基于熵權(quán)TOPSIS模型的西北地區(qū)資源環(huán)境承載力時(shí)空差異研究

莊嘉鈺，李詩玥

（1.西北大學(xué)陜西省地表系統(tǒng)與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，西安 710127）

2016年9月，國家發(fā)展和改革委員會要求各省開展以縣級行政區(qū)為單元的資源環(huán)境承載能力試評價(jià)工作，因此，對西北地區(qū)資源環(huán)境承載力進(jìn)行有效分析，是全面深化改革的一項(xiàng)重要任務(wù)。近年來，西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)迅速增長，對生態(tài)環(huán)境造成一定損害，資源環(huán)境的承載力與不斷加速發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)之間的矛盾急需耦合協(xié)調(diào)。因此，通過對西北地區(qū)資源環(huán)境承載力進(jìn)行綜合評價(jià)，找出地區(qū)發(fā)展的限值，從而制定差異化、可實(shí)施的地區(qū)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的措施，是區(qū)域國土空間保護(hù)與開發(fā)的基礎(chǔ)，對于西北地區(qū)生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

在資源環(huán)境承載力的理論研究方面，從其概念來看，就是確保國土資源能為后人所留存的前提下，通過合理的開發(fā)利用和良性循環(huán)進(jìn)行的社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的能力。在資源環(huán)境承載力的研究對象和研究方法上，不同領(lǐng)域的學(xué)者利用TOPSIS 法、投影尋蹤模型、層次分析法、系統(tǒng)動力學(xué)（SD）模型、突變級數(shù)法、模糊綜合評判法、主成分分析法和耦合協(xié)調(diào)法等[1-3]對資源環(huán)境承載力進(jìn)行了深入研究。牛方曲等[4]總結(jié)當(dāng)前資源環(huán)境承載力評價(jià)方法的不足之處，主張以綜合評價(jià)的方法對區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)同人口、資源、生態(tài)環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行綜合審視。張茂省等[5]基于短板理論、風(fēng)險(xiǎn)理論和邊際理論，構(gòu)建了科學(xué)實(shí)用的資源環(huán)境承載力評價(jià)的理論框架與技術(shù)方法，其可在國土空間規(guī)劃方面應(yīng)用。

綜上所述，本文參考現(xiàn)有的研究成果，根據(jù)西北地區(qū)的實(shí)際情況，基于DPSIR 框架模型嘗試建立“經(jīng)濟(jì)—環(huán)境—資源—空間—社會”評價(jià)模型，構(gòu)建了西北地區(qū)5 個(gè)省級行政區(qū)（陜西省、寧夏回族自治區(qū)、甘肅省、青海省和新疆維吾爾自治區(qū)）的資源環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)體系，利用改進(jìn)的TOPSIS 法確定資源環(huán)境的評價(jià)指標(biāo)權(quán)重以及評價(jià)對象與理想解的貼近度，對西北地區(qū)資源環(huán)境承載力進(jìn)行時(shí)空差異分析，從而對西北地區(qū)資源環(huán)境承載力進(jìn)行綜合評價(jià)，探討區(qū)域環(huán)境與經(jīng)濟(jì)耦合發(fā)展的路徑，以促進(jìn)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”建設(shè)和“兩山”建設(shè)。

1 研究區(qū)概況

在生態(tài)環(huán)境方面，西北地區(qū)地理位置特殊，具有面積廣大、生態(tài)脆弱、人口稀少、資源豐富、開發(fā)難度較大等特點(diǎn)，各地資源稟賦差異導(dǎo)致西北各區(qū)域具有不同的環(huán)境狀況和發(fā)展特點(diǎn)。同時(shí)，西北地區(qū)屬于黃河、長江的河源區(qū)域，其生態(tài)環(huán)境變化將直接反映在黃河、長江下游的其他區(qū)域。因此，對西北地區(qū)全域的資源環(huán)境承載力進(jìn)行評估，以及時(shí)指導(dǎo)西北地區(qū)今后的經(jīng)濟(jì)開發(fā)和環(huán)境保護(hù)已刻不容緩。在社會經(jīng)濟(jì)方面，相較于東部及中部地區(qū)，西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡劣，交通不便，加之地區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理、科技含量低，導(dǎo)致西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)長期落后。2020年，西北地區(qū)人口約為9 000 萬，約占全國的7.3%，但地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）僅為5.4 萬億元，后期仍有很大的發(fā)展空間。此外，由于資源型省區(qū)逐步開始優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，西北地區(qū)在保持GDP 逐年增長態(tài)勢的同時(shí)，也要確保地區(qū)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量綠色發(fā)展，優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境、繁榮的民生經(jīng)濟(jì)將成為西北地區(qū)開發(fā)的資源優(yōu)勢。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)大都來源于2010-2019年的《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》《甘肅統(tǒng)計(jì)年鑒》《青海統(tǒng)計(jì)年鑒》《寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒》《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》，其他數(shù)據(jù)采用國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站公開發(fā)布的數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 熵權(quán)法

