基于AHP-PSO法的沱江流域農(nóng)村人居環(huán)境研究

李華東，奉凱文，姜 影，吳 玥

(1.西華大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川成都 610036；2.成都建工工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，四川成都 610042；3.四川師范大學(xué)工學(xué)院，四川成都 610101)

人居環(huán)境是由人居環(huán)境主體(人和社會)與人居環(huán)境客體(自然、居住、支撐條件)相互作用共同形成的以人居活動(dòng)為特征的綜合地域系統(tǒng)。李陳等[1]利用變異、基尼和泰爾系數(shù)、收斂和發(fā)散分析，得出影響農(nóng)村人居環(huán)境的因素；彭超等[2]利用熵權(quán)法從多個(gè)維度建立人居環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)體系；閔師等[3]采用代理變量計(jì)量經(jīng)濟(jì)模型Logit研究農(nóng)戶參與農(nóng)村人居環(huán)境整治的影響因素；譚少華等[4]采用質(zhì)性研究方法結(jié)合行動(dòng)者網(wǎng)絡(luò)模型對農(nóng)村人居環(huán)境進(jìn)行了研究。目前，有關(guān)農(nóng)村人居環(huán)境的狀態(tài)理論與實(shí)踐研究成果甚少，多偏于鄉(xiāng)村規(guī)劃、環(huán)境治理、鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)型的研究，忽略了研究主體——農(nóng)戶，更缺乏對農(nóng)村人居環(huán)境整治多個(gè)影響因子的交互分析。農(nóng)村人居環(huán)境整治是2020年全面建成小康戰(zhàn)略目標(biāo)的社會短板，是實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略目標(biāo)的必然要求，是破解新時(shí)代社會主要矛盾的有效途徑，是建設(shè)生態(tài)宜居美麗鄉(xiāng)村的重要內(nèi)容[5]。

沱江為長江上游支流，當(dāng)前四川污染最嚴(yán)重的的河流。沱江流經(jīng)成都、自貢、瀘州、德陽、綿陽、內(nèi)江、樂山、眉山、宜賓、資陽10地市。近年來，隨著我國現(xiàn)代化的快速發(fā)展，已由原來追求“經(jīng)濟(jì)型”發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬G水青山就是金山銀山”的發(fā)展模式。沱江流域地區(qū)的環(huán)境整治，前期成立流域水污染防治專家團(tuán)、省政府治理研討及立法調(diào)研[6]，出臺《沱江流域“一河一策”保護(hù)方案》，同時(shí)堅(jiān)持系統(tǒng)治水的高規(guī)格落實(shí)河長制、高水平規(guī)劃引領(lǐng)、高起點(diǎn)流域補(bǔ)償機(jī)制和高要求立法保障來確保打好沱江攻堅(jiān)戰(zhàn)[7]。推行《沱江流域水污染防治整體規(guī)劃(2017—2020年)》 《沱江流域水質(zhì)達(dá)標(biāo)三年行動(dòng)方案(2018—2020年)》。十九大提出鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，相繼推出《中共中央國務(wù)院關(guān)于實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動(dòng)方案》《中共中央國務(wù)院關(guān)于堅(jiān)持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展 做好“三農(nóng)”工作的若干意見》等，把相關(guān)政府和研究人員的目光，從改善環(huán)境、治理污染的怎么治理吸引到了為什么而治、為誰治的新空間。隨著川渝地區(qū)城鎮(zhèn)化的加快發(fā)展，沱江流域地區(qū)農(nóng)村人居環(huán)境問題裸露嚴(yán)重。因此，非常有必要對沱江流域農(nóng)村人居環(huán)境問題進(jìn)行綜合評估，為制定可持續(xù)發(fā)展策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究對象和案例區(qū)域的選取

1.1 研究對象該研究以沱江流域地區(qū)農(nóng)村人居環(huán)境問題為研究對象?；谝延醒芯炕A(chǔ)上，降低人居環(huán)境客體對最終研究目的的影響，減小調(diào)研結(jié)果的誤差，統(tǒng)計(jì)了沱江流域包含了成都[8]、自貢[9]、瀘州、德陽[10]、綿陽[11]、內(nèi)江[12]、樂山、眉山[13]、宜賓、資陽共10地市，根據(jù)對環(huán)境整治數(shù)理統(tǒng)計(jì)和調(diào)研的合理應(yīng)用，針對森林覆蓋、城鎮(zhèn)化進(jìn)度、工業(yè)改進(jìn)、空氣質(zhì)量、聲環(huán)境質(zhì)量和流域水質(zhì)量等進(jìn)行了分析。

