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基于熵权-灰色关联分析法的资源环境承载力评价

2021-02-18高梦凡

科学与生活 2021年30期
关键词:熵权法

摘要:資源环境承载力是评价地区可持续发展状况和国土空间规划的重要依据。以熵权-灰色关联分析法相结合对苏州市6个市(区)2009~2017年间的资源环境承载力进行评价,分析了苏州市资源环境承载的整体状况、区域内部差异及资源、环境、社会经济承载力三者之间的关联度。结果表明,吴江区和太仓市的资源环境承载力出现下降,其他4个市(区)均为上升趋势,资源、环境、社会经济承载力的关联度在0.7左右,对资源环境承载力影响较大的几个因素为:人均耕地面积、污水处理率和人均道路面积等。因此,建议政府保护耕地,集约节约利用土地资源,追求质量效益性的增长方式,加强环境监管措施,改善公共交通设施,道路的修建和当地人口增长相适应避免交通拥堵等问题。

关键词:资源环境承载力;灰色关联分析法;熵权法;协调可持续发展

资源环境承载力一般是指在自然环境和生态系统不受危害的前提下,一定地区资源条件和环境条件下所能承载的最大人口数量和经济规模。在过去的几十年里,城镇化促进了中国社会和经济的迅猛发展,但与此同时,环境问题日益突出,对人类社会的可持续发展构成了威胁。经济发展不能超过环境保护的最大限度,国土空间规划和三区三线的划定也将资源环境承载力作为重要基础,在此背景下资源环境承载力研究受到了学界广泛关注。任建兰等利用层次分析法、多目标规划评价预测模型对黄河三角洲高效生态经济区资源环境综合承载力进行了研究[1];樊杰等创建了资源环境承载能力预警的理论模型,对全国资源环境承载能力预警的基点和技术方法进展进行了研究[2];牛方曲等构建了产业、人口、经济、资源、环境综合分析框架,将资源环境承载力评价方法应用在西藏产业结构调整中[3]。总的来看,目前该类研究尚未形成统一的方法体系[4],迫切需要不断发展完善,为区域可持续发展和国土空间规划提供科学依据。

权重确定是资源环境承载力评价的关键过程。目前确定权重系数较为广泛的方法是层次分析法和德尔菲法,它们具有定性与定量相结合的特点[5]。但由于这些方法的主观性较强,使其研究结果一直存在着争议。熵值法为客观赋值法,各指标权重由实际原始数据最终得出,旨在使评价结果更加客观,并且有利于发现各个区域发展过程中的趋势变化情况。例如,邹荟霞等以熵权法确定指标权重,对山东省的资源环境承载力进行了评估,并探讨了区域资源环境承载力的内部差异;杨亮洁等采用熵权法确定权重,对甘肃省14个市州2004—2013年的综合承载力和资源、环境、社会、经济4个子系统内部承载力水平进行了剖析。然而,熵权法不易直接看出资源、环境和社会经济之间的关系,地区的资源环境承载力的提高需要的是三者的协调发展,本文引入灰色关联分析法来进一步分析资源、环境、社会经济承载力之间的关联度。灰色关联分析法具有数学处理较为简单且能使用样本所提供的全部信息的优点,和熵权法结合能够避免往常采用均权处理方法时虽然客观,但是容易忽略样本的一些重要信息的问题。李国良等在模拟区域雨水资源开发利用潜力综合评价中将熵值理论引入到灰色关联分析模型中,发现这样能够有效提高灰色关联分析模型的评价精度。

苏州市是我国快速城市化区域的典型代表,近几十年来经济社会发展迅速,集镇面积盲目扩张,土地资源浪费严重。与此同时,人口的不断增多,对各类资源的需求量持续增加,对当地的生态环境和可持续发展造成了巨大压力。基于此,本文以苏州市为例,将熵权法和灰色关联法相结合,评估其在2009-2017年城市化进程中的资源环境承载力,并试图厘清三个问题:(1)苏州市的6个市(区)9年中的资源、环境、社会经济承载力以及综合承载力变化过程有何特点?(2)资源、环境、社会经济承载力之间有怎样的关联,变化趋势如何?(3)应采取何等措施来促进区域的协调可持续发展?

