基于灰色關(guān)聯(lián)分析的濟(jì)南市城市承載力評(píng)價(jià)研究

朱旻 段金饋 韓磊

【摘 ?要】通過(guò)篩選城市承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建評(píng)價(jià)系統(tǒng)，運(yùn)用層次分析法確認(rèn)各項(xiàng)權(quán)重，建立土地、水資源、環(huán)境、交通四個(gè)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)，計(jì)算2007-2016年濟(jì)南市城市承載力得分，利用GM（1，1）模型預(yù)測(cè)未來(lái)各子系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r，得出以下結(jié)論：（1）各子系統(tǒng)中水資源所占比重最大，其次是土地、環(huán)境、和交通承載力。對(duì)于單項(xiàng)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，人均水資源量所占比重最大，民用汽車(chē)擁有量所占比重最小。（2）濟(jì)南市城市承載力在2007-2016年整體呈現(xiàn)波動(dòng)式增長(zhǎng)趨勢(shì)。各子系統(tǒng)承載力也有一定程度的增加。（3）濟(jì)南市2017-2026年的承載力整體存在上升態(tài)勢(shì)。預(yù)測(cè)中只有土地承載力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其它三種都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這其中交通變化幅度最大，而水資源變化幅度最小。

【關(guān)鍵詞】城市承載力;灰色關(guān)聯(lián)分析;灰色預(yù)測(cè);GM（1，1）模型

引言

隨著城鎮(zhèn)化程度的不斷加深，截至2016年底，濟(jì)南市城鎮(zhèn)化率從2007年的63.05%提高至2016年的69.46%。城鎮(zhèn)化率的提高再提升人民收入水平、生活質(zhì)量的同時(shí)，也出現(xiàn)了土地濫用、水資源浪費(fèi)、交通擁擠、環(huán)境破壞等問(wèn)題。因此，構(gòu)建合理的指標(biāo)體系，對(duì)濟(jì)南市城市承載力進(jìn)行綜合分析，對(duì)于城市合理規(guī)劃和城市資源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

城市承載力的定義是指一個(gè)城市在可預(yù)見(jiàn)到的一個(gè)時(shí)期內(nèi)，基于本地的自然資源、能源、技術(shù)、智力等多個(gè)條件，在基本的物質(zhì)和精神需求下，能夠連續(xù)供養(yǎng)的人數(shù)[1]。目前已有許多學(xué)者從不同角度對(duì)城市承載力進(jìn)行了研究：周侃等[2]在區(qū)域尺度上對(duì)水資源的超載狀態(tài)進(jìn)行分析，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和計(jì)算方法，對(duì)寧夏西海固地區(qū)水資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。盧青等[3]運(yùn)用“木桶原理”建立評(píng)價(jià)體系，對(duì)縣域資源環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。王亮等[4]基于“PS-DR-DP”正六邊形相互作用模型，分析了北京市2010-2015年資源環(huán)境承載力狀態(tài)的變化趨勢(shì)。傅聰穎等運(yùn)用熵權(quán)TOPSIS模型，分析了南昌市2006-2017年資源環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)變化情況，發(fā)現(xiàn)人類(lèi)對(duì)耕地資源和水資源的消耗，是當(dāng)下制約承載力發(fā)展的重要因素。

本文基于灰色關(guān)聯(lián)法、層次分析法對(duì)2007-2016年濟(jì)南市城市承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，并用GM（1，1）模型預(yù)測(cè)濟(jì)南市2017-2026年的城市承載力動(dòng)態(tài)變化狀況，進(jìn)而提出提升城市承載力的對(duì)策建議，為提高城市規(guī)劃合理性、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2007-2016年《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》以及2007-2016年《濟(jì)南市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》。為了便于計(jì)算和分析，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。根據(jù)指標(biāo)體系的類(lèi)型，把各指標(biāo)體系分成效益型指標(biāo)、成本型指標(biāo)和適中型指標(biāo)三類(lèi)。灰色關(guān)聯(lián)分析需要根據(jù)子指標(biāo) 得到評(píng)價(jià)指標(biāo) ?[5]。

