基于PSR 与熵值-TOPSIS 模型的京津冀城市群生态承载安全评价及协同发展研究

李丽红，张 敏，李洪燕，李 祯

（1.河北大学，河北 保定 071002；2.河北科技工程职业技术大学，河北 邢台 054035）

一、引言

近年来以首都为核心的京津冀城市群迅速发展，世界级城市群建设逐步推进。然而伴随着人口集中，城市的资源、生态压力也逐步增大，已经成为城市群进一步发展的桎梏。2018 年《中共中央国务院关于建立更加有效的区域协调发展新机制的意见》指出：以疏解北京非首都功能为“牛鼻子”推动京津冀协同发展，调整区域经济结构和空间结构，可见合理定位城市发展功能、提升城市承载力、保障生态安全对于城市群的协同发展意义重大。城市综合承载力是在一定时间尺度上，一个城市系统的资源、生态环境、基础设施、社会发展、经济发展等水平能够容纳的最大人口规模和活动强度[1]。目前京津冀城市群内各城市承载力并不均衡，一些城市面临人口、交通承载压力不断加大、生态功能弱化、生态安全严重威胁等问题，已严重影响到城市群整体的协同发展。基于此，科学评价京津冀城市群生态承载安全状况，定位承载优势与承载短板，加强城市群之间优势互补具有其现实紧迫性。

二、生态承载安全的研究现状

以往文献针对生态安全评价展开了广泛研究。评价主体上可分为土地生态安全评价、林业生态安全评价、湿地生态安全评价、矿区生态安全评价等，承载力与生态安全评价方法也在不断丰富，主要涉及PSR 模型[2]、模糊综合评价法[3]、改进熵值法[4]、DPSIR-EES 模型[5]、组合赋权法[6]等。承载力评价与生态安全在城市发展中的作用研究也日益受到重视，科学评价生态安全水平是关键。然而，生态安全在城市群协同发展方面的成果还较为少见，生态安全评价方法上很多研究采取主观赋权法确定指标权重，使得评价主观性较强，尚需要进一步完善评价体系，并且将综合考量承载力优势互补置于城市群范围的研究还比较少，这也为本研究提供了空间。

本文基于城市群内生态安全系统的构成与差异性，引入压力-状态-响应（PSR）模型，突破静态、单一方法的生态安全评价技术，进而运用熵值法和TOPSIS 方法评估京津冀城市群安全情况，分析影响生态承载安全的影响因素，基于区域比较优势与联动状况，探索城市群间承载优势互补的协同发展思路。

三、指标体系与模型构建

（一）基于PSR 模型指标体系的构建

京津冀城市群生态承载安全的评价涉及多个方面，包含当地的经济发展状况、人口、资源状况、空气质量、环境保护等。将选取的17 个指标分为压力、状态与响应三大类，指标体系如表1 所示：

表1 生态承载安全评价指标体系

（二）模型构建

本文选用熵值法与TOPSIS 相结合分析综合指数。具体步骤如下：

第二，计算各指标熵值并计算出权重：

第五，通过计算各方案与最优最劣方案的欧式距离，进行方案排序：

第六，计算各方案与理想方案的差距：

（三）生态承载安全状态等级的设定

根据以上步骤测度的指数，进行生态环境安全状态的划分，参考王磊等[7]及以往研究文献，划分为五个区间，见表2。

表2 生态承载安全状态划分标准

四、生态承载安全指数计算与分析

（一）数据来源

数据来源于2009-2019 年《中国城市统计年鉴》《河北经济年鉴》《天津统计年鉴》《北京统计年鉴》、2008-2018 年各市国民经济和社会发展统计公报与国家统计局中的国家数据等。

（二）生态环境压力指数

分析京津冀各地级市在2008-2018 年间在压力、状态、响应及总指数方面的变化情况：

由图1 可以看出，除北京与天津外其他市在2017 年均有较大变动。承德与张家口在11 年中生态环境压力一直处于高强度状态，尤其2017 年压力为最大，这年承德是13 市中压力指数最大的城市，为0.9483，张家口压力指数排名第二，为0.7992；其余年份两市的生态压力指数处于平稳状态。秦皇岛生态压力指数排第三，总体有缓慢增长的趋势，2017 年因第一产业与农业污染对生态环境的影响，造成压力骤增。北京、沧州、唐山与天津的生态环境压力指数类似，处于压力指数的中间阶段，其中4 市历年最低为天津市，且较为平稳；在2013-2018 年沧州生态环境压力指数排名第四，生态环境压力指数在逐年增长。

