城市生態系統健康評價范文

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摘要：

在總結城市生態系統的屬性并分析其健康內涵的基礎上，通過頻度統計法，建立評價指標體系。采用海明貼近度，建立模糊物元模型，對河南省第一批水生態文明城市建設試點鄭州、洛陽、許昌2000年－2013年間城市生態系統的健康水平進行評價，分析影響城市生態系統健康發展的各要素，結果表明：鄭州、洛陽和許昌整體的城市生態系統健康水平呈上升趨勢，但健康改善程度并不顯著，且部分指標有惡化趨勢；相同時期內，城市生態系統的健康水平排序由高到低依次為鄭州、洛陽、許昌，但其增長速率則為許昌最快、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調性較低。因此，未來應針對健康程度較差的要素重點發展，提高各要素之間的協調性，進一步提高城市生態系統整體的健康水平。

關鍵詞：

城市生態系統健康；模糊物元；海明貼近度；熵權；水生態文明建設

現階段全球很多區域的城市生態系統都面臨著機能失調所帶來的壓力，城市生態系統的再生能力與恢復能力也正面臨著資源耗竭和污染排放的考驗。隨之而來，人們開始擔心巨大人口壓力下城市生態系統的承載能力，并思考居住在什么樣的城市才可獲得高品質的生活。城市生態系統是由自然、經濟、社會三個子系統構成的三維復合系統［4］。為滿足其自身的健康情況應包含三方面的內涵：（1）滿足社會發展合理需求的能力，以維持城市結構（組織結構）、功能（活力）；（2）生態系統本身維持與恢復的能力（恢復力）；（3）受人類活動影響顯著，保證城市人群健康（人群健康）以及生活質量（服務功能）。另外，Spiegel等采用“驅動力－壓力－狀態－暴漏－影響”機制探討城市生態系統健康水平，評估中心城市社區改善人類生活質量和健康的一系列干預措施的效率和效果。還有很多學者采用不同的方法構建評價模型，分析具體城市生態系統健康的水平。因此，在水生態文明理念發展的今天，評價城市生態系統健康水平，能夠為未來城市健康發展，尤其是水生態文明城市建設的方向與重點提供一定的參考和支撐。鑒于城市的本底特征以及發展情況，本文選取河南省第一批水生態文明城市建設試點鄭州、洛陽、許昌三個城市為研究區，首先根據頻度統計法構建城市生態系統健康評價指標體系，其次利用熵權法計算各城市具體指標的權重，然后構建基于海明貼近度的模糊物元模型，分別計算三個城市2000年－2013年的健康指數，最后根據評價結果分析城市生態系統健康水平的發展趨勢及不同要素的健康程度，對城市未來發展具有一定的指導意義。

1評價指標體系與數據來源

1．1指標體系構建采取頻度統計法構建評價指標體系［8］。在中國學術期刊中搜索論文題目中包含“城市生態系統健康”的論文，選擇引用率最高的5篇文獻［9－13］（依次編號為B1、B2、……、B5）和發表日期最新的5篇文獻［14－18］（依次編號為R1、R2、……、R5），共10篇。統計出文獻中選擇的評價城市生態系統健康的具體指標共124個，其中5篇以上文獻共同使用的指標個數為18個，見表1。文獻中的指標，都是學者們憑借各自的經驗判斷，遵循若干原則，采取一定的方法并對指標設計合理性進行相關檢測和解釋后選取的。因此，這18個指標是有意義的、合理的。按照文獻B3、B5、R1、R4，將城市生態系統分為三個子系統（三分法），即：自然子系統、社會子系統、經濟子系統。按照文獻B1、R2、R3、R5，將影響城市生態系統健康的主要要素分為5類（五分法），即：活力、組織結構、恢復力、服務功能、人群健康。

1．2數據來源評價指標A1、A3、A16的原始數據來源于2000年－2013年《河南省環境統計年報》、《鄭州市環境質量狀況公報》、《洛陽市環境質量狀況公報》、《許昌市環境質量狀況公報》；其余評價指標的原始數據來源于2001年－2014年《河南省統計年鑒》，但《河南省統計年鑒》中缺少指標A8的2006年－2010年原始數據和指標A10的2000年－2004年原始數據，其依靠已有數據趨勢分析估算得到。

2評價方法

2．1權重計算本文選取河南省第一批水生態文明城市建設試點鄭州、洛陽和許昌（分別用α、β、γ表示）為研究區，根據各自指標體系的數據序列，采用熵權法分別計算各城市的指標權重。具體步驟如下。

2．2健康指數計算

2．2．1模糊物元和復合物元以城市生態系統健康評價為目標，構建物元R＝（N，c，v）。其中，N為待評價事物，本文研究區為鄭州、洛陽、許昌，取3；c為評價指標，m個；v為指標值，因具有模糊性，得到m維模糊物元。在此，選取2000年－2013年共14個樣本的數據，與m維模糊物元組合，得到復合物元Rmn如下。

2．2．2從優隸屬度根據從優隸屬度原則，計算從優隸屬度矩陣。

2．2．3貼近度和綜合評價采用貼近度來表示被評價樣本與標準樣本之間的接近程度，貼近度數值越大表示被評價樣本與標準樣本越接近［20］。考慮到城市生態系統健康評價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行計算，以此作為城市生態系統的健康指數，其值越大，表明城市生態系統健康水平越高。由此，得到各城市各年份城市生態系統健康指數，表示各城市生態系統的健康水平。

