基于全排列多邊形法的生態(tài)縣建設(shè)評(píng)價(jià)探析——以山西省長(zhǎng)治縣為例

李 芳,張 紅,王 兵

(山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,山西 太原 030006)

生態(tài)縣是社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,各個(gè)領(lǐng)域基本符合可持續(xù)發(fā)展要求的縣級(jí)行政區(qū)域。挖掘縣域內(nèi)一切可以利用的資源潛力,建設(shè)一個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、生態(tài)高效的產(chǎn)業(yè),體制合理、社會(huì)和諧的文化,以及生態(tài)健康、景觀適宜的環(huán)境,是生態(tài)縣建設(shè)的最終目標(biāo)。筆者以山西省長(zhǎng)治縣為例,以國(guó)家環(huán)保總局制訂的《生態(tài)市、生態(tài)縣建設(shè)指標(biāo)》為參考標(biāo)準(zhǔn),采用全排列多邊形綜合圖示法對(duì)長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),得到了較為客觀的結(jié)果,為長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)提供參考依據(jù),同時(shí)也為以資源利用型為主的中小城市的生態(tài)建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)域概況

長(zhǎng)治縣位于山西省東南部,地理坐標(biāo)東經(jīng)112°57′07″～113°11′48″,北緯 35°51′56″～ 36°10′13″.縣境域長(zhǎng)約 36 km,寬約 14 km,總面積 483 km2.其中山地面積 115 km2,丘陵面積 265 km2,平川面積103 km2,地域狹窄,人口稠密。屬溫帶大陸性氣候,氣候溫和,春旱多風(fēng),夏熱多雨,秋涼早霜,冬冷干燥。長(zhǎng)治縣的經(jīng)濟(jì)主要是依托豐富的煤炭資源,其經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度在長(zhǎng)治市整個(gè)地區(qū)位居前列。2008年,在長(zhǎng)治市生態(tài)市建設(shè)的指導(dǎo)下,為了落實(shí)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的觀念,啟動(dòng)了長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)規(guī)劃。

2 研究方法

2.1 DPSIR模型

20世紀(jì) 80年代末,由經(jīng)濟(jì)合作和發(fā)展組織(OECD)與聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)共同提出了 PSR概念模型,即環(huán)境指標(biāo)的壓力(Pressure)—狀態(tài)(State)—響應(yīng)(Response)。 1993年,OECD在 PSR基礎(chǔ)上提出了 DPSIR模型,即驅(qū)動(dòng)力(Driving force)—壓力(Pressure)—狀態(tài) (State)—影響 (Impact)—響應(yīng)(Response)的模型。在 DPSIR概念模型中,驅(qū)動(dòng)力是造成環(huán)境變化的潛在原因;壓力是指人類活動(dòng)對(duì)其緊鄰環(huán)境產(chǎn)生的影響,是環(huán)境的直接壓力因子,如:廢物排放、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等;狀態(tài)是指環(huán)境在壓力下所處的狀況,如:污染水平、土地退化程度等;影響是指系統(tǒng)所處的狀態(tài)對(duì)人類健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響;響應(yīng)過程表明人類在促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中所采取的對(duì)策,如:提高資源利用效率、減少污染、增加投資等。

筆者在對(duì)長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行研究時(shí),采用 DPSIR模型的概念體系對(duì)生態(tài)縣建設(shè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了篩選。根據(jù)長(zhǎng)治縣的實(shí)際情況,筆者在國(guó)家頒布的 22項(xiàng)生態(tài)縣建設(shè)指標(biāo)的基礎(chǔ)上,結(jié)合長(zhǎng)治縣現(xiàn)狀,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)體系中添加了城鎮(zhèn)居民年人均可支配收入、第三產(chǎn)業(yè)占 GDP比例等指標(biāo)。在環(huán)境保護(hù)指標(biāo)體系中,由于長(zhǎng)治縣的水環(huán)境質(zhì)量和噪聲環(huán)境質(zhì)量均達(dá)到了功能區(qū)的要求標(biāo)準(zhǔn),所以,省略了這兩項(xiàng)指標(biāo),建立了長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,見表1.

