基于熵权TOPSIS 模型的甘肃省资源环境承载力评价

何 严，刘淑英，王 平，吴生瑞

（甘肃农业大学 资源与环境学院，甘肃 兰州 730070）

承载力是描述限制区域经济社会发展程度的常用指标之一[1]，资源环境承载力是指在自然生态环境不受危害并维系生态系统相对稳定的前提下，一定时期内一个区域的资源禀赋和环境容量所能承载人类及其经济社会活动的最大规模，即能够承载工业化和城镇化发展的最大能力[2]。

资源环境承载力的研究，目前有国家方面的宏观研究，省、市的中观研究，区县的微观研究；平原海岸、山地、丘陵不同地域类型的研究，人口、矿山资源、土地、水、海洋、生态、经济社会不同对象的研究，研究方法包括模糊评价模型[3]、PS-DR-DP 理论模型[4]、生态足迹法[2]等。

甘肃省地处黄土高原、青藏高原和内蒙古高原交会处，是西北乃至全国重要的生态安全屏障，社会经济发展水平低，第一产业比重高，是典型欠发达地区。保护生态环境、增强环境安全、促进社会经济发展、提高资源环境承载力至关重要[1]。

对于甘肃省资源环境承载力的研究主要在河西走廊[6]、少数民族聚集地[5]等中微观尺度研究上，现实性差，近10 年资源环境承载力的研究较少，缺少将自然资源，环境安全、社会经济和人口等指标进行综合评价。因此本文从自然资源禀赋、生态环境安全、经济社会发展三个方面进行综合评价，以期为甘肃省社会经济生态可持续发展提供理论参考。

一、研究区概况

甘肃省占地面积42.59 万平方公里，截至2019年末，全省常住人口2 647.43 万人，城镇化率为48.49%，国民生产总值8 718.3 亿元，城镇居民人均可支配收入32 323 元，农村居民人均可支配收入9 629 元。主要包括陇东黄土高原、陇西黄土高原，陇南山区，河西走廊、祁连山地、甘南高原。海拔高低起伏较大，生态系统类型多样，但敏感性强且抗扰能力较差，属于典型的生态脆弱区。

二、数据来源与方法

（一）数据来源

研究数据主要来源于《甘肃发展年鉴》（2010—2019）、甘肃省水资源公报（2009—2018）、甘肃省14市（州）统计年鉴及公报等，个别缺失数据采用插值法计算获得。

（二）指标体系构建

资源环境的稳定性，建立在资源、环境、社会和经济之间平衡的基础上。本研究将资源环境承载力作为目标层，从自然资源禀赋、生态环境安全和社会经济发展三个方面作为准则层，根据甘肃省发展特征，最终选取31 个具体的指标，对甘肃省14 个市（州）的资源环境承载力进行评价研究。