图1 各市生态环境压力指数变化趋势

廊坊、衡水与保定的生态环境压力指数相近，其中衡水整体增速最快，廊坊增速三市中最慢，衡水在2017 年压力指数位居13 市中第五位，生态环境压力较大。石家庄的生态环境压力指数波动较大，2008-2013 年较为稳定，2013-2014 年发生明显的下降，2014-2016 年压力又有所回升，2017 年发生激增，2018 年压力略微下降。邯郸的生态环境压力指数一直在13 市中属于最低的，但整体压力呈上升趋势，最低值在2014 年，为0.2819，最高值在2017 年，为0.3944，这与工业污染、农业污染与第一产业对环境造成的影响有关。邢台是继邯郸压力指数后2008-2016 年第二低的，在2017 年压力指数突增超过了天津、北京、石家庄、廊坊、保定成为第五位。

（三）生态环境状态指数

根据各市生态环境状态指数的变化趋势（如图2），从长期来看均体现出上升的走势，但增长幅度不尽相同。北京与天津发展最好，北京一直处于第一，天津在2017 年以外的年份一直排名第二，两市在2013年有明显的增长，2014 年有所下降，2015 年开始一直处于增长状态。唐山在2014 与2017 年以外的其他年份均处于第三的位置，2008-2013 年增速最快，2013-2015 年状态指数有所下降，2015 年以后又开始增长。秦皇岛的生态环境状态水平波动较大，2013-2014 年激增，2014 年状态指数排名超过天津成为第三名，2014-2015 年骤降，2015-2016 年增长，但是2016 年未超过2014 年，随后两年开始下降。廊坊、沧州、石家庄、北京与天津生态环境状态指数增长速度较快，廊坊在2017 年达到峰值为0.5107，排名第四；沧州在2017 年的增长是13 市中最多的，超过天津成为第二名，这与2017 年沧州人均地区生产总值激增有关，但在2018 年又急速回落。承德在2013 年存在明显的下降为历年最低0.1809，随后上升，在2017 年最高为0.411，2018 年有所回落。邯郸、保定、衡水与邢台整体增速较慢，其中邢台发展状态波动最大，2009、2015 与2017 年分别经历峰值，在2017 年发展状态最好指数为0.2202；衡水在四市中2017 年的增长值最大；邯郸2008-2012 年增速较快，2012-2018 年有下降趋势，但2018 年状态指数比2008 年大。张家口生态发展状态在前三年一直处于13 市中最低值，但其一直处于稳步增长状态，2018 年超过了邯郸、保定、衡水与邢台。

图2 各市生态环境状态指数变化趋势

（四）生态环境响应指数

生态环境响应指数方面（如图3），整体上看北京、唐山、沧州、张家口、邯郸等城市变动较大。北京的生态环境响应指数11 年间一直处于最高位，同时波动也较为明显，总体呈现下降趋势，在2010 与2014 分别达到峰值，2010 年最高为0.7853，2016 年达到谷底最低为0.6303，主要是科技支出占比下降明显。天津在11 年间响应指数排名第二，总体处于波动上升状态，但每年的指数值与北京有一定差距，2014年指数值最大为0.5033。唐山生态环境响应指数呈现倒“U”型，2012 年达到峰值为0.2659，该年科技投入最高。邢台生态环境响应指数波动很大呈“M”型，2008-2010 年上升达到第一个峰值，2010-2012年突减，2012 年最低值为0.1091，随后快速增长，在2015 年达到峰值，2015 年为11 年最高0.304，在13 市中当年排名第三，2015 年后又开始降低。衡水同时波动较大但整体呈略微上升趋势，2009-2012 年直线下降，在2012 年达谷底，也是13 市中该年最低，这年衡水整体的污染治理水平最低，2013 年激增但响应指数值略小于2009 年，该年污水处理水平与科技投入较高。沧州总体呈上升趋势同时波动较大，第一个峰值出现在2010 年，2016 年达到第二个峰值，是历年最高，该年在13 市中排名第三。

