韓 笑，張 楠

(中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081)

基于TOPSIS的我國城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害耦合協(xié)調(diào)度分析

韓 笑，張 楠

(中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，北京 100081)

隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，人類工程活動引發(fā)了一系列地質(zhì)災(zāi)害，每年造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失不容忽視。文章構(gòu)建了城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)指標體系，運用熵權(quán)-TOPSIS方法，利用耦合協(xié)調(diào)度公式對我國2000—2013年的城鎮(zhèn)化-地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)進行分析，研究城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，2003—2013年我國城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害的協(xié)調(diào)發(fā)展狀態(tài)逐漸改善，我國地質(zhì)災(zāi)害防治工作取得了良好的成效。

TOPSIS；城鎮(zhèn)化；地質(zhì)災(zāi)害；耦合協(xié)調(diào)度

隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害每年造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失不容忽視。城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害之間存在著復(fù)雜的作用關(guān)系，兩者之間不僅存在普遍認識的負向作用關(guān)系，還存在正向影響作用。

城鎮(zhèn)化發(fā)展會引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害問題，且在部分地區(qū)隨著發(fā)展速度的加快地質(zhì)災(zāi)害會越來越嚴重。地質(zhì)災(zāi)害不僅直接造成嚴重的人員傷亡及經(jīng)濟財產(chǎn)損失，同時也對城鎮(zhèn)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施、重大工程等產(chǎn)生破壞，從而對城鎮(zhèn)的發(fā)展規(guī)模起到限制作用，對城鎮(zhèn)化的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生負面影響。但隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，對地質(zhì)災(zāi)害的認知水平提高，對地質(zhì)災(zāi)害重視程度的加強，我國目前有能力采取各種措施，對地質(zhì)災(zāi)害進行防控，進行地質(zhì)災(zāi)害防治工作，以不斷降低地質(zhì)災(zāi)害所帶來的危害，甚至通過地質(zhì)災(zāi)害防治工作使得地質(zhì)災(zāi)害變害為利。

因此，本文將城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害兩者的關(guān)系定義為耦合關(guān)系。利用TOPSIS方法以及耦合協(xié)調(diào)度公式，對城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系進行分析，以評價兩者耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的趨勢。

1 研究方法

TOPSIS 評價法，又稱逼近理想排序法，是由 Hwang和 Yoon[1]于 1981 年提出的一種系統(tǒng)工程決策分析的常用方法。其核心思想是，最優(yōu)方案應(yīng)是與正理想方案距離最小、與負理想方案距離最大的方案。該方法具有對數(shù)據(jù)分布及樣本量指標多少無嚴格限制、數(shù)學計算也不復(fù)雜、對原始數(shù)據(jù)的利用比較充分、信息損失比較少等優(yōu)點，近年來廣泛運用并發(fā)展。

計算步驟如下：

(1)構(gòu)建評估矩陣。對要素層下N個時間序列(即2000—2013)選擇M個評價指標進行綜合評價?？傻迷紨?shù)據(jù)矩陣X={Xij}nxm。式中Xij為第i個評價對象的第j個評價指標的數(shù)值，i=1,2,…,n；j=1,2, …,m。

(2)矩陣標準化。在原始數(shù)據(jù)矩陣中分別找出每一列的最大值Xjmax和最小值Xjmin，然后對Xij進行標準化處理：

正指標：

負指標：

(3)熵權(quán)法確定指標權(quán)重。為求取各指標的權(quán)重，首先對標準化后的數(shù)據(jù)來計算指標信息熵Si，公式如下：

其中，

利用得到的熵值求指標權(quán)重：

(4)計算經(jīng)濟總量評價值。計算城鎮(zhèn)化要素層下N個時間序列的實際指標值與理想解和負理想解的歐式距離：

即可求出城鎮(zhèn)化綜合評價值：

按此步驟，可計算出城鎮(zhèn)化U和地質(zhì)災(zāi)害G子目標層的綜合評價值。

(5)計算耦合度。借鑒物理學中的容量耦合概念及容量耦合系數(shù)模型[2],則城鎮(zhèn)化系統(tǒng)與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)的耦合度函數(shù)可以表示為：

式中：C——耦合度值，C∈[0, 1]。

當C=1時，耦合度最大，達到良性共振耦合，系統(tǒng)將趨向新的有序結(jié)構(gòu)；當C=0時，耦合度極小，系統(tǒng)之間處于無關(guān)狀態(tài)且向無序發(fā)展；當C∈(0, 0.3]時，系統(tǒng)處于較低水平的耦合階段；當C∈(0.3, 0.5]時，系統(tǒng)處于頡頏階段；當C∈(0.5, 0.8]時，系統(tǒng)處于磨合階段, 兩者間開始良性耦合；當C∈(0.8, 1)時，系統(tǒng)處于高水平的耦合階段[3～4]。當然, 由于政策及突變等因素的影響,系統(tǒng)有可能退化到以前的耦合階段[5]。

