李婷婷 鄭麗琳

(安徽財經(jīng)大學(xué)， 安徽 蚌埠 233030)

基于模糊評價法的合肥城市生態(tài)健康動態(tài)評價

李婷婷 鄭麗琳

(安徽財經(jīng)大學(xué)， 安徽 蚌埠 233030)

社會經(jīng)濟高速發(fā)展的同時城市環(huán)境問題日益突出，合理的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價至關(guān)重要。從活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、服務(wù)功能和人群生活狀況5個要素構(gòu)建合肥城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系，利用模糊數(shù)學(xué)評價法對合肥市2006 — 2014年的城市生態(tài)健康狀況進行評價。結(jié)果表明：合肥市生態(tài)系統(tǒng)的“很健康”成分和“健康”成分之和大于0.5，說明其健康狀況總體處于健康水平，但呈逐年下降趨勢，主要表現(xiàn)在城市的組織結(jié)構(gòu)不合理，服務(wù)功能不完善等。因此，合肥市在城市建設(shè)過程中仍然要重視生態(tài)系統(tǒng)健康建設(shè)，做到經(jīng)濟、社會和自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。

模糊評價法； 城市生態(tài)系統(tǒng)； 健康評價； 合肥市

城市化建設(shè)過程中，人類活動對環(huán)境的影響和破壞已經(jīng)導(dǎo)致了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，城市生態(tài)系統(tǒng)健康面臨著嚴(yán)峻的考驗。因此，對城市生態(tài)健康進行合理有效的評價，對指導(dǎo)城市規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和實踐意義。

合肥市位于安徽省中部，長江、淮河之間，市區(qū)總面積為838.52 km2，總?cè)丝跒?69.6萬人。合肥市作為省會城市、區(qū)域性經(jīng)濟中心和生態(tài)型城市，將在今后的長時間內(nèi)保持經(jīng)濟高速發(fā)展，將成為全國的核心增長極和創(chuàng)新極，這一發(fā)展目標(biāo)也給合肥市的生態(tài)系統(tǒng)帶來巨大的壓力。科學(xué)地評價合肥市生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，對合肥市未來經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。采用模糊數(shù)學(xué)評價法對合肥市生態(tài)系統(tǒng)健康進行評價研究，探討合肥市生態(tài)健康的發(fā)展趨勢，評價2006 — 2014年合肥市城市生態(tài)健康狀況。

1 城市生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵和評價方法

1.1城市生態(tài)健康概念

生態(tài)系統(tǒng)健康研究始于20世紀(jì)80年代的北美。21世紀(jì)以來，我國開始重視對生態(tài)系統(tǒng)健康的研究。Rapport等人認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)健康不僅僅要滿足人類合理的生活需求，其自身也要有自我恢復(fù)和更新的能力。目前我國對城市生態(tài)結(jié)構(gòu)的劃分方法主要有:(1)分為自然、社會、經(jīng)濟3個子系統(tǒng)為研究對象的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，這是我國大部分學(xué)者劃分城市生態(tài)結(jié)構(gòu)的方式；(2)分為城市居民或城市人群、城市環(huán)境系統(tǒng)2個部分，這種劃分主要是突出城市人群或城市居民在城市生態(tài)結(jié)構(gòu)中的重要性；(3)分為食物鏈結(jié)構(gòu)、資源利用結(jié)構(gòu)、生命與環(huán)境相互作用結(jié)構(gòu)、要素空間組合結(jié)構(gòu)、人口結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)[1-5]。

因此，城市生態(tài)系統(tǒng)是個自然、社會和經(jīng)濟系統(tǒng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，具有合理的結(jié)構(gòu)和完整高效的功能，也能夠維持對人類的基本服務(wù)功能和保護人群的生活狀況，使得人類的健康和社會經(jīng)濟健康不受傷害。

