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    基于TOPSIS的我國(guó)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害耦合協(xié)調(diào)度分析

    2017-05-15 09:11:10笑,張
    水文地質(zhì)工程地質(zhì) 2017年2期
    關(guān)鍵詞:耦合度城鎮(zhèn)化耦合

    韓 笑,張 楠

    (中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,北京 100081)

    基于TOPSIS的我國(guó)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害耦合協(xié)調(diào)度分析

    韓 笑,張 楠

    (中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,北京 100081)

    隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展,人類工程活動(dòng)引發(fā)了一系列地質(zhì)災(zāi)害,每年造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失不容忽視。文章構(gòu)建了城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)指標(biāo)體系,運(yùn)用熵權(quán)-TOPSIS方法,利用耦合協(xié)調(diào)度公式對(duì)我國(guó)2000—2013年的城鎮(zhèn)化-地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,研究城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),2003—2013年我國(guó)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)逐漸改善,我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治工作取得了良好的成效。

    TOPSIS;城鎮(zhèn)化;地質(zhì)災(zāi)害;耦合協(xié)調(diào)度

    隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展,地質(zhì)災(zāi)害每年造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失不容忽視。城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害之間存在著復(fù)雜的作用關(guān)系,兩者之間不僅存在普遍認(rèn)識(shí)的負(fù)向作用關(guān)系,還存在正向影響作用。

    城鎮(zhèn)化發(fā)展會(huì)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題,且在部分地區(qū)隨著發(fā)展速度的加快地質(zhì)災(zāi)害會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。地質(zhì)災(zāi)害不僅直接造成嚴(yán)重的人員傷亡及經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失,同時(shí)也對(duì)城鎮(zhèn)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施、重大工程等產(chǎn)生破壞,從而對(duì)城鎮(zhèn)的發(fā)展規(guī)模起到限制作用,對(duì)城鎮(zhèn)化的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響。但隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展,對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)知水平提高,對(duì)地質(zhì)災(zāi)害重視程度的加強(qiáng),我國(guó)目前有能力采取各種措施,對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行防控,進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害防治工作,以不斷降低地質(zhì)災(zāi)害所帶來(lái)的危害,甚至通過(guò)地質(zhì)災(zāi)害防治工作使得地質(zhì)災(zāi)害變害為利。

    因此,本文將城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害兩者的關(guān)系定義為耦合關(guān)系。利用TOPSIS方法以及耦合協(xié)調(diào)度公式,對(duì)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行分析,以評(píng)價(jià)兩者耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的趨勢(shì)。

    1 研究方法

    TOPSIS 評(píng)價(jià)法,又稱逼近理想排序法,是由 Hwang和 Yoon[1]于 1981 年提出的一種系統(tǒng)工程決策分析的常用方法。其核心思想是,最優(yōu)方案應(yīng)是與正理想方案距離最小、與負(fù)理想方案距離最大的方案。該方法具有對(duì)數(shù)據(jù)分布及樣本量指標(biāo)多少無(wú)嚴(yán)格限制、數(shù)學(xué)計(jì)算也不復(fù)雜、對(duì)原始數(shù)據(jù)的利用比較充分、信息損失比較少等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)廣泛運(yùn)用并發(fā)展。

    計(jì)算步驟如下:

    (1)構(gòu)建評(píng)估矩陣。對(duì)要素層下N個(gè)時(shí)間序列(即2000—2013)選擇M個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)??傻迷紨?shù)據(jù)矩陣X={Xij}nxm。式中Xij為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值,i=1,2,…,n;j=1,2, …,m。

    (2)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化。在原始數(shù)據(jù)矩陣中分別找出每一列的最大值Xjmax和最小值Xjmin,然后對(duì)Xij進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理:

    正指標(biāo):

    負(fù)指標(biāo):

    (3)熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重。為求取各指標(biāo)的權(quán)重,首先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算指標(biāo)信息熵Si,公式如下:

    其中,

    利用得到的熵值求指標(biāo)權(quán)重:

