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基于AHP-PSO法的沱江流域農(nóng)村人居環(huán)境研究

2023-03-10 13:33:08李華東奉凱文
安徽農(nóng)業(yè)科學 2023年3期
關(guān)鍵詞:沱江人居整治

李華東,奉凱文,姜 影,吳 玥

(1.西華大學建筑與土木工程學院,四川成都 610036;2.成都建工工業(yè)設(shè)備安裝有限公司,四川成都 610042;3.四川師范大學工學院,四川成都 610101)

人居環(huán)境是由人居環(huán)境主體(人和社會)與人居環(huán)境客體(自然、居住、支撐條件)相互作用共同形成的以人居活動為特征的綜合地域系統(tǒng)。李陳等[1]利用變異、基尼和泰爾系數(shù)、收斂和發(fā)散分析,得出影響農(nóng)村人居環(huán)境的因素;彭超等[2]利用熵權(quán)法從多個維度建立人居環(huán)境質(zhì)量指標體系;閔師等[3]采用代理變量計量經(jīng)濟模型Logit研究農(nóng)戶參與農(nóng)村人居環(huán)境整治的影響因素;譚少華等[4]采用質(zhì)性研究方法結(jié)合行動者網(wǎng)絡(luò)模型對農(nóng)村人居環(huán)境進行了研究。目前,有關(guān)農(nóng)村人居環(huán)境的狀態(tài)理論與實踐研究成果甚少,多偏于鄉(xiāng)村規(guī)劃、環(huán)境治理、鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)型的研究,忽略了研究主體——農(nóng)戶,更缺乏對農(nóng)村人居環(huán)境整治多個影響因子的交互分析。農(nóng)村人居環(huán)境整治是2020年全面建成小康戰(zhàn)略目標的社會短板,是實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略目標的必然要求,是破解新時代社會主要矛盾的有效途徑,是建設(shè)生態(tài)宜居美麗鄉(xiāng)村的重要內(nèi)容[5]。

沱江為長江上游支流,當前四川污染最嚴重的的河流。沱江流經(jīng)成都、自貢、瀘州、德陽、綿陽、內(nèi)江、樂山、眉山、宜賓、資陽10地市。近年來,隨著我國現(xiàn)代化的快速發(fā)展,已由原來追求“經(jīng)濟型”發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬G水青山就是金山銀山”的發(fā)展模式。沱江流域地區(qū)的環(huán)境整治,前期成立流域水污染防治專家團、省政府治理研討及立法調(diào)研[6],出臺《沱江流域“一河一策”保護方案》,同時堅持系統(tǒng)治水的高規(guī)格落實河長制、高水平規(guī)劃引領(lǐng)、高起點流域補償機制和高要求立法保障來確保打好沱江攻堅戰(zhàn)[7]。推行《沱江流域水污染防治整體規(guī)劃(2017—2020年)》 《沱江流域水質(zhì)達標三年行動方案(2018—2020年)》。十九大提出鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略,相繼推出《中共中央國務(wù)院關(guān)于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動方案》《中共中央國務(wù)院關(guān)于堅持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展 做好“三農(nóng)”工作的若干意見》等,把相關(guān)政府和研究人員的目光,從改善環(huán)境、治理污染的怎么治理吸引到了為什么而治、為誰治的新空間。隨著川渝地區(qū)城鎮(zhèn)化的加快發(fā)展,沱江流域地區(qū)農(nóng)村人居環(huán)境問題裸露嚴重。因此,非常有必要對沱江流域農(nóng)村人居環(huán)境問題進行綜合評估,為制定可持續(xù)發(fā)展策略提供科學依據(jù)。

