基于GIS和АHP的安慶市2006—2016年城市生態(tài)環(huán)境動態(tài)評價研究

黎 慧，趙 陽，祝 鳳

（阜陽師范學(xué)院歷史文化與旅游學(xué)院，安徽阜陽236037）

生態(tài)環(huán)境是對人類生產(chǎn)生活有價值的水資源、土地資源、生物資源以及氣候資源的數(shù)量與質(zhì)量的總稱，是一個復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)，關(guān)乎人類社會和經(jīng)濟健康發(fā)展。生態(tài)環(huán)境好與壞是經(jīng)濟社會發(fā)展需要關(guān)注的重要問題，充分了解并正確評價現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境的狀況，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境發(fā)展狀況的預(yù)測有重要作用，是擬定區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展計劃的一項重要參考內(nèi)容。城市生態(tài)環(huán)境評價因評價對象、評價指標、評價方法不同而有所差異，城市評價指標體系主要由經(jīng)濟、自然、社會這三方面構(gòu)成[1]。城市生態(tài)環(huán)境評價多采用定性和定量兩類分析方法，采用定量分析能減少定性分析的主觀因素，層次分析法是城市生態(tài)環(huán)境評價研究中普遍的一種方法[2-3]。由于生態(tài)、社會過程的復(fù)雜性，定量分析生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的技術(shù)難度較大，所以選取的指標要有現(xiàn)實性、可比性[4]。

本文對安慶市2006年和2016年相關(guān)數(shù)據(jù)進行城市生態(tài)環(huán)境動態(tài)評價分析。安慶市位于安徽省西南部，屬于長江中下游地區(qū)，是皖河入江區(qū)，西面與湖北省、南面與江西省接壤，西北部為大別山主峰。全市轄管六縣三區(qū)，分別為懷寧縣、望江縣、太湖縣、岳西縣、潛山縣、桐城市、迎江區(qū)、宜秀區(qū)、大觀區(qū)。由于安慶市行政區(qū)劃的變更，樅陽縣不屬于安慶市轄管范圍內(nèi)，所以為了數(shù)據(jù)具有可比性，數(shù)據(jù)的采集及分析處理都不包含樅陽縣。截至2016年底全市總?cè)丝谶_529.3萬，轄區(qū)面積15.329平方公里。安慶市地貌豐富多樣，以低山丘陵為主，截至2016年底，山區(qū)面積占35.69%。

1 評價分析過程

（1）指標體系建立的方法與原則。層次分析法（АHP）是一種采用定性與定量相結(jié)合的決策分析法，是決策者利用模型進行量化處理解決問題的過程。АHP分析問題包括五個步驟：明確問題、建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造矩陣、層次單因子排序、層次結(jié)構(gòu)總排序[5]。城市生態(tài)環(huán)境評價可以通過АHP對區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量作出分析，為了使分析更加符合現(xiàn)實情況，指標選取應(yīng)當遵循的原則：科學(xué)性原則，選擇的指標必須符合科學(xué)實際，要有可量化的科學(xué)基礎(chǔ)；定性與定量結(jié)合的原則；可操作性原則，指標體系的選取需要現(xiàn)實、有可操作性，盡量根據(jù)現(xiàn)有的統(tǒng)計資料，選擇有一定代表性的實用性和可操作性的指標；層次性原則，指標的選取要有一定的層次結(jié)構(gòu)。

