泛長株潭城市群各市區(qū)人居環(huán)境的評價與優(yōu)化

張 旺，周躍云，趙先超

（1.湖南工業(yè)大學(xué) 長株潭兩型社會研究院，湖南 株洲 412007；2.首都師范大學(xué) 資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048）

0 引言

自1958年希臘學(xué)者道薩迪亞斯（C.A.Doxiadis）創(chuàng)立人類聚居學(xué)理論以來，聚落人居環(huán)境就成為國內(nèi)外規(guī)劃、建筑、園林、地理和環(huán)境等學(xué)科眾多學(xué)者關(guān)注的熱點話題。國外對城市人居環(huán)境的研究卓有成效，在定量分析和評價過程中形成了一些指標(biāo)體系[1-2]。雖然這些指標(biāo)體系并不完全適合我國城市的具體情況，但其注重應(yīng)用遙感（remote sensing，RS）、地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）等高新技術(shù)獲取數(shù)據(jù)，并與數(shù)字城市、區(qū)域分析與評價、規(guī)劃管理系統(tǒng)相銜接，以實現(xiàn)信息提取、評價和規(guī)劃設(shè)計一體化，這值得我們借鑒。國內(nèi)對城市人居環(huán)境的研究主要集中在2個方面：一是對不同規(guī)模、等級的城市進行了人居環(huán)境的評價與優(yōu)化，如寧越敏等[3]、李華生等[4]分別研究了上海、南京這2個大城市的人居環(huán)境，胡武賢等[5]、劉道辰等[6]則對常德、聊城和丹東等中等城市的人居環(huán)境進行了評價；二是研究了城市人居環(huán)境質(zhì)量評價的具體方法，如李明等[7]、李雪銘等[8]、劉欽普等[9]分別采用基于遺傳算法改進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、Fuzzy方法和因子分析法等分析和評價了城市人居環(huán)境。

對城市人居環(huán)境的研究，從研究區(qū)域而言，主要集中在不同規(guī)模的單個城市，對處于同一區(qū)域的城市群涉及不多；就比較研究的角度而言，對同一城市人居環(huán)境發(fā)展趨勢的縱向比較研究較多，但對不同城市人居環(huán)境差異的橫向比較研究較少；從人居環(huán)境評價的內(nèi)容來看，建立的指標(biāo)體系大多依賴易于獲得的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而對自然地理環(huán)境這一制約人居環(huán)境的因素缺乏考慮；從評價方法尤其是確定指標(biāo)體系的權(quán)重來看，對于具有模糊性的人居環(huán)境質(zhì)量評價這樣一個多指標(biāo)決策過程，還存在評價標(biāo)準(zhǔn)的客觀性及各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性等問題。

基于此研究背景，本文通過RS, GIS及其他多種信息源獲得相關(guān)數(shù)據(jù)資料，運用熵值法，對泛長株潭城市群進行了人居環(huán)境指數(shù)和協(xié)調(diào)度的綜合評價，以期豐富和發(fā)展城市人居環(huán)境的理論和實證研究，并為城市規(guī)劃和建設(shè)管理、房地產(chǎn)開發(fā)及市民買房定居等提供科學(xué)決策的依據(jù)。

1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

泛長株潭城市群是指以湖南省長沙、株洲和湘潭3個城市為核心，岳陽、益陽、常德、婁底、衡陽5個地級市為外圍，包括這8個城市所轄的12個縣級市和28個縣，沿京廣鐵路（京珠高速）、湘黔鐵路、石長鐵路（常長高速）為發(fā)展軸，約1.5 h城際交通連接而成的城鎮(zhèn)綿延區(qū)域。2008年，該城市群面積為9.69萬km2，占湖南省總面積的45.74%；人口為4 094.38 萬人，占全省總?cè)丝诘?9.81% ；GDP達8 760.51億元，占全省GDP的78.52%；人均GDP為17 024元，為全省平均水平的1.22倍。同年，該城市群城鎮(zhèn)人口為1 845.11萬人，占全省城鎮(zhèn)人口的63.95%；城鎮(zhèn)化水平為45.06%，高于全省42.15%的平均水平。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所需數(shù)據(jù)主要有2類：一是表示自然環(huán)境的指標(biāo)，如地形起伏指數(shù)、地被指數(shù)、人體氣候舒適指數(shù)和水文指數(shù)等，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于湖南省l:500 000數(shù)字高程模型、湖南省土地利用類型圖（1:250 000）、歸一化差值植被指數(shù)圖（1 km×1 km）及覆蓋湖南省的34景CBERS CCD多光譜影像和湖南省97個地面氣象觀測站自建站到2008年的觀測資料；二是表示生態(tài)環(huán)境、居住條件、支撐服務(wù)設(shè)施、人文環(huán)境和社會經(jīng)濟環(huán)境的指標(biāo)，其原始數(shù)據(jù)來源于《2008年湖南省環(huán)境狀況公報》《湖南省統(tǒng)計年鑒（2009）》《中國城市統(tǒng)計年鑒（2009）》及泛長株潭城市群各城市《2008年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》。

