基于層次分析法的煤炭資源型城市生態環境質量動態評價

李漢卿，陳立強，竹 濤

(1.淮河水資源保護科學研究所，安徽 蚌埠 233001；2.中國礦業大學(北京)大氣環境管理與污染控制研究所，北京 100083)

0 引 言

生態環境是人類賴以生存的基礎，不僅為人類社會提供物質產品，也提供了諸多的生態服務，生態環境的好壞直接關系到人類福祉[1]。城市生態環境質量評價是指對影響城市生態環境質量的自然環境、社會經濟環境以及人類生產活動能夠引起的諸多生態環境問題，通過恰當的方法對研究區域進行定量評價，從而說明該區域的城市生態環境質量優劣及其影響[2]。對于煤炭資源型城市來講，煤炭資源在開采、加工和利用過程中會產生一系列生態環境問題，如地表塌陷、地表裂縫、水資源枯竭、大氣污染、水土流失等。因此，對煤炭資源型城市的生態環境質量進行動態評價，能夠使決策者明確煤炭資源型城市生態環境的基本情況，找出影響城市生態環境質量的制約因素，為煤炭開采的污染防治和提高城市生態環境質量提供技術支撐。

國內許多學者將層次分析法應用于區域生態環境質量動態評價。朱曉華等[3]應用層次分析法對1990—1999年江蘇省生態環境質量的動態變化進行系統評價，指出江蘇省生態環境質量存在客觀的空間分區特征和總體上存在變壞的態勢。蘆彩梅等[4]對1997—2001年山西省生態環境綜合質量的動態變化進行系統評價，結果表明，山西省生態環境綜合質量、社會經濟條件、抗逆水平呈漸好的態勢，但自然條件、環境水平呈下降趨勢。楊秀春等[5]應用層次分析法，系統評價出南通市1990—1999年生態環境質量總體上呈變壞的態勢。寧小莉等[6]運用層次分析法對包頭市城市生態環境質量動態變化進行研究，數據表明1992—2006年包頭市城市生態環境質量總體水平較低。周鐵軍等[7]評價了鹽池縣1991—2000年的生態環境質量動態變化狀況，表明該縣的自然災害和環境污染情況逐年變好，呈現良性發展勢頭。喻良等[8]運用層次分析法對福州市1996—2000年生態環境質量進行了綜合評分，結果顯示福州城市生態環境質量有了很大進步，但與廈門市還有一定差距。楊承剛[9]運用層次分析法對2012—2015年合肥市生態環境質量進行了評價，結果表明生態環境質量總體呈上升趨勢。

采用層次分析法進行煤炭資源型城市生態環境質量動態評價的研究相對較少。本文采用層次分析法，構建煤炭資源型城市生態環境質量動態評價模型，在此基礎上對2010—2018年淮南市生態環境質量進行動態評價，并提出進一步改善生態環境質量的建議。

1 研究區概況

淮南市位于淮河中游，安徽省中北部，東經116.35°～117.21°，北緯31.90°～33.01°，地處暖溫帶半濕潤季風氣候區，年均降水量893.4 mm，平均氣溫16.6 ℃，四季分明，氣候溫和，雨量適中，光照充足，無霜期長。地貌兼有平原和丘陵的特點，淮河以南為丘陵，屬于江淮丘陵的一部分；北、中部為平原；東南部為崗地。淮南市是沿淮城市群的重要節點，合肥都市圈核心城市。

淮南市作為典型的煤炭資源型城市，煤炭資源豐富。目前，淮南煤田探明儲量180億t，遠景儲量444億t，占安徽省的70%，占華東地區的32%，素有“百里煤城”、“華東工業糧倉”的稱譽。

2 生態環境質量動態評價模型的構建

2.1 評價指標體系的建立

1)層次分析法

層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)[10]是美國著名運籌學家Saaty等在20世紀70年代提出的一種定性和定量相結合的綜合決策方法[11]。是將決策問題的各種要素分解成目標層、準則層、方案層，用1～9標度法對人的定性判斷進行客觀定量化的一種系統分析和科學決策方法[12]。