    (4)計(jì)算經(jīng)濟(jì)總量評(píng)價(jià)值。計(jì)算城鎮(zhèn)化要素層下N個(gè)時(shí)間序列的實(shí)際指標(biāo)值與理想解和負(fù)理想解的歐式距離:

    即可求出城鎮(zhèn)化綜合評(píng)價(jià)值:

    按此步驟,可計(jì)算出城鎮(zhèn)化U和地質(zhì)災(zāi)害G子目標(biāo)層的綜合評(píng)價(jià)值。

    (5)計(jì)算耦合度。借鑒物理學(xué)中的容量耦合概念及容量耦合系數(shù)模型[2],則城鎮(zhèn)化系統(tǒng)與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)的耦合度函數(shù)可以表示為:

    式中:C——耦合度值,C∈[0, 1]。

    當(dāng)C=1時(shí),耦合度最大,達(dá)到良性共振耦合,系統(tǒng)將趨向新的有序結(jié)構(gòu);當(dāng)C=0時(shí),耦合度極小,系統(tǒng)之間處于無(wú)關(guān)狀態(tài)且向無(wú)序發(fā)展;當(dāng)C∈(0, 0.3]時(shí),系統(tǒng)處于較低水平的耦合階段;當(dāng)C∈(0.3, 0.5]時(shí),系統(tǒng)處于頡頏階段;當(dāng)C∈(0.5, 0.8]時(shí),系統(tǒng)處于磨合階段, 兩者間開(kāi)始良性耦合;當(dāng)C∈(0.8, 1)時(shí),系統(tǒng)處于高水平的耦合階段[3~4]。當(dāng)然, 由于政策及突變等因素的影響,系統(tǒng)有可能退化到以前的耦合階段[5]。

    (6)計(jì)算耦合協(xié)調(diào)度。耦合度反映的是城鎮(zhèn)化和地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)的程度,而兩個(gè)系統(tǒng)各自處于發(fā)展的高低水平,未能體現(xiàn)。耦合協(xié)調(diào)度則可以判別兩個(gè)系統(tǒng)是在各自何種程度之下達(dá)到協(xié)調(diào)的,兩個(gè)子系統(tǒng)可能都在發(fā)展水平較高時(shí)協(xié)調(diào),也有可能都在發(fā)展水平較低時(shí)協(xié)調(diào)。

    為此,構(gòu)造城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害耦合協(xié)調(diào)度函數(shù),具體公式如下:

    T=a×U+b×G

    式中:D——耦合協(xié)調(diào)度;T——城市化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù),反映兩者的整體協(xié)同效應(yīng)或貢獻(xiàn);

    a、b——待定系數(shù),本文取a=b=0.5[6~7]。

    對(duì)于耦合協(xié)調(diào)度的等級(jí)劃分,目前有四類說(shuō)[3~5]、八類說(shuō)[8]和十類說(shuō)[9~10]。本研究參考李苒等學(xué)者提出的八類法[7]:當(dāng)D∈(0, 0.1]時(shí),系統(tǒng)處于嚴(yán)重失調(diào)衰退類;當(dāng)D∈(0.1, 0.3] 時(shí),系統(tǒng)處于中度失調(diào)衰退類;當(dāng)D∈(0.3, 0.4]時(shí),系統(tǒng)處于輕度失調(diào)衰退類;當(dāng)D∈(0.4,0.5]時(shí),系統(tǒng)處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展類;當(dāng)D∈(0.5,0.6]時(shí),系統(tǒng)處于初級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展類;當(dāng)D∈(0.6,0.7]時(shí),系統(tǒng)處于中級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展類;當(dāng)D∈(0.7,0.9]時(shí),系統(tǒng)處于良好協(xié)調(diào)發(fā)展類;當(dāng)D∈(0.9,1]時(shí),系統(tǒng)處于優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展類。

    2 指標(biāo)構(gòu)建與數(shù)據(jù)來(lái)源

    2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

    目前地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域與經(jīng)濟(jì)管理學(xué)結(jié)合得比較少,對(duì)地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)進(jìn)行指標(biāo)構(gòu)建的也較多是從災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、地質(zhì)災(zāi)害防治工程等方面。本文主要考慮的是人為因素引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害,地質(zhì)災(zāi)害的自然特征暫不作為考慮內(nèi)容。

