王 嬌 于曉勇

(1.山西省煤炭地質(zhì)資源環(huán)境調(diào)查院，山西 太原 030006； 2.太原市環(huán)境監(jiān)控中心，山西 太原 030009)

?

基于GIS技術(shù)的太原市生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)研究

王 嬌1于曉勇2

(1.山西省煤炭地質(zhì)資源環(huán)境調(diào)查院，山西 太原 030006； 2.太原市環(huán)境監(jiān)控中心，山西 太原 030009)

運(yùn)用GIS技術(shù)，構(gòu)建了生態(tài)環(huán)境指數(shù)模型，評(píng)價(jià)了太原市各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境水平，并得出了生態(tài)環(huán)境水平與經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度、人口密度等要素的相關(guān)關(guān)系，對(duì)太原市制定城市可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃策略有一定的借鑒意義。

GIS技術(shù)，生態(tài)環(huán)境，均方差法，人口密度

1 概述

生態(tài)環(huán)境是城市發(fā)展最基本的條件，也是評(píng)價(jià)城市發(fā)展水平的一個(gè)重要要素。公正全面地評(píng)價(jià)城市的生態(tài)環(huán)境，要基于恰當(dāng)要素指標(biāo)的選取。從目前國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展來(lái)看，利用遙感、GIS等技術(shù)手段對(duì)區(qū)域尺度生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)方面的研究也在不斷深入[1-4]。

本文結(jié)合太原市地方統(tǒng)計(jì)資料，參考城市生態(tài)環(huán)境相關(guān)研究[5,6]提出了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)太原市生態(tài)環(huán)境做出全面、直觀的評(píng)價(jià)。主要研究如下：

1)以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，建立包括二級(jí)以上天數(shù)、人均城市用地面積等生態(tài)環(huán)境要素指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)；2)分析各要素對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度，并對(duì)各單項(xiàng)要素與城市人口密度分布的相關(guān)性進(jìn)行了定量分析；3)運(yùn)用均方差法確定權(quán)重，構(gòu)建城市生態(tài)環(huán)境指數(shù)模型，定量計(jì)算太原市各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境指數(shù)，完成太原市生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)。

2 研究區(qū)域概況

太原市是山西省省會(huì)，是中國(guó)能源、重工業(yè)基地之一，目前其行政轄區(qū)包括六區(qū)三縣一市，即小店區(qū)、迎澤區(qū)、杏花嶺區(qū)、萬(wàn)柏林區(qū)、尖草坪區(qū)、晉源區(qū)，清徐縣、陽(yáng)曲縣、婁煩縣和古交市，總面積6 988 km2，總?cè)丝?27萬(wàn)人。

3 模型建立

3.1 要素指標(biāo)的選取

城市生態(tài)環(huán)境是人類(lèi)利用自然、改造自然的主要場(chǎng)所，包括自然、人類(lèi)、社會(huì)、居住、支撐5大系統(tǒng)和全球、區(qū)域、城市、社區(qū)、建筑5大層次[7，8]。參考《宜居城市科學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》[5]，結(jié)合太原市各地區(qū)的實(shí)際情況以及資料的可獲取性，選取對(duì)太原市城市生態(tài)環(huán)境起主導(dǎo)作用的要素，包括二級(jí)以上天數(shù)、人均城市用地面積等10項(xiàng)指標(biāo)。本文指標(biāo)體系的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《2014年山西省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

3.2 單項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算

選取的具體單項(xiàng)指標(biāo)如下：

1)二級(jí)以上天數(shù)(A1)(單位：d/年)；空氣質(zhì)量好于或等于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)(單位：d/年)。2)綠化覆蓋率(A2)(單位：%)。3)森林覆蓋率(A3)(單位：%)。4)人均城市用地面積 (A4)(單位：m2/人)。5)二氧化碳排放量 (A5)(單位：t)。6)氮氧化物排放量(A6)(單位：t)。7)煙(粉)塵排放量(A7)(單位：t)。8)污水處理廠個(gè)數(shù) (A8)(單位：個(gè))。9)垃圾站個(gè)數(shù) (A9)(單位：個(gè))。10)人均可用淡水資源總量 (A10)(單位：萬(wàn)m3/人)。

