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美章網(wǎng) 資料文庫(kù) 城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)范文

城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)范文

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城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

摘要:

在總結(jié)城市生態(tài)系統(tǒng)的屬性并分析其健康內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,通過頻度統(tǒng)計(jì)法,建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。采用海明貼近度,建立模糊物元模型,對(duì)河南省第一批水生態(tài)文明城市建設(shè)試點(diǎn)鄭州、洛陽、許昌2000年-2013年間城市生態(tài)系統(tǒng)的健康水平進(jìn)行評(píng)價(jià),分析影響城市生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的各要素,結(jié)果表明:鄭州、洛陽和許昌整體的城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平呈上升趨勢(shì),但健康改善程度并不顯著,且部分指標(biāo)有惡化趨勢(shì);相同時(shí)期內(nèi),城市生態(tài)系統(tǒng)的健康水平排序由高到低依次為鄭州、洛陽、許昌,但其增長(zhǎng)速率則為許昌最快、鄭州最慢;各城市不同要素之間的健康程度差別較大,且不同城市各要素之間的協(xié)調(diào)性較低。因此,未來應(yīng)針對(duì)健康程度較差的要素重點(diǎn)發(fā)展,提高各要素之間的協(xié)調(diào)性,進(jìn)一步提高城市生態(tài)系統(tǒng)整體的健康水平。

關(guān)鍵詞:

城市生態(tài)系統(tǒng)健康;模糊物元;海明貼近度;熵權(quán);水生態(tài)文明建設(shè)

現(xiàn)階段全球很多區(qū)域的城市生態(tài)系統(tǒng)都面臨著機(jī)能失調(diào)所帶來的壓力,城市生態(tài)系統(tǒng)的再生能力與恢復(fù)能力也正面臨著資源耗竭和污染排放的考驗(yàn)。隨之而來,人們開始擔(dān)心巨大人口壓力下城市生態(tài)系統(tǒng)的承載能力,并思考居住在什么樣的城市才可獲得高品質(zhì)的生活。城市生態(tài)系統(tǒng)是由自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的三維復(fù)合系統(tǒng)[4]。為滿足其自身的健康情況應(yīng)包含三方面的內(nèi)涵:(1)滿足社會(huì)發(fā)展合理需求的能力,以維持城市結(jié)構(gòu)(組織結(jié)構(gòu))、功能(活力);(2)生態(tài)系統(tǒng)本身維持與恢復(fù)的能力(恢復(fù)力);(3)受人類活動(dòng)影響顯著,保證城市人群健康(人群健康)以及生活質(zhì)量(服務(wù)功能)。另外,Spiegel等采用“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-暴漏-影響”機(jī)制探討城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平,評(píng)估中心城市社區(qū)改善人類生活質(zhì)量和健康的一系列干預(yù)措施的效率和效果。還有很多學(xué)者采用不同的方法構(gòu)建評(píng)價(jià)模型,分析具體城市生態(tài)系統(tǒng)健康的水平。因此,在水生態(tài)文明理念發(fā)展的今天,評(píng)價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平,能夠?yàn)槲磥沓鞘薪】蛋l(fā)展,尤其是水生態(tài)文明城市建設(shè)的方向與重點(diǎn)提供一定的參考和支撐。鑒于城市的本底特征以及發(fā)展情況,本文選取河南省第一批水生態(tài)文明城市建設(shè)試點(diǎn)鄭州、洛陽、許昌三個(gè)城市為研究區(qū),首先根據(jù)頻度統(tǒng)計(jì)法構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,其次利用熵權(quán)法計(jì)算各城市具體指標(biāo)的權(quán)重,然后構(gòu)建基于海明貼近度的模糊物元模型,分別計(jì)算三個(gè)城市2000年-2013年的健康指數(shù),最后根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果分析城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平的發(fā)展趨勢(shì)及不同要素的健康程度,對(duì)城市未來發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。

