基于模糊评价法的合肥城市生态健康动态评价

李婷婷 郑丽琳

(安徽财经大学， 安徽 蚌埠 233030)

基于模糊评价法的合肥城市生态健康动态评价

李婷婷 郑丽琳

(安徽财经大学， 安徽 蚌埠 233030)

社会经济高速发展的同时城市环境问题日益突出，合理的城市生态系统健康评价至关重要。从活力、组织结构、恢复力、服务功能和人群生活状况5个要素构建合肥城市生态系统健康评价体系，利用模糊数学评价法对合肥市2006 — 2014年的城市生态健康状况进行评价。结果表明：合肥市生态系统的“很健康”成分和“健康”成分之和大于0.5，说明其健康状况总体处于健康水平，但呈逐年下降趋势，主要表现在城市的组织结构不合理，服务功能不完善等。因此，合肥市在城市建设过程中仍然要重视生态系统健康建设，做到经济、社会和自然的协调发展。

模糊评价法； 城市生态系统； 健康评价； 合肥市

城市化建设过程中，人类活动对环境的影响和破坏已经导致了一系列的生态环境问题，城市生态系统健康面临着严峻的考验。因此，对城市生态健康进行合理有效的评价，对指导城市规划和可持续发展具有重要的理论和实践意义。

合肥市位于安徽省中部，长江、淮河之间，市区总面积为838.52 km2，总人口为769.6万人。合肥市作为省会城市、区域性经济中心和生态型城市，将在今后的长时间内保持经济高速发展，将成为全国的核心增长极和创新极，这一发展目标也给合肥市的生态系统带来巨大的压力。科学地评价合肥市生态系统的健康状况，对合肥市未来经济社会的可持续发展至关重要。采用模糊数学评价法对合肥市生态系统健康进行评价研究，探讨合肥市生态健康的发展趋势，评价2006 — 2014年合肥市城市生态健康状况。

1 城市生态系统健康的内涵和评价方法

1.1城市生态健康概念

生态系统健康研究始于20世纪80年代的北美。21世纪以来，我国开始重视对生态系统健康的研究。Rapport等人认为生态系统健康不仅仅要满足人类合理的生活需求，其自身也要有自我恢复和更新的能力。目前我国对城市生态结构的划分方法主要有:(1)分为自然、社会、经济3个子系统为研究对象的复合生态系统，这是我国大部分学者划分城市生态结构的方式；(2)分为城市居民或城市人群、城市环境系统2个部分，这种划分主要是突出城市人群或城市居民在城市生态结构中的重要性；(3)分为食物链结构、资源利用结构、生命与环境相互作用结构、要素空间组合结构、人口结构和经济结构[1-5]。

因此，城市生态系统是个自然、社会和经济系统的复合结构系统，具有合理的结构和完整高效的功能，也能够维持对人类的基本服务功能和保护人群的生活状况，使得人类的健康和社会经济健康不受伤害。

1.2城市生态健康评价方法

选择一种合理有效的评价方法才能使得生态系统的概念具有现实意义，常用的评价城市生态健康的方法有指标综述法、模糊综合评价法、综合指数评价法、神经网络模式识别法、物元可拓模型法和属性综合评价法。经济合作与开发组织(OECD)和联合国环境规划书(UNEP)将某个环境问题通过压力、状态和响应3个不同又相互联系的指标类型来表达，即PSR概念模型。史永亮等人运用该模型将城市生态分为社会、经济和环境3个子系统，从资源环境压力、资源环境状态和人文环境响应等方面选取指标，建立评价体系来评价大丰市的城市生态系统的健康水平[6-7]。陈克龙等人选择系统活力、组织力、恢复力、生态服务功能和人群健康状况构建城市健康评价指标体系，并运用模糊数学评价的方法对西宁市城市生态系统健康状况进行评价分析[8-12]。郭秀锐等人采用模糊评价模型，从活力、组织力、恢复力、生态系统服务功能和人群健康5个要素选取评价指标，将广州、上海、北京3个城市的生态系统健康状况进行了比较评价[13]，为广州城市生态规划提供可靠的研究依据。郁亚娟等人基于城市复合生态系统健康内涵，提出用距离指数和协调指数表征系统发展水平和协调状况，构建整合距离指数和协调指数的城市生态系统健康评价模型[14-15]。