1.3 研究方法簡介

對自然宜居性的評價，即地形起伏指數(shù)、地被指數(shù)、人體氣候舒適指數(shù)和水文指數(shù)等，采用的是封志明等[10]和郝慧梅等[11]建立并應(yīng)用的人居環(huán)境指數(shù)模型和測評方法。為了對有關(guān)影像進行幾何校正和獲得行政邊界數(shù)據(jù)，采用了由國家基礎(chǔ)地理信息中心提供的全國1:250 000地形圖，利用arcgis軟件對市、縣級行政區(qū)與觀測數(shù)據(jù)進行疊加分析；同時，為了有效避免級別區(qū)間的內(nèi)部差異、多指標(biāo)變量間的信息重疊和確定權(quán)重等方面的不足，運用了熵值法進行客觀賦權(quán)，反映人居環(huán)境系統(tǒng)信息的有序程度和效用值，以全面客觀評價城市人居環(huán)境。

熵值法的計算步驟[12]如下：

1）采用標(biāo)準(zhǔn)化公式對指標(biāo)體系中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對于正向指標(biāo)采用公式，對于負(fù)向指標(biāo)采用公式，并定義標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Y，其中，；

3）分別計算單項指標(biāo)的信息效用值dj=1-eij，然后采用公式分別計算各指標(biāo)和各子系統(tǒng)的權(quán)重；

4）運用公式fij=wj×xij，計算出各子系統(tǒng)的評價值及系統(tǒng)的綜合評價值。

2 人居環(huán)境的評價

2.1 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

參照我國人居環(huán)境學(xué)者吳良鏞院士的理論體系[13]，并借鑒國內(nèi)外已有的城市人居環(huán)境評價指標(biāo)體系，咨詢相關(guān)專家學(xué)者的意見，本著系統(tǒng)性、全面性、針對性、有效性、可比性、可得性和可操作性等原則，建立了泛長株潭城市群各市區(qū)人居環(huán)境評價指標(biāo)體系（見表1）。該評價指標(biāo)體系包括自然生態(tài)子系統(tǒng)、居住條件子系統(tǒng)、支撐設(shè)施子系統(tǒng)、人文環(huán)境子系統(tǒng)和社會經(jīng)濟子系統(tǒng)5類評價指標(biāo)子系統(tǒng)，共42個單項指標(biāo)。

2.2 人居環(huán)境指數(shù)的計算與評價

根據(jù)前文的評價方法，對泛長株潭城市群各市區(qū)42項指標(biāo)的336個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行計算，計算時將5類子系統(tǒng)及人居環(huán)境系統(tǒng)的評價指數(shù)分別命名為自然生態(tài)指數(shù)（natural ecological index，NEI）、居住條件指數(shù)（habitation setting index，HSI）、支撐設(shè)施指數(shù)（supporting facilities index，SFI）、人文環(huán)境指數(shù)（humanities environment index，HCI）、社會經(jīng)濟指數(shù)（socio-economic index，SEI）、人居環(huán)境指數(shù)（human settlements environment index，HEI）。計算所得人居環(huán)境各子系統(tǒng)的評價值及系統(tǒng)的綜合評價值見表2。

表2 泛長株潭城市群各市區(qū)人居環(huán)境指數(shù)表Table2The index table of human settlement environment of pan Chang-Zhu-Tan urban agglomeration

從理論上而言，HEI越接近1，其人居環(huán)境質(zhì)量越好。從表2可看出，泛長株潭城市群的HEI都在0.3以下，這說明各城市人居環(huán)境質(zhì)量普遍不高。由于城市人居環(huán)境系統(tǒng)是一個復(fù)雜的、多層次的開放系統(tǒng)，其子系統(tǒng)及各要素之間相互依存、相互制約，各子系統(tǒng)對人居環(huán)境綜合評價值的貢獻率即權(quán)重不同，表明了改善人居環(huán)境各個方面的輕重緩急。表2中，從各子系統(tǒng)的權(quán)重來看，HCI的權(quán)重值最大，說明改善人居環(huán)境質(zhì)量最主要的方向為人文環(huán)境質(zhì)量；SFI, NEI的權(quán)重值分列第2, 3位，表明支撐設(shè)施和自然生態(tài)對各市區(qū)人居環(huán)境質(zhì)量也有較大影響；而HIS, SEI的權(quán)重值相對較小，表示居住條件和社會經(jīng)濟環(huán)境對人居環(huán)境的影響相對較弱。