1 研究對象和案例區(qū)域的選取

1.1 研究對象該研究以沱江流域地區(qū)農(nóng)村人居環(huán)境問題為研究對象。基于已有研究基礎(chǔ)上,降低人居環(huán)境客體對最終研究目的的影響,減小調(diào)研結(jié)果的誤差,統(tǒng)計了沱江流域包含了成都[8]、自貢[9]、瀘州、德陽[10]、綿陽[11]、內(nèi)江[12]、樂山、眉山[13]、宜賓、資陽共10地市,根據(jù)對環(huán)境整治數(shù)理統(tǒng)計和調(diào)研的合理應(yīng)用,針對森林覆蓋、城鎮(zhèn)化進度、工業(yè)改進、空氣質(zhì)量、聲環(huán)境質(zhì)量和流域水質(zhì)量等進行了分析。

1.2 案例區(qū)域的選取根據(jù)沱江流域地市區(qū)域的數(shù)理統(tǒng)計,森林面積為47.92萬hm2,森林覆蓋率為44.52%,城鎮(zhèn)化率為50.59%,工業(yè)化率為41.44%;空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)變化趨勢幾個環(huán)保重點城市變化趨勢基本一致,成都、自貢、宜賓、瀘州等市AQI出現(xiàn)過較高水平現(xiàn)象,受冬季靜穩(wěn)天氣影響,多地PM2.5為首要污染物。根據(jù)綜合流域水質(zhì)監(jiān)測信息和聲環(huán)境達標率情況,將數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與實地調(diào)研相結(jié)合,選定地處四川盆地南部、沱江下游,東鄰內(nèi)江市隆昌縣,西靠自貢市沿灘區(qū),南接瀘州市,距省會成都約250 km的自貢市富順縣(圖1)作為研究對象。

圖1 四川省自貢市富順縣地理位置Fig.1 Location of Fushun County,Zigong City,Sichuan Province

2 評價體系

2.1 評價對象實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略,將其作為新時代決勝全面建成小康社會實施的七大戰(zhàn)略之一[14],人居環(huán)境的主體是人,農(nóng)村想要持續(xù)發(fā)展,究其根本還要依托環(huán)境?;?016年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部公布的新版中國人居環(huán)境評價指標體系,筆者認為農(nóng)村人居環(huán)境質(zhì)量問題可以用農(nóng)村人居環(huán)境滿意度評價體系呈現(xiàn),將農(nóng)村人居環(huán)境分為自然生態(tài)環(huán)境、農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施、住房質(zhì)量與設(shè)計、社會關(guān)系及服務(wù)4個維度,結(jié)合公共物品理論和數(shù)學方法理論,通過數(shù)據(jù)搜索和實地問卷調(diào)研的形式,對農(nóng)村人居環(huán)境中農(nóng)民滿意度的評價進行深入研究。從農(nóng)戶的視角探尋農(nóng)村人居環(huán)境整治中存在的主要問題,明確后期沱江流域地區(qū)環(huán)境治理的重點領(lǐng)域,選定自貢市富順縣作為研究對象,在2019年12月12日對該縣65家農(nóng)戶進行走訪式的問卷調(diào)查,有效問卷62份,失效3份,回收率95%,問卷中各項指標滿意程度均分為9個等級,即同樣重要、稍微重要、比較重要、非常重要、絕對重要、稍微不重要、比較不重要、非常不重要和絕對不重要。

2.2 評價指標

2.2.1自然生態(tài)環(huán)境。自然生態(tài)環(huán)境是指存在于人類社會周圍并對人類的生存和發(fā)展產(chǎn)生直接或間接影響的各種天然形成的物質(zhì)和能量的總體。自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境是聚居產(chǎn)生并發(fā)揮其功能的基礎(chǔ),人類安身立命之所。就當前研究的區(qū)域,通過交互分析,對農(nóng)村環(huán)境而言,飲用水質(zhì)量、生活污水處理、化肥農(nóng)藥污染處理、河流污染處理是生態(tài)治理的體現(xiàn)。環(huán)境的好壞又因生物多樣性保護、土地資源保護與利用來回饋,其還包括人禽糞便處理等。

