基于熵值法的鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價模型

李 紅 春

(滁州城市職業(yè)學(xué)院 管理與信息學(xué)院，安徽 滁州 239000)

鄉(xiāng)村旅游可持續(xù)化發(fā)展，可以有效推動城市第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益的穩(wěn)固提升，是實現(xiàn)全面建成小康社會的必然要求[1-2]。但是，由于旅游區(qū)內(nèi)缺乏適當(dāng)?shù)墓芾?，造成垃圾污染?yán)重、環(huán)境衛(wèi)生條件差、基礎(chǔ)設(shè)施不完善等問題，導(dǎo)致鄉(xiāng)村旅游環(huán)境問題日益突出，制約鄉(xiāng)村旅游可持續(xù)化發(fā)展。環(huán)境承載力是指在某一時期的某種環(huán)境狀態(tài)下，某一區(qū)域環(huán)境對人類社會、經(jīng)濟活動的支持能力限度，對環(huán)境承載力進行評價，可以轉(zhuǎn)變生產(chǎn)力發(fā)展方式和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)布局，優(yōu)化鄉(xiāng)村旅游環(huán)境規(guī)劃效果[3]。因此，構(gòu)建鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價模型，對保護鄉(xiāng)村旅游環(huán)境，提升鄉(xiāng)村旅游體驗感，合理開發(fā)鄉(xiāng)村旅游資源具有重要的現(xiàn)實意義。

董濤等[4]通過建立支撐力、壓力、調(diào)控力3個子系統(tǒng)的水資源承載力評價指標(biāo)體系，計算子系統(tǒng)指標(biāo)組合權(quán)重，獲取水資源承載力聯(lián)系數(shù)，提升區(qū)域資源、環(huán)境承載力。李平等[5]以壓力、狀態(tài)、響應(yīng)為要素構(gòu)建生態(tài)旅游環(huán)境承載力模型，采用層次分析法確定各項指標(biāo)的權(quán)重，獲取制約城市生態(tài)旅游環(huán)境承載力的關(guān)鍵因素。王昀等[6]利用主成分聚類分析法，評價城市生態(tài)承載力現(xiàn)狀，提高城市資源利用效率，推動城市經(jīng)濟發(fā)展。顧琦瑋等[7]建立驅(qū)動、壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標(biāo)體系，采用層次分析法評價城市區(qū)域水環(huán)境承載力。李海華等[8]采用T&SCR法對黃河流域三門峽市水環(huán)境承載力進行定性和定量分析，可以緩解區(qū)域超載情況，提升水環(huán)境治理水平。顧婷等[9]采用相關(guān)分析-粗糙集方法對區(qū)域環(huán)境承載力進行重要度定權(quán)，避免指標(biāo)信息冗余，提高計算能力。

現(xiàn)有研究方法在一定程度上可以有效完成環(huán)境承載力評價，但是在指標(biāo)篩選方面存在隨意性，未制定嚴(yán)格的指標(biāo)依據(jù)，在權(quán)重確定方面受主觀因素影響較大，容易影響評價結(jié)果的準(zhǔn)確性問題?；诖?，本文在上述相關(guān)學(xué)者研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于熵值法的鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價模型，以環(huán)境評價模型為指標(biāo)篩選依據(jù)，確保評價結(jié)果的準(zhǔn)確性，通過極差標(biāo)準(zhǔn)化處理評價指標(biāo)，采用熵值法完成環(huán)境承載力耦合協(xié)調(diào)度，以隸屬度函數(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價模型，從而為鄉(xiāng)村旅游合理開發(fā)和發(fā)展提供支持。

1 構(gòu)建鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價模型

1.1 基于PSR的鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系

鄉(xiāng)村人居環(huán)境的改善推動鄉(xiāng)村旅游業(yè)的有序發(fā)展，激活鄉(xiāng)村旅游潛力，為鄉(xiāng)村帶來一定的經(jīng)濟效益。但是，鄉(xiāng)村旅游業(yè)高速發(fā)展的同時，對旅游地區(qū)環(huán)境承載力也帶來較大的沖擊，危及旅游地區(qū)可持續(xù)化發(fā)展方向的推進。依據(jù)鄉(xiāng)村旅游地區(qū)實際情況，構(gòu)建環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系，是評價鄉(xiāng)村旅游地區(qū)環(huán)境承載力的基礎(chǔ)與前提。鄉(xiāng)村旅游地區(qū)環(huán)境主要分為自然環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境與社會環(huán)境?？紤]指標(biāo)篩選的客觀性，選擇PSR模型[10]構(gòu)建鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系，降低主觀因素的影響。PSR模型如圖1所示。

圖1 PSR模型示意

由圖1可以看出，PSR模型呈現(xiàn)開放性螺旋形循環(huán)鏈關(guān)系，通過壓力指標(biāo)可以獲取鄉(xiāng)村旅游過程中游客對區(qū)域環(huán)境的資源索取程度，物質(zhì)消費程度和丟棄垃圾造成的環(huán)境破壞程度等，通過狀態(tài)指標(biāo)可以獲取某一特定時間階段下的區(qū)域環(huán)境狀態(tài)和變成趨勢，通過響應(yīng)指標(biāo)可以及時減輕、阻止、恢復(fù)區(qū)域環(huán)境負(fù)面影響，有效緩解區(qū)域超載情況。以PSR模型為基礎(chǔ)構(gòu)建鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系，具體內(nèi)容見表1。