    根據(jù)指標(biāo)選擇的目的性、系統(tǒng)性、可獲取行、簡(jiǎn)潔性等原則,本研究從城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害兩個(gè)系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建包括目標(biāo)層、要素層和指標(biāo)層三個(gè)層次的指標(biāo)體系。

    城鎮(zhèn)化體系包括:人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化、社會(huì)城鎮(zhèn)化和空間城鎮(zhèn)化四個(gè)要素層。具體的指標(biāo)層為:人口密度、城市人口比重;人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)所占比重、工業(yè)化水平;城市居民可支配收入、人均生活用水量、人均擁有道路、每萬(wàn)人擁有公車數(shù)、人均公園綠地;建設(shè)用地面積等共11個(gè)指標(biāo)。

    地質(zhì)災(zāi)害體系包括:地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況、地質(zhì)災(zāi)害損失和地質(zhì)災(zāi)害防治三個(gè)素層。具體指標(biāo)層為:地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)(包含崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降災(zāi)害發(fā)生的次數(shù));地質(zhì)災(zāi)害造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失;地質(zhì)災(zāi)害防治項(xiàng)目個(gè)數(shù)、防治資金共5個(gè)指標(biāo)。

    2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

    本文從《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》獲取了2003—2013年我國(guó)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)所需的16個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)(表1)。

    隨后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,運(yùn)用MATLAB軟件,采用熵權(quán)法,確定城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害指標(biāo)體系的權(quán)重(表2)。

    表1 2003—2013年全國(guó)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)數(shù)據(jù)

    注:數(shù)據(jù)來(lái)源于2004—2014年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》

    表2 城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害指標(biāo)體系及權(quán)重

    注:“+”表示指標(biāo)具有正效應(yīng),其值越大說(shuō)明系統(tǒng)水平越高;“-”表示指標(biāo)具有負(fù)效應(yīng),其值越大說(shuō)明系統(tǒng)水平越低。

    3 耦合協(xié)調(diào)度分析

    運(yùn)用MATLAB軟件,采用TOPSIS研究方法和耦合協(xié)調(diào)度公式可得城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r。

    3.1 總體評(píng)價(jià)值分析

    通過(guò)對(duì)2003—2013年我國(guó)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)值的分析(表3、圖1),可以發(fā)現(xiàn):

    表3 2003—2013年我國(guó)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)值

    (1)城鎮(zhèn)化發(fā)展整體處于上升狀態(tài),但增速出現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì),從2003、2004年的年增長(zhǎng)60%以上,到后來(lái)的2006、2007年30%以上,再到2009年以后的年增速20%以下。

    (2)地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)指數(shù)則在波動(dòng)中變化,呈現(xiàn)出多個(gè)倒U型組成的曲線。其中,2006年、2010年等年份的上升趨勢(shì)明顯,達(dá)到倒U型的峰值。

    雖然地質(zhì)災(zāi)害總體趨勢(shì)受城鎮(zhèn)化的影響,但也一直在波動(dòng),且波動(dòng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)又不對(duì)應(yīng)具體的或者特殊的事件,因?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害受自然因素和人為因素的共同影響,其發(fā)生具有不確定性。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展地質(zhì)災(zāi)害逐漸加重,但當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定程度后,地質(zhì)災(zāi)害會(huì)得到一定控制。城鎮(zhèn)化的發(fā)展帶來(lái)了地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題的惡化,反之又損害著經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。如果聽(tīng)之任之,繼續(xù)盲目追求城鎮(zhèn)化的發(fā)展,忽略地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題或寄希望于以經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)來(lái)消除地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的問(wèn)題,則可能會(huì)進(jìn)一步促使地質(zhì)環(huán)境惡化,帶來(lái)巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,不利于城鎮(zhèn)發(fā)展;積極減災(zāi),加大對(duì)地質(zhì)災(zāi)害防治的重視,合理制定城市發(fā)展規(guī)劃、有計(jì)劃以及適當(dāng)?shù)貙?duì)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā),加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境的保護(hù),才能降低地質(zhì)災(zāi)害對(duì)資源、人類的危害。地質(zhì)災(zāi)害能夠引導(dǎo)人們通過(guò)自己的努力來(lái)主動(dòng)防治、避免、減輕災(zāi)害損失的發(fā)生,還能夠指導(dǎo)具體的各種減輕災(zāi)害損失的活動(dòng),來(lái)避免減災(zāi)活動(dòng)中損失的擴(kuò)大化。

