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《中國農村水利水電雜志》2014年第六期

1研究方法

1.1指標權重的確定基于生態系統評價具有主觀性和客觀性兩方面的特點，我們采用主觀結合客觀的層次分析法來確定各指標的權重。層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）是由美國著名運籌學家，匹茲堡大學Saaty教授于20世紀80年代初期提出的一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法，是對一些較為復雜、較為模糊的問題做出決策的簡易方法，它特別適用于那些難于完全定量分析的問題。其主要特征是，它合理地將定性與定量的決策結合起來，按照思維、心理的規律把決策過程層次化、數量化。該方法以其定性與定量相結合地處理各種決策因素的特點，以及其系統靈活簡潔的優點，迅速地在社會經濟各個領域內，如能源系統分析、城市規劃、經濟管理、科研評價等，得到了廣泛的重視和應用［6－9］。基于PSR模型建立的生態環境健康程度評價指標體系，使用層次分析法，選取唐山市2004－2012年的統計數據進行計算分析，經過數據預處理、構造判斷矩陣、一致性檢驗、計算矩陣的層次單排序和權重確定，最終給出了唐山市的生態環境健康程度綜合評價指數，并進行分析、預測。（1）數據預處理。在進行綜合評價前，需要通過數學變消除原有數據量綱和數量級的影響，即通過對所獲得的初始數據采用極差標準化方法進行標準化預處理。對于成本型指標，指標值越小越好，按公式（1）進行標準化處理；對于效益型指標，指標值越大越好，按公式（2）進行標準化處理。（2）構造判斷矩陣（正互反矩陣）。構造比較判斷矩陣是整個工作的數據基礎和依據，采用“1～9”比較標度法進行比較，用數字1～9及其倒數作為標度。1～9標度的含義：“1”表示兩個因素相比，具有相同重要性；“3”表示兩個因素相比，前者比后者稍重要；“5”表示兩個因素相比，前者比后者明顯重要；“7”表示兩個因素相比，前者比后者強烈重要；“9”表示兩個因素相比，前者比后者極端重要；“2、4、6、8”表示上述相鄰判斷的中間值。倒數表示上述相鄰判斷的中間值。若因素i與因素j的重要性之比為aij，那么因素j與因素i重要性之比為。針對某一個標準，計算各備選指標的權重；針對各指標對上一層元素的重要性，兩兩指標進行比較得出aij的值，構建出正互反矩陣A。求出特征向量W作為各指標的權重以及最大特征值λmax。本文采用Matlab軟件計算每個判斷矩陣的特征值和對應的特征向量。（3）一致性檢驗。對判斷矩陣的一致性檢驗的步驟如下：①計算一致性指標CI：②查找相應的平均隨機一致性指標RI。對n＝1，2，…，9，隨機一致性指標RI的值如表2所示。③計算一致性比例CR：CR＝CI／RI。當CR＜0．10時，認為判斷矩陣的一致性是可以接受的，否則應對判斷矩陣作適當修正。（4）權重確定。經過上述計算步驟，當各指標滿足一致性要求通過一致檢驗時，各指標權重分配見表1。

1.2生態系統健康指數的計算生態環境健康程度綜合評價指數是將壓力因子P、狀態因子S和響應因子R綜合在一起，以表征區域環境系統抗壓能力、生態環境健康程度改善狀況以及生態建設投入力度的一個綜合指數，見式（4）。式中：E是生態環境健康程度綜合評價指數；n為評價指標的個數；X′i表示相對應的第i種指標的歸一化值；Wi表示評價體系中各指標的權重。經計算，唐山市2004－2012年生態系統健康程度綜合評價指數及PSR分項指數見表3。2．5綜合評價標準對于生態系統健康等級的劃定，大多使用相對評價方法，即將若干個待評事物的評價數量結果進行相互比較，最后對各待評事物的綜合評價結果排出優劣次序。綜觀現有的研究，一般將區域生態系統健康分為5個等級：良好、較好、一般、較差、極差，以此反映從優到劣的變化。

