資源型城市土地利用生態風險評價
——以黃石市為例

(武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430070)

資源型城市土地利用生態風險評價
——以黃石市為例

彭青青

(武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430070)

為有效掌握資源開發和城市發展對土地生態環境的影響，本文在層次分析法基礎上，引入熵權法來計算各種土地利用類型的生態風險參數，對黃石市各個區域土地利用生態風險進行分析，為黃石市的土地利用規劃和生態環境管理提供科學依據和決策支持。

土地利用；生態安全；風險指數；熵權法；黃石市

引言

在近幾十年的礦產資源開發和快速城市化發展過程中，黃石市生態環境受到一定程度的破壞。為了有效掌握資源開發和城市發展對土地生態環境的影響，需要對不同時期的土地利用進行生態風險評價。較為常用的方法是綜合指數法，即通過對各項評價指標加權求和，計算出綜合評價值。

曾輝等[1]運用專家咨詢法確定指標的生態風險權重參數，對深圳市北部進行了區域的生態風險評價。韋仕川等[2]采用層次分析法確定各種用地類型的生態風險參數，研究了東營市的土地利用生態安全狀況。由于專家咨詢法和層次分析法都屬于典型主觀賦值法、主觀影響較大，本文將引進客觀賦值法中的熵權法，利用其根據指標信息量確定指標權重的特性，降低了人的主觀因素影響，使實驗結果更具可靠性。

1 研究方法

為研究區域內綜合生態風險的相對大小，可利用用地類型面積比重，構造各類土地利用類型生態風險指數(Ecological Risk Index，ERI)[1]，具體計算公式如下：

公式中，i為各種用地類型的序號；m為研究區域內土地利用類型的數量；Ai為研究區域內第i種用地類型的總面積；A為研究區域的總面積；Wi為第i中用地類型的風險強度參數。

對于各用地類型的風險強度參數的確定，最普遍的方法是層次分析法[3]。然而，層次分析法中人的主觀因素影響較大。而熵權法[4]以客觀定量數據為基礎，以科學的計算方法作評價，消除了不確定因素、個人主觀意識和經驗的片面性對指標權重的影響，因此兩種方法的結合可以最精確得到風險強度參數。

若系統可能處于m種不同的狀態，而每種狀態出現的概率為Pi(i=1，2，…，m)時，則該系統的熵就定義為：

假設評價體系中有m個待評項目，n個評價指標，則原始數據組成的初始矩陣為C=(cijm×n)：

其中，cij為第j個指標下第i個項目的評價值。將C運用指數化處理方法，si=(ci-cmin)/(cmax-cmin)，得到標準化后的矩陣S=(sij)m×n，且sij∈[0，1]。

那么在這個評價體系中，第j個指標下第i個項目的指標值比重為pij：

將pij代入公式(2)，可得第j個指標的熵值ej：

其中k=1/lnm，當pij=0時，pijlnpij=0。根據計算得到的熵值，進一步確定每個指標的權重值，第j個指標的熵權Tj則為：

綜合層次分析法和熵權法，確定Wi：

其中αi和βi分別為層次分析法和熵權法確定的第i種用地類型的風險強度參數。

2 實例研究

遙感影像是當前研究土地利用的重要數據來源[5]。本文運用ERDAS 9.2和ArcGIS 9.3等遙感影像處理軟件和GIS分析軟件，參考土地利用現狀分類國家標準[6]和黃石市實際情況，將土地利用類型劃分為5類，即水域、農業用地、綠地、建筑用地及其他用地，得到的土地利用信息如圖1所示。

圖1 黃石市土地利用空間分布圖

針對黃石市實際情況，以區域作為評價單元，各種土地利用類型為評價指標，建立評價體系，計算各土地利用類型的熵權。將各種土地利用類型面積以占區域總面積百分比表示并對其進行標準化處理。根據熵權法的原理及其計算公式分別計算三個年份中各種土地利用類型的熵權并取其平均值，結果如表1所示。

表1 各種土地利用類型的熵權

參考現有利用層次分析法得到土地利用類型生態風險強度參數的研究成果[3，7]，確定αi依次為：水域0.1516、農業用地0.2198、綠地0.1172、建筑用地0.3791、其他用地0.1323。根據熵權法的計算結果，可以確定βi依次為水域0.2109、農業用地0.1727、綠地0.1653、建筑用地0.1915、其他用地0.2597。在此基礎上，運用公式(7)計算各種土地利用類型的綜合風險強度參數Wi，依次為水域0.1629、農業用地0.1935、綠地0.0987、建筑用地0.3699、其他用地0.1750，這樣既考慮了指標本身的重要性順序，又考慮了指標所提供的信息量大小，有利于更為客觀地進行風險評價。