為了更真實(shí)的表達(dá)實(shí)際情況,對(duì)不同指標(biāo)采取的標(biāo)準(zhǔn)化方法也不同[4],逆向指標(biāo)如二氧化碳排放量、氮氧化物排放量、煙(粉)塵排放量等，采用最小效果標(biāo)準(zhǔn)化，正向指標(biāo)如二級(jí)以上天數(shù)、污水處理廠個(gè)數(shù)、垃圾站個(gè)數(shù)等，采取最大效果標(biāo)準(zhǔn)化，具體標(biāo)準(zhǔn)化公式如下：

最大效果標(biāo)準(zhǔn)化：Iscorei=(xi-xmin)/(xmax-xmin)；

最小效果標(biāo)準(zhǔn)化：Iscorei=(xmax-xi)/(xmax-xmin)。

太原市各地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化后的生態(tài)環(huán)境要素見(jiàn)表1。

表1 太原市各地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化后的生態(tài)環(huán)境要素

3.3 生態(tài)環(huán)境指數(shù)模型的構(gòu)建

在對(duì)各項(xiàng)要素標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，本文運(yùn)用了均方差法來(lái)計(jì)算各要素的權(quán)重系數(shù)，均方差法是一種客觀的賦權(quán)方法，其基本原理是根據(jù)各要素的評(píng)估值的差異程度來(lái)確定各要素在評(píng)估敏感時(shí)的權(quán)重系數(shù)[9]，首先分別計(jì)算各要素的評(píng)估值的均方差。

其次計(jì)算各評(píng)估要素的權(quán)重系數(shù)ai：

根據(jù)權(quán)重系數(shù)的均方差計(jì)算方法，得出各要素所對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 太原市各生態(tài)環(huán)境要素對(duì)應(yīng)權(quán)重系數(shù)表

最后運(yùn)用ArcGIS軟件的疊加計(jì)算功能，在屬性表中輸入各生態(tài)環(huán)境要素字段和數(shù)值，計(jì)算太原市各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境指數(shù)(A)，見(jiàn)表3。

表3 太原市各地區(qū)生態(tài)環(huán)境指數(shù)

公式如下：

A=∑αiAi(i=1，2，3)。

其中，Ai為各地區(qū)對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)要素標(biāo)準(zhǔn)化后的生態(tài)環(huán)境要素?cái)?shù)值。

3.4 對(duì)比參數(shù)

1)人口密度。

將太原市各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境指數(shù)與人口密度進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)利用ArcGIS軟件分析，得到太原市城市生態(tài)環(huán)境與當(dāng)前人口分布的相關(guān)性。

2)人均GDP(B1)(單位：萬(wàn)元)。

依據(jù)《宜居城市科學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》[5]，影響經(jīng)濟(jì)富裕度標(biāo)準(zhǔn)的要素主要有人均GDP、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、就業(yè)率等要素。本文選取了人均GDP指標(biāo)，借助GIS技術(shù)與生態(tài)環(huán)境指數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，得到太原市各地區(qū)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的相關(guān)性。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

本文通過(guò)構(gòu)建生態(tài)環(huán)境指數(shù)模型分析了太原市各地區(qū)生態(tài)環(huán)境水平。結(jié)果表明：

1)太原市各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境指數(shù)整體呈現(xiàn)由中心向周邊遞增趨勢(shì)，與人口密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，陽(yáng)曲縣、婁煩縣等地區(qū)生態(tài)環(huán)境指數(shù)高，但是相對(duì)的人口分布較為稀疏；

2)太原市人均GDP與人口密度的趨勢(shì)體現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系，經(jīng)計(jì)算相關(guān)性系數(shù)R=0.90，表明人口明顯集中分布于經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度高的地區(qū)；

3)將生態(tài)環(huán)境指數(shù)模型中的單一指標(biāo)與人口密度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果均為負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且相比人均GDP與人口密度的相關(guān)性要小，例如二級(jí)天數(shù)指標(biāo)與人口密度負(fù)相關(guān)性為0.7。表明生態(tài)環(huán)境水平較高的地區(qū)反而居住人口較少，相比之下經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)人口密度的影響較大。太原市各地區(qū)人口GDP與人口密度對(duì)比見(jiàn)圖1。

綜上所述，生態(tài)環(huán)境指數(shù)可以綜合反映各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境良好程度，基于生態(tài)環(huán)境指數(shù)的太原市生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)模型，可以定量揭示太原市各地區(qū)生態(tài)環(huán)境的相關(guān)規(guī)律性。

