基于DPSR和優劣解距離模型的城市生態安全評價
——以廣東省云浮市為例

曾燦，黃雨軒，李宇，楊琴

（1.湖南省人居環境學研究基地，湖南 衡陽 421002；2.衡陽師范學院 地理與旅游學院，湖南 衡陽 421002；3.生態環境部華南環境科學研究所，廣東 廣州 510655）

我國目前正處在城市化進程的快速發展期，經濟后發型城市是我國城鎮化水平提高的重要載體，人口、物質的快速流動容易引起大氣、水環境污染等一系列生態環境問題[1-2]，“十三五”期間提出的“環境質量只能變好，不能變差”的總體目標，也讓經濟后發型城市必須走經濟與環境協調發展的道路。因此經濟后發型城市必須加強對城市生態系統的整體調控。近年來，從學術界到政府部門都十分關注城市生態安全問題，黨的“十八大”指出在進行城市建設的過程中，要把生態環境保護放在重要位置，創造良好的城市生態環境；黨的“十九大”更是明確生態文明建設的重要性，要求對三大產業結構進行調整，堅持和落實可持續發展觀，平衡城市經濟發展與生態環境保護的關系。

目前對于城市生態安全研究，國外學者研究起步較早、尺度較大，偏向于對全球或國家生態安全問題的探索[3-9]。國內學者對單個資源要素諸如土地、水資源對生態安全的影響關注較多，且研究對象多為城市化水平較高、經濟發展較快的區域與城市[10-11]。從研究指標體系來看[12-14]，對指標的提取與評價主要采用的框架是聯合國經濟合作與發展機構提出的PSR（壓力-狀態-響應）模型框架，采用較多的有DPSR（驅動力-壓力-狀態-響應）模型框架，強調導致環境壓力與狀態變化的驅動作用，使得評價模型驅動力作用更直接、明顯[15]。從研究方法上看，多采用熵權法、主觀賦權法、層次分析法等，但這些評價方法單一且不夠完整。綜合來看，目前對大尺度地區以及單一資源要素的生態安全研究較多[16]，但對城市化發展較為緩慢且擁有多個資源要素的城市研究較少。由于城市生態安全評價是一種相對狀態，而優劣解距離模型能夠對不同評價對象狀態相對優劣程度進行比較，是一種常見的多目標評價方法。基于此，本文在DPSR的基礎上構建了城市生態安全評價指標體系，采用熵值法和優劣解距離模型，選取廣東省經濟后發型城市云浮市作為案例地來分析城市生態安全狀況，以期為城市生態安全評價方法提供新方法和思路。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區域概況

云浮市（如圖1）位于廣東省中西部，依傍西江，面積為7 779 km2，轄區內自然資源較為豐富，森林覆蓋率達到69.5%。受地形條件制約與行政制度變革等因素影響，云浮市的城鎮化發展在廣東省處于較低水平，2016年云浮市的城鎮化水平為32.59%，遠低于廣東省平均城鎮化水平。雖然目前云浮市城鎮化水平不高，但由于社會經濟發展的需要，目前也面臨著空氣環境質量、水資源開發利用、污水處理以及人地矛盾等問題。

圖1 云浮市區位

1.2 數據來源與方法

本文獲取了2011年—2016年《中國統計年鑒》《中國農村統計年鑒》《廣東省環境狀況通報》《廣東省統計年鑒》《云浮市統計年鑒》中有關的統計數據及土地利用現狀調查數據。運用SPSS軟件對數據進行標準化，通過熵權法對評價指標進行賦權，采用優劣解距離模型法對云浮市生態安全進行評價。

2 城市安全評價指標體系構建及數據處理

2.1 評價指標體系構建

評價體系的選取與確定是城市安全評價的關鍵環節，本文參考國內外學者采用的研究體系，結合云浮市生態環境質量問題，從驅動力、壓力、狀態、響應四個系統，根據評價指標選取的客觀性原則、一致性原則、可獲得性原則、科學性原則，構建城市總人口、水資源開發利用強度等共28項評價指標（見表1）。指標分為正向、負向兩類，其中驅動力（D）、壓力（P）指標反映的是對城市生態安全的破壞，是負向影響；狀態（S）、響應（R）指標反映的是對城市生態安全的提升與改善，是正向作用。

