基于熵權(quán)TOPSIS 模型的甘肅省資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)

何 嚴(yán)，劉淑英，王 平，吳生瑞

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

承載力是描述限制區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展程度的常用指標(biāo)之一[1]，資源環(huán)境承載力是指在自然生態(tài)環(huán)境不受危害并維系生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的前提下，一定時(shí)期內(nèi)一個(gè)區(qū)域的資源稟賦和環(huán)境容量所能承載人類及其經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)的最大規(guī)模，即能夠承載工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展的最大能力[2]。

資源環(huán)境承載力的研究，目前有國家方面的宏觀研究，省、市的中觀研究，區(qū)縣的微觀研究；平原海岸、山地、丘陵不同地域類型的研究，人口、礦山資源、土地、水、海洋、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)不同對(duì)象的研究，研究方法包括模糊評(píng)價(jià)模型[3]、PS-DR-DP 理論模型[4]、生態(tài)足跡法[2]等。

甘肅省地處黃土高原、青藏高原和內(nèi)蒙古高原交會(huì)處，是西北乃至全國重要的生態(tài)安全屏障，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低，第一產(chǎn)業(yè)比重高，是典型欠發(fā)達(dá)地區(qū)。保護(hù)生態(tài)環(huán)境、增強(qiáng)環(huán)境安全、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高資源環(huán)境承載力至關(guān)重要[1]。

對(duì)于甘肅省資源環(huán)境承載力的研究主要在河西走廊[6]、少數(shù)民族聚集地[5]等中微觀尺度研究上，現(xiàn)實(shí)性差，近10 年資源環(huán)境承載力的研究較少，缺少將自然資源，環(huán)境安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人口等指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。因此本文從自然資源稟賦、生態(tài)環(huán)境安全、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展三個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為甘肅省社會(huì)經(jīng)濟(jì)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

一、研究區(qū)概況

甘肅省占地面積42.59 萬平方公里，截至2019年末，全省常住人口2 647.43 萬人，城鎮(zhèn)化率為48.49%，國民生產(chǎn)總值8 718.3 億元，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入32 323 元，農(nóng)村居民人均可支配收入9 629 元。主要包括隴東黃土高原、隴西黃土高原，隴南山區(qū)，河西走廊、祁連山地、甘南高原。海拔高低起伏較大，生態(tài)系統(tǒng)類型多樣，但敏感性強(qiáng)且抗擾能力較差，屬于典型的生態(tài)脆弱區(qū)。

二、數(shù)據(jù)來源與方法

（一）數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于《甘肅發(fā)展年鑒》（2010—2019）、甘肅省水資源公報(bào)（2009—2018）、甘肅省14市（州）統(tǒng)計(jì)年鑒及公報(bào)等，個(gè)別缺失數(shù)據(jù)采用插值法計(jì)算獲得。

（二）指標(biāo)體系構(gòu)建

資源環(huán)境的穩(wěn)定性，建立在資源、環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)之間平衡的基礎(chǔ)上。本研究將資源環(huán)境承載力作為目標(biāo)層，從自然資源稟賦、生態(tài)環(huán)境安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展三個(gè)方面作為準(zhǔn)則層，根據(jù)甘肅省發(fā)展特征，最終選取31 個(gè)具體的指標(biāo)，對(duì)甘肅省14 個(gè)市（州）的資源環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)研究。

表1 甘肅省資源環(huán)境承載力指標(biāo)體系

（三）資源環(huán)境承載力指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，參考相關(guān)資料[9]，結(jié)合甘肅省現(xiàn)狀，將資源環(huán)境承載力劃分為三個(gè)等級(jí)。

表2 甘肅省資源環(huán)境承載力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

（四）評(píng)價(jià)方法

熵權(quán)法是根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的離散程度，利用信息熵來確定指標(biāo)權(quán)重的一種客觀賦權(quán)，可有效規(guī)避人為主觀因素的干擾，具有較高的可信度和精確度[7]。

1.數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

式（1）和式（2）中，x'ij表示標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)，xij表示原數(shù)據(jù)，代表第i 個(gè)區(qū)域第j 個(gè)指標(biāo)。

