基于DPSR和優(yōu)劣解距離模型的城市生態(tài)安全評價
——以廣東省云浮市為例

曾燦，黃雨軒，李宇，楊琴

（1.湖南省人居環(huán)境學(xué)研究基地，湖南 衡陽 421002；2.衡陽師范學(xué)院 地理與旅游學(xué)院，湖南 衡陽 421002；3.生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655）

我國目前正處在城市化進程的快速發(fā)展期，經(jīng)濟后發(fā)型城市是我國城鎮(zhèn)化水平提高的重要載體，人口、物質(zhì)的快速流動容易引起大氣、水環(huán)境污染等一系列生態(tài)環(huán)境問題[1-2]，“十三五”期間提出的“環(huán)境質(zhì)量只能變好，不能變差”的總體目標(biāo)，也讓經(jīng)濟后發(fā)型城市必須走經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的道路。因此經(jīng)濟后發(fā)型城市必須加強對城市生態(tài)系統(tǒng)的整體調(diào)控。近年來，從學(xué)術(shù)界到政府部門都十分關(guān)注城市生態(tài)安全問題，黨的“十八大”指出在進行城市建設(shè)的過程中，要把生態(tài)環(huán)境保護放在重要位置，創(chuàng)造良好的城市生態(tài)環(huán)境；黨的“十九大”更是明確生態(tài)文明建設(shè)的重要性，要求對三大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，堅持和落實可持續(xù)發(fā)展觀，平衡城市經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護的關(guān)系。

目前對于城市生態(tài)安全研究，國外學(xué)者研究起步較早、尺度較大，偏向于對全球或國家生態(tài)安全問題的探索[3-9]。國內(nèi)學(xué)者對單個資源要素諸如土地、水資源對生態(tài)安全的影響關(guān)注較多，且研究對象多為城市化水平較高、經(jīng)濟發(fā)展較快的區(qū)域與城市[10-11]。從研究指標(biāo)體系來看[12-14]，對指標(biāo)的提取與評價主要采用的框架是聯(lián)合國經(jīng)濟合作與發(fā)展機構(gòu)提出的PSR（壓力-狀態(tài)-響應(yīng)）模型框架，采用較多的有DPSR（驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-響應(yīng)）模型框架，強調(diào)導(dǎo)致環(huán)境壓力與狀態(tài)變化的驅(qū)動作用，使得評價模型驅(qū)動力作用更直接、明顯[15]。從研究方法上看，多采用熵權(quán)法、主觀賦權(quán)法、層次分析法等，但這些評價方法單一且不夠完整。綜合來看，目前對大尺度地區(qū)以及單一資源要素的生態(tài)安全研究較多[16]，但對城市化發(fā)展較為緩慢且擁有多個資源要素的城市研究較少。由于城市生態(tài)安全評價是一種相對狀態(tài)，而優(yōu)劣解距離模型能夠?qū)Σ煌u價對象狀態(tài)相對優(yōu)劣程度進行比較，是一種常見的多目標(biāo)評價方法?；诖耍疚脑贒PSR的基礎(chǔ)上構(gòu)建了城市生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，采用熵值法和優(yōu)劣解距離模型，選取廣東省經(jīng)濟后發(fā)型城市云浮市作為案例地來分析城市生態(tài)安全狀況，以期為城市生態(tài)安全評價方法提供新方法和思路。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

云浮市（如圖1）位于廣東省中西部，依傍西江，面積為7 779 km2，轄區(qū)內(nèi)自然資源較為豐富，森林覆蓋率達到69.5%。受地形條件制約與行政制度變革等因素影響，云浮市的城鎮(zhèn)化發(fā)展在廣東省處于較低水平，2016年云浮市的城鎮(zhèn)化水平為32.59%，遠低于廣東省平均城鎮(zhèn)化水平。雖然目前云浮市城鎮(zhèn)化水平不高，但由于社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，目前也面臨著空氣環(huán)境質(zhì)量、水資源開發(fā)利用、污水處理以及人地矛盾等問題。

