基于TOPSIS的我国城镇化与地质灾害耦合协调度分析

韩 笑，张 楠

(中国地质环境监测院，北京 100081)

基于TOPSIS的我国城镇化与地质灾害耦合协调度分析

韩 笑，张 楠

(中国地质环境监测院，北京 100081)

随着城镇化的不断发展，人类工程活动引发了一系列地质灾害，每年造成的人员伤亡和经济损失不容忽视。文章构建了城镇化与地质灾害系统指标体系，运用熵权-TOPSIS方法，利用耦合协调度公式对我国2000—2013年的城镇化-地质灾害数据进行分析，研究城镇化与地质灾害的耦合协调关系。研究发现，2003—2013年我国城镇化与地质灾害的协调发展状态逐渐改善，我国地质灾害防治工作取得了良好的成效。

TOPSIS；城镇化；地质灾害；耦合协调度

随着城镇化的不断发展，地质灾害每年造成的人员伤亡和经济损失不容忽视。城镇化与地质灾害之间存在着复杂的作用关系，两者之间不仅存在普遍认识的负向作用关系，还存在正向影响作用。

城镇化发展会引发地质灾害问题，且在部分地区随着发展速度的加快地质灾害会越来越严重。地质灾害不仅直接造成严重的人员伤亡及经济财产损失，同时也对城镇发展的基础设施、重大工程等产生破坏，从而对城镇的发展规模起到限制作用，对城镇化的可持续发展产生负面影响。但随着城镇化的发展，对地质灾害的认知水平提高，对地质灾害重视程度的加强，我国目前有能力采取各种措施，对地质灾害进行防控，进行地质灾害防治工作，以不断降低地质灾害所带来的危害，甚至通过地质灾害防治工作使得地质灾害变害为利。

因此，本文将城镇化与地质灾害两者的关系定义为耦合关系。利用TOPSIS方法以及耦合协调度公式，对城镇化与地质灾害的耦合协调关系进行分析，以评价两者耦合协调发展的趋势。

1 研究方法

TOPSIS 评价法，又称逼近理想排序法，是由 Hwang和 Yoon[1]于 1981 年提出的一种系统工程决策分析的常用方法。其核心思想是，最优方案应是与正理想方案距离最小、与负理想方案距离最大的方案。该方法具有对数据分布及样本量指标多少无严格限制、数学计算也不复杂、对原始数据的利用比较充分、信息损失比较少等优点，近年来广泛运用并发展。

计算步骤如下：

(1)构建评估矩阵。对要素层下N个时间序列(即2000—2013)选择M个评价指标进行综合评价。可得原始数据矩阵X={Xij}nxm。式中Xij为第i个评价对象的第j个评价指标的数值，i=1,2,…,n；j=1,2, …,m。

(2)矩阵标准化。在原始数据矩阵中分别找出每一列的最大值Xjmax和最小值Xjmin，然后对Xij进行标准化处理：

正指标：

负指标：

(3)熵权法确定指标权重。为求取各指标的权重，首先对标准化后的数据来计算指标信息熵Si，公式如下：

其中，

利用得到的熵值求指标权重：

(4)计算经济总量评价值。计算城镇化要素层下N个时间序列的实际指标值与理想解和负理想解的欧式距离：

即可求出城镇化综合评价值：

按此步骤，可计算出城镇化U和地质灾害G子目标层的综合评价值。

(5)计算耦合度。借鉴物理学中的容量耦合概念及容量耦合系数模型[2],则城镇化系统与地质灾害系统的耦合度函数可以表示为：

式中：C——耦合度值，C∈[0, 1]。

当C=1时，耦合度最大，达到良性共振耦合，系统将趋向新的有序结构；当C=0时，耦合度极小，系统之间处于无关状态且向无序发展；当C∈(0, 0.3]时，系统处于较低水平的耦合阶段；当C∈(0.3, 0.5]时，系统处于颉颃阶段；当C∈(0.5, 0.8]时，系统处于磨合阶段, 两者间开始良性耦合；当C∈(0.8, 1)时，系统处于高水平的耦合阶段[3～4]。当然, 由于政策及突变等因素的影响,系统有可能退化到以前的耦合阶段[5]。