2.熵權(quán)法確定權(quán)重

（1）計(jì)算第j 項(xiàng)指標(biāo)下第i 個(gè)樣本占該指標(biāo)的比重Pij：

（2）計(jì)算得到第j 個(gè)指標(biāo)的熵值ej和冗余值dj：

（3）計(jì)算第j 項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重Wj：

3.TOPSIS 模型

（1）構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)化的加權(quán)矩陣Z：

（2）確定正負(fù)理想解：

（3）計(jì)算距離：

（4）計(jì)算資源環(huán)境承載力（即評(píng)價(jià)與理想解的貼近程度）：

三、結(jié)果與分析

（一）自然資源承載力分析

由圖1 可知，蘭州市、臨夏州、白銀市、定西市、天水市、武威市、金昌市和平?jīng)鍪械闹笖?shù)在0.16～0.25 之間，處于弱承載力，最低的為蘭州市；嘉峪關(guān)市、慶陽市和隴南市的指數(shù)在0.25～0.40 之間，處于中等承載力；高承載力的為張掖市、酒泉市和甘南州。2014 年蘭州市、天水市、平?jīng)鍪?、臨夏州由弱承載力上升為中等承載力，金昌市、武威市承載力呈下降趨勢，白銀市、定西市有所上升，但仍為處于弱承載力。張掖市和酒泉市承載力指數(shù)由高承載力下降至中等承載力，甘南州保持不變。2018 年，白銀市承載力有所下降，武威市和定西市承載力略微上升，仍處于弱承載力范圍。金昌市由弱承載力上升至中等承載力，處于中等承載力的市（州）中蘭州市和隴南市承載力有下降，其余均有小幅度上升。甘南州仍處于高承載力，但指數(shù)下降了0.028 9。

圖1 2009—2018 年自然資源承載力動(dòng)態(tài)變化圖

分析得出，嘉峪關(guān)市10 年間承載力指數(shù)基本維持不變，酒泉市、張掖市呈下降趨勢，其余市（州）均有不同幅度的上升。白銀市、臨夏州指數(shù)較低是由于該地區(qū)近些年來人口增多，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，資源消耗加劇；張掖、酒泉地區(qū)指數(shù)下降是由于河西走廊地區(qū)發(fā)展是以資源和能源的大量消耗為代價(jià)的，致使該地區(qū)人口與資源、環(huán)境矛盾突出，資源過度消耗，因此隨著其發(fā)展，2009 年之后自然環(huán)境承載力呈現(xiàn)下降趨勢[6]。甘南州水資源比較豐富，自然資源條件好，承載力長期處于高承載力范圍內(nèi)。

（二）生態(tài)環(huán)境安全承載力分析

生態(tài)環(huán)境安全承載力指數(shù)變化由圖2 可得，2009 年嘉峪關(guān)市生態(tài)環(huán)境承載力指數(shù)達(dá)到0.657 8，處于高承載力，蘭州市、天水市、平?jīng)鍪小⒔鸩?、張掖市、慶陽市、定西市、隴南市和臨夏州的承載力指數(shù)在0.23～0.31 之間，處于中等承載力；白銀市、武威市、酒泉市和甘南州處于弱承載力，最低的市為白銀市；2014 年處于弱承載力的是白銀市、酒泉市、定西市、臨夏州，其余市（州）處于中等承載力。2018年生態(tài)環(huán)境安全承載力嘉峪關(guān)市處于高承載力，武威市、平?jīng)鍪?、定西市、隴南市、臨夏州處于弱承載力，其余8 個(gè)市（州）處于中等承載力。

圖2 2009—2018 年生態(tài)環(huán)境安全承載力動(dòng)態(tài)變化圖

從生態(tài)環(huán)境安全承載力結(jié)果來看，2009—2018年除了嘉峪關(guān)市、金昌市和白銀市外，其余9 個(gè)市（州）全部下降。其中，平?jīng)鍪邢陆底畲?，下降?.088 3，酒泉市下降程度最小，下降了0.003 3。承載力指數(shù)最低的為武威市，森林覆蓋率為18.43%，城市綠化覆蓋面積也不高，土地荒漠化嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上單位耕地面積化肥負(fù)荷量達(dá)到24.91%，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不良影響。嘉峪關(guān)市城市化水平位居甘肅省首位，研究時(shí)間內(nèi)自然災(zāi)害少，2018 年災(zāi)害指數(shù)為0，綠化覆蓋率在2018 年達(dá)到40%，空氣質(zhì)量優(yōu)良率達(dá)到94.6%。蘭州市作為省會(huì)城市，近些年注重生態(tài)文明建設(shè)和城市發(fā)展相協(xié)調(diào)，推進(jìn)清潔能源全覆蓋，加強(qiáng)汽車尾氣治理，促進(jìn)工業(yè)污染治理等項(xiàng)目改善大氣環(huán)境，2014 年后空氣質(zhì)量有了改善，使其生態(tài)環(huán)境安全承載力比前期有所提升。

（三）社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展承載力分析

經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展承載力動(dòng)態(tài)變化由圖3 可知，2009 年天水市、平?jīng)鍪?、慶陽市、隴南市、臨夏州、甘南州和定西市處于弱承載水平，最低的是定西市；白銀市、武威市、張掖市和酒泉市處于中等承載力，嘉峪關(guān)市、蘭州市和金昌市處于高承載；2014 年白銀市和武威市由中等承載力降至弱承載力，其余城市仍處于弱承載力；中等承載力的市（州）為張掖市和酒泉市；高承載力地區(qū)無變化；2018 年武威市上升為中等承載力，金昌市下降至中等承載力，其余市（州）承載力等級(jí)沒變。

圖3 2009—2018 年社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展承載力動(dòng)態(tài)變化圖