表1 云浮市城市生態安全評價指標體系

2.2 評價指標數據處理

為了消除城市生態安全評估中選擇的指標之間的維度和數量級差異的影響，采用極差變換法進行標準化處理[17-18]，同時采用熵權法來確定云浮市城市生態安全評價指標權重。其計算步驟與公式為

（1）計算指標信息熵Hj：

式中：常數k與樣本數m有關，令k=1 ln m，且k>0；Pij表示第j項指標下第i個樣本值占該指標的比，Pij=XijΣmi=1Xij（假定當Pij=0時，Pijln Pij=0）。Hj表示計算第j個指標的熵值，一般情況，Hj越小，表明指標值差異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評價中所能起到的作用也越大，其權重也就越大。

（2）計算差異性系數G：

差異性系數G即為信息熵冗余，表示信息碼符號的信息量大于該信息本身的信息量。

（3）計算指標權重Wj：

2.3 城市生態安全評價模型構建

優劣解距離模型（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）是一種接近于理想解的方法，是多個指標決策分析中一種常見的有效方法[19-21]。其基本原理是通過檢測評價對象與最優解、最劣解的距離來進行排序，若評價對象最靠近最優解同時又最遠離最劣解，則為最優；否則不為最優。其中最優解的各指標值都達到各評價指標的最優值，最劣解的各指標值都達到各評價指標的最差值。本文選用TOPSIS法從時間上縱向評價云浮市在2011年—2016年的相對安全狀態，其計算步驟與評價標準為

（1）建立加權規范化矩陣V

式中，Wj表示第j個指標的權重，xij表示第i個樣本的第j個指標的數值，n表示樣本數，m表示指標數。

（2）確定正理想解V+和負理想解V－

（3）計算貼近度C

式中：C介于0到1之間，其值越大，表明第i年城市生態越安全。

2.4 城市安全水平評價標準

根據城市生態安全評價的要求和原則，結合云浮市的實際情況，咨詢專家意見，將云浮市城市生態安全狀況劃分為不安全、較不安全、一般安全、較安全、安全五個評判等級（見表2）。

表2 城市生態安全評判標準

3 結果分析

3.1 壓力和驅動力系統是影響城市生態安全的主要因素

利用熵權法式（1）～式（3）對評價指標進行賦權重（見表3），負向指標中的壓力系統中的“二氧化硫排放量P4”指標權重為0.079 8，居所有評價指標權重第一位，說明工業發展產生的二氧化硫對城市生態安全的影響重大。驅動力系統下的“農業總產值D5”指標權重居所有評價指標權重第二位，權重為0.070 3，說明農業的快速發展對城市生態安也有很大的影響。第三位為驅動力系統下的“城市化水平D2”指標，權重為0.068 1；“工業總產值”、“氮氧化物排放量”、“污水集中處理率”等指標權重均超過了0.04。“城鎮人均公共綠地面積”與“燃氣普及率”所占權重分別不到0.02，相對其他指標而言對城市生態安全影響較小?？傮w說來，目前云浮市生態安全主要受壓力和驅動力指標影響，狀態、響應體系對城市生態安全的影響相對較弱。

表3 云浮市城市生態安全評價指標權重

3.2 壓力、狀態系統為城市安全提升提供保障

用優劣解距離模型對D-P-S-R四個子系統分別進行評價分析，結果表明各系統都有所提升，但壓力、狀態系統貼近度不斷趨于理想解，為云浮市城市安全狀態提升提供了保障（圖2、表4）。從驅動力系統來看，云浮市GDP年均增長11.7%，人均地區生產總值29 352元，年均增長10.78%；規模以上工業增加值289.23億元，年均增長22.5%；社會經濟得到快速發展，驅動力狀態先由2011年的0.448 6下降至2013年的0.360 3，2015年則提升到0.559 4。從壓力系統來看，“十二五”期間云浮市積極開展重點企業的強制清潔生產，鼓勵引導多家企業開展自愿清潔生產，污染減排工作得到有力開展，主要水環境污染物、大氣污染物排放得到有效控制，達到相應的總量控制目標，2014年之后壓力狀態的安全狀態程度大幅上升，由0.347 3提升至0.720 5，城市生態安全的壓力不斷變小趨于相對理想狀態。