表1 鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系

如表1內(nèi)容所示，此研究在常規(guī)環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系中加入了氣象災(zāi)害對環(huán)境承載力的影響指標(biāo)，主要包含低溫陰雨發(fā)生率、暴雨洪澇發(fā)生率、干旱發(fā)生率、雷雨大風(fēng)頻繁度、冰雹頻繁度，以此豐富指標(biāo)篩選內(nèi)容，確保依據(jù)客觀性，提高鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力的計算效果。

1.2 基于熵值法的鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力耦合協(xié)調(diào)

為量化評價鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力，采用熵值法[11]計算環(huán)境承載力評價系數(shù)，顯現(xiàn)自然環(huán)境承載力、經(jīng)濟環(huán)境承載力、社會環(huán)境承載力3個子系統(tǒng)的指標(biāo)離散程度，結(jié)合Pearson相關(guān)系數(shù)完成鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力耦合協(xié)調(diào)。具體計算過程如下所示：

由于選取的評價指標(biāo)量綱存在較為明顯的差異，為方便后續(xù)數(shù)據(jù)的分析與處理，首先對環(huán)境承載力評價指標(biāo)進行極差標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理公式為

uij=(xij-minxij)/(maxxij-minxij)*0.99+0.01 指標(biāo)屬性為正

(1)

uij=(maxxij-xij)/(maxxij-minxij)*0.99+0.01 指標(biāo)屬性為負(fù)

(2)

式(1)和式(2)中，uij表示的是極差標(biāo)準(zhǔn)化處理后的評價指標(biāo)；xij表示的是原評價指標(biāo)數(shù)值；maxxij與minxij分別表示的是原評價指標(biāo)數(shù)值中的最大值與最小值；0.01表示的是補償數(shù)值，主要功能為防止極差標(biāo)準(zhǔn)化處理中出現(xiàn)負(fù)數(shù)或者零[12]。

環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系內(nèi)部耦合直接體現(xiàn)了鄉(xiāng)村旅游環(huán)境3個子系統(tǒng)系統(tǒng)之間的發(fā)展情況，通過熵值法確定評價系數(shù)，確保評價結(jié)果準(zhǔn)確性。

以極差標(biāo)準(zhǔn)化處理后的環(huán)境承載力評價指標(biāo)為基礎(chǔ)，獲得評價指標(biāo)體系原始判斷矩陣為

Xij=(xij)n×m

(3)

式(3)中，n表示的是環(huán)境承載力評價指標(biāo)數(shù)據(jù)的組數(shù)；m表示的是環(huán)境承載力評價指標(biāo)數(shù)量。

對公式(3)進行歸一化處理，得到歸一化矩陣。依據(jù)熵值法的原理，在歸一化矩陣基礎(chǔ)上計算環(huán)境承載力評價指標(biāo)所占比重，計算公式為

(4)

Pij=(pij)n×m

(5)

依據(jù)公式(4)與(5)計算結(jié)果，計算氣象災(zāi)害后環(huán)境承載力評價指標(biāo)系數(shù)，計算公式為

gij=-K∑pijlnpij

(6)

Wij=gij/∑gij

(7)

式(6)和式(7)中，Wij表示的是氣象災(zāi)害后環(huán)境承載力評價指標(biāo)系數(shù)測度值，gij表示的是氣象災(zāi)害后環(huán)境承載力評價指標(biāo)信息熵值的變化幅度，K表示的是自然對數(shù)的倒數(shù)。

依據(jù)現(xiàn)有文獻研究成果可知，環(huán)境承載力評價系數(shù)取值范圍為[0,1][13]，其評價標(biāo)準(zhǔn)采用分級形式，見表2。

表2 環(huán)境承載力評價系數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)表

耦合協(xié)調(diào)旨在衡量鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系內(nèi)部要素之間的和諧程度[14]。鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力由具有動態(tài)性特征的3個子系統(tǒng)“自然-經(jīng)濟-社會”構(gòu)成，為更好地協(xié)調(diào)自然、經(jīng)濟與社會環(huán)境三者之間的協(xié)調(diào)程度，通過熵值法測算環(huán)境承載力耦合協(xié)調(diào)度。環(huán)境承載力自然、經(jīng)濟與社會3個子系統(tǒng)之間相互作用原理如圖2所示。

圖2 環(huán)境承載力子系統(tǒng)相互作用原理

依據(jù)圖2構(gòu)建熵值法-耦合協(xié)調(diào)度計算方程，表達式為

(8)

T=αf(x)+βg(y)+ηh(z)

(9)