1.2指標(biāo)體系的構(gòu)建

從前人已有研究中可以得知，城市承載力的評(píng)價(jià)指標(biāo)可以分為單因素指標(biāo)和綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)體系兩種[6]。城市承載力的評(píng)價(jià)涉及資源、環(huán)境、交通等多方面的內(nèi)容，因此單因素指標(biāo)不能準(zhǔn)確的說(shuō)明承載力的大小，不能較全面的反應(yīng)城市問(wèn)題，因此我們采用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)以往的評(píng)價(jià)方法以及濟(jì)南市的區(qū)域特點(diǎn)，將濟(jì)南市承載力評(píng)價(jià)分為土地承載力、水資源承載力、交通承載力和環(huán)境承載力4個(gè)一級(jí)指標(biāo)層，16個(gè)二級(jí)指標(biāo)層（圖1.1）。

1.3灰色關(guān)聯(lián)分析模型

灰色關(guān)聯(lián)度分析為可以量化的分析系統(tǒng)的變化態(tài)勢(shì)，基于序列曲線幾何形狀，依據(jù)其相似度來(lái)判別是否存在緊密聯(lián)系。相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度與曲線的接近程度成正比。

1.3.1層次分析法（AHP）權(quán)重分析

根據(jù)上述的指標(biāo)體系，建立濟(jì)南市城市承載力權(quán)重模型。根據(jù)數(shù)據(jù)的相對(duì)優(yōu)越程度，確定各指標(biāo)體系的相對(duì)重要標(biāo)度，通過(guò)規(guī)范化處理和一致性檢驗(yàn)后，得到以下綜合得分：（表1.1）

其中p為各指標(biāo)所占的權(quán)重，r為指標(biāo)體系的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，得到濟(jì)南市各指標(biāo)承載力。

1.3.3灰色預(yù)測(cè)模型

（1）GM（1，1）預(yù)測(cè)模型

灰色預(yù)測(cè)模型能夠找到系統(tǒng)變化的規(guī)律，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)變量間的差異度的識(shí)別，進(jìn)行相關(guān)分析，利用原始數(shù)據(jù)以找到系統(tǒng)變化的規(guī)律，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)序列具有高規(guī)則性，進(jìn)而構(gòu)建所需的微分方程模型，對(duì)未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)。它使用由不同定量值構(gòu)成的灰色預(yù)測(cè)模型來(lái)表示在等時(shí)距內(nèi)觀察到的預(yù)測(cè)對(duì)象特征，對(duì)將來(lái)某個(gè)時(shí)間的特征量進(jìn)行預(yù)測(cè)，或估算到達(dá)某個(gè)特征量的時(shí)間。

（2）GM（1，1）模型的計(jì)算

將原始數(shù)據(jù)排成時(shí)間序列x（0）={ x（0）（1），x（0）（2），x（0）（3），…，x（0）（N）}，經(jīng)依次累加得x（1）={ x（1）（1），x（1）（2），x（1）（3），…，x（1）（N）}，使得x（1）滿(mǎn)足一階線性微分方程 ，上式為GM（1，1）模型，其中a、u為待定系數(shù)。通過(guò)最小二乘法計(jì)算a、u的數(shù)值。

（3）模型檢驗(yàn)

對(duì)模型進(jìn)行可行性檢驗(yàn)，從殘差、相對(duì)誤差和預(yù)測(cè)精度三個(gè)方面入手，進(jìn)行相關(guān)數(shù)值的檢驗(yàn)計(jì)算。若滿(mǎn)足相對(duì)誤差Δk<0.01，方差比c<0.35，小誤差概率p>0.95，則模型精度為一級(jí)。

2城市承載力評(píng)價(jià)分析

建立濟(jì)南市城市承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系后，可通過(guò)層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)度求得2007-2016年濟(jì)南市城市承載力各子系統(tǒng)指標(biāo)得分情況（表2.1）。

根據(jù)濟(jì)南市2007年—2016年濟(jì)南市承載力子系統(tǒng)指標(biāo)的得分情況，繪制出各子系統(tǒng)得分情況及綜合承載力得分的演變趨勢(shì)，分別如圖2、圖3所示。