1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與數(shù)據(jù)來源

1.1指標(biāo)體系構(gòu)建采取頻度統(tǒng)計(jì)法構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[8]。在中國(guó)學(xué)術(shù)期刊中搜索論文題目中包含“城市生態(tài)系統(tǒng)健康”的論文,選擇引用率最高的5篇文獻(xiàn)[9-13](依次編號(hào)為B1、B2、……、B5)和發(fā)表日期最新的5篇文獻(xiàn)[14-18](依次編號(hào)為R1、R2、……、R5),共10篇。統(tǒng)計(jì)出文獻(xiàn)中選擇的評(píng)價(jià)城市生態(tài)系統(tǒng)健康的具體指標(biāo)共124個(gè),其中5篇以上文獻(xiàn)共同使用的指標(biāo)個(gè)數(shù)為18個(gè),見表1。文獻(xiàn)中的指標(biāo),都是學(xué)者們憑借各自的經(jīng)驗(yàn)判斷,遵循若干原則,采取一定的方法并對(duì)指標(biāo)設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)和解釋后選取的。因此,這18個(gè)指標(biāo)是有意義的、合理的。按照文獻(xiàn)B3、B5、R1、R4,將城市生態(tài)系統(tǒng)分為三個(gè)子系統(tǒng)(三分法),即:自然子系統(tǒng)、社會(huì)子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)。按照文獻(xiàn)B1、R2、R3、R5,將影響城市生態(tài)系統(tǒng)健康的主要要素分為5類(五分法),即:活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、服務(wù)功能、人群健康。

1.2數(shù)據(jù)來源評(píng)價(jià)指標(biāo)A1、A3、A16的原始數(shù)據(jù)來源于2000年-2013年《河南省環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》、《鄭州市環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)》、《洛陽市環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)》、《許昌市環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)》;其余評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)來源于2001年-2014年《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》,但《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》中缺少指標(biāo)A8的2006年-2010年原始數(shù)據(jù)和指標(biāo)A10的2000年-2004年原始數(shù)據(jù),其依靠已有數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析估算得到。

2評(píng)價(jià)方法

2.1權(quán)重計(jì)算本文選取河南省第一批水生態(tài)文明城市建設(shè)試點(diǎn)鄭州、洛陽和許昌(分別用α、β、γ表示)為研究區(qū),根據(jù)各自指標(biāo)體系的數(shù)據(jù)序列,采用熵權(quán)法分別計(jì)算各城市的指標(biāo)權(quán)重。具體步驟如下。

2.2健康指數(shù)計(jì)算

2.2.1模糊物元和復(fù)合物元以城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)為目標(biāo),構(gòu)建物元R=(N,c,v)。其中,N為待評(píng)價(jià)事物,本文研究區(qū)為鄭州、洛陽、許昌,取3;c為評(píng)價(jià)指標(biāo),m個(gè);v為指標(biāo)值,因具有模糊性,得到m維模糊物元。在此,選取2000年-2013年共14個(gè)樣本的數(shù)據(jù),與m維模糊物元組合,得到復(fù)合物元Rmn如下。

2.2.2從優(yōu)隸屬度根據(jù)從優(yōu)隸屬度原則,計(jì)算從優(yōu)隸屬度矩陣。

2.2.3貼近度和綜合評(píng)價(jià)采用貼近度來表示被評(píng)價(jià)樣本與標(biāo)準(zhǔn)樣本之間的接近程度,貼近度數(shù)值越大表示被評(píng)價(jià)樣本與標(biāo)準(zhǔn)樣本越接近[20]??紤]到城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的綜合性以及各貼近度的分辨能力,在此采用海明貼近度進(jìn)行計(jì)算,以此作為城市生態(tài)系統(tǒng)的健康指數(shù),其值越大,表明城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平越高。由此,得到各城市各年份城市生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù),表示各城市生態(tài)系統(tǒng)的健康水平。