（2）評價指標構(gòu)建。根據(jù)安慶市地域發(fā)展情況將建立層次結(jié)構(gòu)模型，生態(tài)環(huán)境評價包括社會（B1）、經(jīng)濟（B2）、自然（B3）3個中間層及13個具體指標。數(shù)據(jù)來源于《安慶市2007統(tǒng)計年鑒》《安慶市2017統(tǒng)計年鑒》。指標的選取結(jié)合安慶市2006年及2016年的發(fā)展實際，由于時間的跨度較長，不同時期統(tǒng)計數(shù)據(jù)的內(nèi)容存在較大差異，所以在選取指標時綜合考慮數(shù)據(jù)的實際可用性，兩年選取了相同的13個指標：財政醫(yī)療衛(wèi)生支出、人口自然增長率、初中升學(xué)率、城鎮(zhèn)化率、農(nóng)村家庭人均可支出、財政教育可支出比、人均GDP、地區(qū)生產(chǎn)總值、財政收入、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、人均耕地面積、地形因子。

（3）構(gòu)建判斷矩陣。城市生態(tài)評價指標的權(quán)重對整個指標體系有著重要的作用，權(quán)重越大其影響就越大，其對最終評價結(jié)果的影響就越大，權(quán)重之間不同分配，其結(jié)果也會存在差異，所以在權(quán)重的確定上要選擇合理、科學(xué)的分配方法[6]。本文采用主觀賦權(quán)法中的層次分析法和德爾菲法，并利用yaahp軟件確定其權(quán)重構(gòu)造。判斷矩陣是АHP決策分析中至關(guān)重要的內(nèi)容，它表示對于上一層次中的某個元素而言，是評定該層次中要素的相對重要程度。構(gòu)造兩兩判斷矩陣是將元素相對重要程度進行量化的過程，這里通過1～9的標度進行量化處理，判斷其重要性[7]，其中1、3、5、7、9分別表示兩個指標相比，一個指標相對于另一個指標的重要程度，2、4、6、8表示其中間值。以2016年社會（B1）6個指標為例：X1，…，X6分別表示財政醫(yī)療衛(wèi)生支出比、人口自然增長率、初中升學(xué)率、城鎮(zhèn)化率、農(nóng)村家庭人均可支配收入、財政教育支出比，其判斷矩陣如表1所示。

表1 2016年社會（B1）指標標判斷矩陣

（4）層次單排序。根據(jù)前面得到的各個因子之間的重要程度關(guān)系，需要進行層次單排序，通過計算判斷矩陣的特征值和特征向量，也就是要計算出每一個中間要素層下備選方案的權(quán)重值，即

Wi為特征向量，k值表示具體一列。

λmax為判斷矩陣的最大特征根。

利用（1）式計算出社會（B1）6個指標特征向量，如表2所示。

表2 社會指標權(quán)重

下面對判斷矩陣進行一致性檢驗，

其中，CR一致性檢驗比例，CI=（λmax-n)/（n-1），RI為平均隨機一致性指標。通常情況下，一階、二階的判斷矩陣具有完全一致性，二階以上的矩陣CR＜0.1時，判斷矩陣有較好的一致性，相反就會判定判斷矩陣不一致，需對矩陣進行不斷修改，直到一致為止。通過（1）～（3）式可以計算出表1判斷矩陣的一致性比例為0.032 0，說明該矩陣具有一致性。

（5）層次總排序。通過上述方法計算出2006年、2016年每一個要素對于主因子的權(quán)重值，利用層次單排序，計算本層次所有的權(quán)重值（表3）。

表3 2006、2016年安慶市城市生態(tài)環(huán)境指標及權(quán)重

2 GIS可視化及分析處理

2.1 數(shù)據(jù)的標準化處理

由于原始的指標數(shù)據(jù)在數(shù)值的大小、形式、單位上都存在差別，不利于比較計算，為了消除不同數(shù)值單位、大小、形式的差別，需要對各指標原始數(shù)據(jù)進行標準化處理[8]。這里利用離差標準化、標準差標準化、方正切函數(shù)標準化來進行標準化處理，其中，I表示標準后的值，Xi表示要計算的原始數(shù)據(jù)的值，Xmax為這一指標數(shù)據(jù)中最大值，Xmin表示這一指標數(shù)據(jù)中最小值。I最大值為1，最小值為0。