表1 甘肃省资源环境承载力指标体系

（三）资源环境承载力指数分级标准

根据统计学原理，参考相关资料[9]，结合甘肃省现状，将资源环境承载力划分为三个等级。

表2 甘肃省资源环境承载力分级标准

（四）评价方法

熵权法是根据各项指标原始数据的离散程度，利用信息熵来确定指标权重的一种客观赋权，可有效规避人为主观因素的干扰，具有较高的可信度和精确度[7]。

1.数据标准化

式（1）和式（2）中，x'ij表示标准化后的指标，xij表示原数据，代表第i 个区域第j 个指标。

2.熵权法确定权重

（1）计算第j 项指标下第i 个样本占该指标的比重Pij：

（2）计算得到第j 个指标的熵值ej和冗余值dj：

（3）计算第j 项指标权重Wj：

3.TOPSIS 模型

（1）构造标准化的加权矩阵Z：

（2）确定正负理想解：

（3）计算距离：

（4）计算资源环境承载力（即评价与理想解的贴近程度）：

三、结果与分析

（一）自然资源承载力分析

由图1 可知，兰州市、临夏州、白银市、定西市、天水市、武威市、金昌市和平凉市的指数在0.16～0.25 之间，处于弱承载力，最低的为兰州市；嘉峪关市、庆阳市和陇南市的指数在0.25～0.40 之间，处于中等承载力；高承载力的为张掖市、酒泉市和甘南州。2014 年兰州市、天水市、平凉市、临夏州由弱承载力上升为中等承载力，金昌市、武威市承载力呈下降趋势，白银市、定西市有所上升，但仍为处于弱承载力。张掖市和酒泉市承载力指数由高承载力下降至中等承载力，甘南州保持不变。2018 年，白银市承载力有所下降，武威市和定西市承载力略微上升，仍处于弱承载力范围。金昌市由弱承载力上升至中等承载力，处于中等承载力的市（州）中兰州市和陇南市承载力有下降，其余均有小幅度上升。甘南州仍处于高承载力，但指数下降了0.028 9。

图1 2009—2018 年自然资源承载力动态变化图

分析得出，嘉峪关市10 年间承载力指数基本维持不变，酒泉市、张掖市呈下降趋势，其余市（州）均有不同幅度的上升。白银市、临夏州指数较低是由于该地区近些年来人口增多，经济发展速度加快，资源消耗加剧；张掖、酒泉地区指数下降是由于河西走廊地区发展是以资源和能源的大量消耗为代价的，致使该地区人口与资源、环境矛盾突出，资源过度消耗，因此随着其发展，2009 年之后自然环境承载力呈现下降趋势[6]。甘南州水资源比较丰富，自然资源条件好，承载力长期处于高承载力范围内。

（二）生态环境安全承载力分析

生态环境安全承载力指数变化由图2 可得，2009 年嘉峪关市生态环境承载力指数达到0.657 8，处于高承载力，兰州市、天水市、平凉市、金昌市、张掖市、庆阳市、定西市、陇南市和临夏州的承载力指数在0.23～0.31 之间，处于中等承载力；白银市、武威市、酒泉市和甘南州处于弱承载力，最低的市为白银市；2014 年处于弱承载力的是白银市、酒泉市、定西市、临夏州，其余市（州）处于中等承载力。2018年生态环境安全承载力嘉峪关市处于高承载力，武威市、平凉市、定西市、陇南市、临夏州处于弱承载力，其余8 个市（州）处于中等承载力。

图2 2009—2018 年生态环境安全承载力动态变化图

从生态环境安全承载力结果来看，2009—2018年除了嘉峪关市、金昌市和白银市外，其余9 个市（州）全部下降。其中，平凉市下降最大，下降了0.088 3，酒泉市下降程度最小，下降了0.003 3。承载力指数最低的为武威市，森林覆盖率为18.43%，城市绿化覆盖面积也不高，土地荒漠化严重，农业生产上单位耕地面积化肥负荷量达到24.91%，对生态环境造成不良影响。嘉峪关市城市化水平位居甘肃省首位，研究时间内自然灾害少，2018 年灾害指数为0，绿化覆盖率在2018 年达到40%，空气质量优良率达到94.6%。兰州市作为省会城市，近些年注重生态文明建设和城市发展相协调，推进清洁能源全覆盖，加强汽车尾气治理，促进工业污染治理等项目改善大气环境，2014 年后空气质量有了改善，使其生态环境安全承载力比前期有所提升。

（三）社会经济发展承载力分析

经济社会发展承载力动态变化由图3 可知，2009 年天水市、平凉市、庆阳市、陇南市、临夏州、甘南州和定西市处于弱承载水平，最低的是定西市；白银市、武威市、张掖市和酒泉市处于中等承载力，嘉峪关市、兰州市和金昌市处于高承载；2014 年白银市和武威市由中等承载力降至弱承载力，其余城市仍处于弱承载力；中等承载力的市（州）为张掖市和酒泉市；高承载力地区无变化；2018 年武威市上升为中等承载力，金昌市下降至中等承载力，其余市（州）承载力等级没变。