城市人居環(huán)境的建設(shè)是一個從低級到高級、從簡單到復(fù)雜的動態(tài)發(fā)展過程，也是各子系統(tǒng)之間相互作用的過程。理想的人居環(huán)境應(yīng)該是自然生態(tài)、居住水平、社會經(jīng)濟、人文環(huán)境和支撐設(shè)施各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，并實現(xiàn)人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。這種協(xié)調(diào)關(guān)系在評價中表現(xiàn)為各城市的NEI, HIS, SFI,HCI, SEI之間相互均衡，協(xié)調(diào)一致。城市人居環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的內(nèi)涵就是在不超過各子系統(tǒng)承載力或容量范圍內(nèi)實現(xiàn)人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。各子系統(tǒng)之間關(guān)系越協(xié)調(diào)，其評價值就會越接近；其關(guān)系越不協(xié)調(diào)，其評價值就會相差越大。協(xié)調(diào)度是度量要素之間協(xié)調(diào)狀況的定量指標(biāo)[14]。為定量描述城市人居環(huán)境協(xié)調(diào)性，在此利用協(xié)調(diào)系數(shù)來評價城市群人居環(huán)境各子系統(tǒng)之間的發(fā)展關(guān)系。

定義某城市i人居環(huán)境的協(xié)調(diào)系數(shù)Ci為：

式中：Si為某城市i的NEI, HIS, SFI, HCI, SEI的標(biāo)準(zhǔn)差，i為某城市i的NEI, HLI, SFI, HCI, SEI的平均值。

運用上式計算長株潭城市群各市區(qū)人居環(huán)境的協(xié)調(diào)系數(shù)，計算結(jié)果見表3。

表3 泛長株潭城市群各市區(qū)人居環(huán)境的協(xié)調(diào)系數(shù)Table 3The coordination coefficient of human settlement environment of pan Chang-Zhu-Tan urban agglomeration

城市群人居環(huán)境的綜合評價需要考察各市區(qū)的人居環(huán)境評價值和協(xié)調(diào)性，由城市群各市區(qū)的人居環(huán)境指數(shù)（HEI）和協(xié)調(diào)系數(shù)（Ci）共同組成。HEI和Ci構(gòu)成一個二維的評價空間，這個評價空間以HEI為縱軸，以Ci為橫軸，分別表征某城市的人居環(huán)境水平和協(xié)調(diào)性。為觀察方便，可參照系統(tǒng)聚類分成3層分析結(jié)果，并結(jié)合具體的數(shù)值確定等級標(biāo)準(zhǔn)。具體操作如下：首先，將HEI分為3類，按HEI值從小到大依次命名為欠宜居（HEI＜0.08）、次宜居（0.08≤HEI≤0.16）和最宜居（HEI＞0.16）；然后，將Ci也分為3類，按Ci值從小到大依次命名為弱協(xié)調(diào)（Ci＜0.60）、勉強協(xié)調(diào)（0.60≤Ci≤0.70）和一般協(xié)調(diào)（0.70＜Ci＜0.80）。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)對城市群各市區(qū)的人居環(huán)境總體狀況進行分類，并將其具體位置標(biāo)注在綜合評價圖上。據(jù)其在圖上的位置可確定該城市的人居環(huán)境特性，得出各市區(qū)人居環(huán)境質(zhì)量的綜合評價結(jié)論。

按照上述方法，結(jié)合表2和表3有關(guān)數(shù)據(jù)，作出泛長株潭城市群各市區(qū)人居環(huán)境綜合評價圖（見圖1）。

圖1 泛長株潭城市群各市區(qū)人居環(huán)境綜合評價Fig.1The comprehensive evaluation of human settlement environment of pan Chang-Zhu-Tan urban agglomeration

從圖1可看出，長沙處于最宜居弱協(xié)調(diào)狀態(tài)，株洲、湘潭和常德處于次宜居弱協(xié)調(diào)狀態(tài)，衡陽處于次宜居勉強協(xié)調(diào)狀態(tài)，岳陽處于次宜居一般協(xié)調(diào)狀態(tài)，婁底和益陽處于欠宜居一般協(xié)調(diào)狀態(tài)。

