基于GIS与AHP的阜阳市生态环境评价研究

赵 阳，黎 慧，池国勇，胡文峰

（阜阳师范学院 历史文化与旅游学院，安徽 阜阳236037）

基于GIS与AHP的阜阳市生态环境评价研究

赵 阳，黎 慧，池国勇，胡文峰

（阜阳师范学院 历史文化与旅游学院，安徽 阜阳236037）

城市化和工业化的迅速发展，给社会带来巨大效益的同时也带来了诸多问题，城市生态环境的恶化成为人们普遍关心的问题之一。本文以阜阳市为例，从城市面临的诸多环境问题出发，构建评价指标体系，选取21个指标对阜阳市的生态环境现状进行评价分析；再通过层次分析法来确定权重，应用GIS空间叠加分析确定阜阳市生态环境评价等级空间分布图。结果发现优质区和良好区分布在太和县、临泉县以及颍州区的大部分区，占49.69%；一般区主要分布在整个阜阳市的中东部，占36.06%；退化区分布在颍上县和颍东区的中东部，占14.25%。

GIS；AHP；生态环境；阜阳市

随着社会和经济的快速发展，人类与土地之间的相互作用在逐步加强，同时严重的生态环境安全问题，已经成为了当下人们最关心的热点问题之一[1]。生态系统是一个多元化，开放性的系统，生态环境的评价是涉及经济学、生态学、社会学等学科领域的多属性、多层次的决策问题。生态环境评价应该本着因地制宜、实事求是的原则，而且对未来的发展做出科学的预测与判断，为区域的城市规划以及可持续发展提供理论依据，充分发挥人的协调作用以平衡生态系统内部各因子的生态关系，从而构建人与自然和谐相处的生态社会。目前，在生态环境评价方面我国已经开展了许多工作，评价内容包含了生态安全评价、生态风险评价，城市生态系统、宜居城市评价、草原、荒漠等，还包括一些河流、湖泊、湿地，自然保护区等。这些生态系统的评价都建立了与之对应的指标体系，而我国对城市生态环境评价指标体系的研究尚处于探索阶段，其方法也是多种多样[2-3]。GIS技术具有强大的空间数据处理和分析功能，使它能够为生态环境状况评价研究工作提供必要的技术支持，特别是生态环境评价与GIS、遥感等信息技术结合，使得评价结果比较直观、形象[4]。近些年，随着GIS技术的不断发展，它与AHP模型分析法的紧密结合，在城市生态环境评价中得到了广泛应用[5-6]。本文将依据阜阳市的实际情况和所收集到的资料，运用GIS和统计分析软件，对其生态环境进行评价并做出分析。

1 研究区概况

阜阳市位于安徽省西北部，全市总面积9 775 km2，总人口1 061.5万，是安徽省人口最多的地市，地处东经 115°37′58″～115°59′46″，北纬 32°46′17.6″～33°02′32.5″（如图 1），阜阳市下辖三区四县一市：颍州区、颍东区、颍泉区、临泉县、太和县、阜南县、颍上县、界首市。阜阳市近些年经济发展取得重大进步，得益于工业化和城市化的推动，但同时也存在着许多问题，比如人口问题、水污染问题、人均耕地不足以及“水质性”缺水等。

2 评价过程

图1 阜阳市政区图

2.1 评价指标选取原则

生态环境评价需要对区域内生态环境的质量作出分析，为了使分析更加符合现实情况，指标选取应当遵循的原则如下：（1）现实性原则，数据比较容易获得、计算方便、易于理解、可操作性强。（2）代表性原则，应当选取对生态环境影响较大的指标，能准确反映生态环境的变化特征。（3）层次性原则，指标体系要分出层次、结构要清晰简单。（4）科学性原则，选取的指标应当合乎科学准确的准则，同时定性分析与定量分析要相结合，尽量减少主观判断[7]。

2.2 评价指标体系构建

选取指标体系应当根据不同的区域而有所差别，生态系统比较复杂，其包含的因素多种多样，根据阜阳市的生态环境的实际情况，生态环境评价指标主因子（A）应当包含自然系统（B1）、社会系统（B2）和经济系统（B3）三大目标层，共计21个指标，这些指标及数据都来源于2015年各区县的《国民经济和社会发展统计公报》，其结构模型如图2。

图2 阜阳市城市生态环境评价模型

2.3 评价指标体系量化

生态环境评价需要对空间数据库中的专题数据进行提取，并利用GIS软件提供的叠加分析功能，建立空间分析模型。由于评价指标之间存在着量纲、性质上的差异，为了使数据能顺利在软件上实现叠加分析，同时还要参考一定评价标准、专家意见以及不同的指标对生态环境影响的大小程度存在差异[8]，故需要对选取的指标数据进行无纲量化处理，从而使之具有可比性，计算公式如下：

