城市化与生态环境相互作用系统脆弱性评价*——以黑龙江省东部煤电化基地为例

吴广斌，陈晓红

(哈尔滨师范大学;黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室)

0 引言

随着城市化的不断发展，环境问题日益突显，可持续发展成为学者们研究的热点，而城市化与生态环境协调发展是可持续发展的核心［1］.协调发展指标的选取是指标体系构建的内容之一，国内外许多学者和机构都对可持续发展评价指标体系做了深入的研究［2］.对于城市化与生态环境协调发展评价指标体系的选取成果已经很多，大多是从城市化和生态环境两个系统建立的，城市化子系统一般分为经济城市化、人口城市化、空间城市化、社会城市化和等方面［3］;生态环境子系统一般分为大气环境指数、水环境指数、固体废弃物环境指数和生态保护与破坏指数等方面［4、5］;对于评价指标的选择，目前运用较广泛的方法有:频度分析法、理论分析法和专家咨询法［6、7］.但是目前并没有统一的评价指标体系.因此，指标体系的建立对准确评价城市化与生态环境协调发展具有十分重要的作用.

20世纪90年代以来，学术界对脆弱性研究的关注越来越大，据Janssen统计发现自1967年以来的30年间的2286份出版物中，有关脆弱性的研究就有939份［8］.脆弱性是指由于系统(子系统、系统组成)对系统内外扰动的敏感性以及缺乏应对能力从而使系统的结构和功能容易发生改变的一种属性［9］.

1 研究区概况

黑龙江省东部煤电化基地是指煤炭等矿产资源丰富、城市相对密集、煤电化产业基础良好、农业较为发达、对俄开展合作前景广阔的东部经济区域，包括牡丹江、佳木斯、鸡西、七台河、双鸭山、鹤岗六市(如图1所示).

2 研究方法

2.1 指标体系的构建原则

对复杂的系统进行评价通常是依靠多种指标进行的，而指标的选取在复杂系统的研究中是一个关键问题，更是一个不好解决的问题:指标数量过少会使信息量不足而影响评价结果，指标数量过多则会出现大量的冗余信息，加大了分析计算的难度.所以指标的设计一定要坚持全面性、发展性、特殊性、可操作性和侧重性等原则.

图1 黑龙江省东部煤电化基地地理位置图

2.2 指标体系的构建方法

目前对于指标的筛选方法主要有层次分析法、主成分分析法、因子分析法和相关分析法等［10－12］，其中，层次分析法主观性较强，由于评价者的不同偏好，对所给出的方案评价不一，导致部分信息失真;主成分分析法、因子分析法和相关分析法虽然能减少指标间的相关性，但是剩下的指标不能全面地反映评价目标的特性.

该文构建黑龙江省东部煤电化基地城市化与生态环境协调发展指标体系的大体思路如下:首先根据专家经验初步拟选出能够反映该体系脆弱度的相应指标，构建一个初步的指标体系，然后利用spss软件对该体系中各个子系统中初步选取的指标进行聚类分析，选择出最能代表该子系统的指标并建立最终评价体系.?

2.3 脆弱性评价模型的建立

该文将模糊数学方法和传统评价方法相结合来分析系统的各方面相关信息，首先建立评价指标体系，利用聚类分析方法合并相似度过高的指标并选出代表指标，同时引入区间变量，建立系统间的发展阶段的模糊区间，以模糊辨别两系统的演进模式，并结合模糊函数建立评价模型，以此研究两系统间的脆弱状况［13－15］.

该文对脆弱性评价划分了五个等级:轻度脆弱、较轻脆弱、中度脆弱、较重脆弱和重度脆弱.目前，城市化与环境系统脆弱性评价方法很多，主要有综合指数法、图层叠置法、脆弱性函数模型法等，该文采用综合指数法中的模糊综合评判法.数学模型如下:

式中，Vi表示第i个指标或系统的脆弱度，ωi是第i个指标的权重，该文用层次分析法求出，rij是第i个指标对第j种脆弱性标准的隶属度，该文采用左半梯形函数分布形态曲线来确定，其函数表达式为:

式中，xij为标准化后的指标数据;a、b分别表示评判指标xij相邻两分级标准.