熵權(quán)法是根據(jù)初始數(shù)據(jù)來確定權(quán)重，在一定程度上能夠消除主觀因素的干擾，從而使評價(jià)結(jié)果更加科學(xué)合理。設(shè)有m個(gè)評價(jià)年份和n個(gè)評價(jià)指標(biāo)，指標(biāo)值為Xij。

對于正屬性指標(biāo)，計(jì)算公式為：

對于負(fù)屬性指標(biāo)，計(jì)算公式為：

之后，得到標(biāo)準(zhǔn)化評價(jià)矩陣：

Pij為第j項(xiàng)指標(biāo)在第i個(gè)地區(qū)的權(quán)重，ej為第j項(xiàng)指標(biāo)的熵，wj為第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。三者用公式分別表示為：

式中：k為波爾茨曼常量，k=1/lnm。

2.2.2 TOPSIS 模型

通過目標(biāo)空間中定義測度，以此測量目標(biāo)靠近正理想解和遠(yuǎn)離負(fù)理想解的程度，進(jìn)而評估資源環(huán)境承載力的績效水平。其間需要構(gòu)建規(guī)范化評價(jià)矩陣，即

第j個(gè)指標(biāo)到正理想解的距離為：

第j個(gè)指標(biāo)到負(fù)理想解的距離為：

設(shè)Fj為資源環(huán)境承載力貼近度，其計(jì)算公式如下：

3 結(jié)果分析

3.1 評價(jià)指標(biāo)構(gòu)建

為探究資源環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)的因果聯(lián)系及反饋機(jī)制，選擇具有代表性的16 個(gè)指標(biāo)，分為五大類，分別是經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)、環(huán)境壓力指標(biāo)、資源狀態(tài)指標(biāo)、空間影響指標(biāo)和社會響應(yīng)指標(biāo)，如表1 所示。根據(jù)指標(biāo)的不同特性，將指標(biāo)劃分為正指標(biāo)和負(fù)指標(biāo)，正指標(biāo)數(shù)值越高越好，負(fù)指標(biāo)數(shù)值越低越好。

表1 資源環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)

3.2 基于TOPSIS 模型的西北地區(qū)資源環(huán)境承載力評價(jià)

3.2.1 時(shí)空特征分析

通過對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，運(yùn)用熵權(quán)TOPSIS 法測算出2010-2019年西北五省區(qū)的資源環(huán)境承載力貼近度的數(shù)值，結(jié)果如表2 所示。

表2 西北地區(qū)五省區(qū)資源環(huán)境承載力貼近度

從表2 可以看出，西北地區(qū)資源環(huán)境承載力的年平均值介于0.4 ～0.7，資源環(huán)境承載力處于中等水平，仍在可承載范圍內(nèi)。總體來看，2010-2019年，西北地區(qū)資源環(huán)境承載力呈波動上升的態(tài)勢。2010-2012年，資源環(huán)境承載力水平下降，2013年資源環(huán)境承載力水平快速上升，2014年稍有回落，2015年以后資源環(huán)境承載力緩慢增長。從空間差異角度看，五省區(qū)資源環(huán)境承載力變動較大，差異較為明顯。陜西資源環(huán)境承載力總體平穩(wěn)；甘肅資源環(huán)境承載力變動較大，呈現(xiàn)先降后升的狀態(tài)；青海資源環(huán)境承載力波動不大，在0.55 的均值水平左右浮動；寧夏資源環(huán)境承載力的變動較大，總體呈現(xiàn)波動上升的態(tài)勢，表明寧夏資源環(huán)境近年來得到較大改善；新疆資源環(huán)境承載力在2010-2012年下降，此后上升到較高水平，且趨于穩(wěn)定，表明新疆資源環(huán)境有所改善。分析比對發(fā)現(xiàn)，2013年是西北地區(qū)資源環(huán)境承載力的分水嶺，在此之前資源環(huán)境承載力逐年降低，在此之后資源環(huán)境承載力逐年提高，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能在于，國家更加注重資源環(huán)境的保護(hù)，采取更加有效的舉措改善資源生態(tài)環(huán)境，更加注重環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3.2.2 影響因素分析

為繼續(xù)探討西北地區(qū)資源環(huán)境承載力的優(yōu)勢與劣勢，提升地區(qū)資源環(huán)境承載力水平，本文利用熵權(quán)TOPSIS 法繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，得到經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境、空間和社會五個(gè)子系統(tǒng)的承載力水平，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算每個(gè)省區(qū)的子系統(tǒng)承載力得分情況，結(jié)果如表3、表4所示。

