京津沪渝生态安全评价指标体系的选择及其评价

伍 阳, 蒋加洪, 甘 欣

(1.四川景星环境科技有限公司, 成都 610037; 2.四川省环境保护科学研究院, 成都 610041)

·环境评价·

京津沪渝生态安全评价指标体系的选择及其评价

伍 阳1, 蒋加洪1, 甘 欣2

(1.四川景星环境科技有限公司, 成都 610037; 2.四川省环境保护科学研究院, 成都 610041)

以“结构力-发展力-恢复力”为基础，根据“自然-经济-社会”3个子系统将34个城市生态安全评价指标划分为9个二级指标，建立城市生态安全评价指标体系，并使用模糊数学综合评价法分析京津沪渝4个直辖市及其各子系统的生态安全等级。研究结果表明：除了重庆市的经济子系统、社会子系统以及天津市的社会子系统的安全等级属于较不安全外，各城市的其它子系统都属于临界安全范围；京津沪渝4个直辖市中，京津沪3个直辖市的城市生态安全状态属于临界安全等级，而重庆市的城市生态安全属于较不安全等级。4个直辖市的综合生态安全等级特征值排序由大到小依次为：北京、上海、天津、重庆。

城市生态安全、指标体系、模糊综合评价、京津沪渝

1 引 言

1989年，国际应用系统分析研究所(IASA)基于资源与环境安全的概念，提出生态安全[1]；1996年，100多个国家的200多万人签署《地球公约》，建立生态安全与可持续发展的相互协调机制，生态安全的概念得到普遍认可[2]。经过数十年的发展，世界各地城市化进程不断加快，部分国家或地区已建成超大城市，盲目、无序的城市化使城市生态系统遭到破坏，环境污染、城市热岛效应、交通拥堵等“城市病”日趋严重。因此，城市生态系统成为国内外学者的研究热点。

如何客观、定量评价城市生态系统，使其能够持续健康发展是当前城市生态学研究的热点和难点之一[3]。城市生态系统的复杂性使得人们对城市生态安全的内涵认识不足，其定量评价的指标体系与研究方法至今还没有形成共识[4]。在城市生态系统指标体系构建过程中，主要以压力、驱动力、状态、响应为基础，其中压力表征社会活动对城市生态系统造成的压力；驱动力表征社会活动或自然变化对城市生态系统的动力；状态表征生态环境现状及其变化的趋势；响应表征城市生态系统对压力所做出的反应[5]。

本文将城市生态系统划分为“自然-经济-社会”3个子系统，从子系统的结构力、发展力及恢复力等方面出发，建立城市生态安全评价指标体系，见图1。并采用模糊综合评价法对京、津、沪、渝四个直辖市的城市生态安全现状进行评价分析。

图1 城市生态系统安全评价指标体系Fig.1 the security index system of urban ecological system

2 研究方法

2.1 评价指标体系构建

城市生态系统有生产、生活和消费3大功能，这些功能的正常运行以一定的自然生态环境条件为保障。它是一个多层次、多因素的复杂系统，具有动态性、层级性、创造性、相关性以及脆弱积累性等五个生态学特征[6]。

2.1.1 评价指标体系构建

城市生态安全指标体系是一个复杂的系统，目前尚未形成统一共识。本文在构建城市生态系统指标体系时，将以往学者的研究成果划分为组织结构、恢复力、生态系统服务、管理的选择、资金的合理化、对相邻系统的危害及对人类健康的影响共7个方面[7]。本文以陶晓燕等人提出的城市生态安全“结构力-发展力-恢复力”为基础[8]，根据王云才等人对生态城市系统的定义[4]，将城市生态安全划分为“自然-经济-社会”3个子系统。本文在城市生态安全体系的指标选择时，将学者对城市生态安全指标体系的研究成果[3,5,9～11]归纳为9个2级指标和"自然-经济-社会"3个子系统。本文构建的城市生态安全指标体系如图1所示。

2.1.2 评价指标体系分级标准

目前，普遍认为将城市生态系统安全划分为安全、较安全、临界安全、较不安全及不安全5个等级[8,12]。以此为基础，陶晓燕等描述了城市生态系统各个等级特征，见表1所示[8]。

表1 城市生态系统分级特征表Tab.1 The hierarchical characteristics of urban ecological system

城市生态系统各类指标中，以国内外相关文献[13-14]中对生态城市的建议值或规划值作为安全级别的最优值，以全国最低值或国际公认的警戒线值为不安全的限定值；在前者基础上向下浮动20%作为较安全和临界安全的标准值，在后者基础上向下浮动20%作为较不安全和临界安全的标准值，前后2次确定的临界状态相互调整得到最终值，见表2所示。

