基于熵值法的区域可持续发展指数对比分析

韩建南 张静 张劲

摘 要：如何科学评估区域经济发展与生态环境相协调程度是实现区域可持续发展的前提。以武汉市和神农架林区两个区域为例，基于2009—2020年统计数据，利用熵值法和障碍度模型对社会、经济、环境三个维度的可持续发展水平和障碍因素进行对比分析。结果表明：2009—2020年武汉可持续发展综合评价指数呈现迅速的增长，在2018年进入较强可持续发展阶段，在2012年以后超过神农架林区，神农架林区整体上也表现为增长趋势，但增长幅度不明显，目前处于中等可持续发展阶段；社会子系统与经济子系统方面，武汉市高于神农架林区，环境子系统方面，神农架林区则远高于武汉市；农业的发展以及污染物的排放逐渐成为武汉市发展的障碍因子，而神农架林区则需要在经济及科技发展方面加强。研究结果可为区域可持续发展程度评价提供技术支撑。

关键词：熵值法；障碍度模型；可持续发展；武汉市；神农架林区

中图分类号：F062.2；X22                                      文獻标志码：A

0 引言

可持续发展是科学发展观的基本要求之一，最早出现于1980年国际自然保护同盟的《世界自然资源保护大纲》中，随后《我们的未来》《21世纪议程》等文件均对可持续发展的理论与实践制定了各种方案，2015年联合国建立可持续发展目标全球指标体系，包含17项可持续发展目标及169项具体目标来反映地区经济、社会、环境等方面的可持续发展能力[1-2]，可持续发展理念逐渐被作为评价各个国家、各个城市发展的重要标准。学者们在可持续发展方面的研究主要集中于对可持续发展指标体系和区域可持续发展水平的研究[3]，通过建立可持续发展指标体系进行时间或空间序列分析，评判地区可持续发展情况。黄志烨等[4]基于系统分解的框架对北京市可持续发展水平展开了评价。孙湛等[5]对京津冀地区13个城市的4类子系统的城市可持续发展能力进行分析评价。曾慧敏[6]对湖北省17个地市的人口、生活、经济、社会以及城市环境五个方面进行了评价。何嘉俊[7]依据联合国可持续发展指标体系对粤港澳大湾区进行可持续发展评价。权重的确定对于评价地区可持续发展极为重要，目前主要有专家咨询法、层次分析法、模糊数学评价法、主成分分析法和熵值法等[8-14]，其中专家咨询法、层次分析法及模糊数学评价法属于主观赋值法，容易受到人为因素的影响[3，12-13]；主成分分析法是通过指标在主成分上的最大载荷确定权重，在提取成分时一定程度上会造成数据的损失[14]；熵值法依据指标变异程度的大小来确定权重，是一种相对客观的评价方法，能够较为合理地评价不同指标权重。

本研究依据2021年湖北省地区GDP排行，选取排名第一和排名最后的两个地区——武汉市与神农架林区为研究对象，从社会、经济、环境等方面探究可持续发展能力及潜力。基于社会、经济、环境3个维度，利用熵值法确定各指标权重，构建了可持续发展评估指标体系，对两地区2009—2020年可持续发展水平进行研究，并剖析两地区在可持续发展进程中的差异及形成原因，为促进城市更协调、更高水平发展提供依据。

1 研究区概况

武汉市位于湖北省东部、长江与汉水交汇处，是长江经济带核心城市，属于特大城市，总面积8 569.15 km2，2020年常住人口1 108.1万，人口密度高。武汉是全国重要的工业基地，第二产业带动经济发展，2020年GDP为15 616.06亿元，经济发展水平高于省内其它城市。

神农架林区位于湖北省西部，总面积3 253 km2，2020年常住人口仅7.85万，人口稀少，森林覆盖率高。神农架林区是国家级自然保护区，经济发展主要以第三产业为主，2020年GDP为30.8亿元，省内经济排名落后于其他各地区。具体情况见表1。