1.2城市生態(tài)健康評價方法

選擇一種合理有效的評價方法才能使得生態(tài)系統(tǒng)的概念具有現(xiàn)實意義，常用的評價城市生態(tài)健康的方法有指標(biāo)綜述法、模糊綜合評價法、綜合指數(shù)評價法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別法、物元可拓模型法和屬性綜合評價法。經(jīng)濟合作與開發(fā)組織(OECD)和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃書(UNEP)將某個環(huán)境問題通過壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個不同又相互聯(lián)系的指標(biāo)類型來表達，即PSR概念模型。史永亮等人運用該模型將城市生態(tài)分為社會、經(jīng)濟和環(huán)境3個子系統(tǒng)，從資源環(huán)境壓力、資源環(huán)境狀態(tài)和人文環(huán)境響應(yīng)等方面選取指標(biāo)，建立評價體系來評價大豐市的城市生態(tài)系統(tǒng)的健康水平[6-7]。陳克龍等人選擇系統(tǒng)活力、組織力、恢復(fù)力、生態(tài)服務(wù)功能和人群健康狀況構(gòu)建城市健康評價指標(biāo)體系，并運用模糊數(shù)學(xué)評價的方法對西寧市城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價分析[8-12]。郭秀銳等人采用模糊評價模型，從活力、組織力、恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和人群健康5個要素選取評價指標(biāo)，將廣州、上海、北京3個城市的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行了比較評價[13]，為廣州城市生態(tài)規(guī)劃提供可靠的研究依據(jù)。郁亞娟等人基于城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)健康內(nèi)涵，提出用距離指數(shù)和協(xié)調(diào)指數(shù)表征系統(tǒng)發(fā)展水平和協(xié)調(diào)狀況，構(gòu)建整合距離指數(shù)和協(xié)調(diào)指數(shù)的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型[14-15]。

2 合肥市生態(tài)系統(tǒng)健康評價

2.1評價指標(biāo)和分級標(biāo)準(zhǔn)

每個城市都有自身的特點，依據(jù)指標(biāo)選取的代表性、可行性、適應(yīng)性和敏感性的原則并參考其他學(xué)者的研究成果，考慮到合肥市的實際生態(tài)現(xiàn)狀和數(shù)據(jù)的可獲得性，研究采用目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可的活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、服務(wù)功能和人群生態(tài)狀況5個要素來構(gòu)建合肥市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系。其中，活力是指經(jīng)濟系統(tǒng)中活性、代謝和初級生產(chǎn)力；組織結(jié)構(gòu)是指生態(tài)系統(tǒng)的多樣性；恢復(fù)力是指生態(tài)系統(tǒng)自身的維持和恢復(fù)功能；服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)為人類的生產(chǎn)和生活提供載體；人群生態(tài)狀況是生態(tài)系統(tǒng)健康的反映。針對5個評價要素選出最具有代表性的、易通過統(tǒng)計資料整理得來的、能夠分辨出不同評價區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異，并能夠?qū)Τ鞘猩鷳B(tài)健康做出合理評價的指標(biāo)。通過查閱大量文獻中評價指標(biāo)很健康的狀態(tài)值和中國生態(tài)城市的建議值將城市生態(tài)健康狀況劃分成5個等級：病態(tài)、不健康、亞健康、健康和很健康。城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系和評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2.2模糊評價模型

城市生態(tài)系統(tǒng)健康本身是個模糊的概念，目前尚未找到精確的分類標(biāo)準(zhǔn)。這種復(fù)雜而模糊的決策問題用傳統(tǒng)而精確的數(shù)學(xué)方法是無法解決的，而模糊數(shù)學(xué)可以將客觀世界中的不確定進行定量表達。城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)具有標(biāo)準(zhǔn)界定的不確定性，很難硬性地描述成“健康”或者“不健康”，只能說城市生態(tài)系統(tǒng)具有某種程度的“健康”成分或者某種程度的“不健康”成分。目前我國有眾多學(xué)者直接將模糊數(shù)學(xué)法應(yīng)用于城市生態(tài)系統(tǒng)的健康評價。此次研究合肥市生態(tài)系統(tǒng)健康評價采用模糊數(shù)學(xué)的評價方法，首先是建立隸屬函數(shù)，再利用主成分分析法確定各項具體指標(biāo)的權(quán)重及所屬元素的權(quán)重，最后利用模糊綜合評判決策模型進行綜合評價，并對其結(jié)果進行分析。

