城市生态安全评价时间序列动态分析_以福州市为例

收稿日期:2007211214作者简介:张　军(1982-),男,山东长清人,福建师范大学硕士研究生・第26卷　第2期2008年4月沈阳师范大学学报(自然科学版)Journal of S henyang Norm al U niversity (N atural Science )V ol 126,N o.2Apr.2008文章编号:1673-5862(2008)02-0229-04城市生态安全评价时间序列动态分析以福州市为例张　军,刘淑苹,梁发超(福建师范大学地理科学学院,福建福州　350007)摘 要:根据压力2状态2响应模型构建了城市生态安全评价指标,该评价指标包括3个子系统共23个指标,并应用熵权法对各指标赋权,对福州市1996～2005年的城市生态安全进行了时间序列动态分析・通过时间序列的分析得出近十年福州市在发展过程中城市生态安全状况的发展趋势,即整体安全水平在不断提高,但生态压力也在不断加大・评价结果与福州市近十年的实际情况相吻合,表明该分析方法具有一定的科学性和合理性・关　键　词:生态安全;压力2状态2响应模型;福州中图分类号:X 826 文献标识码:A0　引 言城市是地区或国家社会经济发展的中心,是人口高度集聚的生态系统[1]・随着城市化水平的不断提高,城市化加剧了人类活动对生态环境的胁迫而导致严重的人类生存危机,如严重的城市污染、自然资源的耗竭与短缺以及城市人口导致的住房紧张、交通拥挤、教育与卫生条件滞后等大量的社会问题,从而促使人们开始关注城市生态安全问题・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要求[2]・同时城市生态系统相对于自然生态系统具有高能耗物耗、高环境污染、低自然资源储备的特点,具有一定的脆弱性和不稳定性[3]・因此,如何在城市化进程中注重生态安全方面的建设就显得尤为重要・本文以福州城市生态系统为研究对象,从时间尺度(1996～2005年)上对城市生态安全进行评估和动态分析,以期为城市可持续发展和管理提供科学的依据和指导・1　城市生态安全的评价方法1.1　城市生态安全评价指标的建立20世纪80年代末,经济合作和开发组织(OECD )与联合国规划署(UN EP )共同提出了环境指标的P 2S 2R 概念模型,即压力(pressure )2状态(state )2响应(response )模型[4],在P 2S 2R 框架中某一类环境问题可以由3个不同但又相互联系的指标类型来表达:压力指标表示人类活动对环境造成的负荷;状态指标表征环境质量、自然资源与生态系统的支撑能力;响应指标表征人类面临问题所采取的对策与措施・本文以此模型为基础,根据指标选择的科学性、目的性、实用性的原则,以及数据的可获取性,并借鉴相关领域的研究[1,5],构建了资源环境压力、环境状态、人文环境响应模型的指标体系・1)资源环境压力指标:人口自然增长率(‰)、市区人口密度(人/km 2)、人均G DP (万元/人)、城市化率(%)、建成区面积(km 2)、全年供水总量(t )、工业废水排放总量(t )、工业废气排放总量(亿m 3)、工业固体废弃物产生量(t )・2)资源环境状态指标:园林绿化面积(km 2)、建成区绿化覆盖率(%)、工业废水排放达标率(%)、工业固体废弃物处理量(t)、空气质量综合指数、全市环境噪声平均值、环境噪声达标面积(km2)・3)人文环境响应:第三产业占G DP比重(%)、环保投入占G DP比重(%)、三废综合利用占G DP 比重(%)、科研费用占G DP比重(%)、每百人拥有公共图书馆藏书(册)、每万人拥有高等院校在校生人数(人)、教育费用占G DP比重(%)・1.2　评价指标的计算方法1.2.1　数据的标准化评价某城市m年的生态安全状况,评价指标包括n个指标,构建评价系统的原始矩阵X=x11x12 (x1)nx21x22…x2n…………x m1x m2x m3x m n=[X ij]m n・由于各指标的量纲不统一,没有可比性,对于同一指标,尽管可以根据实测数据的大小来判断其对环境影响的程度,但也因缺少一个可作比较的环境标准而无法较确切地反映其对环境的影响[6]・因此,必须对数据进行标准化处理・此处采用线性插值法对数据进行标准化:1)对效益型指标:y ij=(X ij-max x j)/(max x j-max x j);2)对成本型指标:y ij=1-(X ij-min x j)/(max x j-min x j)式中,max x j min x j分别表示第j个指标中的最大值和最小值,则标准化后的矩阵为:Y=(y ij)m×n・1.2.2　