層次分析法主要分為以下4個步驟[7]：① 構造層次結構；② 建立判斷矩陣；③ 層次單排序及一致性檢驗；④ 層次總排序。

2)煤炭資源型城市生態環境質量動態評價指標體系的構建

煤炭資源型城市的生態環境是隨著人類對煤炭資源的開發和利用而形成的人工生態系統[13]。生態環境具有復雜性和整體性，其主要包括自然環境、社會經濟環境，其相互影響、相互依賴、相互制約。本文參考煤炭資源型城市生態環境質量評價指標體系的相關研究成果[13]，遵循科學性、代表性、可操作性等原則[14]，結合淮南市的實際情況和數據資料的可獲得性，從自然環境、社會經濟環境、環境污染治理3個層面選取了17個指標，構建了淮南市生態環境質量動態評價指標體系。

在每一層次上，對該層因素進行比較，采用1～9標度法進行定量化，構造判斷矩陣，采用方根法計算判斷矩陣的最大特征值和特征向量。在滿足一致性原則前提下，進行層次單排序，最后將各層次下因素的排序逐層匯總后，給出總目標下因素的層次總排序。各指標的各級權重計算結果見表1。

表1 淮南市生態環境質量評價指標體系及權重

3)一致性檢驗

一致性檢驗，是指對判斷矩陣是否具有一致性進行檢驗。當一致性指標CR<0.1時，則認為判斷矩陣具有滿意的一致性，層次排序的計算結果可以接受。無論是層次單排序還是層次總排序，都要對其結果進行一致性檢驗。

利用方根法計算各評價指標數據權重和一致性檢驗。經檢驗，自然環境、社會經濟環境、環境污染治理層次單排序CR分別為0.015 2、0.024 1、0.016 0，都小于0.1，滿足一致性檢驗。層次總排序CR=0.046 2<0.1，亦滿足一致性檢驗。

2.2 數據的標準化處理

各要素統計數據來自《安徽省統計年鑒年鑒》(2011—2019)、《淮南市統計年鑒》(2011—2019)、《淮南市環境質量公報》(2011—2019)等統計資料以及政府相關網站。統計數據量綱不統一，無法直接用于計算。采用極差法進行標準化處理，即

(1)

(2)

式中，Eij為Xi的無量綱值；Xij為第i個評價單元j個指標的原始值；min(Xij)為第i個評價單元j個指標的最小值；max(Xij)為第i個評價單元j個指標的最大值；i為各評價指標的序號，i=1，2，3，…，n。

2.3 生態環境質量綜合指數模型構建

各準則層指標生態環境質量分指數Ei計算式為

(3)

式中，Eij為方案層各指標的無量綱值；Wij為方案層各指標的權重。

生態環境質量綜合指數E的計算公式為

(4)

式中，Wi為各準則層指標的權重。

按照上述計算方法首先計算出各準則層指標生態環境質量分指數，然后再計算出生態環境質量綜合指數。

3 淮南市生態環境質量動態評價結果

基于上述評價指標及各指標權重，對淮南市2010—2018年的生態環境質量綜合指數進行計算，結果如圖1所示。

圖1 淮南市市生態環境質量評價結果隨年份變化

由圖1可知，對于淮南市2010—2018年生態環境質量綜合指數，2011年為研究時段最小值0.267 0，2018年為研究時段最大值0.687 8，其較2011年增加了0.420 8。為了分析淮南市生態環境綜合指數的動態變化趨勢，對圖1進行回歸分析，即

E=0.043 4t+0.243 6，

(5)

其中，t為時間。式(5)的斜率值(0.043 4)為正，表明淮南市生態環境質量綜合指數呈現上升趨勢。2011年，該市生態環境質量最差，2012年明顯改善，2013—2015年略微下滑，2015—2018年持續改善。因此，淮南市生態環境質量綜合指數值在2010—2018年總體呈現波動式上升。總體上，淮南市2010—2018年生態環境質量趨于改善。