表1 城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系和評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 確定評價因素權(quán)重集

在確認(rèn)各個評價指標(biāo)的權(quán)重時通常有多種方法，如熵權(quán)法、層次分析法和主成分分析法等。層次分析法在構(gòu)造判斷矩陣時具有一定的主觀性。因此，運用主成分分析法對各項評價指標(biāo)賦予所屬評價要素的權(quán)重，避免人為的主觀性。

2.2.2 隸屬度函數(shù)的建立

令Rij為各項評價指標(biāo)的實際值，rij為第k個指標(biāo)層第i個指標(biāo)j等級的隸屬度值，其中i=1,2,3，…，m，m為所在指標(biāo)層包含的指標(biāo)個數(shù)，Xj為j等級的標(biāo)準(zhǔn)值，j=1,2,3，4,5。

(1) 對于正向指標(biāo)(評價指標(biāo)數(shù)值越大，健康程度越高)而言，隸屬度函數(shù)為：

當(dāng)Rij

當(dāng)Rij>X1時，則ri5=1,ri1=ri2=ri3=ri4=0。

(2) 對于負(fù)向指標(biāo)(評價指標(biāo)數(shù)值越大，健康程度越低)而言，隸屬度函數(shù)為：

當(dāng)Rij>X1時,ri1=1,ri2=ri3=ri4=ri5=0；

當(dāng)Rij

將每個評價指標(biāo)的實際值代入隸屬度函數(shù)中，得到隸屬度矩陣P。

2.2.3 模糊綜合評價決策

設(shè)計城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價模型為：

H=A*B

式中：H—— 城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況矩陣；

A—— 生態(tài)系統(tǒng)健康評價要素的全矩陣,A=(a1,a2,a3,a4,a5);

B—— 評價要素對各級評價標(biāo)準(zhǔn)隸屬度矩陣。

=(b1,b2,…,bn)

式中：bj—— 城市生態(tài)系統(tǒng)各個標(biāo)準(zhǔn)級別的隸屬度；

wi—— 各個評價指標(biāo)評價第k個指標(biāo)所賦予的權(quán)重。

3 評價結(jié)果與分析

3.1合肥市城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價結(jié)果和趨勢

通過查閱安徽統(tǒng)計年鑒、合肥統(tǒng)計年鑒和中國城市統(tǒng)計年鑒，獲得合肥市2006 — 2014年城市生態(tài)健康評價指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)。應(yīng)用SPSS統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析，經(jīng)過方差最大化旋轉(zhuǎn)后提取4個主成分，累計貢獻率為87.738%，選取16個指標(biāo)，根據(jù)所得的主成分因子得分，將系數(shù)矩陣歸一化后確定權(quán)重，得到評價要素的權(quán)重集：

A=(a1,a2,a3,a4,a5)=(0.221,0.282,0.944,0.244,0.209)

合肥市2006 — 2014年各個評價要素的隸屬度矩陣為(B2006— B2013省略)：

病態(tài) 不健康 亞健康 健康 很健康

再計算2006 — 2014年合肥市城市生態(tài)系統(tǒng)總體健康狀況：

病態(tài) 不健康 亞健康 健康 很健康

陳克龍運用隸屬度之和的概念來綜合評價西寧市的城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，此次研究根據(jù)隸屬度大小及隸屬度之和的大小進行決策，采用最大隸屬度的原則取得最終的評價結(jié)果[3]。從2006 — 2008年合肥市城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況矩陣得出結(jié)論：2006 — 2012年合肥市的城市生態(tài)健康狀況均為很健康，2013年有下滑的趨勢。但是健康和很健康級別的隸屬度之和大于0.5，即健康和很健康狀況所占比重相對較大。

圖1是2006 — 2014年合肥市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況圖。整體上看，合肥市的生態(tài)系統(tǒng)基本上處于很健康和健康的狀態(tài)。但是，處于很健康水平的隸屬度總體處于下降趨勢，尤其是2007年和2008年很健康水平的隸屬度大于0.4，但是2013年開始生態(tài)系統(tǒng)處于很健康水平的隸屬度小于0.3。與此同時，合肥市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況病態(tài)水平的隸屬度處于上升趨勢。2008 — 2012年病態(tài)水平的隸屬度均小于0.15,2013年病態(tài)水平的隸屬度大于0.2。因此，合肥市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況總體上處于下降趨勢。