指标权重的确定运用客观赋权的熵权法确定城市生态安全指标体系中各项指标的权重・该方法是一种在综合考虑各因素所提供信息量基础上,计算一个综合指标的数学方法・作为客观的一种综合评价方法,其主要是根据各指标传递给决策者的信息量来确定权重・根据信息论的基本原理,信息是系统有序程度的度量・因此,可用系统熵来反映其提供给决策者的信息量大小,系统熵的值可通过熵权法得到・具体计算过程台下:第一、计算第j项指标的信息熵e j=-k6m i=1f ij ln f ij式中,f ij=y ij6m i=1y ij,k=1/ln m(假定:当f ij=0时,f ij ln f ij=0)・第二、确定各指标的熵权w j=(1-e j)6n j=1(1-e j)1.2.3　综合评价指标的确定城市生态安全综合评价指数为:S i=6m i=1w j y ij・S i用来表述评价对象现状与目标的符合程度和向目标接近的速度,指数越接近1,就越安全,越接近0,就越不安全[729]・1.3　数据来源与计算结果根据1996～2005年的《城市统计年鉴》和《福州统计年鉴》,以及“十五”福建社会发展回顾的资料,整理得到福州市近十年的城市生态安全评价指标的历史数据・按照上述的城市生态安全评价的方法,计算得到福州市的城市生态安全的资源环境压力、环境状态、人文环境响应指数以及生态安全的综合评价指数(表1、图1)・032沈阳师范大学学报(自然科学版) 第26卷表1　福州市1996～2005年生态安全综合评价结果年　份资源环境压力指数资源环境状态指数人文环境响应指数综合评价指数19960.22060.02050.18340.404019970.21760.03040.09460.342619980.18560.06390.07160.321119990.16670.10320.08170.351620000.16200.09240.08360.338020010.15610.16030.10970.426120020.18120.20700.11370.501920030.13370.27080.12940.533920040.15780.24010.14380.541620050.10370.29150.18540.5806图1　福州市1996～2005年生态安全状况变化2　福州市生态安全分析福州市地处我国东南沿海、福建省的东部、闽江下游,介于北纬25°15′～26°29′,东经118°8′～120°30′;濒临东海,与台湾省隔海相望,总面积11968km 2;地貌属典型的河口盆地,城区位于盆地中央,四周群山环抱;其气候具有南、中亚热带海洋性季风气候的特征,光热资源丰富,全年平均气温15～20℃,年降水量1000～2100mm ・福州市为福建省会所在地,是全省政治、经济、文化中心,该市在注重经济建设发展的同时,非常重视生态环境建设和保护,于2004年被国家建设部命名为“国家园林城市”・但福州市的经济活动已经远远超出了其自身的生态承载力的范围[7]・通过表1、图1所给出的福州市近十年的各指标指数的变化情况,对福州市的生态安全状况及其原因进行分析:资源环境压力指数(该指标数越小表明压力越大)呈现逐年下降趋势(从1996年的012206下降到2005年011037),表明福州市近年来给生态环境造成的压力越来越大,主要是因为福州市城市化水平较高(2005年为5415%),大部分地区也正处于快速的城镇化过程中,从而造成市区人口密度(1996年的1339人/km 2增加到2005年的1682人/km 2)的不断加大,以及三废排放量的不断增加(如工业废气的排放量从1996年的256亿m 3增加到2005年的886198亿m 3,工业固体废弃物的产生量从1996年的019万t 增加到2005年的136132万t ),同时城镇化过程中污染防治的基础设施相对滞后,从而促使了城市生态环境所承受的压力不断加大・资源环境状态指数呈现逐年上升趋势(从1996年的010205上升到2005年的012915),表明状态在不断好转,是因为“九五”以及“十五”期间,在政府部门的高度重视下,福州市的园林绿化面积增加了217倍,建成区的绿化覆盖率增加了12182%,各种污染物的排放达标率也得到大幅提高(如工业废水排放达标率从1996年的4817%提高到2005年的96182%),2000年福州市还建立了垃圾无害化处理场,从而大大改善了福州市的生态环境质量・人文响应状态指数呈现先下降后上升的趋势・1996～1998年快速下降阶段(从011834下降到010716),原因是由于三废综合利用率的不断下降(从1996年的97%突降到1998年的25%),而其他的人文响应指标的数值都处在一个水平状态,从而使该阶段快速下降・132第2期 张　军等:城市生态安全评价时间序列动态分析以福州市为例232沈阳师范大学学报(自然科学版) 