2.3 各子系統(tǒng)的空間分異

泛長株潭城市群各市區(qū)之間，在人居環(huán)境各子系統(tǒng)的各個指標(biāo)間存在明顯的地區(qū)差異，這種差異的存在和變化在很大程度上會影響當(dāng)前和今后一段時期內(nèi)諸市人居環(huán)境質(zhì)量水平的空間分異，同時也會影響到城市群人居環(huán)境系統(tǒng)整體水平的提升及協(xié)調(diào)性。根據(jù)表2進一步作出各市區(qū)人居環(huán)境指數(shù)與各子系統(tǒng)指數(shù)曲線圖（見圖2），以具體分析各子系統(tǒng)的空間分異。

圖2HEI和NEI, HIS, SFI, HCI, SEI曲線圖Fig.2The curves of HEI and NEI, HLI, SFI, HCI, SEI

1）自然生態(tài)子系統(tǒng)分異。從圖2 a可看出，HEI和NEI曲線走向不一致。衡陽和岳陽的NEI值分列第1, 2位，分別為0.101 041和0.093 985，婁底和株洲的NEI值排在最后2位。其原因主要是前2市的酸雨頻率較低且建成區(qū)綠地率較高，而后2市空氣綜合污染指數(shù)較高，水文指數(shù)卻較低。這說明優(yōu)化人居環(huán)境的方向之一為大力改善生態(tài)環(huán)境，尤為重要的是減少“三廢”排放，大力提升空氣質(zhì)量和綠地率。

2）居住條件子系統(tǒng)分異。從圖2 b可看出，HEI和HIS曲線走向基本一致。這表明各市區(qū)人居環(huán)境與居住條件表現(xiàn)出較強的相關(guān)性，該結(jié)論與人居環(huán)境評價的核心目標(biāo)為“人居”即居住條件相吻合，同時也說明近年來各市區(qū)紛紛重視房產(chǎn)開發(fā)，加大投資建設(shè)商品房、經(jīng)濟適用房和廉租房等住宅建筑，以改善居住條件。但常德和衡陽的HSI值較低，居各市區(qū)倒數(shù)第1, 2位。因此，2市應(yīng)增加住宅投資，改善居民用水用電條件，以優(yōu)化人居環(huán)境。

3）支撐設(shè)施子系統(tǒng)分異。從圖2 c可看出，HEI和SFI曲線走向幾乎完全一致。這說明人居環(huán)境質(zhì)量與基礎(chǔ)、服務(wù)設(shè)施水平相關(guān)性最大，同時還表明各市區(qū)都比較重視城市基礎(chǔ)和服務(wù)設(shè)施建設(shè)。但益陽和常德的SFI值偏低，分別為0.064 920和0.077 770，居各市區(qū)倒數(shù)第1, 2位，僅相當(dāng)于長沙SFI值的26.15%和31.32%。因此，2市應(yīng)加快城市基礎(chǔ)和服務(wù)設(shè)施建設(shè)，以優(yōu)化人居環(huán)境。

4）人文環(huán)境子系統(tǒng)分異。從圖2 d可看出，HEI和HCI曲線走向基本一致。這說明諸市之間的人文環(huán)境子系統(tǒng)空間差異較小。婁底和益陽的HCI值偏低，分別為0.074 870和0.080 930，居各市區(qū)倒數(shù)第1,2位。這說明2市的人文環(huán)境與其他城市之間差距較大。因此，應(yīng)努力提升2市的高等教育水平，加大科技教育投資，增加公共文化服務(wù)，以提高城市的人文環(huán)境質(zhì)量。

5）社會經(jīng)濟子系統(tǒng)分異。從圖2 e可看出，HEI和SEI曲線走向大體一致。這說明人居環(huán)境質(zhì)量與社會經(jīng)濟發(fā)展水平緊密相關(guān)，社會經(jīng)濟條件可為人居環(huán)境建設(shè)提供必要的物質(zhì)保障，人居環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)化又可對社會經(jīng)濟的健康快速發(fā)展起到積極的推動作用。但益陽和衡陽2市分異較明顯，SEI值分別為0.046 330和0.037 570，居各市區(qū)第4, 8位，與其HEI排名（第7, 5位）反差較大。其主要原因在于社會經(jīng)濟子系統(tǒng)的權(quán)重最小，對人居環(huán)境的影響不如其他子系統(tǒng)顯著；且益陽的經(jīng)濟發(fā)展水平不高，而衡陽用于改善民生的財政支出偏低。因此，2市應(yīng)加強社會經(jīng)濟建設(shè)，以優(yōu)化城市人居環(huán)境。

