基于灰色關聯分析的安順市城市生態系統健康評價

王 釘，王典雪，潘新臺，史文濤

（1.安順學院 資源與環境工程學院，貴州 安順 561000；2.安順學院 經濟與管理學院，貴州 安順 561000；3.遵義師范學院，貴州 遵義 563002）

隨著經濟的不斷發展，人們對環境問題越來越重視，城市生態系統的研究在生態研究中的地位也顯得越發重要。城市生態系統健康的含義、評判因子及評價指標體系的建立和方法也顯得多種多樣。目前針對生態系統價值研究較多，對城市生態系統的健康和其健康評價方面目前并未有較深入的研究[1]。對于城市生態系統健康評價的規范和標準目前也無統一的認定，通常認為：城市生態系為復合的生態系統，由自然、經濟、社會等多方面組成，并且其系統內物質循環和能量流動未受侵害，主要存在于生產生活和周圍環境之間，同時大環境內部的關鍵生態組成部分和有機組織被保護完好并不受外部疾病干擾，使得其能保持彈性和穩定性，長期在突發的自然或人為擾動的情況下，在其環境承載力范圍之內[2]。目前，綜合評價方法，模糊數學模型評價，符合評價等方法在評價城市生態系統健康方面應用較多[3]。

1 基礎資料和生態系統健康評價研究

1.1 安順市城市區域概況

安順市位于貴州中西部區域，作為西南地區重要的分水嶺地帶，生態系統的健康穩定意義重大。當前全市國土面積9 267 km2，常住人口260.73萬。以安順市2011～2016年的相關指標數據作為支撐，以安順市城市生態系統健康評價作為研究的對象，通過灰色關聯分析，對比每年的城市生態系統健康的現狀，以此來系統地測評安順市整個城市生態系統健康程度。

1.2 數據處理與分析

研究數據主要來自2011～2016年的安順市統計年鑒、貴州省統計年鑒、安順市環境質量報告書、安順市國民經濟和社會發展統計公報以及安順市水資源公報等。

1.3 灰色關聯分析理論

灰色關聯分析在灰色系統理論的范疇之內，灰色關聯分析的出發點在于用圖形的方式來表示數據序列曲線的幾何形狀，然后再根據其相似程度來判斷不同序列之間的聯系緊密情況，其數學意義在于，參考序列曲線的幾何形狀越相似，表示其變化的趨向越接近，其關聯度則趨大；否則，其關聯度就趨小。城市生態系統的特性決定了它所需求的大部分能量和物質，都需要從其他的子生態系統人為地進行輸入。其內部各個要素之間也存在著相互磨合、相互促進的關系，也經歷由黑色到灰色的過程[4-5]。所以，可以運用灰色關聯分析方法來一定程度上評價相關城市區域的生態系統健康，以作為城市生態建設和健康發展的重要參考。

1.4 灰色關聯分析指標選取

高度復雜性和綜合性的城市生態系統的特征，結合安順市城市生態建設現狀，參考其他研究成果的基礎上，選取功能結構、內部變遷、可持續發展等要素評價城市生態系統健康狀況。這些指標基本能夠反映安順城市生態系統健康的具體情況。

1.5 指標權重確定及指標體系確定

在確定安順市城市生態系統健康標準時，由于目前并無統一的標準，依據生態環境部對健康城市的要求和生態環境部對健康城市建設的標準來確定，將城市生態系統健康分為優良、健康、亞健康、非健康、疾病5個等級。使用層次分析法確定各個指標權重，將所有的評價指標當作數列，并視為比較數列，將指標數據列中數據進行歸一化處理，按照灰色關聯法進行計算，得到城市生態系統健康各標準序列的關聯度。安順市2011～2016年各評價指標的現狀值依據灰色關聯分析計算公式，并求得安順市2011～2016年城市生態系統健康評價指標體系中各評價指標的權重值。各指標具體分級情況如表1所示。

1.6 灰色關聯分析計算模型矩陣的設計及計算

關聯程度，從圖形上來看，表示的是參考的曲線之間，其幾何形狀的差別程度有多大。主要的步驟在于首先確定比較對象或者評價對象和參考的數列，并需要對于數據做出標準化的處理，其次在于確定每個參考指標的權重，通過層次分析法予以確定，再通過計算關聯系數ξ（Xi）計算公式予以計算：

其中：ρ為分辨系數，取值范圍在0～1，取0.5。然后再根據評價模型得到每個年份的關聯度，即可確定每一個年份所屬的安全等級。

2 安順市城市生態系統健康評價

將安順市的各項指標數據進行分析，得到安順市城市生態系統健康各評價指標的關聯度，并得出在研究期間內安順市生態系統健康的關聯度，計算結果如表2所示。

表2 安順市城市生態系統健康關聯度計算結果

從表2可以得出，在2011～2016年中，安順市的城市生態系統健康關聯度是隨著年份的增加而逐步增強的。城市生態系統作為較為典型的灰色系統，安順市城市生態系統健康受影響的因素較多，各評價指標均有影響，如何利用各評價指標現狀值，以準確評價城市生態系統的健康是值得研究的內容。在城市建設和城市發展過程中，依然需要調整產業結構與優化經濟增長方式，加強對水資源與水環境的保護，完善公共基礎設施建設，進行有序化的城市功能組織系統建設，來確保安順市城市生態系統向著健康的方向發展。