1.2 案例區(qū)域的選取根據(jù)沱江流域地市區(qū)域的數(shù)理統(tǒng)計(jì)，森林面積為47.92萬hm2，森林覆蓋率為44.52%，城鎮(zhèn)化率為50.59%，工業(yè)化率為41.44%；空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)變化趨勢幾個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市變化趨勢基本一致，成都、自貢、宜賓、瀘州等市AQI出現(xiàn)過較高水平現(xiàn)象，受冬季靜穩(wěn)天氣影響，多地PM2.5為首要污染物。根據(jù)綜合流域水質(zhì)監(jiān)測信息和聲環(huán)境達(dá)標(biāo)率情況，將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與實(shí)地調(diào)研相結(jié)合，選定地處四川盆地南部、沱江下游，東鄰內(nèi)江市隆昌縣，西靠自貢市沿灘區(qū)，南接瀘州市，距省會成都約250 km的自貢市富順縣(圖1)作為研究對象。

圖1 四川省自貢市富順縣地理位置Fig.1 Location of Fushun County，Zigong City，Sichuan Province

2 評價(jià)體系

2.1 評價(jià)對象實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，將其作為新時(shí)代決勝全面建成小康社會實(shí)施的七大戰(zhàn)略之一[14]，人居環(huán)境的主體是人，農(nóng)村想要持續(xù)發(fā)展，究其根本還要依托環(huán)境?；?016年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部公布的新版中國人居環(huán)境評價(jià)指標(biāo)體系，筆者認(rèn)為農(nóng)村人居環(huán)境質(zhì)量問題可以用農(nóng)村人居環(huán)境滿意度評價(jià)體系呈現(xiàn)，將農(nóng)村人居環(huán)境分為自然生態(tài)環(huán)境、農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施、住房質(zhì)量與設(shè)計(jì)、社會關(guān)系及服務(wù)4個(gè)維度，結(jié)合公共物品理論和數(shù)學(xué)方法理論，通過數(shù)據(jù)搜索和實(shí)地問卷調(diào)研的形式，對農(nóng)村人居環(huán)境中農(nóng)民滿意度的評價(jià)進(jìn)行深入研究。從農(nóng)戶的視角探尋農(nóng)村人居環(huán)境整治中存在的主要問題，明確后期沱江流域地區(qū)環(huán)境治理的重點(diǎn)領(lǐng)域，選定自貢市富順縣作為研究對象，在2019年12月12日對該縣65家農(nóng)戶進(jìn)行走訪式的問卷調(diào)查，有效問卷62份，失效3份，回收率95%，問卷中各項(xiàng)指標(biāo)滿意程度均分為9個(gè)等級，即同樣重要、稍微重要、比較重要、非常重要、絕對重要、稍微不重要、比較不重要、非常不重要和絕對不重要。

2.2 評價(jià)指標(biāo)

2.2.1自然生態(tài)環(huán)境。自然生態(tài)環(huán)境是指存在于人類社會周圍并對人類的生存和發(fā)展產(chǎn)生直接或間接影響的各種天然形成的物質(zhì)和能量的總體。自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境是聚居產(chǎn)生并發(fā)揮其功能的基礎(chǔ)，人類安身立命之所。就當(dāng)前研究的區(qū)域，通過交互分析，對農(nóng)村環(huán)境而言，飲用水質(zhì)量、生活污水處理、化肥農(nóng)藥污染處理、河流污染處理是生態(tài)治理的體現(xiàn)。環(huán)境的好壞又因生物多樣性保護(hù)、土地資源保護(hù)與利用來回饋，其還包括人禽糞便處理等。

2.2.2農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施。農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施是提升農(nóng)戶幸福感和滿足感的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是帶動(dòng)農(nóng)戶積極參與環(huán)境治理和環(huán)境建設(shè)的保障。水是文明之源、文化之源，其不僅是資源要素，更是文化元素[15]。沱江流域地區(qū)水資源前期污染嚴(yán)重，相比于城市，農(nóng)村發(fā)展較為緩慢，更應(yīng)重視自來水入戶的情況。浙江獲得聯(lián)合國最高環(huán)保榮譽(yù)“地球衛(wèi)士獎(jiǎng)”，參照其相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施研究還包含垃圾回收站、道路交通網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)電通信系統(tǒng)、清潔能源推廣和公廁數(shù)量與質(zhì)量等。