表1 長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2 全排列多邊形綜合圖示法

設(shè)共有 n個(gè)指標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn)化后的值),以這些指標(biāo)的上限值為半徑構(gòu)成一個(gè)中心 n邊形,各指標(biāo)值的連線構(gòu)成一個(gè)不規(guī)則中心 n邊形。這個(gè)不規(guī)則中心n邊形的頂點(diǎn)是 n個(gè)指標(biāo)的一個(gè)首尾相接的全排列,n個(gè)指標(biāo)總共可以構(gòu)成(n一 1)!/2個(gè)不同的不規(guī)則中心 n邊形。綜合指數(shù)定義為所有這些不規(guī)則多邊形面積的均值與中心多邊形面積的比值。

指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化采用標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù):

式中:U——指標(biāo) X的上限;

L——指標(biāo) X的下限;

T——指標(biāo) X的閾值。

根據(jù)上面 3個(gè)條件,可得:

標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù) F(X)把位于區(qū)間[L,U]的指標(biāo)值壓縮到[-1,+1]區(qū)間,且壓縮后的值改變了指標(biāo)的增長(zhǎng)速度。當(dāng)指標(biāo)值位于閾值以下時(shí),標(biāo)準(zhǔn)化后指標(biāo)增長(zhǎng)速度逐漸降低;當(dāng)指標(biāo)值位于閾值以上時(shí),標(biāo)準(zhǔn)化后指標(biāo)增長(zhǎng)速度逐漸增加,即指標(biāo)由沒有標(biāo)準(zhǔn)化以前的沿 X軸的線性增長(zhǎng)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)化后的由快—慢—快的非線性增長(zhǎng)。

則指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算公式為:

利用 n個(gè)指標(biāo)可以作出一個(gè)中心正 n邊形,n邊形的 n個(gè)頂點(diǎn)為 Si=1時(shí)的值。中心點(diǎn)為 Si=-1時(shí)的值。中心點(diǎn)到頂點(diǎn)的線段為各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值所在區(qū)間,而 Si=0(Xi=T)時(shí)構(gòu)成的多邊形為指標(biāo)的臨界區(qū)。臨界區(qū)的內(nèi)部區(qū)域表示各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值在臨界值以下,其值為負(fù);外部區(qū)域表示各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值在臨界值以上,其值為正,如圖1所示。從圖1上既可以看出各單項(xiàng)指標(biāo)的大小及其與最大、最小、臨界值的差距和隨時(shí)間的變化動(dòng)態(tài),又可以從各指標(biāo)兩兩組成的 n(n-1)/2個(gè)三角形計(jì)算其綜合指標(biāo)值。

圖1 全排列多邊形示意圖

n個(gè)指標(biāo)可以構(gòu)成的以多邊形中心為頂點(diǎn)的不同的三角形個(gè)數(shù)為:n(n-1)/2,其面積之和為:

式中: Si——分項(xiàng)指標(biāo) i的值;

Si+1——第 i個(gè)指標(biāo)到中心的長(zhǎng)度(指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化區(qū)間為[-1,+1])。

則(n-1)!/2個(gè)指標(biāo)共有 n(n-1)!/2=n!/2個(gè)三角形,總面積為:

而相應(yīng)的(n-1)!/2個(gè)規(guī)則中心多變形的面積為(多邊形的邊長(zhǎng)為 2):

二者比值即為全排列多邊形綜合指數(shù):

式中:S——綜合指標(biāo)。

本研究中 S分別指經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)、環(huán)境保護(hù)指標(biāo)、生態(tài)建設(shè)指標(biāo)。同樣可以將綜合指標(biāo) S進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,再計(jì)算以 S為次級(jí)指標(biāo)的更上一級(jí)指標(biāo)值,即可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)。

3 結(jié)果分析

采用全排列多邊形綜合圖示法對(duì)長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)現(xiàn)狀(2008年)和發(fā)展不同階段(2010年,2015年,2020年)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,按照不同的規(guī)劃階段,從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展綜合指標(biāo)方面對(duì)長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)

長(zhǎng)治縣不同階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)結(jié)果見圖2.