2.2 模糊综合评价法

城市生态安全评价分为现状评价、未来的趋势分析及现在和未来的动态变化。安全与不安全是一对相对概念，故选择模糊综合评价模型作为城市生态系统安全的评价方法，以确定城市生态系统的安全性。利用模糊数学理论，城市生态系统安全等级的评价步骤如下：

(2)确定评语集，A=(A1,A2,…，Aj),(j=1,2,…,5)，该集合A={不安全,较不安全，临界安全，较安全，安全}，由低到高反映城市生态系统的安全程度。

(3)在评价因子集合和评语集之间建立评判矩阵R，rij表示评价因子集合中第i个因子(xi)对应于评语集中第j个评语(Aj)的相对隶属度。效益型因子相对隶属度由式(1)计算，

(1)

成本型因子相对隶属度由式(2)计算，

(2)

(4)确定权重分配向量W，W={w1,w2,…,w34}，wi表示第i个评价指标的权重。

(5)计算模糊综合评价指数

根据综合评价的基本原理，模糊综合评价指数如式(3)所示，

B=W·R

(3)

(6)得出评价结果

使用评分原则对城市生态系统的指标进行定量划分并加权求和，从而得到评价结论。通常城市生态系统安全的属性集A量化为A={A1,A2,…,A5}={1,3,5,8,9}。城市最终所处的生态安全等级特征值V用式(4)计算，

(4)

3 京津沪渝城市生态系统安全评价结果

3.1 数据来源

本研究采用京津沪渝4个直辖市2012年的数据进行城市生态安全现状评价，数据来源于2013年国家统计局发布的2013年统计数据，北京统计年鉴，上海统计年鉴，天津统计年鉴，以及重庆统计年鉴。

3.2 指标权重的确定

确定权重的方法主要有主观赋值法和客观赋值法两大类。主观赋值法主要根据评价者主观上对各指标的重视程度来决定指标的权重，人为因素影响较大，可能夸大或降低某些指标的作用，使得排序结果不能真实的反映事物间的实际关系。主观赋值法主要有德尔菲法、层次分析法等。客观赋值法，主要根据各指标间的相互关系或各项指标值的变异程度来确定权重，主要有主成分分析法、因子分析法、熵权法等[15-16]。把主观赋值法和客观赋值法结合起来，确定评价指标的权重能全面客观的反映各个指标的重要程度。本文将层次分析法和熵权法相结合进行加权求和来确定评价指标的权重，具体方法参见文献[17]。利用层次分析法和熵权法确定的各评价指标的权重，见表2。

表2 城市生态环境安全评价指标分级标准Tab.2 The grading standards of urban ecological security system evaluation

续表2

子系统城市生态系统指标不安全较不安全临界安全较安全安全指标权重单位GDP水耗(m3/万元)262.50203.13143.7584.3825.000.0224工业增长率(%)10.4014.0517.7021.3525.000.0224GDP增长率(%)10.0011.2512.5013.7515.000.0224固定资产投资占GDP比重(%)24.1028.0832.0536.0340.000.0224科研经费投入占GDP比重(%)0.991.371.752.122.500.0371万人专业技术人员数量(人)111.00158.25205.50252.75300.000.0371社会子系统城镇化水平(%)23.8032.8541.9050.9560.000.0371城市人口失业率(%)5.504.503.502.501.500.0197农民年人均纯收入(元)2048428665248762110000.0197城市居民恩格尔系数(%)59.0051.7544.5037.2530.000.0197万人高等学历人数(人)3607201080144018000.0197各级普通学校平均师生比(%)14.3416.3818.4220.4622.500.0487出生率(%)6.068.5411.0313.5115.990.0487死亡率(%)6.996.375.765.144.520.0288人口自然增长率(%)0.703.536.359.1812.000.0288人均期望寿命(岁)65.0068.7572.5076.2580.000.0288城镇居民人均住房面积(m2)20.2830.5940.9151.2261.530.0288人均拥有道路面积(m2)6.0011.5017.0022.5028.000.0201万人医生数(人)7.5018.1328.7539.3850.000.0201万人拥有医院床位数(床)10.0030.0050.0070.0090.000.0201万人拥有公交车数量(辆)1.265.459.6313.8218.000.0201