式(8)和式(9)中，D表示的是環(huán)境承載力子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度，C表示的是環(huán)境承載力子系統(tǒng)的耦合度，T表示的是環(huán)境承載力子系統(tǒng)綜合評價系數(shù)，f(x)、g(y)與h(z)分別表示的是自然環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境與社會環(huán)境的承載系數(shù)，α、β與η表示的是待定系數(shù)。

為深入探討環(huán)境承載力3個子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度情況，借鑒現(xiàn)有研究成果，劃分耦合協(xié)調(diào)度數(shù)值[15]，并界定其歸屬等級與區(qū)間范圍，見表3。

表3 環(huán)境承載力子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度劃分

利用Pearson相關(guān)系數(shù)[16]為基礎(chǔ)，計算自然環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境與社會環(huán)境之間的相關(guān)系數(shù)，為耦合協(xié)調(diào)度分析提供支撐作用，Pearson相關(guān)系數(shù)計算公式為

(10)

式(10)中，r表示的是相關(guān)系數(shù)，取值范圍為[-1，1]，絕對值越大表示兩者相關(guān)程度越高；Xi與Yi指的是第i個自變量與因變量；Xave與Yave指的是自變量與因變量的平均數(shù)值。

1.3 基于隸屬度的環(huán)境承載力評價分析

以鄉(xiāng)村環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系、環(huán)境承載力評價系數(shù)和環(huán)境承載力耦合協(xié)調(diào)度為依據(jù)，構(gòu)造鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價隸屬度函數(shù)，記為A(T,D)。依據(jù)最大隸屬度原則對鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價隸屬度函數(shù)進行求解與計算，構(gòu)建鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價模型。制定環(huán)境承載力評價規(guī)則表達式為

Z=A(T，D)*r

(11)

通過公式(11)即可得到鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價結(jié)果。其中，Z>1表示為超載，表明鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力較大，能夠滿足現(xiàn)有旅客需求；Z=1表示為適載，表明鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力與旅客需求正好適配；Z<1表示為弱載，表明鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力較弱，無法滿足現(xiàn)有旅客需求，同時也將對旅游區(qū)域的設(shè)施、旅客安全造成一定的威脅，需要對區(qū)域環(huán)境進行優(yōu)化后，才可對外開放，從而保障旅游地區(qū)與旅客的安全。通過鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價模型實現(xiàn)了鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力的評價，為鄉(xiāng)村旅游環(huán)境完善、修復(fù)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，同時也為旅游區(qū)域安全性提供參考。

2 實例分析

2.1 實例介紹

以安徽省滁州市鄉(xiāng)村旅游區(qū)域作為實例對象，由于篇幅的限制，此次分析只針對該地區(qū)部分自然環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境與社會環(huán)境等情況。其中，自然環(huán)境主要包含氣候條件、資源條件、大氣環(huán)境、水質(zhì)環(huán)境、災(zāi)害情況等。滁州市處于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫在15℃左右，四季分明，季風(fēng)明顯。在季風(fēng)環(huán)流異常時，常發(fā)生低溫陰雨、暴雨洪澇、干旱、雷雨大風(fēng)、冰雹等氣象災(zāi)害。該地區(qū)近幾年大氣環(huán)境情況如圖3所示。

圖3 大氣環(huán)境變化趨勢

2.2 實例分析結(jié)果

采用MATLAB對滁州市的相應(yīng)數(shù)據(jù)進行仿真處理。為驗證提出方法的評價性能，設(shè)置不同程度的氣象災(zāi)害示例(表4)，為后續(xù)實例分析對比做準(zhǔn)備。

表4 實驗示例

以上述選取的區(qū)域，準(zhǔn)備的示例為基礎(chǔ)，采用文獻[6～8]的環(huán)境承載力評價方法與所提方法進行對比分析，獲得氣象災(zāi)害后鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價結(jié)果見表5。

表5 環(huán)境承載力評價結(jié)果

如表5所示，與實際環(huán)境承載力評價結(jié)果相比較，文獻[6-8]方法的環(huán)境承載力評價錯誤均超過2～3次，而本文方法環(huán)境承載力評價結(jié)果與實際環(huán)境承載力一致。將超載情況評價為適載情況，此時在一定程度上不會影響旅游地區(qū)的正常運作，說明本文提出的方法極大地提升了環(huán)境承載力評價準(zhǔn)確度，具備更好的環(huán)境承載力評價性能。

3 結(jié)束語

鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價研究，對保證鄉(xiāng)村旅游區(qū)域安全服務(wù)質(zhì)量和增強氣象風(fēng)險管理能力有著重要作用。本文依據(jù)鄉(xiāng)村旅游區(qū)域環(huán)境的實際情況，基于PSR模型構(gòu)建環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系，整合自然、經(jīng)濟和社會3個子系統(tǒng)的環(huán)境承載力相互作用原理，利用熵值法測度環(huán)境承載力耦合協(xié)調(diào)度。在此基礎(chǔ)上，通過求解隸屬度函數(shù)構(gòu)建鄉(xiāng)村旅游環(huán)境承載力評價模型，確定環(huán)境承載力狀態(tài)，從而為鄉(xiāng)村旅游合理開發(fā)提供支持。