資源環(huán)境綜合績(jī)效評(píng)估方法范文

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摘要:

資源環(huán)境綜合績(jī)效評(píng)估是建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。在傳統(tǒng)的資源環(huán)境綜合績(jī)效指數(shù)中，各種資源消耗和污染物排放績(jī)效的權(quán)重相等，導(dǎo)致綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性受到影響。針對(duì)該問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建投影指標(biāo)函數(shù)和采用遺傳算法對(duì)投影方向進(jìn)行優(yōu)化，提出了基于投影尋蹤的資源環(huán)境綜合績(jī)效評(píng)估方法，并應(yīng)用于2007年中國(guó)各省、直轄市和自治區(qū)的資源環(huán)境績(jī)效評(píng)估。研究結(jié)果表明，中國(guó)資源環(huán)境績(jī)效水平空間差異明顯，呈現(xiàn)東部高西部低的特征，因此必須合理調(diào)整西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，提高資源利用效率和加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。該方法的權(quán)重取值較為客觀和科學(xué)，評(píng)估結(jié)果合理，值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:

投影尋蹤;資源環(huán)境績(jī)效;評(píng)估;中國(guó)

中國(guó)人口眾多，資源相對(duì)緊缺，人均主要資源(包括耕地、淡水、能源、鐵礦等)占有量不足世界平均水平的1/2到1/4。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及工業(yè)化、城市化的不斷推進(jìn)，資源需求將持續(xù)增加，環(huán)境壓力也日益增大。為緩解資源、能源的長(zhǎng)期供需矛盾和改善環(huán)境質(zhì)量，中國(guó)必須加快建設(shè)資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會(huì)(簡(jiǎn)稱節(jié)約型社會(huì))，即提高資源利用效率，以盡可能少的資源消耗和環(huán)境占用獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展［1］。資源環(huán)境綜合績(jī)效評(píng)估是建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者對(duì)此展開(kāi)了探索性研究與應(yīng)用［1～4］，但現(xiàn)有研究仍然存在較多不足。例如，劉曉潔等嘗試構(gòu)建資源節(jié)約型社會(huì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，但存在數(shù)據(jù)難以獲取等問(wèn)題，而且缺乏合理可行的定量化方法［3］;中國(guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組提出了資源環(huán)境綜合績(jī)效指數(shù)(REPI)［1－2］，鄭偉采用該方法對(duì)2002年－2012年河南省環(huán)境狀況化進(jìn)行了深入分析［4］，但由于REPI各指標(biāo)的權(quán)重?zé)o法確定，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)只能假定各種資源消耗和污染物排放績(jī)效的權(quán)重相等，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性受到了較大影響。投影尋蹤(ProjectPursuit，PP)是用來(lái)處理和分析高維數(shù)據(jù)的一種數(shù)據(jù)分析方法，基本思想是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，把高維數(shù)據(jù)通過(guò)某種組合投影到低維子空間上，并通過(guò)極小化某個(gè)投影指標(biāo)，尋找出能反映原高維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或特征的投影，以達(dá)到研究和分析高維數(shù)據(jù)的目的。投影尋蹤法具有穩(wěn)健性好、抗干擾強(qiáng)和準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于解決評(píng)價(jià)與聚類問(wèn)題［5－6］。本文將結(jié)合投影尋蹤法與遺傳算法，在REPI指數(shù)基礎(chǔ)上建立一套完整的資源環(huán)境績(jī)效評(píng)估方法，為評(píng)價(jià)節(jié)約型社會(huì)提供科學(xué)依據(jù)。

1資源環(huán)境綜合績(jī)效評(píng)估指數(shù)(REPI)

為反映建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的進(jìn)展?fàn)顩r和檢驗(yàn)各種政策措施的綜合實(shí)施效果，中國(guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組在《2006年中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》中提出了資源環(huán)境綜合績(jī)效指數(shù)(ResourceandEn-vironmentalPerformanceIndex，REPI)，對(duì)國(guó)家或地區(qū)的資源消耗和污染排放的績(jī)效進(jìn)行了綜合評(píng)估［1］，2009年再次對(duì)REPI進(jìn)行了調(diào)整［2］，調(diào)整后的表達(dá)式。REPI值除了受到所選取的指標(biāo)影響以外，同時(shí)受到各指標(biāo)權(quán)重取值的影響。由于難以確定指標(biāo)的權(quán)重，《2009中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》假定了各種資源消耗和污染物排放績(jī)效的權(quán)重相等［2］。實(shí)際上在不同的發(fā)展階段，每種指標(biāo)的績(jī)效也存在較大差異，對(duì)綜合評(píng)估結(jié)果的影響程度并不相等，這種假定權(quán)重相等的處理方法直接影響到評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性。

