熵权模糊综合评价法在城市生态安全评价中的应用3高长波1,2 陈新庚233 韦朝海3 彭晓春4(1广东轻工职业技术学院,广州510300;2中山大学环境科学与工程学院,广州510275;3华南理工大学环境科学研究所,
广州510640;4国家环境保护总局华南环境科学研究所,广州510655
)
【摘要】 为了拓新城市复合生态系统生态安全评价方法的研究,根据压力2状态2响应模型,构建了一个有3个要素和33项具体指标的城市生态安全水平度量的指标体系,并运用客观的熵权法赋权、模糊综合评价法以及划分的等级标准对我国5个经济发达城市的生态安全水平进行量化分析.结果表明,苏州市和北京市对“较安全”级别的隶属度最大,分别为01376和01286;深圳市、上海市和广州市则处于“临界安全”状态.另外,深圳市具有较大的系统压力,苏州市的系统状态和系统响应表现最优.与其它评价方法相比,
该方法评价过程简易,结果定量和相对客观可信.
关键词 城市 生态安全评价 熵权 模糊文章编号 1001-9332(2006)10-1923-05 中图分类号 X17111 文献标识码 A
Applicationofentropyweightandfuzzysyntheticevaluationinurbanecologicalsecurityassessment.GAOChangbo1,2,CHENXingeng2,WEIChaohai3,PENGXiaochun4(1
GuangdongIndustryTechnicalCollege,Guan2
gzhou510300,China;2SchoolofEnvironmentalSciencesandEngineering,SunYat2SenUniversity,Guangzhou510275,China;3InstituteofEnvironmentalScience,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,
China;4SouthChinaInstituteofEnvironmentScience,StateEnvironmentalProtectionAdministrationofChina,Guangzhou510655,China).2Chin.J.Appl.Ecol.,2006,17(10):1923～1927.Ecologicalsecurityisoneofthefoundationsofregionalsecurity,andthebasisofsustainabledevelopment.Urbanecologicalsecurityreferstotheecologicalsupportandmainecologicalissuesofacity,whichdonotthreatenitssurvivalanddevelopment.Todeveloptheresearchmethodontheecologicalsecurityofurbansocial2economic2nat2uralcomplexecosystem,anassessmentindicatorsystemofurbanecologicalsecuritywassetupbasedonPressure-State-ResponseModel,whichincluded3keyfactorsand33concreteitems.ThefivemostdevelopedcitiesofChinaweretakenasthecasestoassesstheirecologicalsecuritysituationbyusingentropyweightandfuzzysyn2theticevaluationmethod.TheresultsshowedthattheurbanecologicalsecurityofSuzhouandBeijingwasatrela2tivelysafelevel,whilethatofShenzhen,ShanghaiandGuangzhouwascriticalsafeintheyearof2003.Theur2banecosystemofShenzhenwasunderheavypress,whilethatofSuzhoubehavedbestbothinsystemstatusandsystemresponse.Comparingwithotherassessmentmethods,thisevaluationmethodwaseasierandmorereasona2ble.Theresultswerebasicallyconsistenttothefactofthesecities,suggestingthattheurbanecologicalsecurityindicatorsystemandtheentropyweightandfuzzysyntheticevaluationapproachwerefeasibletosomeextent.
Keywords Urban,Ecologicalsecurityassessment,Entropyweight,Fuzzy.
3国家自然科学基金项目(50278036)和广东省自然科学基金资助项目(04300916).
33通讯联系人.E2mail:eescxg@163.com
2005-10-11收稿,2006-08-01接受.
1 引 言城市生态安全是指一个城市生态环境支撑条件以及所面临的生态环境问题不对其生存和发展造成威胁,即城市生态系统的功能能够满足其持续生存和发展的需求[10].生态安全评价研究已成为相关领
域的研究热点[6,11,15].但由于人们对生态安全的内
涵认识不足,在评价指标体系和研究方法上至今还没有形成共识[1,4,22,23,26,28].常用的生态安全评价方
法有:暴露—响应分析模式、综合指数法、模糊综合评价法、生态承载力分析法及景观生态学法等[18].