第26卷1998～2005年期间处在缓慢上升阶段,是由于福州市的环境污染治理力度的不断加大,如城市基础设施与各个建设项目“三同时”环保投资的投资额度(从1996～2005年分别增加了5619%、3811%)・同时福州市开始致力于营造人居环境,并开始把创建“卫生模范城市”作为城市发展的目标,从而使人文响应状态较稳定的呈上升趋势・从综合评价指数的发展趋势来看,从1996年的014040到2005年的015806,福州市生态安全状况再不断提高・但福州市生态安全综合评价指数的平均值仅为014341,最大值也只有015806,从数值上来看与理想安全综合评价指数1之间的距离还很大,福州市的生态安全状况还较差・因此,福州市在今后的发展中还应通过自身资源、环境状况的保护与合理开发来提高自身生态系统的支撑能力;加大科技投入水平,推行清洁生产,发展循环经济,制定必要的法律、法规政策;从而实现城市生态经济的可持续发展・3　结 语根据P2S2R概念模型,建立的城市生态安全的评价指标体系,利用熵权法对各指标赋权,对城市生态安全进行时间序列动态分析,很大程度上克服了很多评价指标没有统一标准的问题,并能够得到多年来各个指数的一个发展趋势,为制定今后的城市可持续发展的战略提供依据・在多指标的定量评价中,最为重要的是确定各指标权重,它将直接影响到评价结果的准确性与可靠性,目前,评价指标的权重一般都是根据评价者的主观认识来确定的・本文运用客观赋权的熵权法为指标赋权,从而克服了人为主观性对评价过程的干扰・当然在城市生态安全评价中,利用熵权法赋权还需要较多年份的数据,指标选区的科学性也有待于进一步深入研究・参考文献:[1]谢花林,李　波.城市生态安全评价指标体系与评价方法研究[J].北京师范大学学报:自然科学版,2004,40(5):7052709.[2]贾良清,欧阳志云.城市生态安全评价研究[J].生态环境,2004,13(4):5922596.[3]周文华,王如松.城市生态安全评价方法研究2以北京市为例[J].生态学杂志,2005,24(7):8482852.[4]张坤民,温宗国.生态城市评估与指标体系[M].北京:化学工业出版社,2003:729.[5]龚建周,夏北成.城市生态安全评价及部分城市生态安全态势比较[J].安全与环境学报,2006,6(3):1162119.[6]高长波,韦朝海,陈新庚.区域生态安全评价时间序列动态分析2以广东省为例[J].地理与地理信息科学,2005,21(6):1052107.[7]张卫民.基于熵值法的城市可持续发展评价模型[J].厦门大学学报:哲学社会科学版,2004(2):1072115.[8]乔家君.改进的熵值法在河南省可持续发展能力评估中的应用[J].资源科学,2002,26(1):1132118.[9]郭显光.改进的熵值法及其在经济效益评价中的应用[J].系统工程理论与实践,1998(12):982102.[10]黄梅玲.基于生态足迹模型的福州市可持续发展探讨[J].山地农业生物学报,2007,26(1):67270.Study on U rban Ecological Security Assessment inFuzhou city:Time Series AnalysisZHA N G J un,L IU S hu2pi ng,L IA N G Fa2chao(School of G eographical Science,Fujian Normal University,Fuzhou350007,China)Abstract:On the basis of Pressure2State2Response model,an assessment indicator of urban ecological security was put out, which include3subsystems and23items.Taking Fuzhou city as a study case the authors made a time series analysis from1996 to2005by using entropy weight.Then,through this method,got a developed tendency about urban ecological security in recent decade,which show that the ecological pressure become tenser,and the whole levels tend to increase continually.The results of the assessment was consistent with the actual situations,which indicate that the analytical method was scientific and reasonable.K ey w ords:eco2security;P2S2R model;Fuzhou。