根據(jù)表2.1、圖2.1、圖2.2可以看出濟(jì)南市城市承載力的變化趨勢(shì)如下：

（1）根據(jù)層次分析法對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)的權(quán)重進(jìn)行分析，水資源對(duì)城市發(fā)展的影響最大，為0.34，其次是土地承載能力、環(huán)境承載能力和交通承載能力，分別為0.24、0.24和0.17。

在單項(xiàng)指標(biāo)的分析中，所占權(quán)重最高的是人均水資源量，為0.139，大大高于其他指標(biāo)，其次是供水綜合生產(chǎn)能力，為0.11，兩者的權(quán)重表明水資源供給量對(duì)濟(jì)南市城市發(fā)展具有重要意義。再次為建成區(qū)綠化覆蓋率、人均公園綠地面積、人均耕地面積等，由0.09向下遞減。其中權(quán)重最小的單項(xiàng)指標(biāo)為民用汽車(chē)擁有量，僅為0.02，其余交通承載力指標(biāo)權(quán)重也較低，表明交通狀況對(duì)城市承載力的影響較低。

（2）濟(jì)南市水資源承載力在2007—2016年呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)式上升的趨勢(shì)，由2007年的0.212上升到0.2719，在2013年水資源承載力最高，為0.28，隨后由于水資源受降水、資源分配等多種不確定因素的影響以及城市水資源利用率不高，水資源承載力大幅下降。2014年以后，隨著人們對(duì)水資源的重視提高以及合理利用，水資源承載力又轉(zhuǎn)為上升。

（3）濟(jì)南市土地承載力呈現(xiàn)緩速上升趨勢(shì)，從0.2029上升到0.2195。2009年至2014年土地承載力逐年下降，在此期間，濟(jì)南市土地問(wèn)題主要體現(xiàn)在人口密度增加，建成區(qū)面積增長(zhǎng)迅速，耕地面積減少，城市用地緊張，人地矛盾突出。在近幾年，隨著《濟(jì)南市土地利用總體規(guī)劃》的頒布實(shí)施以及政府的調(diào)控作用，濟(jì)南市土地承載力開(kāi)始上升，土地問(wèn)題不斷得到改善。

（4）濟(jì)南市交通承載力在2007-2016年逐年上升，從0.0931上升至0.1562，提升效果明顯，這主要得益于公共交通的推廣以及近幾年共享交通的發(fā)展，這大大減輕了濟(jì)南市的交通壓力，對(duì)濟(jì)南市交通承載力的提高做出了重大貢獻(xiàn)。

（5）濟(jì)南市環(huán)境承載力大體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，從0.1959上升到0.2274，與上述子系統(tǒng)相比速度較為遲緩，且2007-2012年環(huán)境承載力有所下降。2013年起，隨著濟(jì)南市環(huán)境工程治理工作的展開(kāi)，環(huán)境承載力轉(zhuǎn)為上升趨勢(shì)，且增速較快。

3城市承載力預(yù)測(cè)

通過(guò)上述GM（1，1）模型對(duì)未來(lái)十年濟(jì)南市城市承載力進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，通過(guò)了相對(duì)誤差檢驗(yàn)，其結(jié)果如圖3.1所示.

通過(guò)建立GM（1，1）灰色預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)分析濟(jì)南市2017-2026年的城市承載力，以期對(duì)濟(jì)南市的城市發(fā)展過(guò)程提供借鑒，研究結(jié)果表明：

（1）土地承載力是在2017-2026年各子系統(tǒng)中唯一呈現(xiàn)單調(diào)遞減趨勢(shì)的，且變化幅度較大，由2017年的0.2109下降到2026年的0.2024，平均每年變化幅度為0.009。

（2）水資源承載力在2017-2026年相對(duì)穩(wěn)定，存在逐年緩慢遞增的趨勢(shì)，由2017年的0.2404上升至2026年的0.2438，年平均變化幅度僅為0.004。

（3）交通承載力在2017-2026年大幅度上升，在各子系統(tǒng)中變化幅度最大，由2017年各子系統(tǒng)中承載力水平最低的0.1519上升至2026年承載力水平最高的0.2508，年平均變化幅度為0.011。