1.研究区域与数据来源

1.1研究区域

苏州市位于江苏省南部(30°47’~32°02’ N ,119°55’ ~121°20’ E,),是长江三角洲重要的中心城市之一。全市地势低平,平原占总面积的54.8%,海拔4米左右,丘陵占总面积的2.7%。苏州属于亚热带季风海洋性气候,四季分明,雨量充沛。苏州市下辖6个区、4个县级市,根据搜集到的资料即统计年鉴中的分类将研究区划分为6个市(区),其中包括:市区(吴中区、相城区、高新区、姑苏区、工业园区)、吴江区、常熟市、张家港市、昆山市和太仓市。2012年吴江市撤市改区,但是本研究数据从2009年开始,所以在研究中暂未将吴江区归入市区。本文研究对象为:市区、吴江区、常熟市、张家港市、昆山市、太仓市6个市(区)。

1.2数据准备

本研究相关数据均来自苏州统计局《苏州统计年鉴2009~2018》中的分地区城市设施水平、分地区城市建设用地、分地区城市供水情况、分地区城市园林绿化情况、分地区环境保护情况、从统计数字看苏州等(http://www.suzhou.gov.cn/szsrmzf/tjnj/nav_list.shtml)以及政府性工作报告2009年~2018年。

2.研究方法

2.1指标体系的构建

为对苏州市资源环境承载力进行评定,从各方面寻找引起承载力变化的因素,本文将评价指标体系的目标层设定为资源环境承载力,准则层分为资源承载力、环境承载力、社会经济承载力。王书华等构建了一套适合于东部沿海地区的区域土地承载力综合评价指标体系,包括:水土资源、社会、生态环境、经济技术四个支撑系统,并且细化为30个指标;董越等也通过从经济承载力、社会承载力和资源环境承载力3 个子领域构建了城市综合承载力指标体系。本文参照王书华等以及董越等的文献并根据实际情况,从资源、环境、社会经济方面选取了12个指标进行对苏州市6个市(区)的资源环境承载力综合评价并对以上三方面进行具体分析。

遵循针对性、系统性、代表性、动态性、可获得性的原则,本研究结合苏州市实际情况,选取的资源环境承载力评价指标中资源承载力指标有:人均耕地面积(km2/人)、人均水资源量(m³/人)、人均公园绿地面积(㎡/人)、人口密度(人/km2);环境承载力指标有:固体废弃物综合利用率/%、工业粉尘排放率/%、污水处理率/%、建成区绿化覆盖率/%;社会经济承载力指标有:第三产业占GDP比重/%、公共交通每万人拥有量(万人/辆)、人均GDP(万元/人)、人均城市道路面积(㎡/人)。

2.2指标性质的划分

指标性质反映指标的状态,可以体现客观对象的具体特征,分为正相关和负相关。前者即指标值与评价结果成正比,指标值越大,评价越好;反之,负相关则是指标值越小,评价越好。本文12个指标中,除了人口密度、工业粉尘排放率为负相关指标外,其他10个指标均为正相关指标。

2.3熵权-灰色关联分析法

在本研究中,我们使用基于熵权-灰色关联分析法估算苏州市6个市区资源环境承载力的变化及资源、环境、社会经济承载力的关联变化状况。熵权-灰色关联分析法的评价结果由数据直接得出,计算过程更为客观。

3.结果

3.1权重的确定结果

熵权法确定权重常研究的是截面数据,本文将苏州市6个市区2009~2017年各年的截面数据进行熵权法计算,确定了最终的指标权重,并以统一的最终权重来测算各个市(区)近年资源环境承载力的变化情况。各指标权重如下:人均耕地面积(0.126)、人均水資源量(0.091)、人均公园绿地面积(0.083)、人口密度(0.036);固体废弃物综合利用率(0.014)、工业粉尘排放率(0.022)、污水处理率(0.071)、建成区绿化覆盖率(0.037);第三产业占GDP比重(0.058)、公共交通每万人拥有量(0.208)、人均GDP(0.075)、人均城市道路面积(0.179)