2.2 GIS可視化處理

地理信息系統(tǒng)（GIS）是通過計算機的軟件和硬件進行處理，以收集、儲存、管理、檢索、分析和描述物體在空間上的地理分布和與這個物體所具備的自身相關(guān)屬性，АrcGIS可對多種空間數(shù)據(jù)進行編輯處理，其編輯器功能強大，且方便快捷，系統(tǒng)可根據(jù)與圖形相關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)來制作專題圖[9]。利用GIS將安慶市城市生態(tài)環(huán)境進行可視化處理，制作出安慶市城市等級分布圖。先對每一個指標量化處理后的數(shù)據(jù)進行插值分析，得出每個指標的柵格圖，再利用柵格計算器進行柵格圖的疊加，即1,2,3,…,n)，其中，Ui表示各指標標準化處理的值；Wi表示各指標的權(quán)重。此時所得到圖只是每個指標按照不同權(quán)重簡單疊加的結(jié)果。為了更加直觀地表達效果，分別對2006年、2016年的柵格圖進行重分類，參照其各自年份柵格圖的數(shù)值進行分類，制作出安慶市2006年、2016年城市生態(tài)等級分布圖（圖1、圖2）。

圖1 安慶市2006年城市環(huán)境評價等級圖

圖2 安慶市2016年城市環(huán)境評價等級圖

2.3 評價分析

根據(jù)制作的專題地圖，將安慶市城市生態(tài)環(huán)境分為4個等級，利用АrcGIS分別計算出每一個等級的面積及百分比，如表4所示。

表4 安慶市城市生態(tài)環(huán)境評價等級值

結(jié)合圖1、圖2、表4可以看出，2006年安慶市城市生態(tài)環(huán)境差異大，到了2016年差距逐漸縮小，總體上安慶市城市生態(tài)環(huán)境在不斷改善，其中變化最大的是一般區(qū)和良好區(qū)。2006年一般區(qū)面積百分比達58.7%，主要是宿松縣、望江縣、太湖縣、岳西縣和潛山縣部分地區(qū)，2016年一般區(qū)面積百分比為24.5%，主要為山區(qū)的岳西縣；2006年良好區(qū)僅占16.4%，而到了2016年良好區(qū)占50.8%。

3 結(jié)論與建議

本文基于安慶市2006、2016年經(jīng)濟、社會、自然3個層次13個指標數(shù)據(jù)，利用層次分析法對城市生態(tài)環(huán)境進行動態(tài)評價分析，得到以下結(jié)論：

（1）從行政區(qū)劃上來看，2006—2016年安慶市區(qū)、懷寧縣、桐城市整體處于優(yōu)質(zhì)區(qū)且占比由原來的24.2%提高到24.5%，提高幅度較小，其中懷寧縣較為明顯。優(yōu)質(zhì)區(qū)有向西拓展的趨勢，主要因為懷寧縣于2015年開展了農(nóng)村新型清潔工程，將農(nóng)村納入環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)的覆蓋范圍，整合城鄉(xiāng)環(huán)衛(wèi)，加大臟、亂、污治理投入，以河湖庫沿線為重要治理范圍，減少污染，恢復(fù)水質(zhì)。其他區(qū)域生態(tài)壞境變化較小，主要因為這些地區(qū)發(fā)展較為均衡，地理位置較優(yōu)越，基礎(chǔ)設(shè)施相比其他縣級地區(qū)而言較為完善，經(jīng)濟、社會文化較集中。安慶市充分利用“一江繞城、兩山供城、三湖嵌城”的自然格局，加快城市綠地建設(shè)，提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