2.2.2農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施。農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施是提升農(nóng)戶幸福感和滿足感的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是帶動農(nóng)戶積極參與環(huán)境治理和環(huán)境建設(shè)的保障。水是文明之源、文化之源,其不僅是資源要素,更是文化元素[15]。沱江流域地區(qū)水資源前期污染嚴重,相比于城市,農(nóng)村發(fā)展較為緩慢,更應(yīng)重視自來水入戶的情況。浙江獲得聯(lián)合國最高環(huán)保榮譽“地球衛(wèi)士獎”,參照其相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施研究還包含垃圾回收站、道路交通網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)電通信系統(tǒng)、清潔能源推廣和公廁數(shù)量與質(zhì)量等。

2.2.3建筑質(zhì)量與設(shè)計。建筑質(zhì)量與設(shè)計涉及的因素有農(nóng)戶居住密度、房屋周圍景觀設(shè)計、通風采光性能、保溫隔熱隔音和住房人居公攤面積。

2.2.4社會關(guān)系及服務(wù)。社會關(guān)系及服務(wù)主要指公共管理與法律、社會關(guān)系、文化特征、經(jīng)濟發(fā)展和健康與福利等,涉及由人群組成的社會團體相互交流的體系,對于農(nóng)村而言具體指代周邊商業(yè)網(wǎng)電、學校數(shù)量與質(zhì)量、農(nóng)村醫(yī)療保障、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣、村治安形勢和鄰里關(guān)系等。

綜合以上自然生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、建筑質(zhì)量與設(shè)計、社會關(guān)系及服務(wù)方面的指標,構(gòu)建出了農(nóng)村人居環(huán)境滿意度評價指標體系,如圖2所示。該指標體系充分反映了人居環(huán)境主體與人居環(huán)境客體間相互影響而作用于農(nóng)村人居環(huán)境整治的主要因素。

圖2 農(nóng)村人居環(huán)境滿意度評價指標體系Fig.2 Evaluation index system of satisfaction degree of rural human settlement environment

3 評價模型與數(shù)據(jù)計算

3.1 指標數(shù)據(jù)來源《中國統(tǒng)計年鑒》、四川生態(tài)環(huán)境廳公示信息和四川生態(tài)農(nóng)業(yè)網(wǎng)等。

3.2 權(quán)重計算在現(xiàn)實生活中所呈現(xiàn)的問題往往都是由多類影響因素聚合而成的綜合問題,綜合指標便是由各類指標聚合而成用來反映目標層的現(xiàn)狀程度的方式[16]。層次分析法提供了一個指標聚合層次框架,可將難以量化且復雜的決策系統(tǒng)層次化,通過逐層多因素之間比較,利用各種關(guān)聯(lián)因素的重要性為分析、決策提供定量的依據(jù)。粒子群優(yōu)化算法規(guī)避AHP常出現(xiàn)的不一致或漏缺、較小主觀影響和知識水平等無關(guān)影響因子。

3.2.1層次分析法。層次分析法(AHP)是20世紀70年代由美國運籌學家薩迪教授提出的一種多準則決策方法。它把一個復雜問題分解成組成因素,并按支配關(guān)系形成層次結(jié)構(gòu),然后用兩兩比較方式確定決策方案的相對重要性[17]。該研究以B1~B4、C1~C7、C8~C13、C14~C18、C19~C24為對象進行偏好評估。

首先,構(gòu)建判斷矩陣P(正交矩陣),用pij表示第i個因素相對于第j個因素的比較結(jié)果。

(1)

根據(jù)判斷矩陣,求出其最大特征根λmax所對應(yīng)的特征向量w:

Pw=λmax×w

(2)

其次,計算一致性指標CI、隨機一致性指標RI和一致性比例CR。當CR<0.1時,即認為矩陣具有滿意的一致性,否則需要對判斷矩陣進行調(diào)整。

(3)

(4)

再次,根據(jù)公式(5)計算第i位調(diào)查對象的第j個指標的權(quán)重:

αij=Cij×Bij

(5)

式中,Cij指第i位調(diào)查對象評估的第j個指標對應(yīng)的C級權(quán)重,Bij是第i位調(diào)查對象評估的第j個指標對應(yīng)的B級權(quán)重。