3 人居環(huán)境的優(yōu)化

3.1 實行城市管治模式，加強人居軟環(huán)境建設(shè)

目前，人文環(huán)境是泛長株潭城市群各市區(qū)人居環(huán)境的“軟肋”，因此，在注重城市基礎(chǔ)和服務(wù)設(shè)施等硬環(huán)境建設(shè)的基礎(chǔ)上，應(yīng)著力創(chuàng)建宜居軟環(huán)境。為改善人居軟環(huán)境，可考慮采取環(huán)境同治、因城而異和支持發(fā)展的管治模式，協(xié)調(diào)各級政府職能部門、市民、企業(yè)、非政府組織等各方利益，組建一個城市管治權(quán)利機構(gòu)——宜居城市群管治委員會，對各市的人居環(huán)境實行管治。具體而言，長沙需適當(dāng)控制中心城區(qū)的人口規(guī)模，湘潭需控制城區(qū)人口的生育率，益陽和婁底應(yīng)提升高等教育水平、加大科技教育投資和增加公共文化服務(wù)，株洲和常德則應(yīng)增加城區(qū)各級各類教育的師資力量，衡陽和岳陽應(yīng)加強公眾文化和娛樂休閑設(shè)施的建設(shè)。

3.2 加快“兩型”社會建設(shè)，構(gòu)建和諧生態(tài)環(huán)境

自然生態(tài)環(huán)境和支撐設(shè)施這2個子系統(tǒng)的影響也較大，因此，泛長株潭城市群應(yīng)積極在各市區(qū)開展創(chuàng)建“兩型”機關(guān)、“兩型”企業(yè)、“兩型”園區(qū)、“兩型”社區(qū)和“兩型”家庭等活動，分階段、有重點地改善生態(tài)環(huán)境，特別是減少“三廢”排放，提升空氣質(zhì)量，提高城區(qū)的綠化率，盡早建成宜居型城市。就各市來說，長沙應(yīng)努力提高城區(qū)綠化覆蓋率和飲用水源水質(zhì)，降低酸雨頻率；株洲和湘潭應(yīng)加大空氣污染治理力度；衡陽和婁底應(yīng)重點加強城市污水處理；岳陽需注意節(jié)約用水用電；常德應(yīng)著力調(diào)整燃料結(jié)構(gòu)，減少燃煤使用量，以降低空氣中SO2含量；益陽則應(yīng)重點加強城市綠化系統(tǒng)建設(shè)，提高城區(qū)綠化率。

3.3 加強城市規(guī)劃和建設(shè)管理，完善引導(dǎo)、控制和治理機制

城市人居環(huán)境的改善和優(yōu)化在很大程度上取決于城市的合理規(guī)劃、建設(shè)與管理。首先，應(yīng)根據(jù)各自的自然地理和歷史人文特點及目前突出的問題確定優(yōu)化目標(biāo)，重點解決城市人居環(huán)境的“短板”。如株洲在突出其工業(yè)新城的同時應(yīng)逐步提高居住用地在城市建設(shè)用地中的比例；常德和益陽應(yīng)加強城市基礎(chǔ)和服務(wù)設(shè)施等硬環(huán)境建設(shè)；衡陽應(yīng)多方籌資以增加住宅投資，并加大財政投資力度，改善居民用水用電條件。其次，應(yīng)注重地域文化，遵循人類聚居生態(tài)學(xué)規(guī)律，貫徹“天人合一”“以人為本”和“江南近山親水臨綠型”等城市規(guī)劃理念，創(chuàng)造人性化的生態(tài)住區(qū)，如長沙可以“山水洲城”為主題，提高人居環(huán)境的親水性，注重濱水型社區(qū)的開發(fā)。再者，在規(guī)劃管理上應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)法，對違法者給予嚴(yán)懲嚴(yán)罰，盡可能避免城市次生性人居環(huán)境問題的產(chǎn)生[15]。

4 結(jié)語

以城市自然宜居性為研究立足點，對泛長株潭城市群進行了人居環(huán)境指數(shù)和協(xié)調(diào)度的綜合評價與橫向比較分析，以期為城市規(guī)劃和建設(shè)管理、房地產(chǎn)開發(fā)及市民買房定居等提供科學(xué)決策的依據(jù)。但囿于統(tǒng)計口徑的變化和有關(guān)數(shù)據(jù)的可獲得性，未能對各市區(qū)進行縱向比較分析，從而無法得出其動態(tài)演進規(guī)律，這是本研究的不足之處，也是下一步的研究方向。

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