基于DPSR和优劣解距离模型的城市生态安全评价——以广东省云浮市为例

曾灿，黄雨轩，李宇，杨琴

（1.湖南省人居环境学研究基地，湖南 衡阳 421002；2.衡阳师范学院 地理与旅游学院，湖南 衡阳 421002；3.生态环境部华南环境科学研究所，广东 广州 510655）

我国目前正处在城市化进程的快速发展期，经济后发型城市是我国城镇化水平提高的重要载体，人口、物质的快速流动容易引起大气、水环境污染等一系列生态环境问题[1-2]，“十三五”期间提出的“环境质量只能变好，不能变差”的总体目标，也让经济后发型城市必须走经济与环境协调发展的道路。因此经济后发型城市必须加强对城市生态系统的整体调控。近年来，从学术界到政府部门都十分关注城市生态安全问题，党的“十八大”指出在进行城市建设的过程中，要把生态环境保护放在重要位置，创造良好的城市生态环境；党的“十九大”更是明确生态文明建设的重要性，要求对三大产业结构进行调整，坚持和落实可持续发展观，平衡城市经济发展与生态环境保护的关系。

目前对于城市生态安全研究，国外学者研究起步较早、尺度较大，偏向于对全球或国家生态安全问题的探索[3-9]。国内学者对单个资源要素诸如土地、水资源对生态安全的影响关注较多，且研究对象多为城市化水平较高、经济发展较快的区域与城市[10-11]。从研究指标体系来看[12-14]，对指标的提取与评价主要采用的框架是联合国经济合作与发展机构提出的PSR（压力-状态-响应）模型框架，采用较多的有DPSR（驱动力-压力-状态-响应）模型框架，强调导致环境压力与状态变化的驱动作用，使得评价模型驱动力作用更直接、明显[15]。从研究方法上看，多采用熵权法、主观赋权法、层次分析法等，但这些评价方法单一且不够完整。综合来看，目前对大尺度地区以及单一资源要素的生态安全研究较多[16]，但对城市化发展较为缓慢且拥有多个资源要素的城市研究较少。由于城市生态安全评价是一种相对状态，而优劣解距离模型能够对不同评价对象状态相对优劣程度进行比较，是一种常见的多目标评价方法。基于此，本文在DPSR的基础上构建了城市生态安全评价指标体系，采用熵值法和优劣解距离模型，选取广东省经济后发型城市云浮市作为案例地来分析城市生态安全状况，以期为城市生态安全评价方法提供新方法和思路。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区域概况

云浮市（如图1）位于广东省中西部，依傍西江，面积为7 779 km2，辖区内自然资源较为丰富，森林覆盖率达到69.5%。受地形条件制约与行政制度变革等因素影响，云浮市的城镇化发展在广东省处于较低水平，2016年云浮市的城镇化水平为32.59%，远低于广东省平均城镇化水平。虽然目前云浮市城镇化水平不高，但由于社会经济发展的需要，目前也面临着空气环境质量、水资源开发利用、污水处理以及人地矛盾等问题。

图1 云浮市区位

1.2 数据来源与方法

本文获取了2011年—2016年《中国统计年鉴》《中国农村统计年鉴》《广东省环境状况通报》《广东省统计年鉴》《云浮市统计年鉴》中有关的统计数据及土地利用现状调查数据。运用SPSS软件对数据进行标准化，通过熵权法对评价指标进行赋权，采用优劣解距离模型法对云浮市生态安全进行评价。

2 城市安全评价指标体系构建及数据处理

2.1 评价指标体系构建

评价体系的选取与确定是城市安全评价的关键环节，本文参考国内外学者采用的研究体系，结合云浮市生态环境质量问题，从驱动力、压力、状态、响应四个系统，根据评价指标选取的客观性原则、一致性原则、可获得性原则、科学性原则，构建城市总人口、水资源开发利用强度等共28项评价指标（见表1）。指标分为正向、负向两类，其中驱动力（D）、压力（P）指标反映的是对城市生态安全的破坏，是负向影响；状态（S）、响应（R）指标反映的是对城市生态安全的提升与改善，是正向作用。