    圖1 城鎮(zhèn)化系統(tǒng)與災(zāi)害系統(tǒng)評(píng)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化圖Fig.1 The trend of evaluation value of urbanization and geo-hazards system

    3.2 耦合協(xié)調(diào)度分析

    通過(guò)對(duì)2003—2013年我國(guó)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r的分析(表4),可以發(fā)現(xiàn):

    (1)從耦合度來(lái)看,城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)從2003年較低水平的耦合階段發(fā)展到2013年的高水平耦合。其中,2007、2008以及2011三個(gè)年份兩個(gè)系統(tǒng)間出現(xiàn)互相磨合的狀態(tài),其余年份均處不斷上升趨勢(shì)。

    表4 2003—2013年我國(guó)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r

    (2)從耦合協(xié)調(diào)度來(lái)看,城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)大致可以分為3個(gè)階段:2003—2004年失調(diào)衰退狀態(tài)、2005—2008年勉強(qiáng)或中等協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)、2009—2013年良好協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

    總體上看,兩系統(tǒng)逐漸朝著協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)發(fā)展。其中,2006年和2010年較其他年份大幅上升。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以看出,2006年和2010年地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量位于11年間的前兩位,但通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)這兩年發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害多是以中小型為主,加之防治資金的合理精準(zhǔn)投入以及地質(zhì)災(zāi)害防治項(xiàng)目所發(fā)揮的作用,使得這兩年間無(wú)論人員傷亡還是經(jīng)濟(jì)損失情況環(huán)比均未出現(xiàn)大幅攀升。尤其在2009年,我國(guó)設(shè)立了地質(zhì)災(zāi)害專項(xiàng)防治資金,兩系統(tǒng)呈現(xiàn)出較好的協(xié)調(diào)狀態(tài),這個(gè)結(jié)果令人欣喜,說(shuō)明我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治起到了一定效果。

    4 結(jié)論

    (1)我國(guó)城鎮(zhèn)化水平呈逐年上升狀態(tài),而地質(zhì)災(zāi)害由于受到人為、自然等因素的影響,具有一定的不確定性,系統(tǒng)水平呈波動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)。

    (2)我國(guó)城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)之間經(jīng)歷了低水平的耦合到磨合再到高水平的耦合發(fā)展階段,總體來(lái)看兩系統(tǒng)逐漸朝著協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)發(fā)展。

    (3)隨著國(guó)家對(duì)地質(zhì)災(zāi)害防治的日益重視,防治投入不斷加大、防治科技水平不斷提升,我國(guó)基本能做到針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的可防可控可預(yù)報(bào),地質(zhì)災(zāi)害防治取得一定成效。

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    Analysis on coupling coordination degree between urbanization and geo-hazards in China based on TOPSIS

    HAN Xiao, ZHANG Nan

    (ChinaInstituteofGeo-EnvironmentalMonitoring,Beijing100081,China)

    With the development of urbanization, human engineering activities trigger a series of geo-hazards, which cause a huge casualties and economic lose. This paper constructs the urbanization and the geo-hazards index system, using the TOPSIS method to analyze the coupling relationship between urbanization and geo-hazards based on data during 2003—2013. The study find that the coordinated relationship between urbanization and geo-hazards in China gradually improved during 2000—2013. The prevention and control of geo-hazards has achieved good results in China.

    TOPSIS; urbanization; geo-hazards; coupling coordination degree

    10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.02.25

    2016-10-25;

    2017-01-12

    韓笑(1987-),女,博士研究生,助理研究員,主要從事資源開(kāi)發(fā)利用與環(huán)境管理工作。E-mail:hanx@mail.cigem.gov.cn

    P642.2

    A

    1000-3665(2017)02-0167-05

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