從2009—2018 年10 年的變化程度來看，蘭州市發(fā)展最好，2018 年綜合承載力超過嘉峪關(guān)市，該年蘭州市GDP 總值達(dá)到2 732.94 億元。嘉峪關(guān)市承載力位居第二，呈現(xiàn)逐年下降趨勢，雖然嘉峪關(guān)市2018 年GDP 僅為蘭州市的10.96%，但由于城市建成區(qū)面積比例大，總?cè)丝谏?，非農(nóng)人口比重高，因此從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上來看人均各指標(biāo)均排在甘肅省前列。河西走廊地區(qū)總體上除武威市外經(jīng)濟(jì)承載力指數(shù)相對(duì)較高，由于武威市人口多，人均資源少，兩個(gè)縣區(qū)古浪縣和民勤縣處沙漠邊緣，生態(tài)環(huán)境非常脆弱，經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要以第一產(chǎn)業(yè)為主，在科研投入方面科研經(jīng)費(fèi)僅占GDP 的0.48%，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展造成了極大阻礙，造成武威市承載力低。隴南地區(qū)GDP 總值最低，農(nóng)村人均可支配收入僅為7 012 元，城鎮(zhèn)化水平不高，僅為34%，經(jīng)濟(jì)發(fā)展受阻，使其承載力較低[5-10]。定西市生態(tài)脆弱，是國家重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)扶持地區(qū)，自身發(fā)展能力差，以第一產(chǎn)業(yè)為主，其經(jīng)濟(jì)承載力是甘肅最低。

（四）甘肅省資源環(huán)境承載力分析

由資源、生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)三個(gè)子系統(tǒng)，得到資源環(huán)境綜合承載力動(dòng)態(tài)變化圖（見圖4）。2009 年，資源環(huán)境承載力由高到低排序依次為嘉峪關(guān)市、酒泉市、張掖市、蘭州市、甘南州、金昌市、慶陽市、武威市、平?jīng)鍪小㈦]南市、天水市、白銀市、臨夏州、定西市。其中，慶陽市、武威市、平?jīng)鍪?、隴南市、天水市、白銀市、臨夏州和定西市處于弱承載水平，其中最低的為定西市，蘭州市、金昌市和甘南州處于中等承載水平，嘉峪關(guān)市、酒泉市和張掖市處于高承載力水平；2014 年資源環(huán)境綜合承載力慶陽市上升到中等承載力，張掖市、酒泉市下降為中等承載力，金昌市上升為中等承載力，其他市（州）承載力水平?jīng)]有發(fā)生變動(dòng)。2018 年，慶陽市下降至弱承載力，其余市（州）承載力水平?jīng)]有發(fā)生變動(dòng)。

圖4 2009—2018 年資源環(huán)境綜合承載力動(dòng)態(tài)變化圖

從10 年分析結(jié)果來看，蘭州市（含新區(qū)）資源環(huán)境承載力水平總體上呈現(xiàn)出上升趨勢，蘭州市作為省會(huì)城市，城鎮(zhèn)化水平較高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平處于甘肅省前列，在城市環(huán)境污染治理方面排名在甘肅省首位。嘉峪關(guān)市地區(qū)人口少，人均指標(biāo)數(shù)值高，二、三產(chǎn)業(yè)為主，占98.67%，屬于典型的工業(yè)型城市，使其承載力水平呈現(xiàn)基本穩(wěn)定的狀態(tài)。定西市資源承載力處于全省最低水平，是由于其產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局很小，主要以第一產(chǎn)業(yè)為主，生產(chǎn)方式較為粗放，工業(yè)用水量高，生態(tài)環(huán)境用水量低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件差，能源消耗大，萬元GDP 電耗為2 017.85 千瓦時(shí)，森林覆蓋率低等因素造成的。

四、結(jié)論

2009—2018 年甘肅省14 個(gè)市（州）近10 年的資源環(huán)境承載力變化情況：

（1）2009—2018 年甘肅省自然資源承載力指數(shù)總體呈平穩(wěn)上升態(tài)勢，其中，承載力最高的為甘南州，酒泉市、張掖市和嘉峪關(guān)市為中等承載力水平，白銀市、武威市和定西市屬于弱承載力水平。

（2）2009—2018 年甘肅省生態(tài)環(huán)境安全承載力指數(shù)處于中等承載力水平，除嘉峪關(guān)市承載力指數(shù)達(dá)到0.779 2 外，其余市（州）發(fā)展較均衡，指數(shù)均介于0.3～0.4 之間。

（3）2009—2018 年甘肅省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展承載力指數(shù)，相對(duì)其他2 個(gè)子系統(tǒng)環(huán)境承載力指數(shù)各地區(qū)差異顯著，蘭州市是定西市的7.46 倍，可以明顯看出市（州）之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡，金昌市、張掖市、酒泉市居中間，其余市（州）發(fā)展較差。

（4）2009—2018 年甘肅省綜合資源環(huán)境承載力處于中等承載力水平，總體上呈上升趨勢，以中低承載力為主，處于中低承載力的市（州）占71.43%，但地區(qū)間承載力指數(shù)差異較大，高中承載力指數(shù)之間存在明顯差距，中低承載力指數(shù)差距較小，中部地區(qū)（除蘭州市）資源環(huán)境承載力較差，河西走廊地區(qū)（除武威市）資源環(huán)境承載力水平較高。