（2）良好區(qū)與一般區(qū)在近十年的變化幅度最大，其中良好區(qū)提高了34.4%，一般區(qū)降低了34.2%。主要分布在宿松縣、望江縣、潛山縣以及太湖縣的東南部區(qū)域。宿松縣、望江縣、潛山縣在2016年良好區(qū)明顯增多，尤其是宿松縣幾乎都變成了良好區(qū)。究其原因，截至2015年年底新增了10個省級森林村和3個森林城鎮(zhèn)。望江縣、潛山縣重視耕地保護和水利建設(shè)，是改善農(nóng)業(yè)、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的有力措施。太湖縣采取“生態(tài)立縣”的長遠發(fā)展宗旨，依據(jù)自身的地質(zhì)條件實行城湖一體、山水相結(jié)合的發(fā)展模式，大力發(fā)展具有本土特點的旅游業(yè)。

（3）相比較而言，退化區(qū)在近十年變化幅度較小，降低了0.5%，主要分布在岳西縣、太湖縣中部海拔較高的地區(qū)。岳西縣生態(tài)環(huán)境一般區(qū)到優(yōu)質(zhì)區(qū)轉(zhuǎn)化率太低，因此針對這些區(qū)域還需要進一步加強生態(tài)環(huán)境保護工作。

綜合而言，近十年，安慶市生態(tài)環(huán)境總體在改善，優(yōu)質(zhì)區(qū)和良好區(qū)面積大幅度增加，一般區(qū)和退化區(qū)面積大幅度減少，而要實現(xiàn)安慶市的城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展，還需在以下方面多做工作：

（1）堅持創(chuàng)新，促進產(chǎn)業(yè)新體系的形成。經(jīng)濟是城市發(fā)展基礎(chǔ)，良好的經(jīng)濟環(huán)境是城市環(huán)境的重要內(nèi)容，實行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)、清潔產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)體系。根據(jù)各區(qū)縣實際發(fā)展狀態(tài)，結(jié)合其優(yōu)勢條件，建設(shè)各具特色的縣域?qū)I(yè)化園區(qū)。其中，桐城市兩年的環(huán)境指數(shù)都是優(yōu)，說明城市環(huán)境較優(yōu)越，桐城市可以重點發(fā)展智能制造和節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)；懷寧縣著力發(fā)展新型材料和高級節(jié)能創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)；太湖縣和潛山縣的旅游資源十分豐富，可以大力發(fā)展生態(tài)旅游業(yè)；宿松縣人口基數(shù)大，可以重點發(fā)展電子信息、紡織服裝等勞動力聚集型產(chǎn)業(yè)。

（2）完善垃圾分類、處理的相關(guān)規(guī)定及機制。我國是人口大國，資源消耗量大，產(chǎn)生的工農(nóng)業(yè)垃圾、生活垃圾數(shù)也在不斷增加。安慶市各縣在2016年的城鎮(zhèn)化水平遠遠低于全國范圍內(nèi)其他縣市的平均水平，說明人口集中程度不高，人口分布十分分散，導(dǎo)致垃圾的收集處理難度加大，在農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活垃圾就近處理污染環(huán)境、占用耕地，建立切實可行的垃圾收理、分類、處理機制，對改善農(nóng)村地區(qū)的生態(tài)環(huán)境有非常大的益處，同時能有效減少環(huán)境污染。

（3）加強宣傳指導(dǎo)，增強民眾環(huán)境參與意識。提倡綠色消費，城市環(huán)境建設(shè)要靠全體民眾的共同創(chuàng)造。當今經(jīng)濟發(fā)展迅速，人們生活水平不斷提高，物質(zhì)消費不斷豐富，但是環(huán)境意識相對薄弱，尤其是一些農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)。強化宣傳力度，大力普及環(huán)境知識從而增強民眾的環(huán)境意識是當務(wù)之急的。

（4）加強水環(huán)境的治理保護。水環(huán)境作為城市自然、社會、生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，對城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重要影響，優(yōu)質(zhì)的水環(huán)境能提供良好的生活。安慶市從屬于長江流域，水系發(fā)達，水資源豐富，需要對長江流域的污染排入進行嚴格控制，加大水環(huán)境的治理和保護。