(6)計算耦合協(xié)調(diào)度。耦合度反映的是城鎮(zhèn)化和地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)的程度，而兩個系統(tǒng)各自處于發(fā)展的高低水平，未能體現(xiàn)。耦合協(xié)調(diào)度則可以判別兩個系統(tǒng)是在各自何種程度之下達到協(xié)調(diào)的，兩個子系統(tǒng)可能都在發(fā)展水平較高時協(xié)調(diào)，也有可能都在發(fā)展水平較低時協(xié)調(diào)。

為此,構(gòu)造城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害耦合協(xié)調(diào)度函數(shù),具體公式如下：

T=a×U+b×G

式中：D——耦合協(xié)調(diào)度；T——城市化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)綜合評價指數(shù)，反映兩者的整體協(xié)同效應(yīng)或貢獻；

a、b——待定系數(shù)，本文取a=b=0.5[6～7]。

對于耦合協(xié)調(diào)度的等級劃分，目前有四類說[3～5]、八類說[8]和十類說[9～10]。本研究參考李苒等學者提出的八類法[7]：當D∈(0, 0.1]時，系統(tǒng)處于嚴重失調(diào)衰退類；當D∈(0.1, 0.3] 時，系統(tǒng)處于中度失調(diào)衰退類；當D∈(0.3, 0.4]時，系統(tǒng)處于輕度失調(diào)衰退類；當D∈(0.4,0.5]時，系統(tǒng)處于勉強協(xié)調(diào)發(fā)展類；當D∈(0.5,0.6]時，系統(tǒng)處于初級協(xié)調(diào)發(fā)展類；當D∈(0.6,0.7]時，系統(tǒng)處于中級協(xié)調(diào)發(fā)展類；當D∈(0.7,0.9]時，系統(tǒng)處于良好協(xié)調(diào)發(fā)展類；當D∈(0.9,1]時，系統(tǒng)處于優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展類。

2 指標構(gòu)建與數(shù)據(jù)來源

2.1 指標體系的構(gòu)建

目前地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域與經(jīng)濟管理學結(jié)合得比較少，對地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)進行指標構(gòu)建的也較多是從災(zāi)害風險性評價、地質(zhì)災(zāi)害防治工程等方面。本文主要考慮的是人為因素引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，地質(zhì)災(zāi)害的自然特征暫不作為考慮內(nèi)容。

根據(jù)指標選擇的目的性、系統(tǒng)性、可獲取行、簡潔性等原則，本研究從城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害兩個系統(tǒng)來構(gòu)建包括目標層、要素層和指標層三個層次的指標體系。

城鎮(zhèn)化體系包括：人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟城鎮(zhèn)化、社會城鎮(zhèn)化和空間城鎮(zhèn)化四個要素層。具體的指標層為：人口密度、城市人口比重；人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)所占比重、工業(yè)化水平；城市居民可支配收入、人均生活用水量、人均擁有道路、每萬人擁有公車數(shù)、人均公園綠地；建設(shè)用地面積等共11個指標。

地質(zhì)災(zāi)害體系包括：地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況、地質(zhì)災(zāi)害損失和地質(zhì)災(zāi)害防治三個素層。具體指標層為：地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)(包含崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降災(zāi)害發(fā)生的次數(shù))；地質(zhì)災(zāi)害造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失；地質(zhì)災(zāi)害防治項目個數(shù)、防治資金共5個指標。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文從《中國統(tǒng)計年鑒》獲取了2003—2013年我國城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)所需的16個指標的數(shù)據(jù)(表1)。

隨后對數(shù)據(jù)進行標準化，運用MATLAB軟件，采用熵權(quán)法，確定城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害指標體系的權(quán)重(表2)。

表1 2003—2013年全國城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)數(shù)據(jù)

注：數(shù)據(jù)來源于2004—2014年《中國統(tǒng)計年鑒》

表2 城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害指標體系及權(quán)重

注：“+”表示指標具有正效應(yīng)，其值越大說明系統(tǒng)水平越高;“-”表示指標具有負效應(yīng)，其值越大說明系統(tǒng)水平越低。

3 耦合協(xié)調(diào)度分析

運用MATLAB軟件，采用TOPSIS研究方法和耦合協(xié)調(diào)度公式可得城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害的協(xié)調(diào)發(fā)展狀況。

