资源型城市土地利用生态风险评价——以黄石市为例

(武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070)

资源型城市土地利用生态风险评价
——以黄石市为例

彭青青

(武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070)

为有效掌握资源开发和城市发展对土地生态环境的影响，本文在层次分析法基础上，引入熵权法来计算各种土地利用类型的生态风险参数，对黄石市各个区域土地利用生态风险进行分析，为黄石市的土地利用规划和生态环境管理提供科学依据和决策支持。

土地利用；生态安全；风险指数；熵权法；黄石市

引言

在近几十年的矿产资源开发和快速城市化发展过程中，黄石市生态环境受到一定程度的破坏。为了有效掌握资源开发和城市发展对土地生态环境的影响，需要对不同时期的土地利用进行生态风险评价。较为常用的方法是综合指数法，即通过对各项评价指标加权求和，计算出综合评价值。

曾辉等[1]运用专家咨询法确定指标的生态风险权重参数，对深圳市北部进行了区域的生态风险评价。韦仕川等[2]采用层次分析法确定各种用地类型的生态风险参数，研究了东营市的土地利用生态安全状况。由于专家咨询法和层次分析法都属于典型主观赋值法、主观影响较大，本文将引进客观赋值法中的熵权法，利用其根据指标信息量确定指标权重的特性，降低了人的主观因素影响，使实验结果更具可靠性。

1 研究方法

为研究区域内综合生态风险的相对大小，可利用用地类型面积比重，构造各类土地利用类型生态风险指数(Ecological Risk Index，ERI)[1]，具体计算公式如下：

公式中，i为各种用地类型的序号；m为研究区域内土地利用类型的数量；Ai为研究区域内第i种用地类型的总面积；A为研究区域的总面积；Wi为第i中用地类型的风险强度参数。

对于各用地类型的风险强度参数的确定，最普遍的方法是层次分析法[3]。然而，层次分析法中人的主观因素影响较大。而熵权法[4]以客观定量数据为基础，以科学的计算方法作评价，消除了不确定因素、个人主观意识和经验的片面性对指标权重的影响，因此两种方法的结合可以最精确得到风险强度参数。

若系统可能处于m种不同的状态，而每种状态出现的概率为Pi(i=1，2，…，m)时，则该系统的熵就定义为：

假设评价体系中有m个待评项目，n个评价指标，则原始数据组成的初始矩阵为C=(cijm×n)：

其中，cij为第j个指标下第i个项目的评价值。将C运用指数化处理方法，si=(ci-cmin)/(cmax-cmin)，得到标准化后的矩阵S=(sij)m×n，且sij∈[0，1]。

那么在这个评价体系中，第j个指标下第i个项目的指标值比重为pij：

将pij代入公式(2)，可得第j个指标的熵值ej：

其中k=1/lnm，当pij=0时，pijlnpij=0。根据计算得到的熵值，进一步确定每个指标的权重值，第j个指标的熵权Tj则为：

综合层次分析法和熵权法，确定Wi：

其中αi和βi分别为层次分析法和熵权法确定的第i种用地类型的风险强度参数。

2 实例研究

遥感影像是当前研究土地利用的重要数据来源[5]。本文运用ERDAS 9.2和ArcGIS 9.3等遥感影像处理软件和GIS分析软件，参考土地利用现状分类国家标准[6]和黄石市实际情况，将土地利用类型划分为5类，即水域、农业用地、绿地、建筑用地及其他用地，得到的土地利用信息如图1所示。

图1 黄石市土地利用空间分布图

针对黄石市实际情况，以区域作为评价单元，各种土地利用类型为评价指标，建立评价体系，计算各土地利用类型的熵权。将各种土地利用类型面积以占区域总面积百分比表示并对其进行标准化处理。根据熵权法的原理及其计算公式分别计算三个年份中各种土地利用类型的熵权并取其平均值，结果如表1所示。

表1 各种土地利用类型的熵权

参考现有利用层次分析法得到土地利用类型生态风险强度参数的研究成果[3，7]，确定αi依次为：水域0.1516、农业用地0.2198、绿地0.1172、建筑用地0.3791、其他用地0.1323。根据熵权法的计算结果，可以确定βi依次为水域0.2109、农业用地0.1727、绿地0.1653、建筑用地0.1915、其他用地0.2597。在此基础上，运用公式(7)计算各种土地利用类型的综合风险强度参数Wi，依次为水域0.1629、农业用地0.1935、绿地0.0987、建筑用地0.3699、其他用地0.1750，这样既考虑了指标本身的重要性顺序，又考虑了指标所提供的信息量大小，有利于更为客观地进行风险评价。