圖1 2006 — 2014年合肥市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況

3.2.1 活力要素

2014年合肥市以人均GDP增長率9.5%的增幅成為全球增幅最高的城市，并在摩根大通與布魯金斯研究所聯(lián)合發(fā)布的2014年全球300個最大城市經(jīng)濟體中綜合排名位次列榜單第20名?！昂戏仕俣取迸苴A全球城市，并且在發(fā)展?jié)摿?、民生普及、?chuàng)新等多方面多次獲得殊榮。2006 — 2014年合肥市生態(tài)系統(tǒng)活力要素評價見圖2?？傮w上來看，合肥市生態(tài)系統(tǒng)活力要素處于上升趨勢，這主要得益于經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的改革，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，不僅僅帶動了經(jīng)濟的發(fā)展，且經(jīng)濟發(fā)展逐漸走上了節(jié)約、節(jié)能、高效的道路。

3.2.2 組織結(jié)構(gòu)要素

組織結(jié)構(gòu)要素包括第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、市區(qū)人口密度、人口自然增長率、森林覆蓋率和建成區(qū)綠化覆蓋率。合肥市作為合蕪蚌實驗區(qū)的核心城市，是自主創(chuàng)新的“主舵手”。近年來，合肥市的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值大幅度提升，由于GDP增速大于第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的增速，因此，第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP的比重在近年來呈現(xiàn)下降趨勢。2006 — 2014年合肥市生態(tài)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)要素評價見圖3。自2006年以來合肥市的組織結(jié)構(gòu)要素處于病態(tài)水平的隸屬度一直大于0.5，其生態(tài)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)處于不健康的狀態(tài)。造成這一狀況的原因是城市經(jīng)濟的過快發(fā)展，城市人口增加，造成城市擁擠，人類活動占用大量的森林和綠化用地，自然環(huán)境遭到破壞，城市生態(tài)系統(tǒng)的多樣性也遭到嚴(yán)重?fù)p壞。因此，合肥市開始重視生態(tài)建設(shè)，將進一步走好“生態(tài)棋”，將合肥建設(shè)成一個完整的生態(tài)框架、綠色廊道和系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的綠地系統(tǒng)。

圖2 2006 — 2014年合肥市生態(tài)系統(tǒng)活力要素評價

圖3 2006 — 2014年合肥市生態(tài)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)要素評價

3.2.3 恢復(fù)力要素

在選取合肥市生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力要素的評價指標(biāo)時，僅僅取得2個評價指標(biāo)，分別是城市生活污水處理率和工業(yè)固廢綜合利用率。合肥市將逐步淘汰落后產(chǎn)能和落后生產(chǎn)工藝，嚴(yán)格控制高污染、高耗能項目準(zhǔn)入，承接轉(zhuǎn)移項目必須符合國家產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保政策，不再審批向巢湖排放氮磷的項目，防止產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移中的污染轉(zhuǎn)移。在承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移過程中，合肥市大力發(fā)展電子信息、汽車、機械設(shè)備、家電、新型材料、現(xiàn)代服務(wù)等產(chǎn)業(yè)。在未來的發(fā)展中，合肥市也特別注重循環(huán)經(jīng)濟和清潔生產(chǎn)，努力做到“增產(chǎn)不增污”。因此，合肥市這2項指標(biāo)的值均大于90%，說明合肥市的環(huán)境廢物處理的能力和物質(zhì)循環(huán)利用率較高，其生態(tài)系統(tǒng)的維持和恢復(fù)能力較強。