2.2.3建筑質(zhì)量與設(shè)計(jì)。建筑質(zhì)量與設(shè)計(jì)涉及的因素有農(nóng)戶居住密度、房屋周圍景觀設(shè)計(jì)、通風(fēng)采光性能、保溫隔熱隔音和住房人居公攤面積。

2.2.4社會關(guān)系及服務(wù)。社會關(guān)系及服務(wù)主要指公共管理與法律、社會關(guān)系、文化特征、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和健康與福利等，涉及由人群組成的社會團(tuán)體相互交流的體系，對于農(nóng)村而言具體指代周邊商業(yè)網(wǎng)電、學(xué)校數(shù)量與質(zhì)量、農(nóng)村醫(yī)療保障、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣、村治安形勢和鄰里關(guān)系等。

綜合以上自然生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、建筑質(zhì)量與設(shè)計(jì)、社會關(guān)系及服務(wù)方面的指標(biāo)，構(gòu)建出了農(nóng)村人居環(huán)境滿意度評價(jià)指標(biāo)體系，如圖2所示。該指標(biāo)體系充分反映了人居環(huán)境主體與人居環(huán)境客體間相互影響而作用于農(nóng)村人居環(huán)境整治的主要因素。

圖2 農(nóng)村人居環(huán)境滿意度評價(jià)指標(biāo)體系Fig.2 Evaluation index system of satisfaction degree of rural human settlement environment

3 評價(jià)模型與數(shù)據(jù)計(jì)算

3.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)來源《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、四川生態(tài)環(huán)境廳公示信息和四川生態(tài)農(nóng)業(yè)網(wǎng)等。

3.2 權(quán)重計(jì)算在現(xiàn)實(shí)生活中所呈現(xiàn)的問題往往都是由多類影響因素聚合而成的綜合問題，綜合指標(biāo)便是由各類指標(biāo)聚合而成用來反映目標(biāo)層的現(xiàn)狀程度的方式[16]。層次分析法提供了一個(gè)指標(biāo)聚合層次框架，可將難以量化且復(fù)雜的決策系統(tǒng)層次化，通過逐層多因素之間比較，利用各種關(guān)聯(lián)因素的重要性為分析、決策提供定量的依據(jù)。粒子群優(yōu)化算法規(guī)避AHP常出現(xiàn)的不一致或漏缺、較小主觀影響和知識水平等無關(guān)影響因子。

3.2.1層次分析法。層次分析法(AHP)是20世紀(jì)70年代由美國運(yùn)籌學(xué)家薩迪教授提出的一種多準(zhǔn)則決策方法。它把一個(gè)復(fù)雜問題分解成組成因素，并按支配關(guān)系形成層次結(jié)構(gòu)，然后用兩兩比較方式確定決策方案的相對重要性[17]。該研究以B1～B4、C1～C7、C8～C13、C14～C18、C19～C24為對象進(jìn)行偏好評估。

首先，構(gòu)建判斷矩陣P(正交矩陣)，用pij表示第i個(gè)因素相對于第j個(gè)因素的比較結(jié)果。

(1)

根據(jù)判斷矩陣，求出其最大特征根λmax所對應(yīng)的特征向量w：

Pw=λmax×w

(2)

其次，計(jì)算一致性指標(biāo)CI、隨機(jī)一致性指標(biāo)RI和一致性比例CR。當(dāng)CR<0.1時(shí)，即認(rèn)為矩陣具有滿意的一致性，否則需要對判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整。

(3)

(4)

再次，根據(jù)公式(5)計(jì)算第i位調(diào)查對象的第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重：

αij=Cij×Bij

(5)

式中，Cij指第i位調(diào)查對象評估的第j個(gè)指標(biāo)對應(yīng)的C級權(quán)重，Bij是第i位調(diào)查對象評估的第j個(gè)指標(biāo)對應(yīng)的B級權(quán)重。

最后，計(jì)算評價(jià)指標(biāo)的平均權(quán)重：

(6)

