基于柵格和層析分析法的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究——以平?jīng)鍪袨槔?/h1>
2016-09-28 10:21張強(qiáng)
甘肅科技 2016年15期
張強(qiáng)
（甘肅省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，甘肅 蘭州 730020）
基于柵格和層析分析法的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究——以平?jīng)鍪袨槔?/p>
張強(qiáng)
（甘肅省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，甘肅 蘭州730020）
區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間關(guān)系的基礎(chǔ)，以平?jīng)鍪?015年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建適合平?jīng)鍪械纳鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，并運(yùn)用層次分析法確定權(quán)重值，并采用柵格化思維將整個(gè)平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，計(jì)算得到平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合分值最高為59.27，最低為40.5，整體空間分布格局呈現(xiàn)中高兩側(cè)低的分布格局。
生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)；層次分析法；平?jīng)鍪?/p>
1 概述
在新型城鎮(zhèn)化大背景下，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量安全與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展之間的關(guān)系逐漸成為研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，我國(guó)對(duì)于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)起步相對(duì)較晚，最初是針對(duì)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城市生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)，經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)逐漸由對(duì)各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分級(jí)量化發(fā)展為利用綜合評(píng)價(jià)模型，現(xiàn)有研究中更多的是遵循國(guó)家環(huán)境保護(hù)部頒發(fā)《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（HJ/T192-2006）》［1］中對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和權(quán)重。區(qū)域生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)是協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段［2］，但在實(shí)際評(píng)價(jià)中往往存在評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法過(guò)于主觀，權(quán)重的確定只是按照規(guī)程要求并未具體結(jié)合實(shí)地情況，并且評(píng)價(jià)單元基本都在行政尺度層面，對(duì)于同一行政尺度上的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異研究較少?；诖耍髡邚母纳圃u(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定的方法為出發(fā)點(diǎn)，嘗試研究區(qū)域內(nèi)柵格層面的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究，以期望對(duì)黃土高原溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)提供新的思路和方法。
2 研究方法
2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立
生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是一個(gè)相涉及多方面因素的綜合評(píng)價(jià)，平?jīng)鍪形挥陔]東黃土高原地區(qū)，生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱［3］，對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇從生物多樣性、現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境等方面出發(fā)，確定生物豐度、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)5個(gè)因子建立平?jīng)鍪猩鷳B(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系表見(jiàn)表1，如圖1所示，各具體指標(biāo)含義及計(jì)算方式見(jiàn)《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（HJ/T192-2006）》［4］。
表1 層次分析法判斷矩陣及含義
圖1 平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
2.2指標(biāo)權(quán)重的確定
指標(biāo)權(quán)重采用目前比較成熟的層次分析法來(lái)確定。按照層次結(jié)構(gòu)模型，利用專家的經(jīng)驗(yàn)，給出權(quán)重的判斷矩陣，然后利用特征向量法計(jì)算權(quán)重（判斷矩陣B），計(jì)算滿足BW=λmax×W的特征根與特征向量。
根據(jù)計(jì)算層次單排序和層次總排序，為了檢驗(yàn)一致性，需定義和考慮CR指標(biāo)，其計(jì)算公式CR= CI/RI，其中一致性指標(biāo)CI=（λmax-n）/（n-1），當(dāng)CR＜0.1，可以認(rèn)為該判斷矩陣具有較好的一致性，否則就需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整直至通過(guò)一致性指標(biāo)檢查。
3 實(shí)證研究
3.1研究區(qū)概況
平?jīng)鍪形挥诟拭C省東部，地處陜、甘、寧三省交匯處，位于東經(jīng)105°20′～107°51′，北緯34°54′～35°46′之間。東接甘肅省寧縣以及陜西省長(zhǎng)武縣、郴縣，南鄰甘肅省張家川回族自治縣、秦安縣和陜西省麟游縣、千陽(yáng)縣、隴縣，西連甘肅省通渭縣、會(huì)寧縣，北依本省西峰區(qū)、鎮(zhèn)原縣和寧夏回族自治區(qū)固原市、彭陽(yáng)縣、涇源縣、西吉縣、隆德縣。全市現(xiàn)轄崆峒區(qū)、涇川縣、靈臺(tái)縣、崇信縣、華亭縣、莊浪縣、靜寧縣7個(gè)縣區(qū)，共102個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，3個(gè)街道辦事處。全市屬黃河中游的黃土丘陵和高原溝壑區(qū)，海拔890.00～2857.50m。地勢(shì)西北高、東南低、中部高、兩廂低，形成東部黃土高原溝壑地貌、中南部山地地貌、西部梁峁丘陵溝壑三大地貌單元。
3.2研究結(jié)果
將圖1中的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)矩陣［5］，具體見(jiàn)表2所示。
表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)判斷矩陣數(shù)據(jù)及權(quán)重