根據公式(1)，分別計算1987年、1996年和2005年黃石市各區的土地利用生態風險指數，見表2。

表2 1987年、1996年、2005年黃石市生態風險指數

土地利用生態風險指數描述了區域土地利用生態安全水平[8]。對比3個時段的生態風險指數(表2)發現，黃石市整體的生態風險指數呈持續上升狀態，西塞山區和大冶市的生態風險指數發展趨勢與黃石市整體的發展趨勢一致，而黃石港區和陽新縣呈先上升后下降的狀態，下陸區和鐵山區則呈現出先下降后上升的狀態。針對這個現象，可以進行以下分析：陽新縣的生態風險指數在3個時段中都是最低的，低于黃石市的整體水平，主要歸功于陽境內大范圍的森林和網湖濕地，因此陽新縣的生態風險指數雖然有變化，但是波動幅度不大。大冶市的生態風險指數略高于黃石是的整體水平，由于大冶市礦產資源豐富，隨著境內礦產資源的開發利用，建筑用地和裸地的面積不斷增大，原先的土地格局被嚴重破壞，導致生態環境質量逐年下降。至于鐵山區，以工礦用地和居民生活區內的建筑用地為主且呈不斷擴張的趨勢，其生態風險指數遠高于黃石市的整體水平。西塞山區作為黃石市最大的中心城區，建筑用地為主要的用地類型，且隨著城市發展不斷擴張，綠地面積變化顯著，直接影響西塞山區的生態環境。下陸區總體面積較小，近年來隨著城市化進程，建筑用地面積有所擴張，土地利用格局發生較大的變化，生態風險指數上漲較快。黃石港區是黃石市的重點建設城區，其轄區內的建筑密集、道路發達，由于沒有進行合理的規劃，其生態環境質量目前在整個黃石市中處于低下水平，亟需得到改善。

3 結 論

為有效掌握資源開發和城市發展對土地生態環境的影響，本研究在層次分析法基礎上，引入熵權法來計算各種土地利用類型的生態風險參數，對黃石市各個區域土地利用生態風險進行分析，為黃石市的土地利用規劃和生態環境管理提供科學依據和決策支持。主要得出以下結論：

(1)將熵權法與層次分析法結合，確定生態風險強度參數，既考慮了指標的重要性順序，又考慮了指標的信息量，降低了人的主觀因素對實驗結果的影響，使實驗結果更具可靠性。

(2)黃石市土地利用空間格局發生了較大的變化，因此礦產資源開發利用過程中，必須充分考慮生態系統的完整性，及時調整土地利用結構，實現區域經濟、社會、資源與環境的全面協調可持續發展。

[1]曾輝，劉國軍.基于景觀結構的區域生態風險分析[J].中國環境科學，1999，19(5)：454-457.

[2]韋仕川，馮科，邢云峰等.資源型城市土地利用變化及生態安全數字模擬[J].農業工程學報，2008，24(9)：64-68.

[3]郭金玉，張忠彬，孫慶云.層次分析法的研究與應用[J].中國安全科學學報，2008，18(5)：148-153.

[4]吳浩，陳曉玲，蔡曉斌等.基于組合分形模型的土地利用時空演變研究[J].武漢理工大學學報，2008，30(1)：154-157.

[8]姜秀娟，高靜娟.熵權法在城市投資環境綜合評價中的應用[J].市場論壇，2006，9：22-23.

[5]Wu Hao，Sun Yu-rong，Shi Wen-zhong，et al.Examining the satellite detected urban land use spatial patterns using multidimensional fractal dimension indices[J].Remote Sensing，2013，5：5152-5172.

[6]中華人民共和國國家標準.土地利用現狀分類[S].GB21010-2007，2007.

[7]夏南凱，喬瑋，劉晟.基于土地利用視角的區域生態風險指數評價方法分析[J].城市規劃學刊，2011，1：53-57.

[8]胡金龍，王金葉，鄭文俊等.基于土地利用變化的桂林市區生態風險評價[J].中南林業科技大學學報，2013，3：84-88.

EcologicalRiskAssessmentforLandUseofResources-basedCity：ACaseStudyofHuangshi

PENG Qingqing

(School of Resources and Environment Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan Hubei 430070，China)

In order to effectively grasp the impact of resource development and urban development on land ecological security，the entropy weight on the basis of analytic hierarchy process was introduced to calculate the ecological risk，and the ecological risk of land use in each area of Huangshi City were analyzed，which provides scientific basis and decision support for land use planning and ecological environment management of Huangshi city.

land use；ecological security；risk index；entropy weight；Huangshi city

彭青青，在讀碩士研究生，研究方向為對地觀測科學及安全監測應用研究

文獻格式：彭青青.資源型城市土地利用生態風險評價[J].環境與可持續發展，2017，42(6)：174-176.

X21

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1673-288X(2017)06-0174-03