2基于投影尋蹤的資源環(huán)境綜合績(jī)效指數(shù)(REPIPP)

本文在REPI指數(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種新的評(píng)估方法，即基于投影尋蹤的資源環(huán)境綜合績(jī)效評(píng)估指數(shù)(ResourceandEnvironmentalPerformanceIndexbasedonProjectPursuit，REPIPP)。與REPI相比，REPIPP可以有效解決權(quán)重取值問(wèn)題，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為科學(xué)合理。計(jì)算步驟如下。由于式(7)較為復(fù)雜，常規(guī)算法無(wú)法求解，本文采用遺傳算法計(jì)算。遺傳算法(GeneticAlgorithm，GA)是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過(guò)程而形成的一種自適應(yīng)全局優(yōu)化概率搜索算法。自從20世紀(jì)60年代Michigan大學(xué)的Holland教授首次提出GA的思想以來(lái)，經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者的努力，已獲得極大的發(fā)展和完善［7］。GA借鑒了生物遺傳學(xué)的觀點(diǎn)，對(duì)當(dāng)前種群施加選擇、交叉、變異等操作，并實(shí)行“物競(jìng)天擇，適者生存”的自然進(jìn)化過(guò)程，通過(guò)不斷進(jìn)化而產(chǎn)生最優(yōu)個(gè)體。計(jì)算過(guò)程包括生成初始種群、評(píng)價(jià)個(gè)體適應(yīng)度、選擇與交叉、選擇與變異等運(yùn)算，生成新一代種群。經(jīng)過(guò)多次迭代進(jìn)化，以最優(yōu)個(gè)體作為問(wèn)題的最優(yōu)解。GA的計(jì)算流程見(jiàn)圖1。將求得的投影方向a(j)代入式(3)，即可獲得投影值z(mì)(i)，從而確定評(píng)價(jià)結(jié)果。

3研究案例

3．1數(shù)據(jù)來(lái)源以2007年中國(guó)各省(含直轄市、自治區(qū))為例，采用REPIPP評(píng)估其資源環(huán)境績(jī)效水平。為方便比較，評(píng)價(jià)指標(biāo)與REPI相同，即選取能源績(jī)效、用水績(jī)效等7項(xiàng)指標(biāo)，原始數(shù)據(jù)來(lái)自《2009中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》［2］。

3．2計(jì)算過(guò)程

3．2．1數(shù)據(jù)的無(wú)量綱化(歸一化)處理采用式(2)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化(歸一化)處理，獲得各單指標(biāo)的績(jī)效指數(shù)，見(jiàn)表1。

3．2．2求取投影方向?qū)⒈?的數(shù)據(jù)代入式(3)～(6)，建立如式(7)的投影指標(biāo)函數(shù)優(yōu)化模型，并采用遺傳算法求取最優(yōu)投影方向a。在遺傳算法中，種群規(guī)模取100，交叉概率取0.50，變異概率取0.05。經(jīng)過(guò)5000次迭代后，獲得最優(yōu)投影方向a=［0.2917，0.3885，0.3750，0.0251，0.4532，0.4092，0.5000］。

3．2．3評(píng)價(jià)結(jié)果將投影方向a代入式(3)，求得全國(guó)各省、直轄市和自治區(qū)的資源環(huán)境綜合績(jī)效指數(shù)REPIPP，如表1的右欄所示。

3．3結(jié)果分析

3．3．1指標(biāo)權(quán)重投影方向的優(yōu)化結(jié)果即指標(biāo)的權(quán)重。由計(jì)算結(jié)果可知，指標(biāo)權(quán)重與數(shù)據(jù)分布特征有關(guān)。一般而言，數(shù)據(jù)分布越密集，標(biāo)準(zhǔn)差越小，則權(quán)重越小;反之則大。例如，在7項(xiàng)指標(biāo)中，各省(含直轄市、自治區(qū))的工業(yè)固體廢物排放績(jī)效指數(shù)分布最為分散，權(quán)重也最大，達(dá)到0.5000;而固定資產(chǎn)績(jī)效指數(shù)差異相對(duì)較少，權(quán)重僅0.0251。這樣可以突出主要指標(biāo)的影響，使綜合評(píng)價(jià)結(jié)果能夠更明顯地反映各省(直轄市、自治區(qū))的資源環(huán)境績(jī)效水平和差距，從而促使落后地區(qū)控制關(guān)鍵的資源損耗和環(huán)境污染指標(biāo)，優(yōu)先解決資源環(huán)境績(jī)效的瓶頸。例如，在中國(guó)現(xiàn)階段，SO2、COD和工業(yè)固廢排放績(jī)效的權(quán)重較大，REPIPP值較小的省份應(yīng)當(dāng)特別注意加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少污染物排放。