3.2.2粒子群優(yōu)化算法。粒子群優(yōu)化算法(particle swarm optimization，PSO)是指利用群體中的個(gè)體對信息的共享從而使得整個(gè)群體的運(yùn)動(dòng)在問題求解空間中產(chǎn)生從無序到有序的演化過程，從而獲得問題的最優(yōu)解。將對象抽象成沒有質(zhì)量和體積的一群隨機(jī)粒子(隨機(jī)解)，延伸到N維空間中，粒子I 在N維空間的位置表示為矢量Xi=(x1，x2，…，xN)，運(yùn)動(dòng)速度表示為矢量Vi=(v1，v2，…，vN)，然后通過迭代找到最優(yōu)解。在每一次的迭代中，粒子通過跟蹤2個(gè)“極值”(pbest，gbest)來更新自己。在找到這2個(gè)最優(yōu)值后，粒子通過下面公式來進(jìn)行更新。

Vi+1=Vi+c1×rand(0-1)×(pbesti-Xi)+c2×rand(0-1)×(gbesti-Xi)

(7)

Xi+1=Xi+Vi

(8)

式中，i=1，2，…，M；M是該群體中粒子的總數(shù)；Vi是粒子的速度；pbest為個(gè)體最優(yōu)值；gbest為全局最優(yōu)值；rand(0-1)為介于(0，1)的隨機(jī)數(shù)；Xi是粒子的當(dāng)前位置。c1和c2是學(xué)習(xí)因子，通常取c1=c2=2。每一維粒子不能超過最大速度Vmax，如果某一維的速度超過設(shè)定的Vmax，那么這一維的速度就被限定為Vmax。

3.3 計(jì)算結(jié)果運(yùn)用層次分析法計(jì)算相對權(quán)重，采用PSO對打分矩陣進(jìn)行修正，得出各指標(biāo)權(quán)重，分別是自然生態(tài)環(huán)境0.359 5、農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施0.223 6、建筑質(zhì)量與設(shè)計(jì)0.159 0、社會關(guān)系及服務(wù)0.257 9。由表1可知，指標(biāo)層的24項(xiàng)影響因子中，按照每項(xiàng)的冪從大到小排列依次是飲用水質(zhì)量(C1)、農(nóng)村醫(yī)療保障(C22)、學(xué)校數(shù)量與質(zhì)量(C24)、人禽糞便處理(C2)、住房人居公攤面積(C14)、自來水入戶率(C9)、河流污染處理(C4)、網(wǎng)電通信系統(tǒng)(C10)、生物多樣性保護(hù)(C3)、周邊商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)(C19)、土地資源保護(hù)與利用(C5)、道路交通網(wǎng)絡(luò)(C11)、垃圾回收站(C8)、保溫隔熱隔音(C16)、化肥農(nóng)藥污染處理(C7)、通風(fēng)采光性能(C17)、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣(C20)、村治安形勢(C21)、公廁數(shù)量與質(zhì)量(C12)、清潔能源推廣(C13)、農(nóng)戶居住密度(C18)、生活污水處理(C6)、周圍景觀設(shè)計(jì)(C15)、鄰里關(guān)系(C23)。

表1 指標(biāo)層C中要素對決策目標(biāo)的權(quán)重Table 1 Weights of elements in index level C to decision objectives

通過計(jì)算，可得目標(biāo)層A、指標(biāo)層B的權(quán)重向量集WA=(0.411 8,0.261 5,0.137 5,0.189 2)、WB1=(0.262 8,0.168 2,0.086 4,0.183 5,0.125 5,0.078 9,0.094 7)、WB2=(0.141 8,0.280 8,0.213 5,0.185 2,0.090 6,0.088 1)、WB3=(0.319 9,0.233 1,0.172 9,0.163 7,0.110 4)、WB4=(0.190 4,0.132 6,0.101 1,0.290 2,0.075 5,0.210 2)，各指標(biāo)權(quán)重占比具體如圖3所示。

圖3 權(quán)重占比Fig.3 Proportion of weight

3.4 綜合評價(jià)設(shè)評價(jià)矩陣V=(v1,v2,v3,v4,v5)，v1表示非常滿意，v2表示比較滿意，v3表示一般，v4表示不太滿意，v5表示很不滿意。令支持層評價(jià)矩陣Rk=(rij)m×n，k=1,2,3,4；m為支持層評價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)，n為評價(jià)等級個(gè)數(shù)，由問卷調(diào)查數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)得出rij，rij指為支持層評價(jià)指標(biāo)人數(shù)與總?cè)藬?shù)間的比值。即

