长株潭城市群生命线系统安全性评价

胡 巍，李景保，王 建

湖南师范大学资源与环境科学学院，中国 长沙 410081)

合理完善的城市生命线系统是城市安全的重要标志，也是衡量一个城市社会经济发展、基础建设水平及生态安全的重要指标[1]．长株潭城市群位于湖南省东北部，是以长沙、株洲、湘潭三市为核心，3市沿湘江呈“品”字形分布，两两相距不足40 km，总面积2.8×104km2，2009年底人口1 325万人，GDP达5 606.7亿元，成为中南地区经济发达的城市群．然而，该地区人口的不断增长和经济的快速发展却造成了城市规模的急剧膨胀，城市安全隐患大为增多，其经济损失也明显增大．因此，研究长株潭城市群生命线系统的安全状态对预防自然灾害及其次生灾害、应对环境突发性事故、保证社会安定、建设 “两型社会”具有重大的意义．本文以2010年《湖南省统计年鉴》中的相关基础数据为依据，运用AHP和关联度分析法，对长沙、株洲和湘潭3个城市的生命线安全状况进行评价，为长株潭城市群制定城市安全和可持续发展规划提供理论依据．

1 生命线系统安全性评价方法

1.1 层次分析法权重确定及步骤

层次分析法是指将决策问题的有关元素分解成目标、准则、方案等层次，用一定的标度对人的主观判断进行客观量化，在此基础上进行定性和定量分析的一种决策方法．基本步骤如下[2-3]：

①构造判断矩阵，对于n个元素来说，得到两两比较判断矩阵u=(uij)n×n．其中uij表示因素i和因素j相对目标的重要值．uij的取值引用1～9及其倒数比较标度法来进行．于是构成判断矩阵P．

(1)

②计算判断矩阵每一行元素乘积Mi.

(2)

(3)

(4)

⑤计算判断矩阵的最大特征根.

CR=CI/RI,

(5)

(6)

式中：CR为判断矩阵的随机一致性比率；CI为判断矩阵一致性指标；RI为判断矩阵的平均随机一致性指标，RI值见(表1)．

表1 平均随机一致性指标

当CR<0.1时，判断矩阵具有满意的一致性，否则就要对其进行调整．

1.2 灰色关联度分析方法

关联度分析是分析系统中每一元素间相互关联程度或相似程度的方法，其基本思想是依据关联度对系统排次序，对事物的综合评判．在多数情况下是研究多对象的排序问题，即在各个评价对象之间排出优选顺序．在长株潭城市群生命线系统安全性评价过程中，各个子系统包含多种因素，哪些因素是重要的，哪些是次要的，不同城市间生命线系统的安全程度如何，将有必要作因素的关联分析．其计算思路如下[4-6]：

(1)选择参考数列V0k=(v01,v02,…,v0n)，k=1,2,…,n.式中V0k为第k个指标的最优值.

(4)计算关联度.由于安全性系统下指标的重要程度不同，所以关联度的计算采用权重乘以关联系数．计算公式为：R=(ri)1×m=(r1,r2,…,rm)=WE.

(5)关联度排序.基于关联度的大小，即根据长株潭城市群生命线安全性优劣的次序进行排序．

1.3 评价指标体系的建立

根据长株潭城市群生命线安全系统的实际情况，借鉴目前生命线系统安全性评价的相关成果[7]，遵循指标体系建立的原则，本文把研究对象分为系统层、子系统层和指标层3个层次．其中系统层为生命线系统安全性评价指标(U)；子系统层分为道路交通系统(U1)、源动力系统(U2)、给水排水系统(U3)、信息传播系统(U4)和生态环境系统(U5)[8]；指标层则具体反映了子系统层的多项指标，根据城市生命线系统的脆弱性与不稳定性特征，本研究将指标层确定为22项指标(表2)．

1.4 指标权重的确定

由于城市生命线系统的模糊性和复杂性，用精确的客观赋权法来确定权重，难度较大，最主要的是确定的权数有时与指标的实际重要程度相悖．有时若对该系统的分析不足，过分地相信客观定权的重要性，反而切断了权重系数主观性来源．为了保证确定的权重系数的客观性、公正性和科学性，采用层次分析法确定各级评价要素指标的权重系数子集[9-10]，利用(1)～(6)式可以得到各评价指标的权重(表2)．

表2 生命线系统安全性评价指标体系及权重

表中数据来源于2010年《湖南省统计年鉴》.