2 合肥市生态系统健康评价

2.1评价指标和分级标准

每个城市都有自身的特点，依据指标选取的代表性、可行性、适应性和敏感性的原则并参考其他学者的研究成果，考虑到合肥市的实际生态现状和数据的可获得性，研究采用目前学术界普遍认可的活力、组织结构、恢复力、服务功能和人群生态状况5个要素来构建合肥市生态系统健康评价指标体系。其中，活力是指经济系统中活性、代谢和初级生产力；组织结构是指生态系统的多样性；恢复力是指生态系统自身的维持和恢复功能；服务功能是指生态系统为人类的生产和生活提供载体；人群生态状况是生态系统健康的反映。针对5个评价要素选出最具有代表性的、易通过统计资料整理得来的、能够分辨出不同评价区域的生态环境质量差异，并能够对城市生态健康做出合理评价的指标。通过查阅大量文献中评价指标很健康的状态值和中国生态城市的建议值将城市生态健康状况划分成5个等级：病态、不健康、亚健康、健康和很健康。城市生态系统健康评价指标体系和评价标准见表1。

2.2模糊评价模型

城市生态系统健康本身是个模糊的概念，目前尚未找到精确的分类标准。这种复杂而模糊的决策问题用传统而精确的数学方法是无法解决的，而模糊数学可以将客观世界中的不确定进行定量表达。城市生态系统健康状态具有标准界定的不确定性，很难硬性地描述成“健康”或者“不健康”，只能说城市生态系统具有某种程度的“健康”成分或者某种程度的“不健康”成分。目前我国有众多学者直接将模糊数学法应用于城市生态系统的健康评价。此次研究合肥市生态系统健康评价采用模糊数学的评价方法，首先是建立隶属函数，再利用主成分分析法确定各项具体指标的权重及所属元素的权重，最后利用模糊综合评判决策模型进行综合评价，并对其结果进行分析。

表1 城市生态系统健康评价指标体系和评价标准

2.2.1 确定评价因素权重集

在确认各个评价指标的权重时通常有多种方法，如熵权法、层次分析法和主成分分析法等。层次分析法在构造判断矩阵时具有一定的主观性。因此，运用主成分分析法对各项评价指标赋予所属评价要素的权重，避免人为的主观性。

2.2.2 隶属度函数的建立

令Rij为各项评价指标的实际值，rij为第k个指标层第i个指标j等级的隶属度值，其中i=1,2,3，…，m，m为所在指标层包含的指标个数，Xj为j等级的标准值，j=1,2,3，4,5。

(1) 对于正向指标(评价指标数值越大，健康程度越高)而言，隶属度函数为：

当Rij

当Rij>X1时，则ri5=1,ri1=ri2=ri3=ri4=0。

(2) 对于负向指标(评价指标数值越大，健康程度越低)而言，隶属度函数为：

当Rij>X1时,ri1=1,ri2=ri3=ri4=ri5=0；

当Rij

将每个评价指标的实际值代入隶属度函数中，得到隶属度矩阵P。

2.2.3 模糊综合评价决策

设计城市生态系统健康评价模型为：

H=A*B

式中：H—— 城市生态系统健康状况矩阵；

A—— 生态系统健康评价要素的全矩阵,A=(a1,a2,a3,a4,a5);

B—— 评价要素对各级评价标准隶属度矩阵。

=(b1,b2,…,bn)

式中：bj—— 城市生态系统各个标准级别的隶属度；

wi—— 各个评价指标评价第k个指标所赋予的权重。

3 评价结果与分析

3.1合肥市城市生态系统健康评价结果和趋势

通过查阅安徽统计年鉴、合肥统计年鉴和中国城市统计年鉴，获得合肥市2006 — 2014年城市生态健康评价指标的原始数据。应用SPSS统计软件对数据进行分析，经过方差最大化旋转后提取4个主成分，累计贡献率为87.738%，选取16个指标，根据所得的主成分因子得分，将系数矩阵归一化后确定权重，得到评价要素的权重集：