圖1 云浮市區(qū)位

1.2 數(shù)據(jù)來源與方法

本文獲取了2011年—2016年《中國統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》《廣東省環(huán)境狀況通報》《廣東省統(tǒng)計年鑒》《云浮市統(tǒng)計年鑒》中有關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)及土地利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)。運用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化，通過熵權(quán)法對評價指標(biāo)進行賦權(quán)，采用優(yōu)劣解距離模型法對云浮市生態(tài)安全進行評價。

2 城市安全評價指標(biāo)體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)處理

2.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

評價體系的選取與確定是城市安全評價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文參考國內(nèi)外學(xué)者采用的研究體系，結(jié)合云浮市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量問題，從驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、響應(yīng)四個系統(tǒng)，根據(jù)評價指標(biāo)選取的客觀性原則、一致性原則、可獲得性原則、科學(xué)性原則，構(gòu)建城市總?cè)丝?、水資源開發(fā)利用強度等共28項評價指標(biāo)（見表1）。指標(biāo)分為正向、負向兩類，其中驅(qū)動力（D）、壓力（P）指標(biāo)反映的是對城市生態(tài)安全的破壞，是負向影響；狀態(tài)（S）、響應(yīng)（R）指標(biāo)反映的是對城市生態(tài)安全的提升與改善，是正向作用。

表1 云浮市城市生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

2.2 評價指標(biāo)數(shù)據(jù)處理

為了消除城市生態(tài)安全評估中選擇的指標(biāo)之間的維度和數(shù)量級差異的影響，采用極差變換法進行標(biāo)準(zhǔn)化處理[17-18]，同時采用熵權(quán)法來確定云浮市城市生態(tài)安全評價指標(biāo)權(quán)重。其計算步驟與公式為

（1）計算指標(biāo)信息熵Hj：

式中：常數(shù)k與樣本數(shù)m有關(guān)，令k=1 ln m，且k>0；Pij表示第j項指標(biāo)下第i個樣本值占該指標(biāo)的比，Pij=XijΣmi=1Xij（假定當(dāng)Pij=0時，Pijln Pij=0）。Hj表示計算第j個指標(biāo)的熵值，一般情況，Hj越小，表明指標(biāo)值差異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評價中所能起到的作用也越大，其權(quán)重也就越大。

（2）計算差異性系數(shù)G：

差異性系數(shù)G即為信息熵冗余，表示信息碼符號的信息量大于該信息本身的信息量。

（3）計算指標(biāo)權(quán)重Wj：

2.3 城市生態(tài)安全評價模型構(gòu)建

優(yōu)劣解距離模型（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）是一種接近于理想解的方法，是多個指標(biāo)決策分析中一種常見的有效方法[19-21]。其基本原理是通過檢測評價對象與最優(yōu)解、最劣解的距離來進行排序，若評價對象最靠近最優(yōu)解同時又最遠離最劣解，則為最優(yōu)；否則不為最優(yōu)。其中最優(yōu)解的各指標(biāo)值都達到各評價指標(biāo)的最優(yōu)值，最劣解的各指標(biāo)值都達到各評價指標(biāo)的最差值。本文選用TOPSIS法從時間上縱向評價云浮市在2011年—2016年的相對安全狀態(tài)，其計算步驟與評價標(biāo)準(zhǔn)為

（1）建立加權(quán)規(guī)范化矩陣V

式中，Wj表示第j個指標(biāo)的權(quán)重，xij表示第i個樣本的第j個指標(biāo)的數(shù)值，n表示樣本數(shù)，m表示指標(biāo)數(shù)。

（2）確定正理想解V+和負理想解V－

（3）計算貼近度C

式中：C介于0到1之間，其值越大，表明第i年城市生態(tài)越安全。

2.4 城市安全水平評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)城市生態(tài)安全評價的要求和原則，結(jié)合云浮市的實際情況，咨詢專家意見，將云浮市城市生態(tài)安全狀況劃分為不安全、較不安全、一般安全、較安全、安全五個評判等級（見表2）。