（4）環(huán)境承載力在2017-2026年最為穩(wěn)定，是各子系統(tǒng)中變化幅度最小的，由2017年的0.1994緩慢遞增至2026年的0.2096，年平均變化幅度為0.001。

通過(guò)分析預(yù)測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)在濟(jì)南市未來(lái)十年的城市承載力整體呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)。預(yù)測(cè)中只有土地承載力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其它三種都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這其中交通變化幅度最大，而水資源變化幅度最小，交通年變化幅度最大，水資源變化幅度最小。各子系統(tǒng)承載力水平排名由2017年的水資源、土地、環(huán)境、交通，轉(zhuǎn)變?yōu)?026年的交通承載力最高，其次為水資源、環(huán)境和土地。這表明濟(jì)南市的整體承載力向好的方向發(fā)展，但是缺點(diǎn)明顯，仍然存在巨大的提高空間。

4結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

通過(guò)篩選城市承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建評(píng)價(jià)系統(tǒng)，運(yùn)用層次分析法確認(rèn)各項(xiàng)權(quán)重，建立土地、水資源、環(huán)境、交通四個(gè)評(píng)價(jià)子系統(tǒng)，計(jì)算2007-2016年濟(jì)南市城市承載力得分，利用GM（1，1）模型預(yù)測(cè)未來(lái)各子系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r，得出以下結(jié)論：

（1）各子系統(tǒng)中水資源占比重最大，其比重為0.34，其次是土地、環(huán)境、和交通承載力。對(duì)于單項(xiàng)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，人均水資源量占比重最大，其比重為0.139，民用汽車(chē)擁有量占比重最小，其比重僅為0.02。

（2）濟(jì)南市城市承載力在2007-2016年整體呈現(xiàn)波動(dòng)式增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中水資源承載力由0.212上升至0.2719;土地承載力上升緩慢，由0.2029上升至0.2195;交通承載力提升明顯，從0.0931上升至0.1562;環(huán)境承載力由0.1959上升到0.2274。

（3）濟(jì)南市2017-2026年的承載力整體存在上升態(tài)勢(shì)。預(yù)測(cè)中只有土地承載力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其它三種都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這其中交通變化幅度最大，而水資源變化幅度最小。

4.2建議

根據(jù)研究結(jié)果與研究區(qū)具體情況，建議采取的主要措施有：

（1）倡導(dǎo)集約化開(kāi)發(fā)，提升土地特別是耕地利用效率，面對(duì)土地的不可代替地位，要保護(hù)耕地紅線，加大保護(hù)力度，遵循生態(tài)優(yōu)先原則，以科技手段提高糧食產(chǎn)量。

（2）提高水資源保護(hù)力度，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，依托技術(shù)進(jìn)步減少單位產(chǎn)值耗水量，引導(dǎo)傳統(tǒng)高耗水型產(chǎn)業(yè)向節(jié)水型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，重視提高水資源綜合整治能力，區(qū)域間協(xié)作調(diào)節(jié)和使用水資源。

（3）合理優(yōu)化交通布局，大力推廣公共交通，在城市發(fā)展過(guò)程中應(yīng)對(duì)城市交通的疏導(dǎo)和管理力度不斷加強(qiáng)，通過(guò)合理規(guī)劃交通路網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)避城市擁堵，大力提高公共交通承載力以提升交通質(zhì)量。積極整合各類(lèi)優(yōu)勢(shì)資源，不斷優(yōu)化、升級(jí)、完善現(xiàn)有交通路網(wǎng)，大力開(kāi)展法制交通建設(shè)。

（4）提升環(huán)境保護(hù)意識(shí)，控制高耗能、高排污企業(yè)增長(zhǎng)速度，嚴(yán)格監(jiān)管企業(yè)污染排放，依法取締違規(guī)企業(yè)，推行清潔生產(chǎn)，注重節(jié)能減排，在規(guī)劃階段擴(kuò)展公園綠地面積，提高城市綠化覆蓋率，以生物手段減少大氣污染、水污染。

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作者簡(jiǎn)介：

朱旻，1979年08月，男，漢，山東濟(jì)南，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，研究方向：城鄉(xiāng)規(guī)劃。