經(jīng)過(guò)計(jì)算該評(píng)價(jià)判斷矩陣CI=0.0351，通過(guò)一致性檢查接近于0，表明計(jì)算得到的權(quán)重較為理想，其中生物豐度指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)權(quán)重最大為0.2535這說(shuō)明在平?jīng)鍪刑厥獾牡乩淼匦蔚挠绊懴律镓S度和環(huán)境質(zhì)量在整個(gè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)中起到最重要的貢獻(xiàn)［6-8］。
將計(jì)算出平?jīng)鍪懈骺h區(qū)生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土壤退化指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)分別在ArcGIS中進(jìn)行空間插值，生成相應(yīng)的五個(gè)柵格圖層（柵格尺寸2km×200km），借助柵格計(jì)算器生成平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果圖（如圖2所示）。
圖2 平?jīng)鍪猩鷳B(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果圖
平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果=植物覆蓋度指數(shù)× 0.1456+生物豐度指數(shù)×0.2535+土壤退化指數(shù)×0.1267+環(huán)境質(zhì)量指數(shù)×0.2535+水網(wǎng)密度指數(shù)×0.2207。
從平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果圖中可以看出，整個(gè)平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量整體呈現(xiàn) “中高、兩低”的空間分布格局，崆峒區(qū)、華亭縣和崇信縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯優(yōu)于其他縣區(qū)。由于采用了柵格插值的處理思路，就某一行政單元內(nèi)部差異也凸顯出來(lái)，以涇川縣為例，涇川縣縣城周圍區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量要低于西部靠近崆峒區(qū)的地方。
4 結(jié)論
通過(guò)層次分析法來(lái)確定生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的權(quán)重，并引入柵格研究結(jié)果表明層次分析法和基于柵格思維能夠反映出同一形狀尺度下生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的差異情況，從平?jīng)鍪械膶?shí)際情況來(lái)看，評(píng)價(jià)結(jié)果較符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況。
［1］ 朱衛(wèi)紅，苗承玉，鄭小軍，等.基于3S技術(shù)的圖們江流域濕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)與預(yù)警研究［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2014（6）：1379-1390.
［2］ 蔣敏，沈雅，毛德華.縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)探討——以長(zhǎng)沙縣為例［J］.湖南財(cái)政經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（1）：26-28.
［3］ 凡宸，夏北成，秦建橋.基于RS和GIS的縣域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型——以惠東縣為例［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2013（3）：719-725.
［4］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）［S］.北京：中國(guó)環(huán)境出版社.
［5］ 雷波，張麗，夏婷婷，等.基于層次分析法的重慶市新農(nóng)村生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（9）：1393-1399.
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［7］ 王莉娜，王婷，李曉紅，程慧波.甘肅省2005-2009年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)研究［J］.甘肅科技，2012，28（3）：48-49.
［8］ 鄭楠，張華，張琳，楊俊.基于RS與GIS的大連市生態(tài)環(huán)境狀況綜合評(píng)價(jià)［J］.國(guó)土與自然資源研究，2011，1：55-57.
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張強(qiáng)
（甘肅省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，甘肅 蘭州 730020）
基于柵格和層析分析法的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究——以平?jīng)鍪袨槔?/p>
張強(qiáng)
（甘肅省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，甘肅 蘭州730020）
區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間關(guān)系的基礎(chǔ)，以平?jīng)鍪?015年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建適合平?jīng)鍪械纳鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，并運(yùn)用層次分析法確定權(quán)重值，并采用柵格化思維將整個(gè)平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，計(jì)算得到平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合分值最高為59.27，最低為40.5，整體空間分布格局呈現(xiàn)中高兩側(cè)低的分布格局。
生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)；層次分析法；平?jīng)鍪?/p>
1 概述
在新型城鎮(zhèn)化大背景下，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量安全與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展之間的關(guān)系逐漸成為研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，我國(guó)對(duì)于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)起步相對(duì)較晚，最初是針對(duì)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城市生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)，經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)逐漸由對(duì)各評(píng)價(jià)因子進(jìn)行分級(jí)量化發(fā)展為利用綜合評(píng)價(jià)模型，現(xiàn)有研究中更多的是遵循國(guó)家環(huán)境保護(hù)部頒發(fā)《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（HJ/T192-2006）》［1］中對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和權(quán)重。區(qū)域生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)是協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段［2］，但在實(shí)際評(píng)價(jià)中往往存在評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的方法過(guò)于主觀，權(quán)重的確定只是按照規(guī)程要求并未具體結(jié)合實(shí)地情況，并且評(píng)價(jià)單元基本都在行政尺度層面，對(duì)于同一行政尺度上的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異研究較少?；诖耍髡邚母纳圃u(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定的方法為出發(fā)點(diǎn)，嘗試研究區(qū)域內(nèi)柵格層面的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究，以期望對(duì)黃土高原溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)提供新的思路和方法。