表2 城市生態(tài)安全評判標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果分析

3.1 壓力和驅(qū)動力系統(tǒng)是影響城市生態(tài)安全的主要因素

利用熵權(quán)法式（1）～式（3）對評價指標(biāo)進行賦權(quán)重（見表3），負向指標(biāo)中的壓力系統(tǒng)中的“二氧化硫排放量P4”指標(biāo)權(quán)重為0.079 8，居所有評價指標(biāo)權(quán)重第一位，說明工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的二氧化硫?qū)Τ鞘猩鷳B(tài)安全的影響重大。驅(qū)動力系統(tǒng)下的“農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值D5”指標(biāo)權(quán)重居所有評價指標(biāo)權(quán)重第二位，權(quán)重為0.070 3，說明農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展對城市生態(tài)安也有很大的影響。第三位為驅(qū)動力系統(tǒng)下的“城市化水平D2”指標(biāo)，權(quán)重為0.068 1；“工業(yè)總產(chǎn)值”、“氮氧化物排放量”、“污水集中處理率”等指標(biāo)權(quán)重均超過了0.04。“城鎮(zhèn)人均公共綠地面積”與“燃氣普及率”所占權(quán)重分別不到0.02，相對其他指標(biāo)而言對城市生態(tài)安全影響較小?？傮w說來，目前云浮市生態(tài)安全主要受壓力和驅(qū)動力指標(biāo)影響，狀態(tài)、響應(yīng)體系對城市生態(tài)安全的影響相對較弱。

表3 云浮市城市生態(tài)安全評價指標(biāo)權(quán)重

3.2 壓力、狀態(tài)系統(tǒng)為城市安全提升提供保障

用優(yōu)劣解距離模型對D-P-S-R四個子系統(tǒng)分別進行評價分析，結(jié)果表明各系統(tǒng)都有所提升，但壓力、狀態(tài)系統(tǒng)貼近度不斷趨于理想解，為云浮市城市安全狀態(tài)提升提供了保障（圖2、表4）。從驅(qū)動力系統(tǒng)來看，云浮市GDP年均增長11.7%，人均地區(qū)生產(chǎn)總值29 352元，年均增長10.78%；規(guī)模以上工業(yè)增加值289.23億元，年均增長22.5%；社會經(jīng)濟得到快速發(fā)展，驅(qū)動力狀態(tài)先由2011年的0.448 6下降至2013年的0.360 3，2015年則提升到0.559 4。從壓力系統(tǒng)來看，“十二五”期間云浮市積極開展重點企業(yè)的強制清潔生產(chǎn)，鼓勵引導(dǎo)多家企業(yè)開展自愿清潔生產(chǎn)，污染減排工作得到有力開展，主要水環(huán)境污染物、大氣污染物排放得到有效控制，達到相應(yīng)的總量控制目標(biāo)，2014年之后壓力狀態(tài)的安全狀態(tài)程度大幅上升，由0.347 3提升至0.720 5，城市生態(tài)安全的壓力不斷變小趨于相對理想狀態(tài)。

表4 云浮市2011年—2016年子系統(tǒng)生態(tài)安全狀況結(jié)果

圖2 云浮市2011年—2016年四大子系統(tǒng)生態(tài)安全變化趨勢

“十二五”期間云浮市生態(tài)環(huán)境建設(shè)進一步提升，自然保護區(qū)、森林公園、濕地公園等保護區(qū)域建設(shè)也得到加強，自然保護區(qū)面積增加約5%，并建成多個濕地公園；隨著城市公園以及綠道建設(shè)，建成區(qū)綠化覆蓋率、城鎮(zhèn)人均公共綠地面積也得到提升；水土流失治理投入加大，加強對重點水土流失地區(qū)和生態(tài)脆弱河湖的綜合治理。從狀態(tài)系統(tǒng)來看，呈現(xiàn)降低、升高、降低、升高波動變化的過程，貼近度由2011年的0.382 2提升至2016年的0.682 3。從響應(yīng)系統(tǒng)來看，變化趨勢較為平緩，且2011年就已達到一般安全水平。