得到目標(biāo)層指標(biāo)評價(jià)矩陣

則目標(biāo)層的模糊綜合矩陣

通過表2的統(tǒng)計(jì)描述評價(jià)可見，第一，農(nóng)戶對農(nóng)村的總體滿意度評價(jià)中自然生態(tài)環(huán)境、建筑質(zhì)量與設(shè)計(jì)、社會關(guān)系及服務(wù)表現(xiàn)為一般，農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施總體比較滿意，總體處于較低水平，提升空間較大。農(nóng)村人居環(huán)境仍是鄉(xiāng)村發(fā)展不充分的表象，是鄉(xiāng)村振興的短板。第二，農(nóng)戶對社會關(guān)系及服務(wù)在AHP模型權(quán)重占比排第3位，最終統(tǒng)計(jì)對比滿意度較高，且總體不滿意意見較小。國家較快較好的發(fā)展，社會主義政策體制下的社會關(guān)系及服務(wù)得到了民生的肯定。第三，農(nóng)戶對農(nóng)村自然生態(tài)環(huán)境不滿意程度最高，綜合不滿意率達(dá)54.7%。其主要影響來自飲用水質(zhì)量、農(nóng)村人禽糞便處理和河流污染沒有得到有效治理。第四，農(nóng)戶對農(nóng)村建筑質(zhì)量與設(shè)計(jì)滿意度最高。特別是住房人居公攤面積滿意度較高，高達(dá)77%。但周圍景觀設(shè)計(jì)、保溫隔熱隔音相對較低，追求生活最佳舒適質(zhì)量有待提高。

4 結(jié)論

從全局元素來看，農(nóng)村人居環(huán)境問題是鄉(xiāng)村振興的突出短板。一方面評價(jià)矩陣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可能看出，當(dāng)前農(nóng)戶對河流污染處理自來水入戶率、道路交通網(wǎng)絡(luò)、住房人居公攤面積和農(nóng)村醫(yī)療保障滿意度評分較高。另一方面，問卷調(diào)查回收反映的農(nóng)村人居環(huán)境滿意指標(biāo)權(quán)重排序中飲用水質(zhì)量、農(nóng)村醫(yī)療保障、學(xué)校數(shù)量與質(zhì)量、人禽糞便處理和住房人居公攤面積排前5位，作為農(nóng)戶評價(jià)人居環(huán)境滿意度較為關(guān)心的指標(biāo)。對比兩者，可看出提高自來水入戶率以此提高飲用水質(zhì)量得到有利回饋，當(dāng)前農(nóng)戶對自家人居公攤面積和農(nóng)村醫(yī)療保障普及也較為滿意。相比可折射出沱江流域地區(qū)農(nóng)戶們比較關(guān)注學(xué)校數(shù)量與質(zhì)量，人禽糞便處理也還未推廣和有待提高。

表2 農(nóng)村人居環(huán)境評價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)性描述Table 2 Statistical description of assessment indicators of rural human settlements

沱江流域農(nóng)村人居環(huán)境整治過程中，第一，應(yīng)明確其主體國家、基層政府、農(nóng)戶和企業(yè)扮演的角色，其功能和作用的不同，提倡主體博弈行為研究，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。第二，以村莊規(guī)劃為導(dǎo)向，推進(jìn)農(nóng)村環(huán)境整治。人居環(huán)境整治實(shí)踐層面來看，明確具體目標(biāo)及重點(diǎn)任務(wù)，地域環(huán)境、社會條件、風(fēng)土人情以及民族特色差異，提出整治內(nèi)容的優(yōu)先序，避開“千篇一律”，專區(qū)專項(xiàng)專治的針對性整治方案。第三，提高農(nóng)村人居環(huán)境整治保障，落實(shí)所需政策、技術(shù)、資金等。經(jīng)濟(jì)是發(fā)展的基礎(chǔ)，政策是建設(shè)的依托，技術(shù)是實(shí)踐的手段，持續(xù)推進(jìn)強(qiáng)村富民。第四，加強(qiáng)農(nóng)村人居環(huán)境整治效果評價(jià)方法，正確、精準(zhǔn)地評價(jià)整治效果，及時(shí)糾偏補(bǔ)救。