3結(jié)果與討論

3.1計(jì)算過程與結(jié)果根據(jù)上述評(píng)價(jià)方法,計(jì)算各城市各年份城市生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù),具體計(jì)算步驟如下。(1)權(quán)重計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表1。a.根據(jù)公式(1),結(jié)合各指標(biāo)的原始數(shù)據(jù),針對(duì)鄭州、洛陽、許昌3個(gè)待評(píng)價(jià)對(duì)象,分別構(gòu)建其判斷矩陣xα、xβ、xγ。b.針對(duì)每一個(gè)判斷矩陣分別計(jì)算。根據(jù)式(2)、式(3),作各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理;再根據(jù)式(4),作各指標(biāo)的歸一化處理;將計(jì)算結(jié)果代入式(5)、式(6),計(jì)算各指標(biāo)的熵值和權(quán)重,得到不同評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)體系的權(quán)重值。(2)健康指數(shù)計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表2。a.根據(jù)公式(7),分別對(duì)3個(gè)待評(píng)價(jià)對(duì)象各自的14個(gè)待評(píng)價(jià)樣本建立相應(yīng)的復(fù)合物元Rmn。b.根據(jù)式(8)、式(9),計(jì)算各指標(biāo)的從優(yōu)隸屬度,將Rmn改寫為模糊量值形式,得到復(fù)合模糊物元Rmn′。c.根據(jù)上述從優(yōu)隸屬度計(jì)算過程中確定的各指標(biāo)最優(yōu)值,構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)模糊物元,見公式(11)。同樣方法計(jì)算得到其標(biāo)準(zhǔn)模糊物元Rm0′。d.根據(jù)公式(13),計(jì)算各樣本的海明貼近度,以此構(gòu)造基于海明貼近度的復(fù)合模糊物元RH和綜合復(fù)合模糊物元RH′,即得到基于海明貼近度的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)值(健康指數(shù))。(3)各要素貢獻(xiàn)值計(jì)算。將各要素所包含指標(biāo)的權(quán)重相加,得到不同要素的權(quán)重值,以此計(jì)算得到不同要素對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平的貢獻(xiàn)值,結(jié)果見表3。

3.2逐年總體健康水平評(píng)價(jià)結(jié)果及分析根據(jù)各城市生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)的計(jì)算結(jié)果,繪制時(shí)間變化趨勢(shì)圖,見圖1。結(jié)合表2和圖1,分析結(jié)果如下。(1)鄭州、洛陽和許昌整體的城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平呈上升趨勢(shì),表明生態(tài)狀況與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的協(xié)調(diào)性在不斷加強(qiáng)。但是該變化趨勢(shì)并不明顯,主要因?yàn)椴糠种笜?biāo)(第三產(chǎn)業(yè)占GDP比例、單位GDP能耗、城市生活垃圾無公害化處理率等)有惡化趨勢(shì)。其中三個(gè)城市共42個(gè)評(píng)價(jià)樣本中,2013年鄭州市城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平最好,健康指數(shù)為0.7519;2000年許昌市城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平最差,健康指數(shù)僅為0.3827。(2)相同時(shí)期內(nèi),城市生態(tài)系統(tǒng)的健康水平由高到低依次為鄭州、洛陽、許昌,但健康水平的增長(zhǎng)速率則為許昌最快、鄭州最慢。對(duì)于2013年和2000年,鄭州市的健康指數(shù)分別為0.7519和0.5161,洛陽市分別為0.6305和0.4324,許昌市分別為0.6001和0.3827;從2000年-2013年,上述三個(gè)城市健康指數(shù)增長(zhǎng)倍數(shù)分別為1.457、1.458、1.568。