3.3 城市生態(tài)安全狀況整體呈上升趨勢

運用優(yōu)劣解距離模型式（4）～式（6）對云浮市進行城市生態(tài)安全評價，結(jié)果顯示云浮市城市生態(tài)安全狀況整體呈上升趨勢（如圖3），貼近度由2011年的0.399 9提升至2016年的0.629 0，城市生態(tài)安全狀況由2011年的較不安全提升至2016年的一般安全。2011年—2014年云浮市生態(tài)安全狀況整體不佳，都處于較不安全水平；2014年—2016年云浮市生態(tài)安全水平有較大水平的提升，2015年進入一般安全水平。這與“十二五”期末云浮市大力優(yōu)化產(chǎn)業(yè)以及“氣十條”實施有直接關(guān)聯(lián)，三次產(chǎn)業(yè)增加值比例由2011年的24.8∶44.4∶30.8調(diào)整到2015年的21.1∶43.7∶35.2，第一產(chǎn)業(yè)占比降低3.7個百分點，第二產(chǎn)業(yè)占比降低0.7個百分點，第三產(chǎn)業(yè)占比提升4.4個百分點。

圖3 云浮市2011年—2016年城市生態(tài)安全動態(tài)變化趨勢

4 結(jié)論與措施建議

通過運用DPSR評價模型構(gòu)建生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，采用優(yōu)劣解距離模型對經(jīng)濟后發(fā)型城市云浮市2011年—2016年生態(tài)安全狀況進行評價，研究結(jié)果表明：（1）二氧化硫排放量、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、城市化水平賦權(quán)較大，對云浮市生態(tài)安全起重要作用。（2）驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、響應(yīng)四個子系統(tǒng)的變化趨勢有較大區(qū)別，壓力與狀態(tài)系統(tǒng)為城市生態(tài)安全水平提升提供重要保障。（3）云浮市生態(tài)安全狀況整體呈上升趨勢，2016年達一般安全水平，距安全水平還有較大差距。針對云浮市城市生態(tài)安全問題，提出建議：

（1）將生態(tài)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。立足綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展，堅持差異化發(fā)展戰(zhàn)略。加快“西江藥谷”規(guī)劃建設(shè)，建成粵港澳大灣區(qū)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品、生態(tài)產(chǎn)品供應(yīng)的重要戰(zhàn)略樞紐。立足“一區(qū)”、融入“一核”、協(xié)同“一帶”，以把云浮打造成為大灣區(qū)生態(tài)的“涵養(yǎng)地”、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的“承載地”、科技成果的“轉(zhuǎn)化地”、農(nóng)副產(chǎn)業(yè)的“供給地”、灣區(qū)物流的“配送地”、旅游休閑的“目的地”為目標(biāo)，以綠色生態(tài)優(yōu)勢促城市實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

（2）加快傳統(tǒng)優(yōu)勢企業(yè)綠色化改造。鞏固和完善云浮市硫化工、不銹鋼、電力三大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，調(diào)整優(yōu)化石材、水泥、紡織等行業(yè)，對石材、水泥等排放污染氣體的行業(yè)提出嚴(yán)格的空氣污染控制要求，控制二氧化硫和氮氣等污染物的排放量，加大鍋爐整治力度，推進鍋爐廢氣污染綜合治理，確保工業(yè)廢氣無污染排放，鼓勵并出臺一定的政策支持企業(yè)使用高效環(huán)保工業(yè)鍋爐燃燒技術(shù)。

（3）建立健全生態(tài)環(huán)境法律體系。以中央環(huán)保督察為契機，嚴(yán)格落實環(huán)境保護“黨政同責(zé)、一崗雙責(zé)”的要求，盯住中央高度關(guān)注、群眾反映強烈、社會影響惡劣的環(huán)境問題，逐項梳理、核查、整改，著力完善生態(tài)環(huán)保工作長效機制，深化行政審批制度改革，大力推行權(quán)力清單、責(zé)任清單、負面清單制度并實行動態(tài)管理。強化生態(tài)環(huán)境保護，制定生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃，構(gòu)筑覆蓋全市的“源頭嚴(yán)防、過程嚴(yán)管、后果嚴(yán)懲”的環(huán)境監(jiān)管體系，完善并嚴(yán)格實行環(huán)境信息公開、環(huán)境影響評價和污染物排放總量控制制度，針對云浮市石材加工行業(yè)，制定對應(yīng)的污染防治管理辦法和防治技術(shù)指南。