2 城市生命线系统安全性综合评价

2.1 权重的计算与指标的划分

由表2可以看出，子系统层和指标层中的评价因子满足一致性检验(CR<0.1)，权重分配较为合理，子系统层的权重向量U=(0.2，0.3，0.3，0.1，0.1)；指标层中的道路交通系统权重向量U1=(0.388 3，0.388 3，0.062 3，0.161 1)；源动力系统权重向量U2=(0.064 9，0.404 6，0.125 9，0.404 6)；给水排水系统权重向量U3=(0.030 5，0.264 9，0.107 1，0.264 9，0.067 7，0.264 9)；信息传播系统权重向量U4=(0.1，0.3，0.5，0.1)；生态环境系统权重向量U5=(0.396 7，0.396 7，0.116 4，0.090 2)．

按照上述22项指标对长株潭城市群城市生命线系统安全性的影响程度，结合长株潭城市群的实际状况，将生命线系统安全性评价指标分为3个等级：Ⅰ比较安全(>0.65)；Ⅱ基本安全(≤0.65且>0.35)；Ⅲ不安全(≤0.35)．

2.2 指标无量纲化处理及关联度分析

由于不同指标的计算单位和数量不同，不具有可比性．因此，在评价过程中就需要对数据进行无量纲化处理，以消除纲量的干扰．通过SPSS软件对上述指标层中的原始数据进行标准化处理，得到以下结果(表3)．

表3 长株潭城市群生命线系统评价数据标准化值

根据上述权重计算结果，并利用关联度的公式R=WET，运用mceGRAY软件计算子系统层各项指标的关联度即：RU1=(0.998 9, 0.722 3, 0.709 4);RU2=(1,0.955 9,0.952 6);RU3=(0.997 4, 0.954 4,0.940 6);RU4=(0.921 7, 0.636 0,0.627 8);RU5=(0.999 1, 0.939 8,0.944 8).

进一步可求得最高层次U的关联度：RU=(r1,r2,r3)=(0.999 8,0.637 4,0.616 9).

按RU中关联度的大小得到长株潭城市群生命线系统安全性评价的优劣次序结果(表4)．根据关联度分析结果和等级划分标准可知，长沙市安全性综合得分为0.999 8，接近最优值，属于比较安全的范围，株洲市和湘潭市综合得分分别是0.647 3和0.616 9，属于基本安全范围．

表4 关联度总排序

2.3 评价结果分析

从表4中可以看出，在2010年长株潭城市群生命线系统安全性综合评价中，长沙市总分排名第一，且在5项子系统中都位居第一，安全性的关联度都超过了0.92．其中给水排水系统安全性的关联度为0.997 4，这是因为在给水方面，长沙市加强水资源的节约和保护，大力推广节水技术，提高了公共供水系统能力，供水保证率达到90%，用水普及率达到100%，并在2009年1月1日起实施了《长沙市城市供水用水管理条例(修订案)》，对城市供水用水管理起到积极的推动作用；排水方面，长沙市城乡污水处理实现跨越，城市污水处理量和污水处理率分别由2008年的360 kt/日、35%上升到2010年的860 kt/日、65%，并积极实行工业污水工程处理和生活污水生物处理的办法．供气方面，长沙市天然气供气总量已超过0.8 km3，位居第一，但在冬春季节，经常会出现用气不足的现象，应重点加强气源的调运和轮流交错限时供应的措施，以保障居民的生活用气.供电方面，2009年启动的黑麋峰抽水蓄能电站，可迅速向长沙电网并网供电，成为长株潭地区的可靠应急电源，目前长沙市供电保障率达到了99.7%，有力地保障了工农业及人们日常的用电需求．道路交通方面，现阶段长沙市主要公共交通方式是公共汽车，长沙市现有公共汽车3 939辆，公交线路100条，公交运营线路总长度1 642.1 km，设置了1 400多个停靠站点[11]，为居民的出行带来了很大的便利．但是公交线路覆盖不均衡以及公交站场地不足问题仍然存在，建议借鉴各地经验和做法，整合现有公交企业和重复率高的线路，以保障公交系统的良好发展．在通信方面，固定电话和移动电话的普及率分别为33.29户/百人和96.98户/百人．在生态环境方面，由于长沙市加快城乡垃圾处理工作，市区垃圾处理率达100%，乡镇垃圾收集率达40%，其关联度也居3市第一．