2 研究方法

2.1 指标选取及权重确定

城市是由社会、经济、环境等方面的相互依赖、相互作用而构成的复杂生态系统，城市发展的评价体系构建也需以社会、经济、环境各方面发展为依据。根据指标体系的系统性、科学性、完备性、普适性与可比性的原则[3]，参考联合国可持续发展目标指标框架中符合国内地区发展的关键指标，并依据文献[5]、文献[16-23]有关城市可持续发展评价体系中社会、经济、环境指标选取的研究结果，结合区域实际情况，对接当前城市层面可持续建设的考核需求[15]，并考虑到数据的可获取性及完整性，构建了以社会、经济、环境3个准则层，25个指标的可持续发展评价体系（见表2）。该体系涵盖了社会科技水平和居民生活保障，经济发展的结构、质量及潜力，环境质量及地区自然资源量，从多方面反映不同规模城市可持续发展能力。

采用熵值法对武汉市和神农架林区的可持续发展水平的指标进行赋权，有效避免了人为主观的影响，更加客观合理。

2.2 基于熵值法的可持续发展指数评价

2.2.1 数据标准化Yij的处理

各项原始数据之间量级差异较大，难以比较，所以首先对数据进行标准化处理。不同类型的指标采取不同的处理，

式中：i表示年份，j表示指标项，Xij表示第i年第j项指标原始数据，max（Xij）、min（Xij）表示同一指标中的最大值和最小值。

2.2.2 可持续发展指数Rij的计算

指标比重Pij的计算。由于计算信息熵时需要取自然对数，指标值不能为0，将标准化处理后的数据进行偏移可解决标准化后数据含0问题，参考文献[3]、文献[24-26]，尽可能地将偏移数值选小[27]，取值为0.001。

2.2.3 可持续发展水平分级

考虑中国城市可持续发展现状，根据计算结果将城市综合可持续发展水平分为5个等级[28-29]（见表3）。

2.3 障碍度模型

引入障碍度模型分析各子系统发展存在的障碍[3]，找出主要的影响因素，采取针对性措施以提升地区可持续发展能力。

式中：Hij表示各指标障碍度；Wj为通过熵值法计算出的指标权重；Vj表示指标偏离度，用单项指标标准化值与1的差距表示。

3 数据来源

数据来源于《武汉市统计年鉴（2010—2021）》《神农架林区统计年鉴（2010—2021）》、2009—2020年湖北省环境质量公报、2009—2020年湖北专利统计快报以及湖北统计局等政府官方网站。对于部分缺失值，则采用插值法计算得出。年鉴中存在争议的数据以最新年份数据为准。

4 结果与讨论

4.1 可持续发展指数综合评价

基于可持续发展综合评估方法计算得到武汉市与神农架林区综合可持续发展指数，两地区可持续发展指数历年变化如图1所示。

可知，武汉市可持续发展指数仅在2020年有下降，其余各年份均保持稳定高速增长趋势，其中2009—2013年为较弱可持续发展阶段，2014—2017年为中等可持续发展阶段，2018—2020年为较强可持续发展阶段。自中部崛起战略实施以来，各地区发展均取得成效，武汉作为湖北省省会城市，经济社会基础较好，且在发展中处于优先地位[3]，2020年城市可持续发展综合评价水平比2009年翻了两番多，受新冠疫情影响，2020年可持续发展水平有所下降。神农架林区可持续发展指数整体呈波动上升趋势，2009—2014年属于较弱可持续发展阶段，2014—2020年上升至中等可持续发展阶段，但上升幅度不明显。神农架林区多数指标均向较好态势发展，环境状况较好，但人口居住分散且数量较少，同时贫困人口占比高，贫困程度深，经济基础薄弱，规模小，产业单一，农民增收渠道较窄，社会和经济发展较为困难。

2009—2020年武汉市与神农架林区的可持续发展指数呈“X”型趋势，2009—2012年，神农架林区可持续发展指数略高于武汉市，两地均处于较弱可持续发展阶段，2013年以后，武汉市可持续发展指数持续升高，超过神农架林区，2014年进入中等可持续发展阶段，2018年进入较强可持续发展阶段，与神农架林区的差距进一步拉大。神农架林区森林覆盖率达到90%以上，人口密度小，自然资源量丰富，污染排放量少，空气质量优越，生态环境质量处于领先地位，环境可持续发展水平高，而经济和社会可持续发展指数前期与武汉并未拉开差距，使得前期神农架林区综合可持续发展水平高于武汉，但后期武汉市经济和社会快速发展，推动综合可持续发展水平提高，与神农架林区的差距缩小并逐渐超越。