近年来,基于模糊决策分析原理的生态安全或环境风险评价方法被广泛应用于区域尺度的典型的地理
区域或生态系统[2,12,17],但对城市社会2经济2自然复
合生态系统的生态安全评价机理和方法研究不足[5,10].因此,本文首先根据压力(pressure)2状态
(state)2响应(response)概念框架,确定影响城市生
态安全的各主要因素,然后利用模糊数学理论确定评价因子集、评价集、隶属函数,运用客观的熵权法计算各因素的权重和得出隶属度,最后用综合隶属度确定城市生态安全级别,以期为城市生态安全评价方法的拓展以及环境管理和生态建设提供科学依据和指导.
应用生态学报 2006年10月 第17卷 第10期 CHINESEJOURNALOFAPPLIEDECOLOGY,Oct.2006,17(10):1923～19272 研究方法211 城市生态安全评价指标体系的构建根据压力2状态2响应概念模型[8],将城市生态安全总体
水平状况归纳为系统压力、系统状态和系统响应3个影响要素.压力指标反映人类活动给环境造成的负荷,状态指标表征环境质量、自然资源与生态系统的状况,而响应指标则表征人类面临生态胁迫与环境问题所采取的对策与措施.针对每一个要素,分别选择反映城市生态安全评价主要特征的因子作为具体评价指标,共计33项(表1).其中,x5中的水资源总量不包括过境水资源量;x6、x7分别为农药使用量、化肥使用量(折纯量)除以耕地面积;x8～x11为各污染物排放总
量除以研究区域的GDP;
x
13=(食物支出金额/
总支出金额)
×100%;
x
14=(原煤消耗量/一次能源消耗总量)×100%;
x21
为依据环境质量标准将有关的空气污染物浓度等标化,
计算得到无量纲指数的加和:
x
21=∑ni=1Ci/Pi.式中,C
i
为单
项污染物浓度,P
i为对应的标准值,计算的污染物包括
PM10、SO2和氮氧化物,标准值取《环境空气质量标准》
(GB309521996)中对应的二级标准
.
212 熵权模糊综合评价的基本方法模糊综合评价法的基本思想是应用模糊关系合成的原理,根据被评价对象本身存在的性态或类属上的亦此亦彼性,从数量上对其所属成分给以刻画和描述.由于安全概念
表1 城市生态安全评价指标体系及分级标准Table1Mark2valueandindexsystemofurbanecologicalsecurityassessment要素Factors具体指标Indices单位Unit不安全Unsafe较不安全Relativelyunsafe临界安全Criticallysafe较安全Relativelysafe安全Safe
系统压力人口密度x
1capita・km
-2
350027501500750500
Systempressure人口自然增长率x
2‰54213511201
7
人均住房面积x
3m
2
69162530
人均耕地面积x
4hm
2
0102010301050108011
人均当地水资源量x
5m
3
10001350195026003000
农药施用强度x
6kg・hm
-2
4035251510
化肥施用强度x
7kg・hm
-2
700600450300200
万元GDPSO2排放强度x
8kg751531151
万元GDP工业烟尘排放强度x
9kg21150175013011
万元GDPCOD排放强度x
10kg6532125115
万元GDP固废排放强度x
11kg3002501507550
系统状态人均GDP(当年价)x
12×104yuan
10000250005000080000100000
Systemstatus城市居民恩格尔系数x13%595415453520原煤消耗比例x
14%554715352520
万元GDP能耗x
15t标煤
1)
11511250175013011
万元GDP水耗x
16m
3
3002251757550
建成区绿化覆盖率x
17%152027153540
建成区人均公共绿地面积x
18m
2
57151215171520
水土流失面积/区域面积x
19%151215842
饮用水源达标率x
20%808592159715100
空气综合污染指数x
21-3215116019016
区域环境噪声x
22db(A)6057155215471545
酸雨频率x
23%302515105
系统响应工业废水达标处理率x
24%808592159715100
Systemresponse工业用水重复利用率x25%3040608090城市生活污水处理率x
26%20356590100
机动车尾气排放达标率x