根据公式(1)，分别计算1987年、1996年和2005年黄石市各区的土地利用生态风险指数，见表2。

表2 1987年、1996年、2005年黄石市生态风险指数

土地利用生态风险指数描述了区域土地利用生态安全水平[8]。对比3个时段的生态风险指数(表2)发现，黄石市整体的生态风险指数呈持续上升状态，西塞山区和大冶市的生态风险指数发展趋势与黄石市整体的发展趋势一致，而黄石港区和阳新县呈先上升后下降的状态，下陆区和铁山区则呈现出先下降后上升的状态。针对这个现象，可以进行以下分析：阳新县的生态风险指数在3个时段中都是最低的，低于黄石市的整体水平，主要归功于阳境内大范围的森林和网湖湿地，因此阳新县的生态风险指数虽然有变化，但是波动幅度不大。大冶市的生态风险指数略高于黄石是的整体水平，由于大冶市矿产资源丰富，随着境内矿产资源的开发利用，建筑用地和裸地的面积不断增大，原先的土地格局被严重破坏，导致生态环境质量逐年下降。至于铁山区，以工矿用地和居民生活区内的建筑用地为主且呈不断扩张的趋势，其生态风险指数远高于黄石市的整体水平。西塞山区作为黄石市最大的中心城区，建筑用地为主要的用地类型，且随着城市发展不断扩张，绿地面积变化显著，直接影响西塞山区的生态环境。下陆区总体面积较小，近年来随着城市化进程，建筑用地面积有所扩张，土地利用格局发生较大的变化，生态风险指数上涨较快。黄石港区是黄石市的重点建设城区，其辖区内的建筑密集、道路发达，由于没有进行合理的规划，其生态环境质量目前在整个黄石市中处于低下水平，亟需得到改善。

3 结 论

为有效掌握资源开发和城市发展对土地生态环境的影响，本研究在层次分析法基础上，引入熵权法来计算各种土地利用类型的生态风险参数，对黄石市各个区域土地利用生态风险进行分析，为黄石市的土地利用规划和生态环境管理提供科学依据和决策支持。主要得出以下结论：

(1)将熵权法与层次分析法结合，确定生态风险强度参数，既考虑了指标的重要性顺序，又考虑了指标的信息量，降低了人的主观因素对实验结果的影响，使实验结果更具可靠性。

(2)黄石市土地利用空间格局发生了较大的变化，因此矿产资源开发利用过程中，必须充分考虑生态系统的完整性，及时调整土地利用结构，实现区域经济、社会、资源与环境的全面协调可持续发展。

[1]曾辉，刘国军.基于景观结构的区域生态风险分析[J].中国环境科学，1999，19(5)：454-457.

[2]韦仕川，冯科，邢云峰等.资源型城市土地利用变化及生态安全数字模拟[J].农业工程学报，2008，24(9)：64-68.

[3]郭金玉，张忠彬，孙庆云.层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报，2008，18(5)：148-153.

[4]吴浩，陈晓玲，蔡晓斌等.基于组合分形模型的土地利用时空演变研究[J].武汉理工大学学报，2008，30(1)：154-157.

[8]姜秀娟，高静娟.熵权法在城市投资环境综合评价中的应用[J].市场论坛，2006，9：22-23.

[5]Wu Hao，Sun Yu-rong，Shi Wen-zhong，et al.Examining the satellite detected urban land use spatial patterns using multidimensional fractal dimension indices[J].Remote Sensing，2013，5：5152-5172.

[6]中华人民共和国国家标准.土地利用现状分类[S].GB21010-2007，2007.

[7]夏南凯，乔玮，刘晟.基于土地利用视角的区域生态风险指数评价方法分析[J].城市规划学刊，2011，1：53-57.

[8]胡金龙，王金叶，郑文俊等.基于土地利用变化的桂林市区生态风险评价[J].中南林业科技大学学报，2013，3：84-88.

EcologicalRiskAssessmentforLandUseofResources-basedCity：ACaseStudyofHuangshi

PENG Qingqing

(School of Resources and Environment Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan Hubei 430070，China)

In order to effectively grasp the impact of resource development and urban development on land ecological security，the entropy weight on the basis of analytic hierarchy process was introduced to calculate the ecological risk，and the ecological risk of land use in each area of Huangshi City were analyzed，which provides scientific basis and decision support for land use planning and ecological environment management of Huangshi city.

land use；ecological security；risk index；entropy weight；Huangshi city

彭青青，在读硕士研究生，研究方向为对地观测科学及安全监测应用研究

文献格式：彭青青.资源型城市土地利用生态风险评价[J].环境与可持续发展，2017，42(6)：174-176.

X21

A

1673-288X(2017)06-0174-03