3．3．2資源環(huán)境綜合績(jī)效的省域排序根據(jù)REPIPP的評(píng)價(jià)結(jié)果，資源環(huán)境綜合績(jī)效水平在位于全國(guó)前5位的依次為北京、上海、廣東、海南和天津;末5位為內(nèi)蒙古、甘肅、青海、貴州和寧夏。各省的資源環(huán)境綜合績(jī)效排序如圖2所示。與《2009中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》相比，各省的排序整體相同，但同時(shí)略有調(diào)整。例如，根據(jù)《2009中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》的REPI值，天津的資源環(huán)境綜合績(jī)效位居全國(guó)第三，略高于廣東;而根據(jù)本文采用的REPIPP的評(píng)估結(jié)果，廣東位居第三，天津與海南并列第四。主要原因是按照投影尋蹤的投影優(yōu)化結(jié)果，REPIPP對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重取值不同，污染物(SO2、COD和工業(yè)固廢)排放績(jī)效的權(quán)重相對(duì)較大，對(duì)資源環(huán)境綜合績(jī)效的影響更為明顯，而廣東的污染物尤其是工業(yè)固體廢物排放績(jī)效優(yōu)于天津，因此綜合績(jī)效指數(shù)相對(duì)較高。

3．3．3資源環(huán)境綜合績(jī)效的空間分布根據(jù)REPIPP計(jì)算結(jié)果，全國(guó)各省(含直轄市、自治區(qū))的資源環(huán)境績(jī)效水平可分為三類。第一類包括北京、上海、廣東、海南、天津、浙江、江蘇、山東和福建共9省和直轄市，REPIPP值明顯高于全國(guó)平均水平，其中以北京、上海和廣東最顯著。第二類包括河南、湖北、重慶、黑龍江、安徽、吉林、湖南、河北、遼寧、陜西、四川和江西共12省(直轄市)，REPIPP值與全國(guó)平均水平大至相當(dāng)。第三類包括廣西、山西、云南、新疆、內(nèi)蒙古、甘肅、青海、貴州和寧夏共9省(自治區(qū))，REPIPP值明顯低于全國(guó)平均。從區(qū)域分布來(lái)看，第一類全部位于中國(guó)東部沿海;第二類主要為中國(guó)東北和中部以及部分西部的省份;第三類除山西外，其余均為西部省份。這表明中國(guó)資源環(huán)境績(jī)效水平呈現(xiàn)明顯的空間差異特征，由東至西逐漸下降，西部地區(qū)的資源利用效率較低、污染物排放量較大。主要原因是西部地區(qū)雖然資源豐富，但經(jīng)濟(jì)水平低，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，工業(yè)過(guò)分依賴于能源、原材料工業(yè)為主的重化工業(yè)，資源能源消耗大，并且對(duì)環(huán)境造成重大污染。因此，國(guó)家在加快西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，必須注意合理調(diào)整西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，提高資源利用效率，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，改變“粗放型”的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4結(jié)論

文章在REPI指數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合投影尋蹤法和遺傳算法，提出了資源環(huán)境綜合績(jī)效評(píng)估方法REPIPP，并對(duì)2007年中國(guó)各省、直轄市和自治區(qū)的資源環(huán)境績(jī)效水平進(jìn)行了評(píng)估。研究結(jié)果表明:(1)REPIPP通過(guò)投影尋蹤法確定各指標(biāo)的權(quán)重，突出了主要指標(biāo)的影響，為控制關(guān)鍵指標(biāo)提供了依據(jù)。中國(guó)現(xiàn)階段的SO2、COD和工業(yè)固廢排放績(jī)效的權(quán)重較大，因此資源環(huán)境績(jī)效水平落后的地區(qū)應(yīng)特別注意加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少污染物排放。(2)根據(jù)REPIPP的評(píng)估結(jié)果，北京的資源環(huán)境績(jī)效水平最高，寧夏最低，各省(含直轄市和自治區(qū))排序與REPI整體相似，但同時(shí)有調(diào)整，表明指標(biāo)的權(quán)重對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果具有一定影響。由于REPIPP的權(quán)重取值更為客觀、科學(xué)，評(píng)估結(jié)果也更加合理，值得推廣應(yīng)用。(3)中國(guó)資源環(huán)境績(jī)效水平空間差異明顯，東部沿海地區(qū)較高，西部地區(qū)較低。在實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略時(shí)，必須合理調(diào)整西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，提高資源利用效率和加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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作者：林高松 黃曉英 李娟 單位：深圳市環(huán)境科學(xué)研究院