最后,計算評價指標的平均權(quán)重:

(6)

3.2.2粒子群優(yōu)化算法。粒子群優(yōu)化算法(particle swarm optimization,PSO)是指利用群體中的個體對信息的共享從而使得整個群體的運動在問題求解空間中產(chǎn)生從無序到有序的演化過程,從而獲得問題的最優(yōu)解。將對象抽象成沒有質(zhì)量和體積的一群隨機粒子(隨機解),延伸到N維空間中,粒子I 在N維空間的位置表示為矢量Xi=(x1,x2,…,xN),運動速度表示為矢量Vi=(v1,v2,…,vN),然后通過迭代找到最優(yōu)解。在每一次的迭代中,粒子通過跟蹤2個“極值”(pbest,gbest)來更新自己。在找到這2個最優(yōu)值后,粒子通過下面公式來進行更新。

Vi+1=Vi+c1×rand(0-1)×(pbesti-Xi)+c2×rand(0-1)×(gbesti-Xi)

(7)

Xi+1=Xi+Vi

(8)

式中,i=1,2,…,M;M是該群體中粒子的總數(shù);Vi是粒子的速度;pbest為個體最優(yōu)值;gbest為全局最優(yōu)值;rand(0-1)為介于(0,1)的隨機數(shù);Xi是粒子的當前位置。c1和c2是學習因子,通常取c1=c2=2。每一維粒子不能超過最大速度Vmax,如果某一維的速度超過設(shè)定的Vmax,那么這一維的速度就被限定為Vmax。

3.3 計算結(jié)果運用層次分析法計算相對權(quán)重,采用PSO對打分矩陣進行修正,得出各指標權(quán)重,分別是自然生態(tài)環(huán)境0.359 5、農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施0.223 6、建筑質(zhì)量與設(shè)計0.159 0、社會關(guān)系及服務(wù)0.257 9。由表1可知,指標層的24項影響因子中,按照每項的冪從大到小排列依次是飲用水質(zhì)量(C1)、農(nóng)村醫(yī)療保障(C22)、學校數(shù)量與質(zhì)量(C24)、人禽糞便處理(C2)、住房人居公攤面積(C14)、自來水入戶率(C9)、河流污染處理(C4)、網(wǎng)電通信系統(tǒng)(C10)、生物多樣性保護(C3)、周邊商業(yè)網(wǎng)點(C19)、土地資源保護與利用(C5)、道路交通網(wǎng)絡(luò)(C11)、垃圾回收站(C8)、保溫隔熱隔音(C16)、化肥農(nóng)藥污染處理(C7)、通風采光性能(C17)、農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣(C20)、村治安形勢(C21)、公廁數(shù)量與質(zhì)量(C12)、清潔能源推廣(C13)、農(nóng)戶居住密度(C18)、生活污水處理(C6)、周圍景觀設(shè)計(C15)、鄰里關(guān)系(C23)。

表1 指標層C中要素對決策目標的權(quán)重Table 1 Weights of elements in index level C to decision objectives

通過計算,可得目標層A、指標層B的權(quán)重向量集WA=(0.411 8,0.261 5,0.137 5,0.189 2)、WB1=(0.262 8,0.168 2,0.086 4,0.183 5,0.125 5,0.078 9,0.094 7)、WB2=(0.141 8,0.280 8,0.213 5,0.185 2,0.090 6,0.088 1)、WB3=(0.319 9,0.233 1,0.172 9,0.163 7,0.110 4)、WB4=(0.190 4,0.132 6,0.101 1,0.290 2,0.075 5,0.210 2),各指標權(quán)重占比具體如圖3所示。

圖3 權(quán)重占比Fig.3 Proportion of weight

3.4 綜合評價設(shè)評價矩陣V=(v1,v2,v3,v4,v5),v1表示非常滿意,v2表示比較滿意,v3表示一般,v4表示不太滿意,v5表示很不滿意。令支持層評價矩陣Rk=(rij)m×n,k=1,2,3,4;m為支持層評價指標的個數(shù),n為評價等級個數(shù),由問卷調(diào)查數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計得出rij,rij指為支持層評價指標人數(shù)與總?cè)藬?shù)間的比值。即