3.2承载力的变化情况

2009~2017年间苏州市6个市(区)所有地区近年来的资源承载力总体呈下降趋势,2009年-2010年太仓和常熟下降最为明显,在2010年-2014年太仓资源承载力出现缓慢上升的趋势,2014年之后太仓又以较大的幅度开始下降;2011年-2012年张家港和市区出现资源承载力上升的情况,张家港在2013年-2015年经历了短暂的平稳发展时期,之后开始下降;常熟从2011年开始资源承载力呈现稳定发展态势,并在2015年-2017年缓慢上升。6个市(区)中变化最大的是太仓,2009年和2017年相差0.089,变化最小的是张家港,2010年和2017年相差0.44。

苏州市6个市(区)环境承载力在2009年-2010年除了张家港和昆山,其他市(区)环境承载力均大幅降低;2010年-2011年除了市区小幅降低,张家港大幅降低,其他市(区)呈现上升趋势;2011-2105年6个市区均为上升趋势;吴江区、市区、太仓2015-2017年环境承载力降低,其中吴江区的降幅较大,而市区降幅较小,太仓则波动小幅下降,其他区域呈上升状态。六个市(区)中昆山9年的环境承载力差值最大,上升最多,为0.072;张家港的环境承载力差值最小为0.032。

苏州市6个市(区)社会经济承载力中:各地区除了常熟和张家港,其他地区在2014-2015年均出现降幅,其中吴江区太仓降幅最大;除了吴江区,其他地区总体上来说都处于增长状态,其中常熟和张家港属于稳步增长;市区和昆山增幅较大,但昆山在2014年-2017年出现波动下降;太仓和吴江区近两年社会经济承载力有所停滞。6个地区中昆山的社会经济承载力值提升最多,为0.199;常熟9年里的承载力差值最小为0.082。

由2009-2017年间苏州市6个市(区)资源环境承载力综合来看除了吴江区和太仓,其他地区综合承载力总体上呈现增长趋势。吴江区和太仓在2014年之前呈增长趋势,在2014年之后又波动下降。张家港和其他地区相比增幅较为缓慢,昆山增长较快,常熟和市区的增幅较为稳定。吴江区和太仓的综合承载力水平在2014年之前相对较高,在2014年之后逐渐被市区和昆山超越。

3.3资源、环境、社会经济承载力关联度

为方便下面表述,将资源与环境承载力的关联度记为r1,资源与社会经济承载力的关联度记为r2,环境与社会经济承载力的关联度记为r3。苏州市整体的r1=0.630,r2=0.655,r3=0.624,三者的关联度整体上差别不大,所以本文分别对每个市(区)资源、环境、社会经济承载力的关联系数和关联度进行了计算。

由表1可以看出,r1的排序为:张家港>昆山>常熟>市区>太仓>吴江区;r2的排序为:太仓>常熟>吴江区>张家港>市区>昆山;r3的排序为:常熟>张家港>昆山>市区>吴江>太仓。市区和昆山的资源、环境、社会经济承载力的关联系数变化趋势较为接近,资源与社会经济承载力的关联系数和环境与社会经济承载力的关联系数在波动下降,资源与环境承载力的关联系数在波动上升。其他4个市(区)的资源与社会经济承载力关联系数和资源与环境承载力关联系数总体上呈波动上升趋势,而环境与社会经济承载力关联系数变化情况波动较大,较不稳定。

4.讨论

随着社会经济的不断发展,人类由于自身所具有的主观能动性和创造性,城市地区的资源环境承载力已经不单单由地区本身所拥有的资源或环境来决定,社会经济也发挥着不可忽视的作用。人类社会和自然是一个生命共同体,绿水青山就是金山银山,金山银山也可以更好地养护绿水青山。本文将讨论苏州市各个市区的资源,环境,社会经济承载力变化原因以及它们之间又有怎样的关联,今后应采取怎样的措施来提高地区的资源环境承载力。