4.2 分析中存在的問(wèn)題與說(shuō)明

在選取對(duì)太原市城市生態(tài)環(huán)境起主導(dǎo)作用的要素中，存在一些不足：

1)由于本文指標(biāo)體系的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《2014年山西省統(tǒng)計(jì)年鑒》，相對(duì)于當(dāng)前有一定滯后性，因此本文只做方法性探討，不對(duì)地區(qū)當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境水平作現(xiàn)實(shí)性評(píng)價(jià)；

2)在要素指標(biāo)選取上，由于可供分析的數(shù)據(jù)有限，使得選取的指標(biāo)數(shù)量相對(duì)較少，對(duì)生態(tài)環(huán)境指數(shù)模型的計(jì)算和應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生一定影響，一個(gè)生態(tài)環(huán)境水平高的地區(qū)，是各種要素良好的綜合體現(xiàn)；

3)均方差計(jì)算方法中，由于對(duì)實(shí)際情況考慮的不是很全面，權(quán)重值與現(xiàn)實(shí)可能有所偏差，進(jìn)而會(huì)影響生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果，下一步可通過(guò)增加問(wèn)卷調(diào)查等方式完善模型參數(shù)。

4.3 結(jié)果展望

太原市是中國(guó)能源、重工業(yè)基地之一，工業(yè)化的發(fā)展導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重，如何保持經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)構(gòu)建良好的城市生態(tài)環(huán)境是擺在太原市發(fā)展面前的大課題，目前城市建設(shè)規(guī)劃方案的設(shè)計(jì)均已考慮了對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，較之以往有了很大改觀。通過(guò)選取相關(guān)要素構(gòu)建生態(tài)環(huán)境模型評(píng)價(jià)太原市各地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，此類(lèi)方法可操作性強(qiáng)，計(jì)算結(jié)果可定量分析，并可據(jù)此提出更全面的規(guī)劃建議，這對(duì)于一個(gè)城市或地區(qū)的可持續(xù)性發(fā)展，具有一定的借鑒意義。

[1] 封志明.基于GIS的中國(guó)人居環(huán)境指數(shù)模型的建立與應(yīng)用[J].地理學(xué)報(bào)，2008(12)：1327-1336.

[2] 丘 陵.理想解法與灰色關(guān)聯(lián)度相結(jié)合的宜居城市評(píng)價(jià)決策模型研究——以四川省地級(jí)市為例[J].世界科技與發(fā)展，2007(3)：71-75.

[3] 楊運(yùn)瓊.基于壓力論的城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量定量評(píng)價(jià)模型及應(yīng)用[J].四川環(huán)境，2007(2)：63-70.

[4] 郝慧梅,任志遠(yuǎn).基于柵格數(shù)據(jù)的陜西省人居環(huán)境自然適宜性測(cè)評(píng)[J].地理學(xué)報(bào),2009,64(4):498-506.

[5] 李麗萍,吳祥裕.宜居城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].中共濟(jì)南市委黨校學(xué)報(bào),2007(1):16-21.

[6] 吳志強(qiáng),蔚 芳.可持續(xù)發(fā)展中國(guó)人居環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[7] 吳良鏞.人居環(huán)境科學(xué)導(dǎo)論[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[8] 吳良鏞.科技、人文與建筑——致力于人居環(huán)境的個(gè)人體會(huì)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2004(1):53-55.

[9] KT Wagner，MI Doroslovacki. Proportionate-type normalized least mean square algorithm with gain allocation motivated by minimization of mean-square-weight deviation for colored input[C]. IEEE International Conference on Acoustics, Speech & Signal Processing,2011.

On ecological environment evaluation in Taiyuan based on GIS technique

Wang Jiao1Yu Xiaoyong2

(1.ShanxiResourcesandEnvironmentSurveyofCoalGeology,Taiyuan030006,China;2.TaiyuanEnvironmentInspectionandControlCenter,Taiyuan030009,China)

The paper adopts GIS technique, establishes the ecological environment exponential model, evaluates the ecological environment of areas in Taiyuan city, and concludes the relationship among the ecological environment, economic development and population density, so as to provide some reference for the formulation of the urban sustainable development planning in Taiyuan.

GIS technique, ecological environment, mean square difference method, population density

1009-6825(2016)13-0201-03

2016-02-29

王 嬌(1988- )，女，助理工程師； 于曉勇(1985- )，男，工程師

X820.2

A