基于GIS和АHP的安庆市2006—2016年城市生态环境动态评价研究

黎 慧，赵 阳，祝 凤

（阜阳师范学院历史文化与旅游学院，安徽阜阳236037）

生态环境是对人类生产生活有价值的水资源、土地资源、生物资源以及气候资源的数量与质量的总称，是一个复合的生态系统，关乎人类社会和经济健康发展。生态环境好与坏是经济社会发展需要关注的重要问题，充分了解并正确评价现有生态环境的状况，对区域生态环境发展状况的预测有重要作用，是拟定区域内经济发展计划的一项重要参考内容。城市生态环境评价因评价对象、评价指标、评价方法不同而有所差异，城市评价指标体系主要由经济、自然、社会这三方面构成[1]。城市生态环境评价多采用定性和定量两类分析方法，采用定量分析能减少定性分析的主观因素，层次分析法是城市生态环境评价研究中普遍的一种方法[2-3]。由于生态、社会过程的复杂性，定量分析生态环境质量变化的技术难度较大，所以选取的指标要有现实性、可比性[4]。

本文对安庆市2006年和2016年相关数据进行城市生态环境动态评价分析。安庆市位于安徽省西南部，属于长江中下游地区，是皖河入江区，西面与湖北省、南面与江西省接壤，西北部为大别山主峰。全市辖管六县三区，分别为怀宁县、望江县、太湖县、岳西县、潜山县、桐城市、迎江区、宜秀区、大观区。由于安庆市行政区划的变更，枞阳县不属于安庆市辖管范围内，所以为了数据具有可比性，数据的采集及分析处理都不包含枞阳县。截至2016年底全市总人口达529.3万，辖区面积15.329平方公里。安庆市地貌丰富多样，以低山丘陵为主，截至2016年底，山区面积占35.69%。

1 评价分析过程

（1）指标体系建立的方法与原则。层次分析法（АHP）是一种采用定性与定量相结合的决策分析法，是决策者利用模型进行量化处理解决问题的过程。АHP分析问题包括五个步骤：明确问题、建立层次结构模型、构造矩阵、层次单因子排序、层次结构总排序[5]。城市生态环境评价可以通过АHP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：科学性原则，选择的指标必须符合科学实际，要有可量化的科学基础；定性与定量结合的原则；可操作性原则，指标体系的选取需要现实、有可操作性，尽量根据现有的统计资料，选择有一定代表性的实用性和可操作性的指标；层次性原则，指标的选取要有一定的层次结构。

（2）评价指标构建。根据安庆市地域发展情况将建立层次结构模型，生态环境评价包括社会（B1）、经济（B2）、自然（B3）3个中间层及13个具体指标。数据来源于《安庆市2007统计年鉴》《安庆市2017统计年鉴》。指标的选取结合安庆市2006年及2016年的发展实际，由于时间的跨度较长，不同时期统计数据的内容存在较大差异，所以在选取指标时综合考虑数据的实际可用性，两年选取了相同的13个指标：财政医疗卫生支出、人口自然增长率、初中升学率、城镇化率、农村家庭人均可支出、财政教育可支出比、人均GDP、地区生产总值、财政收入、第二产业、第三产业、人均耕地面积、地形因子。

（3）构建判断矩阵。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，其对最终评价结果的影响就越大，权重之间不同分配，其结果也会存在差异，所以在权重的确定上要选择合理、科学的分配方法[6]。本文采用主观赋权法中的层次分析法和德尔菲法，并利用yaahp软件确定其权重构造。判断矩阵是АHP决策分析中至关重要的内容，它表示对于上一层次中的某个元素而言，是评定该层次中要素的相对重要程度。构造两两判断矩阵是将元素相对重要程度进行量化的过程，这里通过1～9的标度进行量化处理，判断其重要性[7]，其中1、3、5、7、9分别表示两个指标相比，一个指标相对于另一个指标的重要程度，2、4、6、8表示其中间值。以2016年社会（B1）6个指标为例：X1，…，X6分别表示财政医疗卫生支出比、人口自然增长率、初中升学率、城镇化率、农村家庭人均可支配收入、财政教育支出比，其判断矩阵如表1所示。