4.1承载力变化

本文研究得出,由于各市(区)资源总量有限,随着人口密度升高,人均耕地面积、人均水资源量以及人均公园绿地面积减少,同时,近年来建设用地扩张,耕地面积不断减少,导致资源承载力总体呈下降趋势,这与鞠春燕等对苏州市2000年~2005年的资源承载力发展趋势的研究结果一致。

苏州市建设用地比重较大,存在着水体污染、土地污染等问题,在本研究中发现苏州市大多数市(区)环境承载力总体呈上升趋势,说明环境方面有所改善,近年来苏州市对环境保护的重视程度有所提升。但吴江区由于2015年~2017年固体废弃物综合利用率从94.12%下降到了79.22%,污水处理率从2015年的95.88%下降到2016年的91.73%,建成区绿化覆盖率从2016年的41.19%降低到2017年的38。14%均导致了2015年~2017年环境承载力的快速下降,在今后的发展中对环境的保护仍不能松懈。

苏州市近年来经济发展速度较快,所以总体上各市(区)的社会经济承载力呈上升趋势。在社会经济承载力的几个指标中人均城市道路面积和每万人公共交通拥有量比重较大,而吴江区和太仓2014年~2015年间由于人均城市道路面积没有随着人口的增长而做出适当增加,导致社会经济承载力出现较大的下降。如今各种自然资源和社会资源在地区之间通过交通运输来流动,打破了过去地区内部资源自给自足的状态,交通运输对于一个城市的发展所起到的作用越来越重要。社会经济承载力的权重为0.52,在综合承载力的评估中占有较高的比重,资源环境综合承载力受经济社会承载力的影响最为明显,这其实也与现实中人口往往流向经济社会发展较快的地区相对应。

4.2关联系数及关联度变化

市区和昆山是苏州市两个经济社会发展较快的两个市,承载力关联系数的发展趋势也较为一致:伴随着经济社会承载力的不断提升,资源承载力关联系数和经济社会承载力的关联系数在波动下降,说明这两个市经济社会的发展对资源的依赖程度在逐渐降低;而环境承载力和社会经济承载力的关联系数逐渐降低,所以推斷两个市在经济社会发展的同时没有同步加强对环境状况的关注。其他4个市(区)总体上资源和社会经济承载力的关联系数呈上升趋势,说明经济的发展还在相对更大程度得依赖资源,资源在社会经济的发展中还起着比较重要的作用,由资源和社会经济的关联度表中也可以看出相对市区和昆山,太仓,常熟,吴江区,张家港的社会经济发展对资源的依赖更大一些。其他4个市(区)环境与社会经济的承载力关联系数变化情况不稳定且波动较大,说明环境承载力的发展并没有随着经济社会承载力的变化而产生有规律的影响,但总体关联度在0.7左右,说明环境与社会经济承载力也是有较高关联的(和中间值0.5比较)。总体上苏州市6个市(区)的资源承载力和环境承载力关联系数呈上升的趋势,或许在人均资源越来越少的情况下,人们会更加重视环境质量这个方面。

4.3启示

从地区层面来看,由于交通运输业的快速发展,加快了城市之间的物质信息流动,不仅人们的物质需求得到了更好的满足,一个地区便利的交通也成为吸引人才流入的一个重要因素。地方政府要重视交通运输业的发展,在经济社会快速发展引进更多人才的同时,不忽视人均道路面积和每万人拥有公共交通数量等要素的改善,避免城市出现道路拥堵等问题。

从国家层面来看,尽管经济全球化的今天物质运输没有了城市边界或者国界的诸多局限,但是我们中国是一个拥有14亿人口的大国,要始终严守18亿亩的耕地红线,在重大全球性的灾害来临时,能够满足自身的粮食需求,不因过度追求经济的发展而使生态弹性丧失,要集约节约利用土地,提高土地利用率,追求质量效益型的增长方式。