3.3 评价结果及讨论

基于城市生态安全评价指标体系及模糊综合评价方法，京津沪渝四个直辖市2012年各子系统生态安全等级如表3所示。

表3 2012年京津沪渝一级指标生态安全的模糊评价结果Tab.3 The results of fuzzy evaluation of the first grade index in Beijing, Tianjin, Shanghai, and Chongqing, in 2012

从表3可知，除了重庆市的经济子系统、社会子系统以及天津市的社会子系统的安全等级属于较不安全外，各城市的其它子系统都属于临界安全范围。4个直辖市中，重庆的自然子系统的安全等级特征值最大，而其经济子系统的安全等级特征值最低。重庆作为最年轻的直辖市，其经济发展与京津沪相比相对落后，且其受到经济发展过程中资源消耗或环境污染等相对较小，故其自然子系统是四个直辖市中最为安全的；天津是著名的国际港口城市，是环渤海经济圈的中心，是我国的近现代工业城市，拥有我国第四大工业基地。正常情况下，天津的社会子系统应与其发达的经济子系统相匹配，但其社会子系统特征值最低。这种现象可能是其与北京相邻的区位关系所造成，因为北京作为我国的行政中心，其城市生态安全的各项指标都处在较优水平。与其相据仅137km的天津，可能会共享北京的部分社会公共设施，使得其自身的指标相对偏低。

为了更直观地分析四个直辖市的城市生态安全性，计算得到各城市生态安全等级的概率，见图2所示。

图2 津京沪渝城市生态安全模糊评价结果Fig.2 The result of fuzzy synthetic evaluation of urban ecological security in Beijing, Tianjin, Shanghai, and Chongqing

由图2可知，京津沪渝4个直辖市中，京津沪3个直辖市的城市生态安全状态属于临界安全等级，而重庆市的城市生态安全属于较不安全等级。4个直辖市的综合生态安全等级特征值排序由大到小依次为：北京、上海、天津、重庆。

4 结 论

城市生态系统安全评价时解决城市生态安全问题的关键也是城市生态安全研究中的难点。本文研究得到如下结论，

(1)本文以“结构力-发展力-恢复力”为基础，根据“自然-经济-社会”3个子系统将34个城市生态系统安全评价指标划分为9个二级指标，建立城市生态安全评价的指标体系，并使用模糊数学综合评价法分析城市及各子系统的生态安全等级。

(2)根据所建立的城市生态安全评价指标体系，使用模糊综合评价法研究京津沪渝4个直辖市的城市生态安全，其结果表明，除了重庆市的经济子系统、社会子系统以及天津市的社会子系统的安全等级属于较不安全外，各城市的其它子系统都属于临界安全范围。

(3)采用模糊综合评价法研究4个直辖市的城市生态安全等级，其结果表明，北京、上海、天津的城市生态安全等级为较不安全。

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Selection and Assessment of Index System of Urban Ecological Security Evaluation ——A Case Study of Beijing, Tianjin, Shanghai and Chongqing city

WU Yang1, JIANG Jia-hong1, GAN Xin2

(1SichuanJing-xingEnvironmentalScience&TechnologyCo.,LtdSichuan,Chengdu610000,China; 2SichuanAcademyofEnvironmentalSciences,Chengdu610041,China)

Based on the structure force, development force, and restoring force, this article divided thirty-four evaluation index of urban ecological security into nine secondary indexes in accordance with three subsystems of nature, economy, and society in order to construct index system on urban ecological security evaluation, and analyzes ecological security level of four municipalities (Beijing, Tianjin, Shanghai, Chongqing) and their subsystems by the method of fuzzy synthetic evaluation. The research results indicate that all the subsystems of nature, economy, and society are in the critical security level except the social subsystem of Tianjin and the economic and social subsystem of Chongqing. The urban ecological systems of Beijing, Tianjin, and Shanghai are in critical security levels, while that of Chongqing is in the relative unsafe level. The sequence of urban ecological systems security is Beijing, Shanghai, Tianjin, and Chongqing.

Urban ecological security; indicator system; fuzzy comprehensive evaluation; Beijing-Tianjin-Shanghai-Chongqing

2016-11-07

伍 阳(1982-)，男，四川遂宁人，2008年毕业于四川农业大学环境工程专业，工程师，硕士研究生，主要从事环境影响评价、水污染控制研究。

甘 欣，350500375@qq.com。

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1001-3644(2017)01-0089-07