4.2 子系统可持续发展指数评价

武汉市与神农架林区子系统可持续发展指数变化如图2所示。

从时间序列上来看，武汉市在社会和经济子系统中，可持续发展指数整体表现為上升趋势，社会可持续发展指数较为明显，从2009年的0.084 7升至2020年的0.318 1，增长了2.75倍；经济可持续发展指数也接近翻了一番；在环境子系统中，呈现小幅度波动变化趋势，整体未有明显提升趋势。十二年间，政府统筹城乡发展，全面深化改革，调整产业结构，降低能耗，扩大内需，推动第三产业发展，GDP总额和人均收入不断提高，同时政府加大科技教育方面的投入，保障人口就业，促进民生福祉，不断提高居民生活质量，经济和社会可持续发展水平不断升高。同时，武汉政府加强对企业污染治理的监督，加大投入环境治理经费，开展“碧水工程”“蓝天保卫战”“三线一路”等措施，但随着武汉的发展，外来人口不断向武汉迁移，人均资源环境减少，为满足居民生活品质需求，加大商品生产和各项基础设施建设，导致污染物排放量增加，天气优良率较低，使得环境可持续发展水平提升不明显。

神农架林区社会和环境可持续发展水平整体上表现为增长趋势，但增长趋势不明显，2009—2012年社会可持续发展指数有明显下滑趋势。后期逐渐上升，仅有小幅度波动；经济可持续指数略有波动但整体处于稳定状态。社会方面，前期政府在技术保障方面的投入减少，科技和教育的经费支出比重有所下降，卫生技术人员数也略有减少，导致社会可持续发展水平降低，后期对科研教育卫生方面的投入略有加大，人均可支配收入水平逐年提高，社会可持续发展水平也有所提升。经济方面，神农架林区多数经济指标均呈现良好发展趋势，但由于财政增长率和GDP增长幅度在十二年间逐年下降，2020年甚至出现负增长，导致神农架林区经济发展水平未有提升。环境方面，神农架林区林深人少，污染物排放少，近年来入选世界地质公园和世界自然遗产、全国首批国家公园体制试点和生态文明示范区，在发展过程中始终坚持绿色发展，可持续发展指数逐年稳定提升。

从两地区横向对比来看，2009—2020年，武汉市社会与经济可持续发展指数均高于神农架林区，且随着时间的发展，差距越来越大。武汉市多项社会经济指标均高于神农架林区，经济和社会两子系统可持续发展水平不断增长，而神农架林区多为大山和密林，经济和社会发展较为困难，使得与武汉市经济和社会可持续发展水平差距逐年增大。但在环境子系统中，神农架林区环境状况远高于武汉市，最高为武汉市的4.62倍，神农架污染物排放少，人均自然资源量多，森林覆盖率高，空气污染物净化能力强，生态环境良好。

综上所述，可知武汉市社会和经济可持续发展水平较高，而神农架林区环境可持续发展指数较高，这与曾慧敏[6]研究结果一致。有研究表明规模大的城市，经济和社会可持续发展优于环境可持续发展；规模小的城市，环境可持续发展优于经济和社会可持续发展。张欢等[30]提出环境发展经济社会发展与资源环境发展存在一定的矛盾关系。孙晓等[21]同样认为城市规模越大，经济和社会指数越高，但规模越小的城市，生态环境质量越高。杨丰潞等[31]也提及经济社会发展程度高的城市生态环境质量较差。武汉市作为特大型城市，承载人口多，各类开发建设活动程度强，良好的基础与众多的人口带动城市快速发展，劳动力、资本及技术的聚集促使产业发展和经济繁荣，再加上在近年来的中部崛起战略规划中，政府出台各种倾斜性政策，促使武汉快速发展，但过强的人口聚集也使得自然资源利用强度大，生活污染排放物多且集中，工业生产同样也产生了大量废弃物，导致城市环境污染问题突出，生态环境脆弱。神农架林区森林覆盖率高，人口密度小，受地理环境阻隔，交通落后，道路蜿蜒曲折，同时通讯网络建设困难，卫生医疗保障覆盖率低，社会及经济基础差，快速发展存在困难，但人均自然资源较多，污染排放量少，空气质量优越，生态环境质量处于领先地位。

4.3 障碍度分析

在所有障碍指标中，选取可持续发展障碍度位列前六项的指标进行分析，前六项障碍度总和大都在0.6以上，对可持续发展障碍评价具有较好的代表性。障碍度指标及障碍度结果见表4、表5。