株洲市是湖南省第二大城市和中部地区重要的区域中心城市．在生命线系统安全性评价中得分为0.637 4，位居第二，在给水排水、源动力、和道路交通方面位居第二，各项子系统指标比较均衡，体现了株洲城市综合竞争力作为中部非省会第一的优势．人均日生活用水量(379 L)和污水处理率(68%)排在3个城市的第一，在信息传播方面，株洲、湘潭与省会长沙差距明显，但随着长株潭通信一体化的实施和不断完善，三地之间的差距将会不断缩小．在排水方面，全年处理污水能力达到51.81 Mt，污水处理率达到68%，位列省内前茅；株洲市还建设湖南首家垃圾焚烧发电厂，日均处理垃圾1.5 kt，提高了城市的环境卫生水平．

湘潭市位于湖南中部偏东地区，湘江中下游，是全省人口和面积最小的省辖市．湘潭市综合得分是0.616 9，位居第三，人均拥有道路面积(13.55 m2) 高于省会长沙(13.43 m2)，在生态环境系统(0.944 8)中位居第二．在供水方面，有良好的综合生产能力，用水普及率接近100%；垃圾处理率达到了100%；在供气方面远低于长沙和株洲，用气普及率也只有85%，湘潭市的道路交通子系统关联度为0.709 4，排在第三位，湘潭公交线路营运里程是165 km，年客运量是6 278万人次，已基本解决群众出行难的问题，但是公交线路重复率达30%，空载率达40%．据此，湘潭市今后的发展应当大力加强公共交通管理体制，依法整治和规范客运市场，从整体上提高道路交通系统的安全水平．

3 结论

采用AHP和关联度分析法对长株潭城市群生命线系统的安全性进行了综合评价，研究结果表明：

(1)长沙市作为湖南省省会，长株潭城市群核心城市，具有一定的政策、经济优势，与生命线系统安全性的关联度最高，综合得分为0.999 8，5项子系统层得分都达到0.92以上，与预期的结果相符．株洲和湘潭临近省会长沙，具有良好的区位优势，得分分别为0.637 4和0.616 9，两者水平相差不大，与生命线系统安全性的关联度都在0.65以下，安全性较低，信息传播和道路交通方面安全状况严峻，亟需加强一系列有效可行的管理措施．

(2)AHP和关联度分析法的综合应用，可以较为准确地评价城市生命线系统的安全状况，具有较强的可操作性和可行性．AHP能够较准确地确定各项指标的权重，并能合理地划分层次，再运算计量方法得出合理权重．在通过关联度分析法对长株潭城市群生命线系统安全状况作出综合评价，评价结果与三市生命线系统安全状况基本相符．

(3)由于AHP和关联度分析法本身存在的一些不足，指标体系仍需进一步完善.评价生命线安全状况是多种因素共同作用的结果．关联度分析中应尽量划分评判标准，使每个城市的安全系数能够处在一个相对合理的范围之内，这也是今后亟待探讨的问题．

参考文献：

[1] 汪 锋,朱晓东,李杨帆.基于生态安全的城市生命线系统评价与优化[J].灾害学，2006,12(4):103-107.

[2] 杜 栋.现代综合评价方法与案例精选[M].北京:清华大学出版社,2008：12-21.

[3] 尹树美，李明玉.基于AHP的延边州城市化发展研究[J].湖南师范大学自然科学学报,2010，33(1)：86-90.

[4] 邓聚龙.灰色系统基本方法[M].武汉:华中科技大学版社,2005:74-82.

[5] 陈 菁，林忠弼，江 越，等.基于快速城市化的生态风险分析——以福建省为例[J].湖南师范大学自然科学学报，2011，34(1)：80-85.

[6] 刘细良，秦婷婷.低碳经济视角下的长株潭城市交通系统优化研究[J].经济地理,2010，30(7):1124-1128.

[7] 李德华.城市规划原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2001:346-350.

[8] 尤建新,陈桂香,陈 强.城市生命线系统的非工程防灾减灾[J].自然灾害学报，2006,15(5):195-199.

[9] 徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京:高等教育出版社,1994:350-371.

[10] 徐广才,康慕谊,贺丽娜,等.生态脆弱性及其研究进展[J].生态学报,2009,29(5):2578-2588.

[11] 朱晓春.对长沙市公共汽车交通发展问题的几点思考[J].湖南交通科技,2007,33(3):146-147.