表1 云浮市城市生态安全评价指标体系

2.2 评价指标数据处理

为了消除城市生态安全评估中选择的指标之间的维度和数量级差异的影响，采用极差变换法进行标准化处理[17-18]，同时采用熵权法来确定云浮市城市生态安全评价指标权重。其计算步骤与公式为

（1）计算指标信息熵Hj：

式中：常数k与样本数m有关，令k=1 ln m，且k>0；Pij表示第j项指标下第i个样本值占该指标的比，Pij=XijΣmi=1Xij（假定当Pij=0时，Pijln Pij=0）。Hj表示计算第j个指标的熵值，一般情况，Hj越小，表明指标值差异程度越大，提供的信息量越多，在综合评价中所能起到的作用也越大，其权重也就越大。

（2）计算差异性系数G：

差异性系数G即为信息熵冗余，表示信息码符号的信息量大于该信息本身的信息量。

（3）计算指标权重Wj：

2.3 城市生态安全评价模型构建

优劣解距离模型（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）是一种接近于理想解的方法，是多个指标决策分析中一种常见的有效方法[19-21]。其基本原理是通过检测评价对象与最优解、最劣解的距离来进行排序，若评价对象最靠近最优解同时又最远离最劣解，则为最优；否则不为最优。其中最优解的各指标值都达到各评价指标的最优值，最劣解的各指标值都达到各评价指标的最差值。本文选用TOPSIS法从时间上纵向评价云浮市在2011年—2016年的相对安全状态，其计算步骤与评价标准为

（1）建立加权规范化矩阵V

式中，Wj表示第j个指标的权重，xij表示第i个样本的第j个指标的数值，n表示样本数，m表示指标数。

（2）确定正理想解V+和负理想解V－

（3）计算贴近度C

式中：C介于0到1之间，其值越大，表明第i年城市生态越安全。

2.4 城市安全水平评价标准

根据城市生态安全评价的要求和原则，结合云浮市的实际情况，咨询专家意见，将云浮市城市生态安全状况划分为不安全、较不安全、一般安全、较安全、安全五个评判等级（见表2）。

表2 城市生态安全评判标准

3 结果分析

3.1 压力和驱动力系统是影响城市生态安全的主要因素

利用熵权法式（1）～式（3）对评价指标进行赋权重（见表3），负向指标中的压力系统中的“二氧化硫排放量P4”指标权重为0.079 8，居所有评价指标权重第一位，说明工业发展产生的二氧化硫对城市生态安全的影响重大。驱动力系统下的“农业总产值D5”指标权重居所有评价指标权重第二位，权重为0.070 3，说明农业的快速发展对城市生态安也有很大的影响。第三位为驱动力系统下的“城市化水平D2”指标，权重为0.068 1；“工业总产值”、“氮氧化物排放量”、“污水集中处理率”等指标权重均超过了0.04。“城镇人均公共绿地面积”与“燃气普及率”所占权重分别不到0.02，相对其他指标而言对城市生态安全影响较小。总体说来，目前云浮市生态安全主要受压力和驱动力指标影响，状态、响应体系对城市生态安全的影响相对较弱。

表3 云浮市城市生态安全评价指标权重

3.2 压力、状态系统为城市安全提升提供保障

用优劣解距离模型对D-P-S-R四个子系统分别进行评价分析，结果表明各系统都有所提升，但压力、状态系统贴近度不断趋于理想解，为云浮市城市安全状态提升提供了保障（图2、表4）。从驱动力系统来看，云浮市GDP年均增长11.7%，人均地区生产总值29 352元，年均增长10.78%；规模以上工业增加值289.23亿元，年均增长22.5%；社会经济得到快速发展，驱动力状态先由2011年的0.448 6下降至2013年的0.360 3，2015年则提升到0.559 4。从压力系统来看，“十二五”期间云浮市积极开展重点企业的强制清洁生产，鼓励引导多家企业开展自愿清洁生产，污染减排工作得到有力开展，主要水环境污染物、大气污染物排放得到有效控制，达到相应的总量控制目标，2014年之后压力状态的安全状态程度大幅上升，由0.347 3提升至0.720 5，城市生态安全的压力不断变小趋于相对理想状态。