A=(a1,a2,a3,a4,a5)=(0.221,0.282,0.944,0.244,0.209)

合肥市2006 — 2014年各个评价要素的隶属度矩阵为(B2006— B2013省略)：

病态 不健康 亚健康 健康 很健康

再计算2006 — 2014年合肥市城市生态系统总体健康状况：

病态 不健康 亚健康 健康 很健康

陈克龙运用隶属度之和的概念来综合评价西宁市的城市生态系统健康状况，此次研究根据隶属度大小及隶属度之和的大小进行决策，采用最大隶属度的原则取得最终的评价结果[3]。从2006 — 2008年合肥市城市生态系统健康状况矩阵得出结论：2006 — 2012年合肥市的城市生态健康状况均为很健康，2013年有下滑的趋势。但是健康和很健康级别的隶属度之和大于0.5，即健康和很健康状况所占比重相对较大。

图1是2006 — 2014年合肥市生态系统健康状况图。整体上看，合肥市的生态系统基本上处于很健康和健康的状态。但是，处于很健康水平的隶属度总体处于下降趋势，尤其是2007年和2008年很健康水平的隶属度大于0.4，但是2013年开始生态系统处于很健康水平的隶属度小于0.3。与此同时，合肥市生态系统健康状况病态水平的隶属度处于上升趋势。2008 — 2012年病态水平的隶属度均小于0.15,2013年病态水平的隶属度大于0.2。因此，合肥市生态系统健康状况总体上处于下降趋势。

图1 2006 — 2014年合肥市生态系统健康状况

3.2.1 活力要素

2014年合肥市以人均GDP增长率9.5%的增幅成为全球增幅最高的城市，并在摩根大通与布鲁金斯研究所联合发布的2014年全球300个最大城市经济体中综合排名位次列榜单第20名。“合肥速度”跑赢全球城市，并且在发展潜力、民生普及、创新等多方面多次获得殊荣。2006 — 2014年合肥市生态系统活力要素评价见图2。总体上来看，合肥市生态系统活力要素处于上升趋势，这主要得益于经济结构的改革，转变经济发展方式，不仅仅带动了经济的发展，且经济发展逐渐走上了节约、节能、高效的道路。

3.2.2 组织结构要素

组织结构要素包括第三产业占GDP比重、市区人口密度、人口自然增长率、森林覆盖率和建成区绿化覆盖率。合肥市作为合芜蚌实验区的核心城市，是自主创新的“主舵手”。近年来，合肥市的高新技术产业产值大幅度提升，由于GDP增速大于第三产业产值的增速，因此，第三产业产值占GDP的比重在近年来呈现下降趋势。2006 — 2014年合肥市生态系统组织结构要素评价见图3。自2006年以来合肥市的组织结构要素处于病态水平的隶属度一直大于0.5，其生态系统的组织结构处于不健康的状态。造成这一状况的原因是城市经济的过快发展，城市人口增加，造成城市拥挤，人类活动占用大量的森林和绿化用地，自然环境遭到破坏，城市生态系统的多样性也遭到严重损坏。因此，合肥市开始重视生态建设，将进一步走好“生态棋”，将合肥建设成一个完整的生态框架、绿色廊道和系统化、网络化的绿地系统。

图2 2006 — 2014年合肥市生态系统活力要素评价

图3 2006 — 2014年合肥市生态系统组织结构要素评价

3.2.3 恢复力要素

在选取合肥市生态系统恢复力要素的评价指标时，仅仅取得2个评价指标，分别是城市生活污水处理率和工业固废综合利用率。合肥市将逐步淘汰落后产能和落后生产工艺，严格控制高污染、高耗能项目准入，承接转移项目必须符合国家产业政策和环保政策，不再审批向巢湖排放氮磷的项目，防止产业转移中的污染转移。在承接产业转移过程中，合肥市大力发展电子信息、汽车、机械设备、家电、新型材料、现代服务等产业。在未来的发展中，合肥市也特别注重循环经济和清洁生产，努力做到“增产不增污”。因此，合肥市这2项指标的值均大于90%，说明合肥市的环境废物处理的能力和物质循环利用率较高，其生态系统的维持和恢复能力较强。