(6)计算耦合协调度。耦合度反映的是城镇化和地质灾害系统之间协调的程度，而两个系统各自处于发展的高低水平，未能体现。耦合协调度则可以判别两个系统是在各自何种程度之下达到协调的，两个子系统可能都在发展水平较高时协调，也有可能都在发展水平较低时协调。

为此,构造城镇化与地质灾害耦合协调度函数,具体公式如下：

T=a×U+b×G

式中：D——耦合协调度；T——城市化与地质灾害系统综合评价指数，反映两者的整体协同效应或贡献；

a、b——待定系数，本文取a=b=0.5[6～7]。

对于耦合协调度的等级划分，目前有四类说[3～5]、八类说[8]和十类说[9～10]。本研究参考李苒等学者提出的八类法[7]：当D∈(0, 0.1]时，系统处于严重失调衰退类；当D∈(0.1, 0.3] 时，系统处于中度失调衰退类；当D∈(0.3, 0.4]时，系统处于轻度失调衰退类；当D∈(0.4,0.5]时，系统处于勉强协调发展类；当D∈(0.5,0.6]时，系统处于初级协调发展类；当D∈(0.6,0.7]时，系统处于中级协调发展类；当D∈(0.7,0.9]时，系统处于良好协调发展类；当D∈(0.9,1]时，系统处于优质协调发展类。

2 指标构建与数据来源

2.1 指标体系的构建

目前地质灾害研究领域与经济管理学结合得比较少，对地质灾害系统进行指标构建的也较多是从灾害风险性评价、地质灾害防治工程等方面。本文主要考虑的是人为因素引发的地质灾害，地质灾害的自然特征暂不作为考虑内容。

根据指标选择的目的性、系统性、可获取行、简洁性等原则，本研究从城镇化与地质灾害两个系统来构建包括目标层、要素层和指标层三个层次的指标体系。

城镇化体系包括：人口城镇化、经济城镇化、社会城镇化和空间城镇化四个要素层。具体的指标层为：人口密度、城市人口比重；人均GDP、第三产业所占比重、工业化水平；城市居民可支配收入、人均生活用水量、人均拥有道路、每万人拥有公车数、人均公园绿地；建设用地面积等共11个指标。

地质灾害体系包括：地质灾害发生情况、地质灾害损失和地质灾害防治三个素层。具体指标层为：地质灾害发生的次数(包含崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降灾害发生的次数)；地质灾害造成的人员伤亡和经济损失；地质灾害防治项目个数、防治资金共5个指标。

2.2 数据来源

本文从《中国统计年鉴》获取了2003—2013年我国城镇化与地质灾害系统所需的16个指标的数据(表1)。

随后对数据进行标准化，运用MATLAB软件，采用熵权法，确定城镇化与地质灾害指标体系的权重(表2)。

表1 2003—2013年全国城镇化与地质灾害系统数据

注：数据来源于2004—2014年《中国统计年鉴》

表2 城镇化与地质灾害指标体系及权重

注：“+”表示指标具有正效应，其值越大说明系统水平越高;“-”表示指标具有负效应，其值越大说明系统水平越低。

3 耦合协调度分析

运用MATLAB软件，采用TOPSIS研究方法和耦合协调度公式可得城镇化与地质灾害的协调发展状况。

3.1 总体评价值分析

通过对2003—2013年我国城镇化与地质灾害评价值的分析(表3、图1)，可以发现：

表3 2003—2013年我国城镇化与地质灾害评价值

(1)城镇化发展整体处于上升状态，但增速出现逐渐下降的趋势，从2003、2004年的年增长60%以上，到后来的2006、2007年30%以上，再到2009年以后的年增速20%以下。