其中，I表示标准化得出来的结果，Xi表示原始指标数据，Xmax表示该指标数据中的最大值，Xmin表示该指标数据中的最小值。计算的结果都介于0～1之间。经过无纲量化处理的数据都反应其属性的特征，然后把这些数据输入到各图层的属性表中，通过重分类、赋予分值等操作最后得出生态环境等级分布专题图[9]。

2.4 评价指标权重的确定

城市生态评价指标的权重对整个指标体系有着重要的作用，权重越大其影响就越大，其对最终的评价结果的影响就越大，权重的分配方式不同，评价的结果也会不同，所以在权重的确定上要选择合理、科学的分配方法。权重的分配方法众多，主要包含主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法主要根据专家的个人经验及其学科知识来判定不同指标的权重。客观赋权法是依据实际的数据及其之间的联系来确定的权重，这种方法容易忽视指标的现实意义[10]。本文将采用的是主观赋权法中的层次分析法，并利用yaahp软件确定其权重。

构造判断矩阵。在评价指标模型的基础上构造判断矩阵，对于每一个层次的指标进行两两比较，写成矩阵形式，然后利用1～9的标度方法将评价思维进行数量化，即判断两两比较的指标的相对重要性，数值2,4,6,8表示介于其相邻的两个标度的等级，同理 0～1 标度中的 1/3，1/5，1/7，1/9，分别对应1～9标度中的3,5,7,9所表示的含义，1/2，1/4，1/6，1/8表示介于两个等级之间如表1。

表1 标度表

计算单一准则下指标的一致性检验和相对权重。实际上是求单一准则下判断矩阵的权数，并且计算出最大特征值的特征向量。一致性检验是对专家给出的判断矩阵是否具有一致性进行检验，一致性的随机比率要小于0.1，这样才能确保评价结果具有较好的一致性。

综合准则下指标的权重及其一致性检验。综合准则是在单一准则的基础上，由其结果计算出各层次的组合权值，计算得出的结果也需要进行一致性检验，一致性比率也要小于0.1以保证整个评价指标体系的科学性。以B层的第一个要素经济系统（B1）为例，它包括了八个指标，构造其判断矩阵如表2。

Wi为特征向量，n表示指标的个数，i和j分别表示指标位于该判断矩阵的第几行和第几列，k表示某一列。

表2 经济系统（B1）判断矩阵

表3 随机一致性指标取值参照表

根据公式（2）、（3），计算得出矩阵的最大特征根λmax=8.56，该矩阵的特征向量Wi，判断矩阵的一致性比率CR=0.057 2＜0.1，因而说明该矩阵符合一致性检验。同样的方法可以计算出目标层相对于主因子以及要素层相对于目标层的权重，最终得出每一个要素层对于主因子的权重值如表4。

2.5 生态环境分析在GIS中的实现

本文采用ArcGIS10.2软件来完成生态环境的分析，正如前文所述，不同的指标存在着性质和质量上的差异，为了保证评价的合理性，因此需要对评价指标进行无纲量化，建立评价指标的属性数据库，将量化的结果输入到矢量数据的属性表中。在数据输入完成之后，将矢量数据转为栅格数据，其中栅格大小为100*100 m2，结合层次分析所得到的每个指标的权重值，利用软件空间分析功能对其进行运算，其计算公式如下：

表4 阜阳市城市生态环境评价指标体系及其权重

式中，E表示各评价指标的生态环境指数，n表示指标的个数，ui表示各指标，wi表示各指标的权重。此时计算得出结果还不能够直接反应生态环境现状，还需对结果图层参照相关的分类方法进行重分类，最终得出生态环境等级分布图如图3。

3 评价结果

3.1 生态环境等级与面积的计算

根据计算把生态环境等级分成了四类。在分级时，主要参考了林业部门、水文部门、农业部门等多部门公布的数据以及综合了众多文献资料，对阜阳市的生态环境等级现状进行了深入的讨论，最终得出阜阳市不同等级生态环境的分区范围，又通过ArcGIS在其属性数据里使用字段计算器计算出每个等级的面积及其所占总面积的百分比如表5。

图3 阜阳市生态环境分布图

3.2 各区生态环境等级与分布

图2中将阜阳市各市（区）县的行政图与生态环境评价等级图进行了叠加，这样更能直观的了解阜阳市的各县以及内部的市辖区的生态状况，结合表5可以看出，阜阳市的生态环境主要是良好区和一般区，优质区和退化区所占比重较少。良好区主要分布在太和县、临泉县以及颍州区的大部分区域，该区占总面积的36.06%，一般区主要分布在整个阜阳市的中东部，占总面积的35.75%。优质区主要分布临泉县和太和县的大部分区域，颍州区和颍上县有较少的分布，该区占阜阳市总面积的13.94%，退化区主要分布在颍上县和颍东区的中东部，占总面积的14.5%。

表5 阜阳市城市生态环境评价等级分值

4 结论

从生态环境评价的基本理论出发，构建了阜阳市生态环境评价模型，并应用层次分析法确定了指标权重，同时应用GIS空间叠加分析，对阜阳市生态环境状况进行了综合评价，得到如下结论：