3 结果分析

3.1 评价指标的初步选取

城市化是指人口向城市地区集中和农村地区转变为城市地区的过程.主要表现在两个方面:一是大量农村人口流向城市，使劳动力从第一产业向第二、三产业转变，带动经济的发展;二是城市规模的不断扩大，使周边的用地性质发生了改变，进而改变了当地人们的生活观念.因此，城市化子系统应该包括经济城市化、人口城市化、空间城市化和社会城市化四个方面.每个方面又选取了多种指标，该文城市化指标共选取了27个.

生态环境是指与生物体相互作用的资源环境或与生物体进行物质能量流动众多因素的集合.生态环境至少包括两个方面:一是生物体赖以生存的自然环境;二是影响生物体的各种生态因子.因此，本文从大气环境、水环境、固体废弃物、噪声环境和生态保护五个方面构建生态环境子系统.每个方面也同样选取了多种指标，该文生态环境共选取了20个指标.

3.2 评价指标的筛选

以经济城市化子系统为例，运用spss软件进行聚类分析得出树状图，五次迭代内被归为一类的说明指标间相似度较高，可以合并为一类，从而得出该子系统内的代表指标.同理可以得出其他子系统的代表指标，该文不详细列出.最后得出该评价指标体系的模型如图2.

图2 城市化与生态环境协调发展评价指标体系

3.3 系统脆弱度分析

该文通过模糊综合评判法评价该指标体系，得出2004～2010年黑龙江省东部煤电化基地城市化与生态环境协调发展指标体系脆弱性评价结果见表1、表2.

表1 2004～2010年鹤岗、佳木斯、双鸭山城市化与生态环境协调发展指标体系脆弱性评价

表2 2004～2010年七台河、鸡西、牡丹江城市化与生态环境协调发展指标体系脆弱性评价

4 结论与讨论

该文采用系统聚类分析方法，并根据聚类分析后得出的树状图确定分类个数，构建了评价黑龙江省东部煤电化基地城市化与生态环境协调发展的指标体系，解决了指标在选取时的信息重叠和筛选后的指标存在片面性的问题.

从总体上看黑龙江省东部煤电化基地中某些城市脆弱度隶属度基本维持不变，而其他城市则有向上一级脆弱度过度的趋势，整体来看没有逆向发展的趋势，说明这些地区的发展方向是正确的(如图3所示).

对各个城市之间进行比较，鹤岗和鸡西2004～2010年基本维持在较重脆弱度等级中，而双鸭山则基本维持在较重脆弱度和中度脆弱两等级中，虽然这些城市没有逆向发展，但是由于该种脆弱度较为低级，所以以上城市应加以应对，扭转现有形式向良好脆弱度等级发展;佳木斯2004～2010年间虽然也基本处于较重度脆弱度等级中，但是佳木斯却呈现出了向中度脆弱度等级过渡的趋势，说明该城市治理的方针政策是有效果的，但是力度不大，所以趋势较缓较慢;七台河基本以中度脆弱度等级为主，近几年呈现了逐渐向较轻度脆弱度等级过渡的趋势;而牡丹江则是这些城市中发展最好的城市，总体上以较轻脆弱度等级为主并且还明显的有向轻度脆弱度等级发展的趋势，说明该地区在推进城市化进程和保护生态环境方面力度较大.

图3 黑龙江省东部煤电化基地六城市脆弱性隶属度

区域脆弱度的评价指标体系并不是唯一的，该文构建的指标体系是从城市化和生态环境两大方面建立的，同样也可建立复合系统指标体系.该文脆弱性评价仅选取了2004～2010年七年的数据作分析研究，时间跨度较小，不能详实的反映出黑龙江省东部煤电化基地城市化与生态环境环境协调发展系统脆弱性的时间演变;在对城市化与生态环境环境协调发展系统脆弱性进行分析时，也只是将六座城市分别进行比较，没有考虑六城市之间相互作用相互影响的时空耦合性.

［1］曹利军，王华东.可持续发展评价指标体系建立原理与方法研究［J］.环境科学学报，1998，18(5):526－532.

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［5］李鹤，张平宇，刘文新.1990年以来辽宁省环境与经济协调度评价［J］.地理科学，2007，27(4):486－492.

［6］刘渝琳.我国可持续发展指标体系的设计和评价方法探索［J］.生态经济，1999(6):17－20.

［7］唐常春.流域主体功能区划方法与指标体系构建——以长江流域为例［J］.地理研究，2012，30(12):2173－2185.

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［15］赵艳霞，何磊，刘寿东，等.农业生态系统脆弱性评价方法［J］.生态学杂志，2007，26(5):754－758.