新型城镇化背景下城市生态安全研究<br/>——以铜川市为例

新型城镇化背景下城市生态安全研究
——以铜川市为例

2023-02-18吴媛媛赵恬茵刘东东

再生资源与循环经济 2023年1期

吴媛媛，赵恬茵，刘东东

（1.西安航天宏图信息技术有限公司，陕西西安 710100；2.黔南民族师范学院，贵州都匀 558000；3.昆仑数智科技有限责任公司，陕西西安 710061）

近年来，随着生态保护红线划定工作的推进，我国对生态安全评价理论也更加重视，生态安全保障体系更加完善。生态安全作为国家安全的重要组成部分[1]，其核心要义是保证生态系统完整性和对经济社会可持续性发展的支撑功能[2]，是以人的可持续发展为目的，促进经济、社会和生态的统一。“新型城镇化”最早是伴随党的十六大“新型工业化”战略提出，是以人为核心的城镇化，相较于传统的城镇化中简单的城市人口比例增加和规模扩张，新型城镇化是围绕人的发展，实现产业优化、环境改善、社会保障、生产生活等方面进行可持续发展的转变[3-4]。预计2025年中国城镇化率将达到65.5%左右[5]，城市发展对自然资源和生态容量的过度占用将导致生态安全问题越演越烈。

铜川市作为煤炭资源型城市，具有高能耗、高污染以及低储备的特点，生态系统脆弱、不稳定，运用PSR模型分析生态安全状况，明确生态承载力、生态安全现状以及生态压力，为铜川市加强生态环境建设、维护生态安全和可持续发展具有重要意义。

1 研究区概况

铜川市位于陕西省中部、关中盆地和陕北高原的交接地带，处于东经108°35'～109°29'、北纬34°48'～35°34'，总面积3 884.81 km2，分为陕北和关中两个区划。境内多年平均降水在555.8～709.3 mm，河流均是源头或上游，流程短水量少。铜川市是陕西省内“两屏三带”生态安全战略格局中关中生态屏障的重要组成部分[6]，同时也是西北重要的能源建材基地，矿产资源开发和城镇化进程的双重作用，在促进铜川市经济增长的同时也给生态系统和生态安全带来了巨大挑战。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

研究数据主要来源于2018—2020年铜川市统计年鉴、铜川市环境质量报告书（2016—2020年）、铜川市国民经济和社会发展统计公报及铜川市统计年鉴等文献资料。

2.2 研究方法

2.2.1 方法概述

以生态安全、生态学及其评价的相关理论为基础，以铜川市生态系统为研究对象，采用压力—状态—响应模型（PSR），构建了包括4 层次、8 因素、29 个指标的城市生态安全评价指标体系（表1），其中目标层（A）主要反映铜川市生态安全整体状况；准则层（B）主要是将生态安全评价分解为压力、状态和响应3 个方向；要素层（C）主要是将准则层再分解；指标层（D）是最直接的源数据。

表1 铜川生态安全评价指标体系及权重

采取层次分析方法（AHP）确定权重，运用评价模型对铜川市2018—2020年生态环境进行了纵向量化分析，旨在研究铜川生态安全水平，为城市可持续发展提供科学依据。

2.2.2 基于PSR 模型的指标体系构建

PSR 模型能精确地反映生态系统中的自然、经济和社会三者之间的关系，为生态安全指标构造提供了一种逻辑基础[7-9]。PSR 模型中以压力、状态和响应3 个相互联系的指标来表达生态安全状况，其中：压力指标反映人类生活给环境造成的负荷；状态指标反映环境质量、自然资源与生态系统的状况；响应指标表征人类面临环境问题所采取的对策和措施。

铜川城市生态安全评价，基于PSR 模型，从城市自身发展特点、要求和关键性影响因素出发，选取压力、状态和响应3 方面的29 个指标，构建目标层、准则层、要素层和指标层4 个层次的城市生态安全评价指标体系。

2.2.3 指标权重确定

层次分析法（AHP，Analytic Hierarchy Process），是一种无结构的多准则决策方法，是定量与定性分析相结合的方法，将分析因素层次化和数量化，适用于结构复杂的情景中，具有高度的逻辑性、系统性、简洁性和实用性，被广泛地应用于多指标评价中[10-11]。

层次分析法包括建立层次结构模型、构造比较判别矩阵、单准则下层次排序及一致性检验、层次总排序及其一致性检验等4 个步骤[12]。

层次结构建立后，从第一个准则层开始，向下逐步确定各个因素相对于上一层因素的重要性权重。由aij构成的比较判断矩阵A=（aij），即：

具有特性：（1）aii=1，这是因为某事物重要性对本身而言是同等的；（2）aij=1/aij（互反性），（3）aij=aik/ajk（一致性）。

实际工作中，得到的判断矩阵不一定满足第（3）条一致性的性质，导致实际得到的特征向量及特征值和理论值出现差异。因此为了缩小特征值的理论值与实际值的差异，使偏差容许度在可接受范围内，需要进行一致性检验。一致性指标CI 计算公式如下：