(2)地质灾害系统指数则在波动中变化，呈现出多个倒U型组成的曲线。其中，2006年、2010年等年份的上升趋势明显，达到倒U型的峰值。

虽然地质灾害总体趋势受城镇化的影响，但也一直在波动，且波动的转折点又不对应具体的或者特殊的事件，因为地质灾害受自然因素和人为因素的共同影响，其发生具有不确定性。随着经济发展地质灾害逐渐加重，但当经济发展到一定程度后，地质灾害会得到一定控制。城镇化的发展带来了地质灾害问题的恶化，反之又损害着经济的可持续发展。如果听之任之，继续盲目追求城镇化的发展，忽略地质灾害问题或寄希望于以经济的增长来消除地质灾害带来的问题，则可能会进一步促使地质环境恶化，带来巨大的人员伤亡和经济损失，不利于城镇发展；积极减灾，加大对地质灾害防治的重视，合理制定城市发展规划、有计划以及适当地对地质环境进行开发，加强对地质环境的保护，才能降低地质灾害对资源、人类的危害。地质灾害能够引导人们通过自己的努力来主动防治、避免、减轻灾害损失的发生，还能够指导具体的各种减轻灾害损失的活动，来避免减灾活动中损失的扩大化。

图1 城镇化系统与灾害系统评价值动态变化图Fig.1 The trend of evaluation value of urbanization and geo-hazards system

3.2 耦合协调度分析

通过对2003—2013年我国城镇化与地质灾害协调发展状况的分析(表4)，可以发现：

(1)从耦合度来看，城镇化与地质灾害系统从2003年较低水平的耦合阶段发展到2013年的高水平耦合。其中，2007、2008以及2011三个年份两个系统间出现互相磨合的状态，其余年份均处不断上升趋势。

表4 2003—2013年我国城镇化与地质灾害协调发展状况

(2)从耦合协调度来看，城镇化与地质灾害系统之间的协调发展状态大致可以分为3个阶段：2003—2004年失调衰退状态、2005—2008年勉强或中等协调发展状态、2009—2013年良好协调发展状态。

总体上看，两系统逐渐朝着协调发展状态发展。其中，2006年和2010年较其他年份大幅上升。通过数据分析可以看出，2006年和2010年地质灾害发生数量位于11年间的前两位，但通过查阅资料发现这两年发生的地质灾害多是以中小型为主，加之防治资金的合理精准投入以及地质灾害防治项目所发挥的作用，使得这两年间无论人员伤亡还是经济损失情况环比均未出现大幅攀升。尤其在2009年，我国设立了地质灾害专项防治资金，两系统呈现出较好的协调状态，这个结果令人欣喜，说明我国地质灾害防治起到了一定效果。

4 结论

(1)我国城镇化水平呈逐年上升状态，而地质灾害由于受到人为、自然等因素的影响，具有一定的不确定性，系统水平呈波动发展趋势。

(2)我国城镇化与地质灾害系统之间经历了低水平的耦合到磨合再到高水平的耦合发展阶段，总体来看两系统逐渐朝着协调发展状态发展。

(3)随着国家对地质灾害防治的日益重视，防治投入不断加大、防治科技水平不断提升，我国基本能做到针对地质灾害的可防可控可预报，地质灾害防治取得一定成效。

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Analysis on coupling coordination degree between urbanization and geo-hazards in China based on TOPSIS

HAN Xiao， ZHANG Nan

(ChinaInstituteofGeo-EnvironmentalMonitoring,Beijing100081，China)

With the development of urbanization, human engineering activities trigger a series of geo-hazards, which cause a huge casualties and economic lose. This paper constructs the urbanization and the geo-hazards index system, using the TOPSIS method to analyze the coupling relationship between urbanization and geo-hazards based on data during 2003—2013. The study find that the coordinated relationship between urbanization and geo-hazards in China gradually improved during 2000—2013. The prevention and control of geo-hazards has achieved good results in China.

TOPSIS; urbanization; geo-hazards; coupling coordination degree

10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.02.25

2016-10-25;

2017-01-12

韩笑(1987-)，女，博士研究生，助理研究员，主要从事资源开发利用与环境管理工作。E-mail：hanx@mail.cigem.gov.cn

P642.2

A

1000-3665(2017)02-0167-05