圖2 長(zhǎng)治縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合評(píng)價(jià)

從圖2可以得出,農(nóng)民年人均純收入、城鎮(zhèn)居民年人均可支配收入、第三產(chǎn)業(yè)占 GDP比例、環(huán)保投入占 GDP的比例、主要有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品及綠色產(chǎn)品比重這 5項(xiàng)指標(biāo)將隨著規(guī)劃時(shí)段的推移逐漸增長(zhǎng),單位工業(yè)增加值新鮮水耗隨著規(guī)劃年限的推移逐漸降低。綜合指數(shù)(多邊形面積)隨著規(guī)劃時(shí)段的推移逐漸增長(zhǎng),表明在規(guī)劃期內(nèi)長(zhǎng)治縣的經(jīng)濟(jì)會(huì)朝著更高更好的方向發(fā)展。

從各項(xiàng)指標(biāo)的發(fā)展來看,長(zhǎng)治縣的農(nóng)民年均人均可支配收入在 2008年已經(jīng)達(dá)到了較高水平,但是工業(yè)增加值新鮮水耗、環(huán)保投入占 GDP的比例、第三產(chǎn)業(yè)占 GDP比例以及主要農(nóng)產(chǎn)品有機(jī)及綠色產(chǎn)品比重還處在較低水平。結(jié)合實(shí)際調(diào)查可知,長(zhǎng)治縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要是依靠第二產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。因此,在規(guī)劃期內(nèi),長(zhǎng)治縣應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揮優(yōu)勢(shì)條件,加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的同時(shí),提高第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所占的比重,從而促使經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)模式多元化,進(jìn)一步提高長(zhǎng)治縣經(jīng)濟(jì)的綜合水平。

3.2 生態(tài)建設(shè)評(píng)價(jià)

長(zhǎng)治縣不同階段的生態(tài)建設(shè)評(píng)價(jià)結(jié)果見圖3.

圖3 長(zhǎng)治縣生態(tài)建設(shè)綜合評(píng)價(jià)

從圖3可知,2008年長(zhǎng)治縣生態(tài)建設(shè)還處于一個(gè)較低水平,隨著規(guī)劃年限的推移,生態(tài)建設(shè)水平也在不斷提高。由于 2010年與基準(zhǔn)年間隔時(shí)間較短,發(fā)展呈增長(zhǎng)趨勢(shì),但速度比較緩慢。到 2015年,增長(zhǎng)的速度明顯提高,綜合指數(shù)(多邊形面積)與 2008年相比大幅度提高,2020年生態(tài)建設(shè)的綜合指數(shù)將達(dá)到國(guó)家生態(tài)縣建設(shè)的指標(biāo)要求。

從各項(xiàng)指標(biāo)的發(fā)展來看,長(zhǎng)治縣 2008年的森林覆蓋率指標(biāo)存在著較大的差距。因此,在規(guī)劃期內(nèi),長(zhǎng)治縣應(yīng)加大植樹造林力度,增加城市的綠化面積,響應(yīng)國(guó)家退耕還林政策,提高森林覆蓋率,從而達(dá)到國(guó)家生態(tài)縣建設(shè)的指標(biāo)要求;受保護(hù)地區(qū)面積與國(guó)土面積比例、城鎮(zhèn)人均公共綠地面積這兩項(xiàng)指標(biāo)與國(guó)家生態(tài)縣建設(shè)指標(biāo)的要求也存在差距,隨著規(guī)劃年限的增加,這兩項(xiàng)指標(biāo)將會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng),最終達(dá)到生態(tài)縣建設(shè)的要求。

3.3 環(huán)境保護(hù)評(píng)價(jià)

長(zhǎng)治縣不同階段的環(huán)境保護(hù)評(píng)價(jià)結(jié)果見圖4.

圖4 長(zhǎng)治縣環(huán)境保護(hù)綜合評(píng)價(jià)

由圖4可知,長(zhǎng)治縣的環(huán)境保護(hù)綜合評(píng)價(jià)總體指數(shù)在 2008年相對(duì)較低。隨著規(guī)劃年限的推進(jìn),SO2與 COD將繼續(xù)保持較低的排放量;而規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)糞便綜合利用率、城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理率、工業(yè)固體廢物處置利用率將會(huì)繼續(xù)保持較高的百分比;集中式水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率、城鎮(zhèn)生活污水集中處理率、工業(yè)用水重復(fù)率、農(nóng)村生活用能中新能源所占比例、秸稈綜合利用率、農(nóng)村衛(wèi)生廁所普及率、農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)將會(huì)隨著規(guī)劃年限的不斷增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。到 2020年,環(huán)境保護(hù)評(píng)價(jià)的綜合指數(shù)會(huì)達(dá)到國(guó)家關(guān)于生態(tài)縣建設(shè)的指數(shù)要求。