3.1 總體評價值分析

通過對2003—2013年我國城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害評價值的分析(表3、圖1)，可以發(fā)現(xiàn)：

表3 2003—2013年我國城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害評價值

(1)城鎮(zhèn)化發(fā)展整體處于上升狀態(tài)，但增速出現(xiàn)逐漸下降的趨勢，從2003、2004年的年增長60%以上，到后來的2006、2007年30%以上，再到2009年以后的年增速20%以下。

(2)地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)指數(shù)則在波動中變化，呈現(xiàn)出多個倒U型組成的曲線。其中，2006年、2010年等年份的上升趨勢明顯，達到倒U型的峰值。

雖然地質(zhì)災(zāi)害總體趨勢受城鎮(zhèn)化的影響，但也一直在波動，且波動的轉(zhuǎn)折點又不對應(yīng)具體的或者特殊的事件，因為地質(zhì)災(zāi)害受自然因素和人為因素的共同影響，其發(fā)生具有不確定性。隨著經(jīng)濟發(fā)展地質(zhì)災(zāi)害逐漸加重，但當經(jīng)濟發(fā)展到一定程度后，地質(zhì)災(zāi)害會得到一定控制。城鎮(zhèn)化的發(fā)展帶來了地質(zhì)災(zāi)害問題的惡化，反之又損害著經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。如果聽之任之，繼續(xù)盲目追求城鎮(zhèn)化的發(fā)展，忽略地質(zhì)災(zāi)害問題或寄希望于以經(jīng)濟的增長來消除地質(zhì)災(zāi)害帶來的問題，則可能會進一步促使地質(zhì)環(huán)境惡化，帶來巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失，不利于城鎮(zhèn)發(fā)展；積極減災(zāi)，加大對地質(zhì)災(zāi)害防治的重視，合理制定城市發(fā)展規(guī)劃、有計劃以及適當?shù)貙Φ刭|(zhì)環(huán)境進行開發(fā)，加強對地質(zhì)環(huán)境的保護，才能降低地質(zhì)災(zāi)害對資源、人類的危害。地質(zhì)災(zāi)害能夠引導(dǎo)人們通過自己的努力來主動防治、避免、減輕災(zāi)害損失的發(fā)生，還能夠指導(dǎo)具體的各種減輕災(zāi)害損失的活動，來避免減災(zāi)活動中損失的擴大化。

圖1 城鎮(zhèn)化系統(tǒng)與災(zāi)害系統(tǒng)評價值動態(tài)變化圖Fig.1 The trend of evaluation value of urbanization and geo-hazards system

3.2 耦合協(xié)調(diào)度分析

通過對2003—2013年我國城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害協(xié)調(diào)發(fā)展狀況的分析(表4)，可以發(fā)現(xiàn)：

(1)從耦合度來看，城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)從2003年較低水平的耦合階段發(fā)展到2013年的高水平耦合。其中，2007、2008以及2011三個年份兩個系統(tǒng)間出現(xiàn)互相磨合的狀態(tài)，其余年份均處不斷上升趨勢。

表4 2003—2013年我國城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害協(xié)調(diào)發(fā)展狀況

(2)從耦合協(xié)調(diào)度來看，城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展狀態(tài)大致可以分為3個階段：2003—2004年失調(diào)衰退狀態(tài)、2005—2008年勉強或中等協(xié)調(diào)發(fā)展狀態(tài)、2009—2013年良好協(xié)調(diào)發(fā)展狀態(tài)。

總體上看，兩系統(tǒng)逐漸朝著協(xié)調(diào)發(fā)展狀態(tài)發(fā)展。其中，2006年和2010年較其他年份大幅上升。通過數(shù)據(jù)分析可以看出，2006年和2010年地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量位于11年間的前兩位，但通過查閱資料發(fā)現(xiàn)這兩年發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害多是以中小型為主，加之防治資金的合理精準投入以及地質(zhì)災(zāi)害防治項目所發(fā)揮的作用，使得這兩年間無論人員傷亡還是經(jīng)濟損失情況環(huán)比均未出現(xiàn)大幅攀升。尤其在2009年，我國設(shè)立了地質(zhì)災(zāi)害專項防治資金，兩系統(tǒng)呈現(xiàn)出較好的協(xié)調(diào)狀態(tài)，這個結(jié)果令人欣喜，說明我國地質(zhì)災(zāi)害防治起到了一定效果。