根據圖1，進一步對準則層指標生態環境質量分指數隨時間變化進行回歸分析。

N=0.027 6t+0.344 7，

(6)

式中，N為自然環境分指數。

S=0.028t+0.401 1，

(7)

式中，S為社會經濟環境分指數。

P=0.057 5t+0.138 2，

(8)

式中，P為環境污染治理分指數。

根據以上計算結果，自然環境分指數與時間之間回歸方程式的斜率值為0.027 6，表明自2010年以來淮南自然環境總體變好；社會經濟環境分指數與時間之間回歸方程式的斜率值為0.057 5，表明該市社會經濟分指數隨時間總體變大，該市自2010年以來社會經濟條件總體增長。環境污染治理分指數與時間之間回歸方程式的斜率值為0.057 5，表明該市環境污染治理分指數隨時間總體變大，淮南市自2010年以來環境污染治理狀況總體變好。

因此，淮南市2010—2018年生態環境質量綜合指數和各分項指數呈波動式上升趨勢，淮南市生態環境質量總體趨于改善。

4 結論與建議

根據淮南市生態環境質量動態評價發現，淮南市2010—2018年生態環境質量總體趨于改善。為進一步改善淮南市生態環境質量，建議如下：

1)立足“十四五”，做好頂層設計

“十四五”時期，是淮南開啟全面建設社會主義現代化新征程的關鍵時期，也是實現高質量發展，加快建設現代化五大發展美好淮南的重要時期。為此，淮南市應在全面增強創新能力、構建現代產業體系、推動高質量轉型發展、推進社會治理能力現代化、構建生態空間新體系等重點方面主動謀劃，落實新發展理念，將生態環境質量的提升融入“十四五”發展的總體思路和目標任務中，做好頂層設計。

2)優化產業結構，構建雙輪驅動的現代產業體系

優化產業結構是煤炭資源型城市可持續發展的必經之路。針對淮南市的發展特征，淮南市應繼續堅持煤與非煤“雙輪”驅動的發展戰略，走出煤炭資源特色城市產業結構轉型升級之路。堅持“立足煤、延伸煤、不唯煤、超越煤”的轉型戰略，做精做優煤炭、電力兩大產業，延長煤炭產業上下游產業鏈，實現煤電產業集群。同時，重點發展現代服務業、旅游產業、新一代信息技術等產業，構建雙輪驅動下的淮南特色現代產業體系。

3)積極推進以采煤塌陷區治理為重點的生態環境建設

據統計，到2016年底，淮南市采煤塌陷面積278.6 km2，據預測，最終沉陷面積將達682.8 km2[15]。為此，淮南市應總結已有的“泉大模式”、“后湖模式”、“鑫森模式”等成功經驗基礎上，繼續探索采煤塌陷區多元的治理與開發模式。通過采煤塌陷區治理，將煤炭資源開發、水土流失防治、生態環境修復、社會民生改善等有機結合，創造出淮南特色的生態文明之路。

4)自然環境保護與環境污染治理并重

堅持綠色發展理念，保護自然環境就是尊重自然規律，將資源稟賦和環境容量作為國土空間開發的基礎條件，在此基礎上劃定生態保護紅線、資源利用上線、環境準入負面清單，明確禁止開發區域，優化生態功能布局，促進人與自然和諧共生。

環境污染治理就要落實最嚴格水資源管理制度，強化淮河水資源保護，積極整治河湖水體，努力提高城市“三廢”等環境污染的治理能力，加強土壤污染和揚塵污染防治，落實基本農田保護制度等。同時，結合退耕還林等重點項目，切實加大植樹造林力度,提高森林覆蓋率和城鎮綠地面積，建造綠色礦山、濕地公園、城市綠地等生態景觀，提高城市景觀生態質量，保障生態環境質量的持續改善。