從各項(xiàng)指標(biāo)的發(fā)展來看,以 2008年為基準(zhǔn)年,長(zhǎng)治縣的空氣質(zhì)量基本達(dá)到指標(biāo)的要求,即 SO2和COD的排放強(qiáng)度基本良好,集中式水源地水質(zhì)的達(dá)標(biāo)率和城鎮(zhèn)生活污水集中處理率基本達(dá)到了百分之百的要求。但是,在農(nóng)村生活用能中新能源所占的比例、秸稈綜合利用率和農(nóng)村衛(wèi)生廁所的普及率等方面與指標(biāo)要求還存在較大的差距,長(zhǎng)治縣應(yīng)加大這幾方面的建設(shè)。到 2015年,基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)村新能源利用比例、秸稈綜合利用率、城鎮(zhèn)生活污水集中處理率和工業(yè)用水重復(fù)率達(dá)到國(guó)家生態(tài)縣建設(shè)的要求。到 2020年,各項(xiàng)環(huán)境生態(tài)指標(biāo)均要達(dá)到國(guó)家生態(tài)縣建設(shè)的要求。

3.4 生態(tài)縣建設(shè)綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)

長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果見圖5.

圖5 長(zhǎng)治縣生態(tài)建設(shè)綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)

由圖5可知,2008年,長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)指標(biāo)的綜合指數(shù)處于較低水平,整體生態(tài)評(píng)價(jià)綜合指數(shù)為 0.302 7;到 2010年,長(zhǎng)治縣的整體生態(tài)水平有所提高,綜合指數(shù)值達(dá)到 0.323 3,比 2008年基準(zhǔn)年的綜合指數(shù)提高了 6.8%;到 2015年,長(zhǎng)治縣各項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)的綜合指數(shù)會(huì)有大幅度的提高,特別是在生態(tài)建設(shè)方面,其整體生態(tài)綜合指數(shù)值為 0.357 7,與2010年相比提高了 10.6%;到 2020年,也就是規(guī)劃期末,各項(xiàng)指標(biāo)在 2015年的基礎(chǔ)上穩(wěn)步發(fā)展,其發(fā)展規(guī)模與 2015年的發(fā)展模式基本呈相似三角形,各項(xiàng)指標(biāo)在達(dá)標(biāo)后向著更平穩(wěn)、更好的方向發(fā)展,與2015年的綜合指數(shù)值相比提高了 36.1%,其綜合指數(shù)值達(dá)到了 0.486 7.

與大豐市相比,長(zhǎng)治縣的基礎(chǔ)綜合指數(shù)較高,但長(zhǎng)治縣在生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)方面發(fā)展較為緩慢,這與長(zhǎng)治縣和大豐市所處的地理位置及自然環(huán)境相關(guān)。長(zhǎng)治縣是典型的北方城市,具有明顯的北方城市的氣候特點(diǎn)和自然環(huán)境特點(diǎn),由于含有豐富的煤炭資源,經(jīng)濟(jì)的主要支柱是對(duì)煤炭的開采和利用。所以,本研究在長(zhǎng)治縣綜合指標(biāo)的評(píng)價(jià)上與大豐市等典型的南方城市有所不同。

4 結(jié)論

生態(tài)縣建設(shè)是一項(xiàng)具有創(chuàng)新性的系統(tǒng)工程,必須統(tǒng)一規(guī)劃,分階段、科學(xué)地制定目標(biāo),合理地安排各項(xiàng)建設(shè)任務(wù),制定切實(shí)可行的保障措施。通過分析可知,長(zhǎng)治縣在生態(tài)縣建設(shè)的進(jìn)程中既存在有利因素,也存在亟需改善的不利因素,特別是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的單一化和以粗獷型煤炭開采為主的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式。因此,在生態(tài)縣建設(shè)的規(guī)劃當(dāng)中,要以生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)為主要的生態(tài)縣建設(shè)項(xiàng)目,同時(shí)改善粗獷型增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)模式。

通過分析可以看出,長(zhǎng)治縣生態(tài)縣建設(shè)體系目標(biāo)明確,指標(biāo)體系和規(guī)劃值設(shè)置合理。研究結(jié)果表明,長(zhǎng)治縣的生態(tài)縣建設(shè)在保持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)不變的情況下,應(yīng)改變生產(chǎn)模式、改善生態(tài)環(huán)境、增加第一產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中的比重。

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