表3 各年份指標(biāo)系統(tǒng)評價(jià)得分

表4 各省區(qū)指標(biāo)系統(tǒng)評價(jià)得分

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，2010-2019年的經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)得分介于0.49 ～0.65，處于中等水平，經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體較好。整體呈現(xiàn)先降后升的狀態(tài)，2010-2012年，降低至最低值0.049 31，隨后快速升高，在2019年達(dá)到最大值0.658 46。從各省區(qū)差異來看，得分最高的是青海，陜西得分最低。

在環(huán)境壓力方面，環(huán)境子系統(tǒng)的得分波動較大，基本呈現(xiàn)先降后升的狀態(tài)，從2010年的0.611 49 下跌至2014年的0.151 36，隨后快速增長。從地區(qū)差異來看，得分最高為青海，最低為陜西。環(huán)境系統(tǒng)涵蓋了工業(yè)“三廢”的排放情況以及突發(fā)環(huán)境事件，據(jù)此，可推斷出陜西工業(yè)廢棄物排放量大且突發(fā)環(huán)境事件較多。

在資源狀態(tài)方面，資源子系統(tǒng)得分整體呈上升態(tài)勢，得分從0.358 71 上升至0.865 15，表明西北地區(qū)的資源承載力水平不斷提高，資源開發(fā)利用得到有效改善。從地區(qū)差異來看，寧夏得分最高，陜西、甘肅、新疆的得分相差不大，整體處于中等水平。

在空間影響方面，空間子系統(tǒng)的評分整體較高，呈現(xiàn)快速上升趨勢。2010-2019年，空間子系統(tǒng)的評分從0.204 93 快速躍升到0.948 64，表明空間環(huán)境改善明顯，資源環(huán)境空間配置持續(xù)優(yōu)化。

在社會響應(yīng)方面，社會子系統(tǒng)評分呈逐年上升的趨勢，從2010年的0.062 26 上升至2019年的0.920 59， 表明社會響應(yīng)強(qiáng)烈，各級政府積極采取措施，加大對資源環(huán)境保護(hù)的投入。陜西、甘肅、寧夏評分相對較高，青海、新疆評分較低，說明省份間對資源環(huán)境的投入差異較大，陜西、甘肅、寧夏較其他省區(qū)投入較多，且效果較為明顯。

4 結(jié)論

基于DPSIR 模型，本研究從“經(jīng)濟(jì)—環(huán)境—資源—空間—社會”五個(gè)方面構(gòu)建西北地區(qū)資源環(huán)境承載力的評價(jià)指標(biāo)體系，利用熵權(quán)TOPSIS 法確定2010-2019年西北地區(qū)資源環(huán)境承載力的綜合得分，在此基礎(chǔ)上計(jì)算歷年及各省區(qū)的子系統(tǒng)得分。研究表明，西北地區(qū)的資源環(huán)境承載力處于中等水平，且不斷提升，具有較大的提升空間，仍在可承載范圍內(nèi)；各個(gè)省區(qū)的資源環(huán)境承載力雖有小幅度的波動，但差異不大；資源、空間和社會子系統(tǒng)的承載力評分整體較高，且處于上升趨勢，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境子系統(tǒng)的評分較低，呈現(xiàn)先降后升的趨勢。由于數(shù)據(jù)可獲得性的限制，指標(biāo)的選取還不完善，評價(jià)指標(biāo)體系仍有待優(yōu)化。

基于上述結(jié)論，西北地區(qū)應(yīng)該統(tǒng)籌考慮生態(tài)環(huán)境保護(hù)和資源條件，因地制宜。具體而言，要加強(qiáng)生態(tài)開發(fā)制度約束，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、生態(tài)質(zhì)量和資源開發(fā)的有機(jī)統(tǒng)一，設(shè)定資源開發(fā)利用紅線，嚴(yán)格執(zhí)行國家和省級生態(tài)保護(hù)紅線規(guī)劃，持續(xù)開展環(huán)境違法問題清理整治，堅(jiān)決禁止各類無序開發(fā)行為。各地區(qū)根據(jù)本地的生態(tài)環(huán)境實(shí)際情況，統(tǒng)籌臨近地區(qū)的情況，審慎制定本地區(qū)資源開發(fā)的負(fù)面清單。要發(fā)揮空間規(guī)劃的先導(dǎo)作用，提前規(guī)劃環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的深度融合，實(shí)現(xiàn)資源環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)。在資源環(huán)境約束內(nèi)，優(yōu)化并調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，執(zhí)行環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，以高端綠色發(fā)展為方向，發(fā)揮區(qū)位、資源和環(huán)境等優(yōu)勢，推動經(jīng)濟(jì)持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。