2唐山市生態系統健康程度評價結果及預測

2.12004－2012年唐山市生態系統健康程度評價分析從PSR指標與綜合評價指標的變化趨勢來看（見圖2），2004－2012年唐山市壓力因子P出現較大波動，但總體呈上升趨勢，資源方面的壓力主要來自人口持續增長帶來的人均水資源量的減少；環境方面的壓力主要來自工業和生活污染物排放量的增加，人口密度大，受人類活動干擾嚴重；社會經濟方面的壓力主要來自耕地面積的減少，并且這也間接增加了資源方面的壓力；狀態因子S也有所波動，但總體呈上升趨勢，說明生態健康狀態在逐步好轉，投入已見成效；響應因子R穩步提升，表明唐山市在生態環境方面的投入不斷增大和環保意識的不斷增強；生態環境質量綜合評價指數呈現波動式增長，表明雖然評價年內的環境壓力不斷增加，但是在采取及時的手段后，有效地緩解了人們對生態環境質量要求的提高和經濟高速發展之間的矛盾，證明唐山市在生態建設和環境保護方面采取的政策是切實、有效的。從2004－2012年的評價結果來看，2004－2009年唐山市的生態環境處于不健康或亞健康狀態，在2010年以后才出現相對較好的健康狀態。但從PSR分項指數和綜合指數來看，唐山市的生態環境狀況并不容樂觀，綜合指數處于健康狀態的邊緣，而且資源環境壓力較大，如不采取更為有效的措施難免會使生態系統的健康狀態繼續惡化。唐山市作為河北省的經濟中心，近年來經濟迅速發展，人口持續增長，城鎮化率相應較高，土地資源越來越緊張，人口密度大，受人類活動干擾嚴重等因素導致唐山市生態系統壓力大。唐山市對自然資源消耗較多，相應的系統生態彈性度值相對較低，生態恢復力弱，區域的生態系統服務功能較低。因此，評價結果表明2004－2009年唐山市的生態環境處于不健康或亞健康狀態，與唐山市現狀較為吻合；同時由于唐山市在生態環境方面的投入不斷加大和環保意識的不斷增強，特別是在2008年以后的幾年，生態治理力度不斷加大，關停了眾多排污企業，并于2009年出臺一系列的保護規劃和限制排污意見。隨著各種保護規劃的付諸實施，唐山市的生態健康程度正在不斷好轉。

2.22013－2020年唐山市生態系統健康程度預測分析以2004－2012年生態系統健康程度指數作為原始數據，構建了GM（1，1）灰色預測模型，對唐山市2013－2020年的生態系統健康程度進行預測。灰色模型的發展系數a分別為0．0842、0．0092、0．0342、0．0399，適用于中長期預測［11］。求解結果見表5及圖3。在預測年內壓力因子P趨勢升高明顯，主要原因依然是人均水資源量的減少、污染物總排放量的增加、人均綠地面積的減少所帶來的資源、環境和社會經濟等方面壓力越來越大；響應因子R的上升趨勢表明生態環境質量的穩步提升仍取決于生態環境建設的持續投入；狀態因子S走勢的升高，表明在測水平的投入下，環境質量會不斷提高；生態系統健康程度綜合指數在預測年內逐年上升，表明唐山市在采取切實、有效的投入后，生態系統抵抗各方面壓力的能力不斷增強，唐山市生態系統健康狀況呈良性發展態勢。但在保持預測水平的投入的情況下，由圖3可以看出，狀態因子S的上升趨勢比較平緩，說明在預測水平上還需要采取加大環保投資和環境治理的力度，加強生態建設，增強環保意識，才能更為有效地緩解經濟高速增長所帶來的資源環境壓力與生態環境之間的矛盾。

3結語

本文采用壓力一狀態一響應模型（PSR）建立了唐山市生態系統健康程度評價的指標體系，使用層次分析法確定了指標體系中各指標權重，并對唐山市生態系統健康程度作出評價，給出唐山市生態系統健康程度綜合評價指數，結果表明2004－2009年唐山市的生態系統處于不健康或亞健康狀態，2010年以后轉為健康但仍在亞健康狀態的邊緣波動；對唐山市2013－2020年生態系統健康狀況進行了分析、預測，預測結果表明唐山市2013－2020年生態系統健康程度會逐漸好轉，但仍需要采取加大環保投資和環境治理的力度，加強生態建設，增強環保意識，才能形成生態環境與社會經濟同步發展的局面，確保生態系統的安全。另外，由于采用PSR模型構建的生態系統健康指標體系目前尚未有統一的標準，又由于某些資料的不易獲得性，可能影響到指標的選擇而導致分析結果過于樂觀；灰色系統模型基于靜態發展的外推預測，尚未考慮各具體指標的動態變化以及某些人為因素的影響。因此，今后有必要對構建城市水安全評價模型做進一步研究。

作者：曹東衛單位：河北省唐山水文水資源勘測局