4 結(jié)論

(1)我國城鎮(zhèn)化水平呈逐年上升狀態(tài)，而地質(zhì)災(zāi)害由于受到人為、自然等因素的影響，具有一定的不確定性，系統(tǒng)水平呈波動發(fā)展趨勢。

(2)我國城鎮(zhèn)化與地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)之間經(jīng)歷了低水平的耦合到磨合再到高水平的耦合發(fā)展階段，總體來看兩系統(tǒng)逐漸朝著協(xié)調(diào)發(fā)展狀態(tài)發(fā)展。

(3)隨著國家對地質(zhì)災(zāi)害防治的日益重視，防治投入不斷加大、防治科技水平不斷提升，我國基本能做到針對地質(zhì)災(zāi)害的可防可控可預(yù)報，地質(zhì)災(zāi)害防治取得一定成效。

[1] Hwang C L, Yoon K S. Multiple Attribute Decision Making[M].Berlin:Spring-verlag,1981.

[2] Valerie Illingworth. The penguin dictionary of physics[M].Beijing: Foreign Language Press,1996.

[3] 劉耀彬,宋學鋒.城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合度及其預(yù)測模型研究[J].中國礦業(yè)大學學報,2005, 34(1):91-96. [LIU Y B, SONG X F. Coupling degree model and its forecasting model of urbanization and ecological environment[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 2005, 34(1):91-96. (in Chinese)]

[4] 胡喜生,洪偉,吳承禎.福州市土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與城市化耦合度分析[J].地理科學,2013, 33(10): 1216-1223. [HU X S, HONG W, WU C Z. Coupling degrees of land ecosystem services and urbanization of Fuzhou City[J].Sciatic Geographic Sinica, 2013, 33(10): 1216-1223. (in Chinese)]

[5] 吳玉鳴,張燕.中國區(qū)域經(jīng)濟增長與環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展研究[J].資源科學,2008, 30(1):25-30.[WU Y M, ZHANG Y. Analyzing coupled regional economic growth and environmental conservation in China[J]. Resources Science,2008, 30(1):25-30. (in Chinese)]

[6] 金萬富,湯曉華.福州城市化與生態(tài)環(huán)境耦合狀況分析[J].井岡山大學學報(自然科學版),2010,31(6):57-61. [JIN W F，TANG X H. Analysis on coupled condition between urbanization and ecological environment in Fuzhou[J]. Journal of Jinggangshan University (Natural Science),2010,31(6):57-61. (in Chinese)]

[7] 李苒,曹明明,胡勝,等.基于耦合模型的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展研究——以榆林市為例[J].西北大學學報(自然科學版),2014, 44(2):285-291. [LI R,CAO M M,HU S,etal. On coordination development of ecological-environment and economy based on coupling degree model: A case study of Yulin City[J].Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2014, 44(2):285-291(in Chinese)]

[8] Howarth R B,Norgaad R B.Environmental valuation under sustainable development[J].American Economic Review,1992, 82(2):473-477.

[9] 吳文恒,牛叔文,郭曉東,等.中國人口與資源環(huán)境耦合的演進分析[J].自然資源學報,2006, 21(6):853-861.[WU W H,NIU S W,GUO X D,etal. Evolutonal analysis of coupling between population and resource-environment in China[J].Journal of Natural Resources, 2006, 21(6):853-861. (in Chinese)]

[10] 楊主泉,張志明.基于耦合模型的旅游經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展研究[J].西北林學院學報,2014, 29(3): 262-268.[YANG Z Q,ZHANG Z M. Coordinative development between tourism economy and ecological environment based on coupling model-a case study of Guilin[J]. Journal of Northwest Forestry University, 2014, 29(3):262-268. (in Chinese)]

Analysis on coupling coordination degree between urbanization and geo-hazards in China based on TOPSIS

HAN Xiao， ZHANG Nan

(ChinaInstituteofGeo-EnvironmentalMonitoring,Beijing100081，China)

With the development of urbanization, human engineering activities trigger a series of geo-hazards, which cause a huge casualties and economic lose. This paper constructs the urbanization and the geo-hazards index system, using the TOPSIS method to analyze the coupling relationship between urbanization and geo-hazards based on data during 2003—2013. The study find that the coordinated relationship between urbanization and geo-hazards in China gradually improved during 2000—2013. The prevention and control of geo-hazards has achieved good results in China.

TOPSIS; urbanization; geo-hazards; coupling coordination degree

10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.02.25

2016-10-25;

2017-01-12

韓笑(1987-)，女，博士研究生，助理研究員，主要從事資源開發(fā)利用與環(huán)境管理工作。E-mail：hanx@mail.cigem.gov.cn

P642.2

A

1000-3665(2017)02-0167-05