“三废”即废气、废水和固体废弃物的处理是一个长期值得重视的事情,我们不能在追求金山银山的过程中忘记绿水青山。人类在向自然索取有用的资源后不能简单得将生产过后有害的垃圾反馈给自然,我们要追求的应该是人类自然的和谐相处,物质能量的平衡传递,而不是失衡的单向索取。人类在起初依靠自然资源使社会经济得到初步的发展后应该更加注重生态环境的保护,取之有度,爱护有加。

4.4研究展望

虽然本研究充分利用了数据所反映的信息效用值,通过数据确定熵权,避免了人为干扰,使评价结果更客观,但仍存在一定的不确定性。首先,由于受到数据可获取性的影响,在评价体系的构建方面未能选取足够多的指标,可能会对结果的准确性产生影响。其次,本研究应用的熵权-灰色关联模型简化了复杂的资源环境及社会经济状况,增强了评价的可操作性,这也不可避免得对评估结果的准确性产生影响。最后由于研究对象对苏州市的6个市(区),研究对象不够多,未能充分揭示资源、环境、社会经济承载力之间的规律,对准确性产生一定影响。为了提高资源环境综合承载力评估的准确性,未来的研究应考虑增加生态方面的相关指标,使指标的选取更加全面,所选取的研究对象也应该是更多的城市,进一步探索资源、环境、社会经济承载力之间的变化规律。

结论

本文以苏州市的6个市(区)为研究区,评估各个市(区)的资源、环境、社会经济及综合承载力。结果显示由于人口不断增多,人均耕地面积不断减少,资源承载力总体呈下降趋势;环境承载力除吴江区外,其他市(区)总体呈上升趋势;社会经济承载力中由于吴江区和太仓人均道路面积和每万人拥有公共交通数量没有及时与人口增长相适应而导致总体呈下降趋势,其他4个市则呈现上升趋势。社会经济承载力在综合承载力中所占比重较大,所以综合承载力的变化趋势受社会经济承载力的变化影响较大。本文进一步计算了资源、环境、社会经济承载力三者之间的关联系数和关联度,发现市区和昆山的社会经济发展较快,三者之间的关联系数变化趋势相似,资源和社会经济承载力的关联系数变化呈下降趋势,其他4个市的资源和社会经济承载力的关联系数变化则呈上升趋势。环境和社会经济承载力关联系数变化没有明显的规律,资源和环境承载力的关联系数总体呈上升趋势。基于这些结果我们建议地方政府节约集约利用土地资源,在经济社会发展的过程中也要持续加强对环境保护的重视,要保持道路畅通,道路的修建,公共交通的数量和人口的增长相适应。此外,本文的研究方法和结果可以为其他城市的相关研究提供参考。

参考文献

[1]任建兰,常军,张晓青,等.黄河三角洲高效生态经济区资源环境综合承载力研究[J].山东社会科学,2013(01):140-145.

[2]樊杰,周侃,王亚飞.全国资源环境承载能力预警(2016版)的基点和技术方法进展[J].地理科学进展,2017,36(03):266-276.

[3]牛方曲,封志明,刘慧.资源环境承载力综合评价方法在西藏产业结构调整中的应用[J].地理学报,2019,74(08):1563-1575.

[4]封志明,杨艳昭,闫慧敏, 等. 百年来的资源环境承载力研究:从理论到实践[J]. 资源科学,2017,39(3):379-395.

[5]郭志伟.北京市土地资源承载力综合评价研究[J].城市发展研究,2008(05):24-30.

作者简介:高梦凡(1997),女,山西晋城,硕士,主要研究方向为:土地利用及生态响应。Email:20194202061@stu.suda.edu.cn;TEL:18235448446

基金项目:江苏省社会科学基金青年项目“苏锡常地区生态系统服务供需格局及空间关联的多尺度效应模拟研究”(批准号:19GLC016)。

江苏高校哲学社会科学研究重大项目:苏州市生态系统服务供需格局及空间关联模拟研究(2019SJZDA043);

江苏省社科应用研究精品工程重点项目:江苏省城市化与生态系统服务的时空关联研究(20SYC-012)。

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