（1）从行政区划上来看，临泉县、太和县以及颍州区的生态环境整体处于优质区和良好区，占比达到49.67%，这主要得益于这些地区在生态环境方面做出了许多努力，临泉县，其在2015年认真贯彻落实了林业部门的相关政策、法规、法律，紧紧抓住了省政府施行千万亩森林工程的机遇，启动数类生态环境保护项目，全县完成造林3.4万亩[11]；太和县在2015年城区空气质量达到国家Ⅱ级标准300天以上，已完成建设面积91公顷。当年造林面积3 040公顷；颍州区在生态环境保护同样也做了许多工作，在农村环境保护工作上，加强秸秆焚烧的工作，强力推进农村环境综合治理，展开了一系列的针对排污单位、有利于保障公众健康环保的专项行动，认真组织实施了颖淮蓝天工程的相关工作。

（2）颍泉区、阜南县和界首市三者虽然整体上处于一般区，占比36.06%，因此，仍需要在生态环境保护方面多加预防，尤其是颍泉区和阜南县，二者已经有部分区域属于退化区了，故需要进一步加强生态环境保护相关工作的实施。

（3）相比较之下，颍东区和颍上县在生态环境比较差，有退化之势，占比14.25%，保护生态环境工作稍显不足，颍东区各类工业园区众多，排污单位较多，如钢铁厂、化肥厂、水泥厂等单位，在排查环境风险隐患时政府工作不到位，没能够及时解决群众反映的环境问题。颍上县的城市污水生活污水处理率为78%在整个区域中排名最低，工业废水达标率为88%也比较低，全年新造林面积600公顷，少于临泉县。

总之，本文对阜阳市的生态环境做了初步的分析与评价，为提高阜阳市的生态环境质量提供了新的思路。

[1]基连瑛.盖艾鸿.于GIS的庆阳市生态环境质量综合评价[J].甘肃农业，2016，3（8）：9-10．

[2]韩庆利，陈晓东，常文越.城市生态环境与可持续发展评价指标体系研究[J].环境保护科学，2005，31（132）：52-55．

[3]胡习英，屈吉鸿，郭 洁.城市生态环境评价研究进展[J].华北水利水电学院学报，2005，26（02）：62-64．

[4]薛惠敏，胡春梅.基于遥感与GIS的区域生态环境评价方法的研究[J].地理信息世界，2016，23（5）：80-85．

[5]刘守强，武 强，曾一凡，等.基于GIS的改进AHP型脆弱性指数法[J]．地球科学，2017，42（4）：625-633．

[6]赵在绪，周铁军，陈舒一郎，等.基于GIS-AHP方法的山地城镇生态格局安全评价研究——以重庆北部新区为例[J].2014,8(5):74-78.

[7]谢花林，李 波.城市生态安全评价指标体系与评价方法研究[J].北京师范大学学报:自然科学版，2004，40（5）：705-710．

[8]张禾裕，彭 鹏，肖 武，等.基于AHP和GIS的矿区生态环境现状评价[J].煤炭科学技术，2008，36（9）：102-105．

[9]肖汝琴，陈东景，邢 敏.基于AHP的青岛市生态城市建设评价研究[J].商业经济，2014，3（1）：31-33.

[10]谷大局.城市生态评价指标体系及智慧化建设研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014．

[11]县地志办.2015临泉年鉴之经济篇一[EB/OL][2017-11-07].http://www.linquan.gov.cn/content/detail/58d0e dcaf45daf1c99915683.html．

Evaluation of urban ecological environment in Fuyang based on GIS and AHP

ZHAO Yang,LI Hui,CHI Guo-yong,HU Wen-feng
(School of Historical Culture and Tourism,Fuyang Normal University,Fuyang Anhui236037,China)

With the development of urbanization and industrialization,many problems are brought in to the society besides many profits,and the deterioration of the urban ecological environment becomes one of the problems people concern about.In this paper,taking Fuyang as an example,the present ecological environment of Fuyang and the environmental problems existing in the citywere analyzed,and the evaluation index system was constructed,selecting 21 indices to assess the ecological environment of Fuyang.Its weight is determined by analytic hierarchy process(AHP).Spatial distribution map of ecological environment evaluation grade in the city of Fuyang was determined by GIS spatial overlay analysis.The results show that:high quality and good area were distributed in Taihe,Linquan and most of Yingzhou District,accounting for 49.69%,the general area was mainly distributed in the Middle East of Fuyang City,accounting for 36.06%,the degraded area distribution in Yingshang and east of Yingdong District,accounting for 14.25%.

GIS;AHP;ecological environment;Fuyang

X826文献识别码：A

1004-4329（2017）04-015-06

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329（2017）04-015-06

2017-09-10

阜阳师范学院科学研究项目（2017FSSK06，2016FSSK07）；阜阳市规划课题（FSK2017042）资助。

赵 阳（1987－ ），男，硕士，助教，研究方向：GIS与RS及其应用。