基于灰色關(guān)聯(lián)分析的安順市城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)

王 釘，王典雪，潘新臺，史文濤

（1.安順學(xué)院 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 安順 561000；2.安順學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，貴州 安順 561000；3.遵義師范學(xué)院，貴州 遵義 563002）

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對環(huán)境問題越來越重視，城市生態(tài)系統(tǒng)的研究在生態(tài)研究中的地位也顯得越發(fā)重要。城市生態(tài)系統(tǒng)健康的含義、評判因子及評價(jià)指標(biāo)體系的建立和方法也顯得多種多樣。目前針對生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值研究較多，對城市生態(tài)系統(tǒng)的健康和其健康評價(jià)方面目前并未有較深入的研究[1]。對于城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)目前也無統(tǒng)一的認(rèn)定，通常認(rèn)為：城市生態(tài)系為復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)，由自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多方面組成，并且其系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)未受侵害，主要存在于生產(chǎn)生活和周圍環(huán)境之間，同時(shí)大環(huán)境內(nèi)部的關(guān)鍵生態(tài)組成部分和有機(jī)組織被保護(hù)完好并不受外部疾病干擾，使得其能保持彈性和穩(wěn)定性，長期在突發(fā)的自然或人為擾動(dòng)的情況下，在其環(huán)境承載力范圍之內(nèi)[2]。目前，綜合評價(jià)方法，模糊數(shù)學(xué)模型評價(jià)，符合評價(jià)等方法在評價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)健康方面應(yīng)用較多[3]。

1 基礎(chǔ)資料和生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)研究

1.1 安順市城市區(qū)域概況

安順市位于貴州中西部區(qū)域，作為西南地區(qū)重要的分水嶺地帶，生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定意義重大。當(dāng)前全市國土面積9 267 km2，常住人口260.73萬。以安順市2011～2016年的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)作為支撐，以安順市城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)作為研究的對象，通過灰色關(guān)聯(lián)分析，對比每年的城市生態(tài)系統(tǒng)健康的現(xiàn)狀，以此來系統(tǒng)地測評安順市整個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)健康程度。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

研究數(shù)據(jù)主要來自2011～2016年的安順市統(tǒng)計(jì)年鑒、貴州省統(tǒng)計(jì)年鑒、安順市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書、安順市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)以及安順市水資源公報(bào)等。

1.3 灰色關(guān)聯(lián)分析理論

灰色關(guān)聯(lián)分析在灰色系統(tǒng)理論的范疇之內(nèi)，灰色關(guān)聯(lián)分析的出發(fā)點(diǎn)在于用圖形的方式來表示數(shù)據(jù)序列曲線的幾何形狀，然后再根據(jù)其相似程度來判斷不同序列之間的聯(lián)系緊密情況，其數(shù)學(xué)意義在于，參考序列曲線的幾何形狀越相似，表示其變化的趨向越接近，其關(guān)聯(lián)度則趨大；否則，其關(guān)聯(lián)度就趨小。城市生態(tài)系統(tǒng)的特性決定了它所需求的大部分能量和物質(zhì)，都需要從其他的子生態(tài)系統(tǒng)人為地進(jìn)行輸入。其內(nèi)部各個(gè)要素之間也存在著相互磨合、相互促進(jìn)的關(guān)系，也經(jīng)歷由黑色到灰色的過程[4-5]。所以，可以運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法來一定程度上評價(jià)相關(guān)城市區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)健康，以作為城市生態(tài)建設(shè)和健康發(fā)展的重要參考。

1.4 灰色關(guān)聯(lián)分析指標(biāo)選取

高度復(fù)雜性和綜合性的城市生態(tài)系統(tǒng)的特征，結(jié)合安順市城市生態(tài)建設(shè)現(xiàn)狀，參考其他研究成果的基礎(chǔ)上，選取功能結(jié)構(gòu)、內(nèi)部變遷、可持續(xù)發(fā)展等要素評價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。這些指標(biāo)基本能夠反映安順城市生態(tài)系統(tǒng)健康的具體情況。

1.5 指標(biāo)權(quán)重確定及指標(biāo)體系確定

在確定安順市城市生態(tài)系統(tǒng)健康標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，由于目前并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)生態(tài)環(huán)境部對健康城市的要求和生態(tài)環(huán)境部對健康城市建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)來確定，將城市生態(tài)系統(tǒng)健康分為優(yōu)良、健康、亞健康、非健康、疾病5個(gè)等級。使用層次分析法確定各個(gè)指標(biāo)權(quán)重，將所有的評價(jià)指標(biāo)當(dāng)作數(shù)列，并視為比較數(shù)列，將指標(biāo)數(shù)據(jù)列中數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，按照灰色關(guān)聯(lián)法進(jìn)行計(jì)算，得到城市生態(tài)系統(tǒng)健康各標(biāo)準(zhǔn)序列的關(guān)聯(lián)度。安順市2011～2016年各評價(jià)指標(biāo)的現(xiàn)狀值依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析計(jì)算公式，并求得安順市2011～2016年城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系中各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。各指標(biāo)具體分級情況如表1所示。

1.6 灰色關(guān)聯(lián)分析計(jì)算模型矩陣的設(shè)計(jì)及計(jì)算

關(guān)聯(lián)程度，從圖形上來看，表示的是參考的曲線之間，其幾何形狀的差別程度有多大。主要的步驟在于首先確定比較對象或者評價(jià)對象和參考的數(shù)列，并需要對于數(shù)據(jù)做出標(biāo)準(zhǔn)化的處理，其次在于確定每個(gè)參考指標(biāo)的權(quán)重，通過層次分析法予以確定，再通過計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ（Xi）計(jì)算公式予以計(jì)算：

其中：ρ為分辨系數(shù)，取值范圍在0～1，取0.5。然后再根據(jù)評價(jià)模型得到每個(gè)年份的關(guān)聯(lián)度，即可確定每一個(gè)年份所屬的安全等級。

2 安順市城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)

將安順市的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到安順市城市生態(tài)系統(tǒng)健康各評價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，并得出在研究期間內(nèi)安順市生態(tài)系統(tǒng)健康的關(guān)聯(lián)度，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 安順市城市生態(tài)系統(tǒng)健康關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果

從表2可以得出，在2011～2016年中，安順市的城市生態(tài)系統(tǒng)健康關(guān)聯(lián)度是隨著年份的增加而逐步增強(qiáng)的。城市生態(tài)系統(tǒng)作為較為典型的灰色系統(tǒng)，安順市城市生態(tài)系統(tǒng)健康受影響的因素較多，各評價(jià)指標(biāo)均有影響，如何利用各評價(jià)指標(biāo)現(xiàn)狀值，以準(zhǔn)確評價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)的健康是值得研究的內(nèi)容。在城市建設(shè)和城市發(fā)展過程中，依然需要調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與優(yōu)化經(jīng)濟(jì)增長方式，加強(qiáng)對水資源與水環(huán)境的保護(hù)，完善公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，進(jìn)行有序化的城市功能組織系統(tǒng)建設(shè)，來確保安順市城市生態(tài)系統(tǒng)向著健康的方向發(fā)展。