图3 2009—2018 年社会经济发展承载力动态变化图

从2009—2018 年10 年的变化程度来看，兰州市发展最好，2018 年综合承载力超过嘉峪关市，该年兰州市GDP 总值达到2 732.94 亿元。嘉峪关市承载力位居第二，呈现逐年下降趋势，虽然嘉峪关市2018 年GDP 仅为兰州市的10.96%，但由于城市建成区面积比例大，总人口少，非农人口比重高，因此从经济指标上来看人均各指标均排在甘肃省前列。河西走廊地区总体上除武威市外经济承载力指数相对较高，由于武威市人口多，人均资源少，两个县区古浪县和民勤县处沙漠边缘，生态环境非常脆弱，经济发展主要以第一产业为主，在科研投入方面科研经费仅占GDP 的0.48%，对当地的经济发展造成了极大阻碍，造成武威市承载力低。陇南地区GDP 总值最低，农村人均可支配收入仅为7 012 元，城镇化水平不高，仅为34%，经济发展受阻，使其承载力较低[5-10]。定西市生态脆弱，是国家重点经济扶持地区，自身发展能力差，以第一产业为主，其经济承载力是甘肃最低。

（四）甘肃省资源环境承载力分析

由资源、生态、社会经济三个子系统，得到资源环境综合承载力动态变化图（见图4）。2009 年，资源环境承载力由高到低排序依次为嘉峪关市、酒泉市、张掖市、兰州市、甘南州、金昌市、庆阳市、武威市、平凉市、陇南市、天水市、白银市、临夏州、定西市。其中，庆阳市、武威市、平凉市、陇南市、天水市、白银市、临夏州和定西市处于弱承载水平，其中最低的为定西市，兰州市、金昌市和甘南州处于中等承载水平，嘉峪关市、酒泉市和张掖市处于高承载力水平；2014 年资源环境综合承载力庆阳市上升到中等承载力，张掖市、酒泉市下降为中等承载力，金昌市上升为中等承载力，其他市（州）承载力水平没有发生变动。2018 年，庆阳市下降至弱承载力，其余市（州）承载力水平没有发生变动。

图4 2009—2018 年资源环境综合承载力动态变化图

从10 年分析结果来看，兰州市（含新区）资源环境承载力水平总体上呈现出上升趋势，兰州市作为省会城市，城镇化水平较高，经济发展水平处于甘肃省前列，在城市环境污染治理方面排名在甘肃省首位。嘉峪关市地区人口少，人均指标数值高，二、三产业为主，占98.67%，属于典型的工业型城市，使其承载力水平呈现基本稳定的状态。定西市资源承载力处于全省最低水平，是由于其产业发展格局很小，主要以第一产业为主，生产方式较为粗放，工业用水量高，生态环境用水量低，农业生产条件差，能源消耗大，万元GDP 电耗为2 017.85 千瓦时，森林覆盖率低等因素造成的。

四、结论

2009—2018 年甘肃省14 个市（州）近10 年的资源环境承载力变化情况：

（1）2009—2018 年甘肃省自然资源承载力指数总体呈平稳上升态势，其中，承载力最高的为甘南州，酒泉市、张掖市和嘉峪关市为中等承载力水平，白银市、武威市和定西市属于弱承载力水平。

（2）2009—2018 年甘肃省生态环境安全承载力指数处于中等承载力水平，除嘉峪关市承载力指数达到0.779 2 外，其余市（州）发展较均衡，指数均介于0.3～0.4 之间。

（3）2009—2018 年甘肃省社会经济发展承载力指数，相对其他2 个子系统环境承载力指数各地区差异显著，兰州市是定西市的7.46 倍，可以明显看出市（州）之间经济发展不均衡，金昌市、张掖市、酒泉市居中间，其余市（州）发展较差。

（4）2009—2018 年甘肃省综合资源环境承载力处于中等承载力水平，总体上呈上升趋势，以中低承载力为主，处于中低承载力的市（州）占71.43%，但地区间承载力指数差异较大，高中承载力指数之间存在明显差距，中低承载力指数差距较小，中部地区（除兰州市）资源环境承载力较差，河西走廊地区（除武威市）资源环境承载力水平较高。