3.3逐年各要素評(píng)價(jià)結(jié)果及分析(1)以城市為分析對(duì)象,結(jié)合計(jì)算結(jié)果(表3)和各要素變化趨勢(shì)圖(圖2),分析結(jié)果如下。a.基于三分法,對(duì)于自然子系統(tǒng),鄭州的健康水平明顯優(yōu)于洛陽,洛陽也明顯優(yōu)于許昌;對(duì)于社會(huì)子系統(tǒng),鄭州的健康水平明顯優(yōu)于其余兩市,而洛陽和許昌的健康水平幾乎相同;對(duì)于經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng),鄭州的健康水平略高于洛陽,而兩者又明顯高于許昌。根據(jù)上述對(duì)城市三個(gè)子系統(tǒng)健康水平的闡述,分析未來各城市針對(duì)三個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展方向和重點(diǎn)。以許昌市為例,許昌的城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平未來還需要在自然系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)上加大努力,社會(huì)系統(tǒng)需保持穩(wěn)步提升。b.基于五分法,對(duì)于城市活力情況,鄭州的健康水平明顯優(yōu)于其余兩市,洛陽和許昌的健康水平幾乎相同,但許昌的健康水平要略高于洛陽;對(duì)于城市組織結(jié)構(gòu)情況,鄭州的健康水平明顯優(yōu)于洛陽,洛陽也明顯優(yōu)于許昌;對(duì)于城市恢復(fù)力情況,鄭州和洛陽的健康水平幾乎相同,且明顯高于許昌,另外其中有8年的評(píng)價(jià)結(jié)果都為洛陽城市最高;對(duì)于城市人群健康情況,洛陽的健康水平明顯高于其余2市,而鄭州和許昌的健康水平幾乎相同,且其中有8年的評(píng)價(jià)結(jié)果都為鄭州城市最低;對(duì)于城市服務(wù)功能情況,鄭州和許昌的健康水平幾乎相同,且都明顯優(yōu)于洛陽。根據(jù)上述對(duì)城市五個(gè)主要要素健康水平的闡述,分析未來各城市針對(duì)五個(gè)要素的發(fā)展方向和重點(diǎn)。以許昌市為例,許昌的城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平在服務(wù)功能方面需要繼續(xù)保持,活力、人群健康方面需要穩(wěn)步提升,而組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力方面則需要加大努力。(2)以各要素為分析對(duì)象,結(jié)合城市生態(tài)系統(tǒng)各要素健康指數(shù)雷達(dá)圖(圖3),分析結(jié)果如下。a.基于三分法,從雷達(dá)圖顯示的三角形形狀可以看出,各城市社會(huì)系統(tǒng)的健康水平要高于經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的健康水平,進(jìn)而高于自然系統(tǒng)的健康水平。其中,洛陽城市生態(tài)系統(tǒng)的三個(gè)子系統(tǒng)最為協(xié)調(diào),鄭州最不協(xié)調(diào)。說明未來城市發(fā)展要更加注重經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、自然三者的協(xié)調(diào)發(fā)展,在保持社會(huì)系統(tǒng)健康發(fā)展的前提下,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)步提升,并加大保護(hù)自然系統(tǒng),確保自然系統(tǒng)的完整性。b.基于五分法,從雷達(dá)圖顯示的五邊形形狀可以看出,各城市組織結(jié)構(gòu)情況的健康水平最高,服務(wù)功能、活力情況次之,人群健康、恢復(fù)力情況最差。其中,許昌五個(gè)要素之間的關(guān)系最為協(xié)調(diào),洛陽最不協(xié)調(diào)。說明未來城市發(fā)展要更加注重五個(gè)要素的協(xié)調(diào)發(fā)展,在保證組織結(jié)構(gòu)合理的前提下,促進(jìn)服務(wù)功能、活力方面的穩(wěn)步提升,提高人群健康,加大自然環(huán)境的恢復(fù)程度。

4結(jié)論

采用頻率統(tǒng)計(jì)法構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并科學(xué)地量化各城市具體指標(biāo)的權(quán)重,選擇基于海明貼近度的模糊物元模型進(jìn)行評(píng)價(jià),有效避免指標(biāo)體系構(gòu)建的主觀性以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值難以確定的問題,增加了研究結(jié)果的客觀準(zhǔn)確程度。通過對(duì)河南省第一批水生態(tài)文明城市建設(shè)試點(diǎn)各個(gè)時(shí)期的城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平進(jìn)行評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)在評(píng)價(jià)期內(nèi)鄭州、洛陽、許昌三市的生態(tài)系統(tǒng)健康水平均呈上升狀態(tài),但改善的程度并不足夠明顯,且部分指標(biāo)有惡化趨勢(shì),說明影響城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平的威脅并未得到根本性緩解。另外,各評(píng)價(jià)要素之間的健康程度差別較大,且不同城市各要素之間的協(xié)調(diào)程度不夠好,表明未來應(yīng)針對(duì)健康程度較差的要素重點(diǎn)發(fā)展,提高城市生態(tài)系統(tǒng)健康各要素之間的協(xié)調(diào)性。

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作者:宋夢(mèng)林 左其亭 趙鐘楠 邱冰 單位:鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院 鄭州大學(xué) 水科學(xué)研究中心 水利部 水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院

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