圖4 2006 — 2014年合肥市生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力要素評價

3.2.4 服務(wù)功能要素

服務(wù)功能包括環(huán)境質(zhì)量狀況和生活便利程度2個方面。2006 — 2014年合肥市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能見圖5。合肥市生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能要素的健康狀況總體上良好，處于健康水平，健康水平隸屬度之和均超過0.5。2013年的服務(wù)功能要素的隸屬度相對較低，究其原因是空氣質(zhì)量差，污染比較嚴(yán)重，可能是在發(fā)展經(jīng)濟的同時忽略了環(huán)境的保護。近年來，合肥市開始重視環(huán)境保護，以“一塵兩氣三廠”為重點，開展大氣污染防治，強化監(jiān)管執(zhí)法，關(guān)閉小作坊77家，處罰企業(yè)216家。并且加大了道路清掃水洗力度，重視城區(qū)環(huán)境質(zhì)量保護，優(yōu)化生活環(huán)境，提高居民生活便利度。

圖5 2006 — 2014年合肥市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能要素評價

3.2.5 人群生活狀況要素

人群生活狀況要素主要體現(xiàn)在民生健康狀況和城市居民的文化教育水平。十八大以來，合肥市委、市政府抓住發(fā)展機遇，著力加大惠民政策力度，居民生活質(zhì)量進一步得到改善。在發(fā)展經(jīng)濟的同時，合肥市也積極加大教育投入，不斷促進教育均衡發(fā)展。從圖6看出，2006 — 2014年合肥市人群生活狀況要素的病態(tài)水平、不健康水平和亞健康水平三者隸屬度之和處于下降趨勢，很健康水平和健康水平的隸屬度之和處于上升趨勢。因此，從整體上看，合肥市人群生活狀況要素的健康狀況趨于良好的趨勢。究其主要原因是：經(jīng)濟的快速發(fā)展，生產(chǎn)力水平提高，人民收入水平提高，現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)施和醫(yī)療水平的進步，人民和政府越來越重視文化教育建設(shè)，整個社會的經(jīng)濟水平提高。

圖6 2006 — 2014年合肥市人群生活狀況要素評價

4 結(jié) 語

2006 — 2014年合肥市生態(tài)系統(tǒng)基本處于健康水平，但是總體上看其健康狀況呈下降趨勢，尤其是在組織結(jié)構(gòu)方面，人口增加，資源利用結(jié)構(gòu)不合理，生態(tài)環(huán)境壓力增大，導(dǎo)致城市生態(tài)系統(tǒng)中的組織結(jié)構(gòu)要素的不合理；生態(tài)環(huán)境壓力的增加同時也導(dǎo)致城市空氣環(huán)境質(zhì)量變差，不利于城市服務(wù)功能的發(fā)揮，這樣長期發(fā)展下去不利于合肥市的可持續(xù)發(fā)展。因此，合肥市在今后的發(fā)展過程中要注重經(jīng)濟、社會和自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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Abstract:With the rapid development of social economy, the urban environmental problems have become increasingly prominent, so a reasonable health assessment of urban ecosystem is essential. This paper constructs the health evaluation system of Hefei city′s urban ecosystem from the five elements of vitality, organizational structure, resilience, service function and population living condition, and evaluates the ecological health status of Hefei city from 2006 to 2014 with fuzzy mathematical evaluation method. The results show that the sum value of the "very healthy" and "healthy" components of the ecosystem in Hefei is greater than 0.5, indicating that the ecological health status of Hefei city was in the healthy level from 2006 to 2014, but tended to decline year by year, because of the unreasonable urban structure and the imperfect service function and so on. Therefore, Hefei city still needs to pay attention to the health construction of urban ecosystem, to achieve the harmonious development of economy, society and nature.

Keywords:fuzzy mathematics; urban ecosystem; health assessment; Hefei City

UrbanEcosystemHealthDynamicAssessmentinHefeiCityBasedonFuzzyMathematics

LI Tingting ZHENG Lilin

(Anhui University of Finance & Economics, Bengbu Anhui 233030, China)

X821

B

1673-1980(2017)05-0119-06

2017-05-12

2014年安徽省自然科學(xué)基金項目“城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究 —— 基于生態(tài)熱力學(xué)視角”(1408085QG142)；2016年安徽財經(jīng)大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金項目“基于能值分析法的安徽省城市生態(tài)系統(tǒng)評價”(ACYC2016166)

李婷婷(1994 — ),女，安徽財經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院2015級碩士研究生，研究方向為管理決策優(yōu)化理論與方法。