表4 云浮市2011年—2016年子系统生态安全状况结果

图2 云浮市2011年—2016年四大子系统生态安全变化趋势

“十二五”期间云浮市生态环境建设进一步提升，自然保护区、森林公园、湿地公园等保护区域建设也得到加强，自然保护区面积增加约5%，并建成多个湿地公园；随着城市公园以及绿道建设，建成区绿化覆盖率、城镇人均公共绿地面积也得到提升；水土流失治理投入加大，加强对重点水土流失地区和生态脆弱河湖的综合治理。从状态系统来看，呈现降低、升高、降低、升高波动变化的过程，贴近度由2011年的0.382 2提升至2016年的0.682 3。从响应系统来看，变化趋势较为平缓，且2011年就已达到一般安全水平。

3.3 城市生态安全状况整体呈上升趋势

运用优劣解距离模型式（4）～式（6）对云浮市进行城市生态安全评价，结果显示云浮市城市生态安全状况整体呈上升趋势（如图3），贴近度由2011年的0.399 9提升至2016年的0.629 0，城市生态安全状况由2011年的较不安全提升至2016年的一般安全。2011年—2014年云浮市生态安全状况整体不佳，都处于较不安全水平；2014年—2016年云浮市生态安全水平有较大水平的提升，2015年进入一般安全水平。这与“十二五”期末云浮市大力优化产业以及“气十条”实施有直接关联，三次产业增加值比例由2011年的24.8∶44.4∶30.8调整到2015年的21.1∶43.7∶35.2，第一产业占比降低3.7个百分点，第二产业占比降低0.7个百分点，第三产业占比提升4.4个百分点。

图3 云浮市2011年—2016年城市生态安全动态变化趋势

4 结论与措施建议

通过运用DPSR评价模型构建生态安全评价指标体系，采用优劣解距离模型对经济后发型城市云浮市2011年—2016年生态安全状况进行评价，研究结果表明：（1）二氧化硫排放量、农业总产值、城市化水平赋权较大，对云浮市生态安全起重要作用。（2）驱动力、压力、状态、响应四个子系统的变化趋势有较大区别，压力与状态系统为城市生态安全水平提升提供重要保障。（3）云浮市生态安全状况整体呈上升趋势，2016年达一般安全水平，距安全水平还有较大差距。针对云浮市城市生态安全问题，提出建议：

（1）将生态优势转化为产业优势。立足绿色产业发展，坚持差异化发展战略。加快“西江药谷”规划建设，建成粤港澳大湾区优质农产品、生态产品供应的重要战略枢纽。立足“一区”、融入“一核”、协同“一带”，以把云浮打造成为大湾区生态的“涵养地”、产业转移的“承载地”、科技成果的“转化地”、农副产业的“供给地”、湾区物流的“配送地”、旅游休闲的“目的地”为目标，以绿色生态优势促城市实现高质量发展。

（2）加快传统优势企业绿色化改造。巩固和完善云浮市硫化工、不锈钢、电力三大传统产业，调整优化石材、水泥、纺织等行业，对石材、水泥等排放污染气体的行业提出严格的空气污染控制要求，控制二氧化硫和氮气等污染物的排放量，加大锅炉整治力度，推进锅炉废气污染综合治理，确保工业废气无污染排放，鼓励并出台一定的政策支持企业使用高效环保工业锅炉燃烧技术。

（3）建立健全生态环境法律体系。以中央环保督察为契机，严格落实环境保护“党政同责、一岗双责”的要求，盯住中央高度关注、群众反映强烈、社会影响恶劣的环境问题，逐项梳理、核查、整改，着力完善生态环保工作长效机制，深化行政审批制度改革，大力推行权力清单、责任清单、负面清单制度并实行动态管理。强化生态环境保护，制定生态环境保护规划，构筑覆盖全市的“源头严防、过程严管、后果严惩”的环境监管体系，完善并严格实行环境信息公开、环境影响评价和污染物排放总量控制制度，针对云浮市石材加工行业，制定对应的污染防治管理办法和防治技术指南。