表1 2016年社会（B1）指标标判断矩阵

（4）层次单排序。根据前面得到的各个因子之间的重要程度关系，需要进行层次单排序，通过计算判断矩阵的特征值和特征向量，也就是要计算出每一个中间要素层下备选方案的权重值，即

Wi为特征向量，k值表示具体一列。

λmax为判断矩阵的最大特征根。

利用（1）式计算出社会（B1）6个指标特征向量，如表2所示。

表2 社会指标权重

下面对判断矩阵进行一致性检验，

其中，CR一致性检验比例，CI=（λmax-n)/（n-1），RI为平均随机一致性指标。通常情况下，一阶、二阶的判断矩阵具有完全一致性，二阶以上的矩阵CR＜0.1时，判断矩阵有较好的一致性，相反就会判定判断矩阵不一致，需对矩阵进行不断修改，直到一致为止。通过（1）～（3）式可以计算出表1判断矩阵的一致性比例为0.032 0，说明该矩阵具有一致性。

（5）层次总排序。通过上述方法计算出2006年、2016年每一个要素对于主因子的权重值，利用层次单排序，计算本层次所有的权重值（表3）。

表3 2006、2016年安庆市城市生态环境指标及权重

2 GIS可视化及分析处理

2.1 数据的标准化处理

由于原始的指标数据在数值的大小、形式、单位上都存在差别，不利于比较计算，为了消除不同数值单位、大小、形式的差别，需要对各指标原始数据进行标准化处理[8]。这里利用离差标准化、标准差标准化、方正切函数标准化来进行标准化处理，其中，I表示标准后的值，Xi表示要计算的原始数据的值，Xmax为这一指标数据中最大值，Xmin表示这一指标数据中最小值。I最大值为1，最小值为0。

2.2 GIS可视化处理

地理信息系统（GIS）是通过计算机的软件和硬件进行处理，以收集、储存、管理、检索、分析和描述物体在空间上的地理分布和与这个物体所具备的自身相关属性，АrcGIS可对多种空间数据进行编辑处理，其编辑器功能强大，且方便快捷，系统可根据与图形相关联的属性数据来制作专题图[9]。利用GIS将安庆市城市生态环境进行可视化处理，制作出安庆市城市等级分布图。先对每一个指标量化处理后的数据进行插值分析，得出每个指标的栅格图，再利用栅格计算器进行栅格图的叠加，即1,2,3,…,n)，其中，Ui表示各指标标准化处理的值；Wi表示各指标的权重。此时所得到图只是每个指标按照不同权重简单叠加的结果。为了更加直观地表达效果，分别对2006年、2016年的栅格图进行重分类，参照其各自年份栅格图的数值进行分类，制作出安庆市2006年、2016年城市生态等级分布图（图1、图2）。

图1 安庆市2006年城市环境评价等级图

图2 安庆市2016年城市环境评价等级图

2.3 评价分析

根据制作的专题地图，将安庆市城市生态环境分为4个等级，利用АrcGIS分别计算出每一个等级的面积及百分比，如表4所示。

表4 安庆市城市生态环境评价等级值

结合图1、图2、表4可以看出，2006年安庆市城市生态环境差异大，到了2016年差距逐渐缩小，总体上安庆市城市生态环境在不断改善，其中变化最大的是一般区和良好区。2006年一般区面积百分比达58.7%，主要是宿松县、望江县、太湖县、岳西县和潜山县部分地区，2016年一般区面积百分比为24.5%，主要为山区的岳西县；2006年良好区仅占16.4%，而到了2016年良好区占50.8%。