图3 各市生态环境响应指数变化趋势

石家庄生态环境响应指数整体呈缓慢下降趋势，2009 与2014 年有明显下降，2014 年为历年最低0.2084，2014-2016 年有较明显增长。廊坊在2016 年以前响应指数较为稳定，2016 年有明显增长，这与科技投入与公共交通发展水平提升有关，该年排名上升为第四，随后两年响应指数虽有回落但仍高于2016年以前的值，这得益于与第三产业的发展。2008-2015 年秦皇岛响应指数较为稳定，2016-2017 年有明显增长，这主要是由于科技投入占比的增加。邯郸响应指数最高值在2014 年，主要是科技的发展，随后响应指数开始下降。保定响应指数总体在缓慢上升，但波动性较大，2010 与2013 年分别达到峰值，2013年最高为0.1751，得益于公共交通的发展，2013 年以后指数较为平稳。张家口在2009 年达到峰值后迅速下降，随后波动中慢慢上升，2009 年工业污染治理水平、科技发展水平与第三产业产值有明显提升。承德在13 市排名中有7 年最低，但其总体趋势在波动中较快上升，承德十年间一直不断提升对生态环境的保护，但生态压力较大，排名靠后。

（五）生态承载安全评价综合指数

地区生态承载安全评价综合指数是由压力、状态、响应三者结合而形成。根据图4 计算划分的生态承载安全指数预警区间，可以发现：北京一直处于较安全阶段，且生态承载安全指数呈上升状态。在2008-2009 年间，天津处于较危险阶段，2011-2018 年处于预警阶段，总体呈上升阶段。河北省各市生态承载安全质量均较差且较为集中，均处于预警线以下的危险与较危险阶段，但整体各市的生态承载安全指数呈上升趋势。从图中可以看到，2017 年的沧州生态承载安全最接近预警线，是河北省11 年间生态承载安全评分最高的；处于危险状态的有：2008 年的衡水与邢台，2008-2009 年的保定，2008-2011 年的邯郸，2011 年的衡水，2011-2012 年的保定，2011-2013 年的邢台，2014 年的衡水，2015 年的保定，2016年的邯郸；其余年份河北省各市生态承载安全状态不容乐观。唐山总体生态承载安全指数在河北省较高，保定生态承载安全指数虽然在上升但在13 市中处于末端。

图4 各市生态承载安全指数变化趋势

四、对策建议

（一）加快经济结构转型，减少环境污染

由实证结果可知，人口密度与第一产业给生态环境带来的压力最高，工业三废的排放对水域、空气、土地的污染程度也最大。所以京津冀各城市在发展过程中，应重视对污染源的监控以及监管，严格把控三废排放和农药化肥的过度使用，降低工业污染和农药化肥的影响；可以通过增加就业的方式合理分布人口数量，缓解区域生态承载压力。与此同时，应尽快寻找经济结构转型的路径，大力发展第三产业。结合当地特色，发展特色文化产业和旅游产业，通过发展绿色产业、科技产业推进绿色产业体系建设，转化自然资源为经济收益，推进生态价值的实现。

（二）运用大数据技术，完善信息管理及监测机制

运用大数据、物联网等新技术，完善各市信息管理制度，完善跨区联防联控治理体系。以地面调查为主，遥感技术为辅，建设和完善环境监测网点，开展全面调查及空间区划，利用GIS 软件、GPS 定位及空间计量等技术，将大气、水资源、各类用地监测相衔接，完善京津冀城市群污染源、空气质量检测、河流断面等可视化数据平台，推进监测数据接口的对接，实时共享生态数据。建议成立专门的京津冀生态环境联合检测管理机构，负责跨区生态环境建设、数据的动态互通、监测评估生态环境治理效果。

（三）完善生态补偿机制，合理利用资源

完善京津冀城市群之间的生态补偿机制。根据各城市功能特点，生态建设为主的城市作为受偿主体，经济发展为主的城市作为补偿主体，依据生态产品的供给情况加强协商，推进横向生态补偿机制的完善。根据各区域生态建设投入与产出效果、主体发展功能等制定有差别的生态补偿标准，丰富现金补偿、科技补偿、政策补偿等不同方式，降低生态压力大的城市的环境压力，并通过生态补偿将压力转化为环境保护和建设的动力，奠定生态承载安全保护基础。在维护生态系统完整性与生态功能的前提下，合理开发利用生态资源。

（四）加强社会宣传力度，提高公众生态环境保护意识

增强公众的环境保护意识，鼓励公众参与生态环境的保护与治理，积极向公众宣传普及生态环境保护知识。加强公众参与的公开性与透明度，多渠道引导公众参与生态环境保护。设立生态保护宣传相关的公益岗位，增加环境保护区居民种田以外的环保收入，增加生态承载安全保障的积极性。逐步完善生态保护志愿者制度，引导更多的志愿者参与生态环境保护工作。