2 研究方法
2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立
生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)是一個(gè)相涉及多方面因素的綜合評(píng)價(jià)，平?jīng)鍪形挥陔]東黃土高原地區(qū)，生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱［3］，對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇從生物多樣性、現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境等方面出發(fā)，確定生物豐度、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地退化指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)5個(gè)因子建立平?jīng)鍪猩鷳B(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系表見(jiàn)表1，如圖1所示，各具體指標(biāo)含義及計(jì)算方式見(jiàn)《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（HJ/T192-2006）》［4］。
表1 層次分析法判斷矩陣及含義
圖1 平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
2.2指標(biāo)權(quán)重的確定
指標(biāo)權(quán)重采用目前比較成熟的層次分析法來(lái)確定。按照層次結(jié)構(gòu)模型，利用專家的經(jīng)驗(yàn)，給出權(quán)重的判斷矩陣，然后利用特征向量法計(jì)算權(quán)重（判斷矩陣B），計(jì)算滿足BW=λmax×W的特征根與特征向量。
根據(jù)計(jì)算層次單排序和層次總排序，為了檢驗(yàn)一致性，需定義和考慮CR指標(biāo)，其計(jì)算公式CR= CI/RI，其中一致性指標(biāo)CI=（λmax-n）/（n-1），當(dāng)CR＜0.1，可以認(rèn)為該判斷矩陣具有較好的一致性，否則就需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整直至通過(guò)一致性指標(biāo)檢查。
3 實(shí)證研究
3.1研究區(qū)概況
平?jīng)鍪形挥诟拭C省東部，地處陜、甘、寧三省交匯處，位于東經(jīng)105°20′～107°51′，北緯34°54′～35°46′之間。東接甘肅省寧縣以及陜西省長(zhǎng)武縣、郴縣，南鄰甘肅省張家川回族自治縣、秦安縣和陜西省麟游縣、千陽(yáng)縣、隴縣，西連甘肅省通渭縣、會(huì)寧縣，北依本省西峰區(qū)、鎮(zhèn)原縣和寧夏回族自治區(qū)固原市、彭陽(yáng)縣、涇源縣、西吉縣、隆德縣。全市現(xiàn)轄崆峒區(qū)、涇川縣、靈臺(tái)縣、崇信縣、華亭縣、莊浪縣、靜寧縣7個(gè)縣區(qū)，共102個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，3個(gè)街道辦事處。全市屬黃河中游的黃土丘陵和高原溝壑區(qū)，海拔890.00～2857.50m。地勢(shì)西北高、東南低、中部高、兩廂低，形成東部黃土高原溝壑地貌、中南部山地地貌、西部梁峁丘陵溝壑三大地貌單元。
3.2研究結(jié)果
將圖1中的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)矩陣［5］，具體見(jiàn)表2所示。
表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)判斷矩陣數(shù)據(jù)及權(quán)重
經(jīng)過(guò)計(jì)算該評(píng)價(jià)判斷矩陣CI=0.0351，通過(guò)一致性檢查接近于0，表明計(jì)算得到的權(quán)重較為理想，其中生物豐度指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)權(quán)重最大為0.2535這說(shuō)明在平?jīng)鍪刑厥獾牡乩淼匦蔚挠绊懴律镓S度和環(huán)境質(zhì)量在整個(gè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評(píng)價(jià)中起到最重要的貢獻(xiàn)［6-8］。
將計(jì)算出平?jīng)鍪懈骺h區(qū)生物豐度指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土壤退化指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)分別在ArcGIS中進(jìn)行空間插值，生成相應(yīng)的五個(gè)柵格圖層（柵格尺寸2km×200km），借助柵格計(jì)算器生成平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果圖（如圖2所示）。
圖2 平?jīng)鍪猩鷳B(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果圖
平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果=植物覆蓋度指數(shù)× 0.1456+生物豐度指數(shù)×0.2535+土壤退化指數(shù)×0.1267+環(huán)境質(zhì)量指數(shù)×0.2535+水網(wǎng)密度指數(shù)×0.2207。
從平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果圖中可以看出，整個(gè)平?jīng)鍪猩鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量整體呈現(xiàn) “中高、兩低”的空間分布格局，崆峒區(qū)、華亭縣和崇信縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯優(yōu)于其他縣區(qū)。由于采用了柵格插值的處理思路，就某一行政單元內(nèi)部差異也凸顯出來(lái)，以涇川縣為例，涇川縣縣城周圍區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量要低于西部靠近崆峒區(qū)的地方。
4 結(jié)論
通過(guò)層次分析法來(lái)確定生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的權(quán)重，并引入柵格研究結(jié)果表明層次分析法和基于柵格思維能夠反映出同一形狀尺度下生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的差異情況，從平?jīng)鍪械膶?shí)際情況來(lái)看，評(píng)價(jià)結(jié)果較符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況。
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