CI 越大，表示判断矩阵的一致性越差，得到的权重向量也越不可靠；CI=0，则说明得到的权重向量最合理。同时由于矩阵维数越大，判断结果的一致性也越差，CI 值就会越大。为此，Saaty 提出采用随机性指标CR 进行判断。他构造了随机情况下最不一致的判断矩阵，即对判断矩阵中元素采取1/9、1/7、1/5、……、9、7、5 等随机赋值，并用充分大的子样得到最大特征值的平均值λm，定义平均随机一致性指标RI，RI 与矩阵的维数N 有关[13]（表2）。

表2 平均随机一致性指标

定义随机性指标：CR=CI/RI

只要CR<0.1 时，矩阵的不一致性可以接受，否则就是不可接受，必须重新给与权值，并进行一致性检验。

2.2.4 安全指数的计算

设Xi（i=1，2，3…）为评价指标i 的实际值，Si为指标i 的标准值，Pi为指标i 的不安全指数，且0≤Pi≤1。

对值越大越安全的指标，以安全值为标准值，即Xi≥Si时，Pi=0；Xi＜Si时，Pi=（1-Xi/Si）×100%。

对值越小越安全的指标，以不安全值为标准值，即Xi≥Si时，Pi=1；Xi＜Si时，Pi=Xi/Si×100%。

2.2.5 生态安全值的计算

通过不安全指数P 来表示城市总体（PA）、某个项目层（PB）或因素层（PC）的生态安全状况，计算如下：

城市总体生态不安全指数P 越大，表明城市的“生态安全度”越低，按照四级分级标准进行评价。

3 结果与分析

3.1 生态安全总体情况

2018—2020 年，铜川市的总体生态不安全指数PA计算结果分别为0.337、0.324 和0.323，依据表3 生态安全分级标准，铜川市的生态环境处于“较不安全”状态，但是总体生态不安全指数呈现逐渐下降的趋势，说明铜川市生态环境总体逐渐向好。

表3 生态安全分级标准

3.2 准则层分析

2018—2020 年，铜川市的生态环境压力（B1）、生态环境状态（B2）和人文环境响应（B3）这3 个准则层上的不安全指数都在“稍不安全”级别内，B1 和B3 的不安全指数都呈现下降的趋势，但B2 的不安全指数在2020年却有所上升（图1）。表明铜川市生态环境压力和人文环境响应方面的生态安全性逐年提高，但在生态环境状态方面的生态安全性波动较大。在城镇化的背景下，铜川市生态环境压力和人文环境响应安全性的提高，说明人类生活给环境造成的负荷减少，同时人类面临环境问题所采取的对策和措施有效发挥。

图1 铜川市2018—2020年准则层不安全指数

3.3 要素层分析

通过分析铜川市的人口压力（C1）、资源压力（C2）、社会经济发展压力（C3）、生态保护红线压力（C4）、资源质量（C5）、环境质量（C6）、教育科技能力（C7）和投入能力（C8）这8 个因素层上的不安全指数变化情况，可以看出，C1、C2、C3、C4、C5、C7 的变化趋势近似，都比较平稳，没有明显的升高或降低（图2）。C6 和C8 在2018—2020年的变化十分明显，但趋势却截然相反。

图2 铜川市2018—2020年要素层不安全指数

环境质量（C6）方面的不安全指数呈现先降后升的状态，这与主要污染物总量减排率（D22）、环境空气质量（D19）在这3年波动较大有密切关系。铜川市在2018—2020年间的投入能力（C8）方面的不安全指数持续降低，降幅高达22.9%。对比分析这3年的基础数据可以发现，铜川市在公共服务支出占GDP 比例（D26）、生活垃圾无害化处理率（D28）和废水处理率（D29）这3 方面并没有明显的增加，而在环保投资占GDP 比例（D27）则从2018年的1.1%增长至2020年的2.1%，增幅高达90.9%，这是投入能力方面安全性大幅提升的主要因素。

4 结论与建议

4.1 总体评价结论

基于现有数据，利用PSR 模型，构建了包括目标层、准则层、要素层和指标层4 个层次29 个指标，对铜川市新型城镇化背景下城市生态安全评价。研究表明：2018—2020年，铜川市生态安全指数总体呈现逐渐上升的趋势，生态环境压力和人文环境响应方面的生态安全性在逐年提高，充分说明了铜川市加大环保投资力度取得了明显的效果，但在生态环境状态方面的生态安全性没有明显的提升，这主要是由于人均灌溉农田不足、科教投入和公共服务支出占GDP 比例较小，同时水资源不足、环境污染治理也是影响铜川市生态安全指数的重要因素，这些不安全因素仍然威胁区域生态安全状况。