基于熵权物元模型的城市生态安全评价研究——以韶山市为例

彭 婕

(湖南师范大学，湖南 长沙 410081)

1 研究分析

1.1 确定待判物元

给定事物的名称M，它关于特征c的量值为v，那么它的三元有序组合R=(M,c,v)作为描述事物特征的基本元即物元。如果事物M有n个特征c1,c2,c3…cn和其对应的特征值v1,v2,v3…vn，则可以用矩阵表示为：

R是指待评生态安全等级，v1为C1关于等级R的量值，即待评物元的实测数据。

1.2 确定经典域

经典物元矩阵可表示R0j=(M0j,cn,vo),其中R0j为经典域物元，M0j表示城市生态安全划分为j个等级，若事物有n个特征值，则称为n维物元，即经典域，用矩阵表示如下：

R0j=(M0j,cn,v0)=

1.3 确定节域

城市生态安全的节域可表示为Rp=(Mp,cn,vp),其中Rp为节域，p为城市生态安全等级，vp为节域物元关于特征ci的量值范围(apn,bpn)，用矩阵表示为：

Rp=(Mp,cn,vp)=

1.4 确定关联度及隶属度

关联函数是指当某物元的取值为实轴上一点时，该物元符合要求的范围程度。关联度是用来描述某个待评事物的各指标对于各级评价等级的归属程度大小，其计算公式为:

(1)

其中，

(2)

(3)

在上述公式中，式(1)为第i项指标对于第j等级的关联度，ρ(Xi,V0ij)和ρ(Xi,Vpi)分别指点和经典域及之间的距离，为待评价物元的量值，则为经典域物元的量值范围，指节域物元的量值范围。待评对象关于等级j的综合关联度(X)为：

(4)

式(4)中，Kj(X)是待评对象X关于等级j的关联度,Kj(Xj)是指待评对象关于各个等级的关联度，是指各评价指标的全系数。

1.5 熵权法确定权重

目前对于确定指标权重的方法有主成分分析法、层次分析法、熵权法等。本文所采用熵权法确定指标权重，其原理是：某项指标的值变异程度越大，信息熵越小，该指标提供的信息量越大，相应权重越大，反之，权重越小。根据各项指标的变异程度，可以客观地计算出各指标的权重，为多指标综合评价提供依据。具体计算步骤如下。

(1)计算第j项指标下第i年的指标数值的比重

(2)计算第j项指标的熵值

(3)计算第j个指标的权重

1.6 综合关联度的计算

对于每个特征Ci,对应的权系数为ai,则综合关联度Kj(p0)为：

1.7 等级评定标准的确定

若Kj0=maxKj(p0)j∈{1,2,…,m}，则评定p0属于等级j0，若对一切j，Kj(R0)≤0，表示p0的安全等级不在安全等级之内，应舍去。

2 城市生态安全评价体系构建及评价经典域、节域的确定

2.1 城市生态安全评价体系构建

本文依据国内外学者对生态安全相关的研究，基于P-S-R(压力-状态-响应)模型，根据韶山市地区特点及数据的可得性，从生态系统、资源环境、人文社会等方面选取了20个指标，构建了韶山市生态安全评价指标体系，结合韶山市各指标量值，根据前文熵权计算方法确定各指标权重(表1)。

表1 城市生态安全评价指标体系

3 韶山市城市生态安全实证研究

3.1 研究区域概况与数据来源

韶山市位于湖南省中部偏东的湘中丘陵区，地理坐标为东经112°23′52″～112°38′13″、北纬27°51′40″～28°1′53″。位于湘乡、宁乡、湘潭交界处、距湘潭市40 km，距长沙市120 km。韶山市作为主席故里，红色旅游胜地，文化旅游产业发达，近年来随着工业发展，水质恶化、土地资源紧张、城市功能退化等问题日益出现。

本文原始数据主要来源于2011～2015年《湘潭市统计年鉴》、2011～2015年《韶山市国民经济和社会发展统计公报》以及韶山市发改、环保、国土部门等部门的相关资料。

3.2 结果分析

根据公式(1)～(4)计算可得各指标对应各等级的关联度及其城市生态安全级别。由于篇幅有限，现仅以2011年的c1指标(人口密度)为例，其他指标计算过程相同。将c1=509.96代入公式(1)，得出其不同评价等级的关联程度为：K1(x1)=-0.5538,K2(x2)=-0.4199,K3(x3)=-0.1713,K4(x4)=0.3997,K5(x5)=-0.2368，依据计算结果，可以判定该评价指标是属于L4，即属于“不安全”水平。重复上述操作，即可得评价体系内其他指标与各等级的关联程度。

由各项指标权重大小可以看出，影响韶山市生态安全的主要因素是人口密度，其次是人口自然增长率、人均耕地面积及森林覆盖率、建成区绿化覆盖率。

由城市生态安全综合关联度可知，2011～2015年，韶山市城市生态安全状况总体呈上升趋势，表明在此期间韶山市生态安全在不断优化。大致可分为三个阶段：①2011～2012年，韶山市生态安全状况处于下降阶段，由2011年的临界安全下降到2012年的不安全状态。②2012～2014年，韶山市生态安全状况逐年上升段，由2012年的不安全状态上升到2014年的安全状态。③2014～2015年，韶山市生态安全状态稳定在安全水平。

2011～2015年，韶山市经济保持了较稳健的增速，城市化工业化进程加快，人地矛盾凸显，人口压力、土地压力增加，2011～2012年韶山市生态安全水平下降。2012年之后，韶山市针对出现的问题，采取相应的措施，以韶山高新技术产业开发区为载体的高新技术产业发展迅速，科技支撑作用不断加强。在农田保护、植树造林等方面采取措施，节能降耗工作推进顺利，单位能耗、规模工业能耗、电耗、水耗、用地消耗等相关指标都有不同程度下降。人文响应及时促使韶山市生态安全上升并且稳定在安全状态。

4 结论与讨论

(1)本文基于P-S-R(压力-状态-响应)模型，从生态系统、资源环境、人文社会等方面选取了20个指标，构建了韶山市生态安全评价指标体系，采用熵权法对各指标赋权，然后运用物元模型对韶山市生态安全进行计算分析，得出韶山市2011～2015年生态安全变化趋势。结果表明：①2011～2012年，韶山市生态安全状况处于下降阶段。②2012～2014年，韶山市生态安全状况逐年上升段。③2014～2015年，韶山市生态安全状态稳定在安全水平。

(2)城市生态系统具有多样性、复杂性，城市生态安全状态是一个动态的变化过程。采用熵权物元模型对城市生态安全进行评价，不仅能对单个对象进行评价，而且能对多个对象进行对比分，还能评定单个评价指标的等级，判断事物所处的稳定状态。但是，目前对城市生态安全评价没有统一的评价体系和评价方法，评价指标的选取、经典域、节域的界定有待进一步研究和探讨。