3 结论与建议

本文基于安庆市2006、2016年经济、社会、自然3个层次13个指标数据，利用层次分析法对城市生态环境进行动态评价分析，得到以下结论：

（1）从行政区划上来看，2006—2016年安庆市区、怀宁县、桐城市整体处于优质区且占比由原来的24.2%提高到24.5%，提高幅度较小，其中怀宁县较为明显。优质区有向西拓展的趋势，主要因为怀宁县于2015年开展了农村新型清洁工程，将农村纳入环卫系统的覆盖范围，整合城乡环卫，加大脏、乱、污治理投入，以河湖库沿线为重要治理范围，减少污染，恢复水质。其他区域生态坏境变化较小，主要因为这些地区发展较为均衡，地理位置较优越，基础设施相比其他县级地区而言较为完善，经济、社会文化较集中。安庆市充分利用“一江绕城、两山供城、三湖嵌城”的自然格局，加快城市绿地建设，提高城市生态环境质量。

（2）良好区与一般区在近十年的变化幅度最大，其中良好区提高了34.4%，一般区降低了34.2%。主要分布在宿松县、望江县、潜山县以及太湖县的东南部区域。宿松县、望江县、潜山县在2016年良好区明显增多，尤其是宿松县几乎都变成了良好区。究其原因，截至2015年年底新增了10个省级森林村和3个森林城镇。望江县、潜山县重视耕地保护和水利建设，是改善农业、农村生态环境的有力措施。太湖县采取“生态立县”的长远发展宗旨，依据自身的地质条件实行城湖一体、山水相结合的发展模式，大力发展具有本土特点的旅游业。

（3）相比较而言，退化区在近十年变化幅度较小，降低了0.5%，主要分布在岳西县、太湖县中部海拔较高的地区。岳西县生态环境一般区到优质区转化率太低，因此针对这些区域还需要进一步加强生态环境保护工作。

综合而言，近十年，安庆市生态环境总体在改善，优质区和良好区面积大幅度增加，一般区和退化区面积大幅度减少，而要实现安庆市的城市生态环境质量可持续发展，还需在以下方面多做工作：

（1）坚持创新，促进产业新体系的形成。经济是城市发展基础，良好的经济环境是城市环境的重要内容，实行产业转型升级，发展新兴产业、清洁产业，构建产业体系。根据各区县实际发展状态，结合其优势条件，建设各具特色的县域专业化园区。其中，桐城市两年的环境指数都是优，说明城市环境较优越，桐城市可以重点发展智能制造和节能环保产业；怀宁县着力发展新型材料和高级节能创新产业；太湖县和潜山县的旅游资源十分丰富，可以大力发展生态旅游业；宿松县人口基数大，可以重点发展电子信息、纺织服装等劳动力聚集型产业。

（2）完善垃圾分类、处理的相关规定及机制。我国是人口大国，资源消耗量大，产生的工农业垃圾、生活垃圾数也在不断增加。安庆市各县在2016年的城镇化水平远远低于全国范围内其他县市的平均水平，说明人口集中程度不高，人口分布十分分散，导致垃圾的收集处理难度加大，在农村、乡镇的生活垃圾就近处理污染环境、占用耕地，建立切实可行的垃圾收理、分类、处理机制，对改善农村地区的生态环境有非常大的益处，同时能有效减少环境污染。

（3）加强宣传指导，增强民众环境参与意识。提倡绿色消费，城市环境建设要靠全体民众的共同创造。当今经济发展迅速，人们生活水平不断提高，物质消费不断丰富，但是环境意识相对薄弱，尤其是一些农村、乡镇地区。强化宣传力度，大力普及环境知识从而增强民众的环境意识是当务之急的。

（4）加强水环境的治理保护。水环境作为城市自然、社会、生态环境的重要组成部分，对城市生态环境产生重要影响，优质的水环境能提供良好的生活。安庆市从属于长江流域，水系发达，水资源丰富，需要对长江流域的污染排入进行严格控制，加大水环境的治理和保护。