度.结果见图2.

图2 2004—2013年龙岩市主城区生态系统整体及各要素健康状况评价Fig.2 The health evaluation of the Longyan City ecosystem and three elements from 2004 to 2013

由图2可知,在所评价的2004—2013年时间段内,龙岩市城市生态系统的健康状况呈现上升趋势,欧氏贴近度由2004年0.508 2的不安全状态上升至2013年0.786 2的较安全状态,并于2012年到达峰值0.813 0,年均增幅达15.47%.从数值来看,虽然龙岩市城市生态系统欧氏贴近度在评价年份中呈现较快的上升态势,但仍出现一定反复,有趋于恶化的可能性.表明龙岩市城市生态系统健康状况在评价年份中逐年改善,环境与经济、社会的协调性不断增强,但仍需继续保持及加强.

2.2 经济子系统欧氏贴近度

经济子系统欧氏贴近度在所评价的十年中整体呈现快速上升趋势,由2004年的0.446 4上升到2013年的0.968 5,年均增幅达到21.69%.主要表现在人均GDP在十年间增长44 701元,年均增长45%；城镇居民人均可支配收入由2004年的10 230元上升至2013年的26 281元,表明居民的收入状况有较大幅度的提高.但与此同时,城镇居民的恩格尔系数在十年中也呈现上升趋势,由2004年的35.61上升至2013年的38.17,说明居民的生活水平有略微的下降.

2.3 环境子系统欧氏贴近度

环境子系统欧氏贴近度在评价年份中呈现先上升后下降的态势,由2004年的0.629 7上升至2010年的0.888 3后旋即下降,2011年至2013年的三年间环境子系统指数在0.72至0.73之间波动.建成区绿化覆盖率由2004年的35%上升至2013年的42.6%；城区空气污染指数（API）年均值呈现下降趋势,空气质量状况维持在“良”等级；污水处理率和工业固体废物综合利用率在十年中分别提高了55.76个百分点和20.94个百分点.与此同时,森林覆盖率下降了1.77个百分点；人均绿地面积先上升后下降,2013年的面积仅为12.05 m2,是峰值2009年的42.49%.同时,工业污染治理投资额在评价年份中呈大幅波动态势,2010年7月的紫金矿业重大污染事故的前后两年分别达到极值,2009年285万元和2011年的10 780万元.这说明在十年中,龙岩市环境状况有一定好转,但仍面临较大环境压力,其环境问题依然严峻.

2.4 社会子系统欧氏贴近度

社会子系统欧氏贴近度由2004年的0.576 5上升到2013年的0.832 5,年均增幅14.44%,总体呈现“S”型上升.从各指标来看,城市化率在十年中提高了20个百分点；建成区面积增加了55.17%；城市机动车保有量持续上升,2013年民用汽车总量达265 729辆,为2004年的705%；城市常住人口增长了15.57万人,但由于新区建设的原因,城市人口密度不升反降,由2004年的1 740人/km2下降到2013年的1 683人/km2；人均日生活用水量在评价年份中也经历先上升后下降的过程,总体上增加了15.17 L,表明随着社会的发展,居民对水资源的需求逐渐增大,居民节水意识亟需提高.

3 结论与建议

城市的生态安全与城市未来的发展密切相关,通过对城市生态系统健康状况的评价,寻找影响生态安全的主要因素并加以改善,不仅能够切实提升当地居民的生活品质,也能够为后续的规划治理提供理论依据.本文基于E-E-S模型,通过层次分析法和熵值法相结合计算权重,运用模糊物元法计算龙岩市2004—2013年十年间城市生态安全的欧氏贴近度,并对其城市生态安全进行评价.结果表明：龙岩市城市生态系统虽然总体呈现上升趋势,但存在恶化风险.在评价年份中,城市生态安全各子系统的欧氏贴近度增长趋势不尽相同,部分评价指标存在恶化或反复的现象,特别是在环境子系统中,森林覆盖率、人均绿地面积等主要指标存在不同程度的下降,而政府财政对于工业污染治理投资也存在较大波动.同时,在评价年份中,龙岩市的经济发展方式尚未得到根本性转变,高能耗、高污染企业依然大量存在,因为资源开发不当而造成的生态破坏现象仍然时有发生,局部地区及施工场地的水土流失现象依然存在,以九龙江雁石溪、汀江支流旧县河、黄潭河及武平象洞溪为代表的流域水环境质量仍未得到根本改善,环境保护与城市发展之间的矛盾未得到根本性解决.

依据《龙岩市城市总体规划（2011—2030）》,龙岩市将以先进制造业基地、全国重要的红色、客家文化生态城市为建设目标,因此,在继续加强对社会经济发展投入的同时,也需要增加环境保护的投入和相关的政策扶持.充分发挥龙岩市四面环山,水系穿城而过,城市依山傍水的优势,在城市规划中增加公园及城市绿地的建设,提高植被覆盖率.此外,在经济发展层面,也应加快工业结构转型升级,建设生态效益型工业,全面推进节能减排,合理开发利用和保护自然资源.同时,地区气候变化对城市生态安全也会产生较大的影响,加强防灾减灾设施建设,进一步提高环境监测管理水平,推广长汀经验,推动水土流失治理,防范环境风险.在文化宣传层面也应积极培育生态文化,凭借自身特有的自然山水人文优势,推行绿色低碳生活方式,提升生态文明水平,形成生态发展新优势,提高城市整体环境生态承载力,建设协调与和谐的人居环境.

参考文献：

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[7]黄鹏,郭闽,兰思仁,等.三明市城市生态安全评价研究[J].内江师范学院学报,2014（10）：73-78.

[8]龙岩市统计局.龙岩市国民经济和社会发展统计公报[EB/OL].（2015-03-18）[2014-04-02].http：//xxgk.longyan.gov.cn/tjj/zfxxgkm l/.

[9]国家统计局城市社会经济调查司.中国城市统计年鉴[M].北京：中国统计出版社,2005—2013.

[10]福建省统计局.福建省统计年鉴[M].北京：中国统计出版社,2005—2014.

[11]刘娜,艾南山,方艳,等.基于熵权的模糊物元模型在城市生态系统健康评价中的应用[J].成都理工大学学报：自然科学版,2007,34（5）：589-595.