3結果與討論

3．1計算過程與結果根據上述評價方法，計算各城市各年份城市生態系統健康指數，具體計算步驟如下。（1）權重計算，計算結果見表1。a．根據公式（1），結合各指標的原始數據，針對鄭州、洛陽、許昌3個待評價對象，分別構建其判斷矩陣xα、xβ、xγ。b．針對每一個判斷矩陣分別計算。根據式（2）、式（3），作各指標的標準化處理；再根據式（4），作各指標的歸一化處理；將計算結果代入式（5）、式（6），計算各指標的熵值和權重，得到不同評價對象指標體系的權重值。（2）健康指數計算，計算結果見表2。a．根據公式（7），分別對3個待評價對象各自的14個待評價樣本建立相應的復合物元Rmn。b．根據式（8）、式（9），計算各指標的從優隸屬度，將Rmn改寫為模糊量值形式，得到復合模糊物元Rmn′。c．根據上述從優隸屬度計算過程中確定的各指標最優值，構建標準模糊物元，見公式（11）。同樣方法計算得到其標準模糊物元Rm0′。d．根據公式（13），計算各樣本的海明貼近度，以此構造基于海明貼近度的復合模糊物元RH和綜合復合模糊物元RH′，即得到基于海明貼近度的生態系統健康評價值（健康指數）。（3）各要素貢獻值計算。將各要素所包含指標的權重相加，得到不同要素的權重值，以此計算得到不同要素對城市生態系統健康水平的貢獻值，結果見表3。

3．2逐年總體健康水平評價結果及分析根據各城市生態系統健康指數的計算結果，繪制時間變化趨勢圖，見圖1。結合表2和圖1，分析結果如下。（1）鄭州、洛陽和許昌整體的城市生態系統健康水平呈上升趨勢，表明生態狀況與經濟、社會發展的協調性在不斷加強。但是該變化趨勢并不明顯，主要因為部分指標（第三產業占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。其中三個城市共42個評價樣本中，2013年鄭州市城市生態系統健康水平最好，健康指數為0．7519；2000年許昌市城市生態系統健康水平最差，健康指數僅為0．3827。（2）相同時期內，城市生態系統的健康水平由高到低依次為鄭州、洛陽、許昌，但健康水平的增長速率則為許昌最快、鄭州最慢。對于2013年和2000年，鄭州市的健康指數分別為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，上述三個城市健康指數增長倍數分別為1．457、1．458、1．568。

3．3逐年各要素評價結果及分析（1）以城市為分析對象，結合計算結果（表3）和各要素變化趨勢圖（圖2），分析結果如下。a．基于三分法，對于自然子系統，鄭州的健康水平明顯優于洛陽，洛陽也明顯優于許昌；對于社會子系統，鄭州的健康水平明顯優于其余兩市，而洛陽和許昌的健康水平幾乎相同；對于經濟子系統，鄭州的健康水平略高于洛陽，而兩者又明顯高于許昌。根據上述對城市三個子系統健康水平的闡述，分析未來各城市針對三個系統的發展方向和重點。以許昌市為例，許昌的城市生態系統健康水平未來還需要在自然系統和經濟系統上加大努力，社會系統需保持穩步提升。b．基于五分法，對于城市活力情況，鄭州的健康水平明顯優于其余兩市，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；對于城市組織結構情況，鄭州的健康水平明顯優于洛陽，洛陽也明顯優于許昌；對于城市恢復力情況，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年的評價結果都為洛陽城市最高；對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年的評價結果都為鄭州城市最低；對于城市服務功能情況，鄭州和許昌的健康水平幾乎相同，且都明顯優于洛陽。根據上述對城市五個主要要素健康水平的闡述，分析未來各城市針對五個要素的發展方向和重點。以許昌市為例，許昌的城市生態系統健康水平在服務功能方面需要繼續保持，活力、人群健康方面需要穩步提升，而組織結構、恢復力方面則需要加大努力。（2）以各要素為分析對象，結合城市生態系統各要素健康指數雷達圖（圖3），分析結果如下。a．基于三分法，從雷達圖顯示的三角形形狀可以看出，各城市社會系統的健康水平要高于經濟系統的健康水平，進而高于自然系統的健康水平。其中，洛陽城市生態系統的三個子系統最為協調，鄭州最不協調。說明未來城市發展要更加注重經濟、社會、自然三者的協調發展，在保持社會系統健康發展的前提下，促進經濟系統的穩步提升，并加大保護自然系統，確保自然系統的完整性。b．基于五分法，從雷達圖顯示的五邊形形狀可以看出，各城市組織結構情況的健康水平最高，服務功能、活力情況次之，人群健康、恢復力情況最差。其中，許昌五個要素之間的關系最為協調，洛陽最不協調。說明未來城市發展要更加注重五個要素的協調發展，在保證組織結構合理的前提下，促進服務功能、活力方面的穩步提升，提高人群健康，加大自然環境的恢復程度。

4結論

采用頻率統計法構建城市生態系統健康評價指標體系，并科學地量化各城市具體指標的權重，選擇基于海明貼近度的模糊物元模型進行評價，有效避免指標體系構建的主觀性以及評價標準值難以確定的問題，增加了研究結果的客觀準確程度。通過對河南省第一批水生態文明城市建設試點各個時期的城市生態系統健康水平進行評價，發現在評價期內鄭州、洛陽、許昌三市的生態系統健康水平均呈上升狀態，但改善的程度并不足夠明顯，且部分指標有惡化趨勢，說明影響城市生態系統健康水平的威脅并未得到根本性緩解。另外，各評價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調程度不夠好，表明未來應針對健康程度較差的要素重點發展，提高城市生態系統健康各要素之間的協調性。

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作者：宋夢林 左其亭 趙鐘楠 邱冰 單位：鄭州大學 水利與環境學院 鄭州大學 水科學研究中心 水利部 水利水電規劃設計總院