从障碍性指标综合排序来看，2009—2020年影响武汉市可持续发展水平的前六项指标为人均耕地面积（X20）、第一产业比率（X16）、森林覆盖率（X19）、万人有效发明专利拥有量（X2）、GDP （X13）、废水排放量（X21）。其中人均耕地面积（X20）位居第一位，对武汉可持续发展障碍度最大。影响神农架林区可持续发展水平的前六项指标为GDP （X13） 、万人有效发明专利拥有量（X2）、科学技术支出占本级财政支出比重（X3）、人均GDP （X12）、教育经费占本级财政支出比重（X4）、人均可支配收入（X11）。其中GDP（X13）位居第一位，对神农架林区可持续发展障碍度最大，2009—2020年科技和经济的发展制约着神农架林区的发展。

从时间变化来看，武汉2009—2020年万人有效发明专利拥有量（X2）、GDP （X13）障碍度逐渐下降，而人均耕地面积（X20） 、第一产业比率（X16）、森林覆盖率（X19）、废水排放量（X21）障碍度逐年增大，这表明科技和经济对武汉发展的制约逐渐减小，农业环境资源和污染物的排放制约日渐突出，政府应进一步加大节能减排力度。对于神农架林区而言，2009—2020年，GDP（X10）、万人有效发明专利拥有量（X2）、科学技术支出占本級财政支出比重（X3）、人均GDP（X9）一直是制约林区可持续发展的重要因素，说明未来神农架林区应加快经济发展以及加大对科技的投入。

5 结论与建议

2009—2020年，武汉市与神农架林区综合可持续发展水平均呈现上升趋势，但子系统可持续发展水平存在较大的差异。武汉市可持续发展综合水平高速稳步提升，2012年超越神农架林区，2018年进入较强可持续发展水平。作为特大城市，经济和社会发展投入较多，可持续发展水平显著提高，但环境可持续发展水平低，是武汉可持续发展的主要障碍。神农架林区综合可持续发展水平呈缓慢上升趋势，环境可持续发展水平较高，但经济基础薄弱，发展缓慢，居民社会生活保障水平较低，经济和社会的发展存在障碍，综合可持续发展水平从较弱发展阶段上升至中等阶段，仍有较大的提升空间。

在各地区的发展中，需坚持社会、经济、环境共同发展，建立绿色可持续的发展目标。类似于武汉的特大城市及大城市应加强在环境质量提升方面的投入，加强新型能源开发以提高资源利用效率，加大对工业企业污染治理的监督，严惩违法排污企业；加强对农业用地的保护，并积极向公众宣传环境保护，提倡使用节能设备及新能源设施，减少污染排放。神农架林区类型的小城市应积极发展地区经济与社会能力，利用自身环境优势，将绿水青山转化为金山银山，创建绿色旅游、文化产业、生态农业的多方向发展格局，提高经济发展能力，在民生保障和基础设施建设方面加大投入力度，坚持科学技术是第一生产力，以科学技术带动经济发展，同时加大人才引进力度，把人力资源转化为经济资源，促进地区更好更快地可持续发展。

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Abstract：Evaluating the degree of coordination between regional economic development and ecological environment through scientific methods is a crucial prerequisite for achieving sustainable regional development. Taking Wuhan City and Shennongjia Forestry District as case studies，we analyze and compare the sustainable development levels and obstacles in social，economic，and environmental dimensions based on statistical data from 2009 to 2020 by using the entropy method and the obstacle degree model. Our results suggest that from 2009 to 2020，Wuhans comprehensive evaluation index for sustainable development grew rapidly，indicating that Wuhan has surpassed Shennongjia after 2012，and entered a strong sustainable development phase from 2018. Shennongjia also shows an overall growth trend while lacking significant increase，and presently remains in a moderate sustainable development phase. In terms of the social and economic subsystems，Wuhan outperforms Shennongjia. However，in the environmental subsystem，Shennongjia presents a far better performance than Wuhan. Agricultural development and pollutant emissions gradually become obstacles for Wuhans development，while Shennongjia needs to enhance its economic and technological development. This study serves as a technical support for evaluating the degree of sustainable regional development.

Key words：entropy method；obstacle degree model；sustainable development；Wuhan City；Shennongjia Forestry District