得到目標層指標評價矩陣

則目標層的模糊綜合矩陣

通過表2的統(tǒng)計描述評價可見,第一,農(nóng)戶對農(nóng)村的總體滿意度評價中自然生態(tài)環(huán)境、建筑質(zhì)量與設(shè)計、社會關(guān)系及服務(wù)表現(xiàn)為一般,農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施總體比較滿意,總體處于較低水平,提升空間較大。農(nóng)村人居環(huán)境仍是鄉(xiāng)村發(fā)展不充分的表象,是鄉(xiāng)村振興的短板。第二,農(nóng)戶對社會關(guān)系及服務(wù)在AHP模型權(quán)重占比排第3位,最終統(tǒng)計對比滿意度較高,且總體不滿意意見較小。國家較快較好的發(fā)展,社會主義政策體制下的社會關(guān)系及服務(wù)得到了民生的肯定。第三,農(nóng)戶對農(nóng)村自然生態(tài)環(huán)境不滿意程度最高,綜合不滿意率達54.7%。其主要影響來自飲用水質(zhì)量、農(nóng)村人禽糞便處理和河流污染沒有得到有效治理。第四,農(nóng)戶對農(nóng)村建筑質(zhì)量與設(shè)計滿意度最高。特別是住房人居公攤面積滿意度較高,高達77%。但周圍景觀設(shè)計、保溫隔熱隔音相對較低,追求生活最佳舒適質(zhì)量有待提高。

4 結(jié)論

從全局元素來看,農(nóng)村人居環(huán)境問題是鄉(xiāng)村振興的突出短板。一方面評價矩陣統(tǒng)計數(shù)據(jù)可能看出,當前農(nóng)戶對河流污染處理自來水入戶率、道路交通網(wǎng)絡(luò)、住房人居公攤面積和農(nóng)村醫(yī)療保障滿意度評分較高。另一方面,問卷調(diào)查回收反映的農(nóng)村人居環(huán)境滿意指標權(quán)重排序中飲用水質(zhì)量、農(nóng)村醫(yī)療保障、學校數(shù)量與質(zhì)量、人禽糞便處理和住房人居公攤面積排前5位,作為農(nóng)戶評價人居環(huán)境滿意度較為關(guān)心的指標。對比兩者,可看出提高自來水入戶率以此提高飲用水質(zhì)量得到有利回饋,當前農(nóng)戶對自家人居公攤面積和農(nóng)村醫(yī)療保障普及也較為滿意。相比可折射出沱江流域地區(qū)農(nóng)戶們比較關(guān)注學校數(shù)量與質(zhì)量,人禽糞便處理也還未推廣和有待提高。

表2 農(nóng)村人居環(huán)境評價指標統(tǒng)計性描述Table 2 Statistical description of assessment indicators of rural human settlements

沱江流域農(nóng)村人居環(huán)境整治過程中,第一,應(yīng)明確其主體國家、基層政府、農(nóng)戶和企業(yè)扮演的角色,其功能和作用的不同,提倡主體博弈行為研究,推動可持續(xù)發(fā)展。第二,以村莊規(guī)劃為導向,推進農(nóng)村環(huán)境整治。人居環(huán)境整治實踐層面來看,明確具體目標及重點任務(wù),地域環(huán)境、社會條件、風土人情以及民族特色差異,提出整治內(nèi)容的優(yōu)先序,避開“千篇一律”,專區(qū)專項專治的針對性整治方案。第三,提高農(nóng)村人居環(huán)境整治保障,落實所需政策、技術(shù)、資金等。經(jīng)濟是發(fā)展的基礎(chǔ),政策是建設(shè)的依托,技術(shù)是實踐的手段,持續(xù)推進強村富民。第四,加強農(nóng)村人居環(huán)境整治效果評價方法,正確、精準地評價整治效果,及時糾偏補救。

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