图4 2006 — 2014年合肥市生态系统恢复力要素评价

3.2.4 服务功能要素

服务功能包括环境质量状况和生活便利程度2个方面。2006 — 2014年合肥市生态系统服务功能见图5。合肥市生态系统的服务功能要素的健康状况总体上良好，处于健康水平，健康水平隶属度之和均超过0.5。2013年的服务功能要素的隶属度相对较低，究其原因是空气质量差，污染比较严重，可能是在发展经济的同时忽略了环境的保护。近年来，合肥市开始重视环境保护，以“一尘两气三厂”为重点，开展大气污染防治，强化监管执法，关闭小作坊77家，处罚企业216家。并且加大了道路清扫水洗力度，重视城区环境质量保护，优化生活环境，提高居民生活便利度。

图5 2006 — 2014年合肥市生态系统服务功能要素评价

3.2.5 人群生活状况要素

人群生活状况要素主要体现在民生健康状况和城市居民的文化教育水平。十八大以来，合肥市委、市政府抓住发展机遇，着力加大惠民政策力度，居民生活质量进一步得到改善。在发展经济的同时，合肥市也积极加大教育投入，不断促进教育均衡发展。从图6看出，2006 — 2014年合肥市人群生活状况要素的病态水平、不健康水平和亚健康水平三者隶属度之和处于下降趋势，很健康水平和健康水平的隶属度之和处于上升趋势。因此，从整体上看，合肥市人群生活状况要素的健康状况趋于良好的趋势。究其主要原因是：经济的快速发展，生产力水平提高，人民收入水平提高，现代医疗设施和医疗水平的进步，人民和政府越来越重视文化教育建设，整个社会的经济水平提高。

图6 2006 — 2014年合肥市人群生活状况要素评价

4 结 语

2006 — 2014年合肥市生态系统基本处于健康水平，但是总体上看其健康状况呈下降趋势，尤其是在组织结构方面，人口增加，资源利用结构不合理，生态环境压力增大，导致城市生态系统中的组织结构要素的不合理；生态环境压力的增加同时也导致城市空气环境质量变差，不利于城市服务功能的发挥，这样长期发展下去不利于合肥市的可持续发展。因此，合肥市在今后的发展过程中要注重经济、社会和自然的协调发展。

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Abstract:With the rapid development of social economy, the urban environmental problems have become increasingly prominent, so a reasonable health assessment of urban ecosystem is essential. This paper constructs the health evaluation system of Hefei city′s urban ecosystem from the five elements of vitality, organizational structure, resilience, service function and population living condition, and evaluates the ecological health status of Hefei city from 2006 to 2014 with fuzzy mathematical evaluation method. The results show that the sum value of the "very healthy" and "healthy" components of the ecosystem in Hefei is greater than 0.5, indicating that the ecological health status of Hefei city was in the healthy level from 2006 to 2014, but tended to decline year by year, because of the unreasonable urban structure and the imperfect service function and so on. Therefore, Hefei city still needs to pay attention to the health construction of urban ecosystem, to achieve the harmonious development of economy, society and nature.

Keywords:fuzzy mathematics; urban ecosystem; health assessment; Hefei City

UrbanEcosystemHealthDynamicAssessmentinHefeiCityBasedonFuzzyMathematics

LI Tingting ZHENG Lilin

(Anhui University of Finance & Economics, Bengbu Anhui 233030, China)

X821

B

1673-1980(2017)05-0119-06

2017-05-12

2014年安徽省自然科学基金项目“城市生态系统健康评价研究 —— 基于生态热力学视角”(1408085QG142)；2016年安徽财经大学研究生科研创新基金项目“基于能值分析法的安徽省城市生态系统评价”(ACYC2016166)

李婷婷(1994 — ),女，安徽财经大学管理科学与工程学院2015级硕士研究生，研究方向为管理决策优化理论与方法。