表4 云浮市2011年—2016年子系統生態安全狀況結果

圖2 云浮市2011年—2016年四大子系統生態安全變化趨勢

“十二五”期間云浮市生態環境建設進一步提升，自然保護區、森林公園、濕地公園等保護區域建設也得到加強，自然保護區面積增加約5%，并建成多個濕地公園；隨著城市公園以及綠道建設，建成區綠化覆蓋率、城鎮人均公共綠地面積也得到提升；水土流失治理投入加大，加強對重點水土流失地區和生態脆弱河湖的綜合治理。從狀態系統來看，呈現降低、升高、降低、升高波動變化的過程，貼近度由2011年的0.382 2提升至2016年的0.682 3。從響應系統來看，變化趨勢較為平緩，且2011年就已達到一般安全水平。

3.3 城市生態安全狀況整體呈上升趨勢

運用優劣解距離模型式（4）～式（6）對云浮市進行城市生態安全評價，結果顯示云浮市城市生態安全狀況整體呈上升趨勢（如圖3），貼近度由2011年的0.399 9提升至2016年的0.629 0，城市生態安全狀況由2011年的較不安全提升至2016年的一般安全。2011年—2014年云浮市生態安全狀況整體不佳，都處于較不安全水平；2014年—2016年云浮市生態安全水平有較大水平的提升，2015年進入一般安全水平。這與“十二五”期末云浮市大力優化產業以及“氣十條”實施有直接關聯，三次產業增加值比例由2011年的24.8∶44.4∶30.8調整到2015年的21.1∶43.7∶35.2，第一產業占比降低3.7個百分點，第二產業占比降低0.7個百分點，第三產業占比提升4.4個百分點。

圖3 云浮市2011年—2016年城市生態安全動態變化趨勢

4 結論與措施建議

通過運用DPSR評價模型構建生態安全評價指標體系，采用優劣解距離模型對經濟后發型城市云浮市2011年—2016年生態安全狀況進行評價，研究結果表明：（1）二氧化硫排放量、農業總產值、城市化水平賦權較大，對云浮市生態安全起重要作用。（2）驅動力、壓力、狀態、響應四個子系統的變化趨勢有較大區別，壓力與狀態系統為城市生態安全水平提升提供重要保障。（3）云浮市生態安全狀況整體呈上升趨勢，2016年達一般安全水平，距安全水平還有較大差距。針對云浮市城市生態安全問題，提出建議：

（1）將生態優勢轉化為產業優勢。立足綠色產業發展，堅持差異化發展戰略。加快“西江藥谷”規劃建設，建成粵港澳大灣區優質農產品、生態產品供應的重要戰略樞紐。立足“一區”、融入“一核”、協同“一帶”，以把云浮打造成為大灣區生態的“涵養地”、產業轉移的“承載地”、科技成果的“轉化地”、農副產業的“供給地”、灣區物流的“配送地”、旅游休閑的“目的地”為目標，以綠色生態優勢促城市實現高質量發展。

（2）加快傳統優勢企業綠色化改造。鞏固和完善云浮市硫化工、不銹鋼、電力三大傳統產業，調整優化石材、水泥、紡織等行業，對石材、水泥等排放污染氣體的行業提出嚴格的空氣污染控制要求，控制二氧化硫和氮氣等污染物的排放量，加大鍋爐整治力度，推進鍋爐廢氣污染綜合治理，確保工業廢氣無污染排放，鼓勵并出臺一定的政策支持企業使用高效環保工業鍋爐燃燒技術。

（3）建立健全生態環境法律體系。以中央環保督察為契機，嚴格落實環境保護“黨政同責、一崗雙責”的要求，盯住中央高度關注、群眾反映強烈、社會影響惡劣的環境問題，逐項梳理、核查、整改，著力完善生態環保工作長效機制，深化行政審批制度改革，大力推行權力清單、責任清單、負面清單制度并實行動態管理。強化生態環境保護，制定生態環境保護規劃，構筑覆蓋全市的“源頭嚴防、過程嚴管、后果嚴懲”的環境監管體系，完善并嚴格實行環境信息公開、環境影響評價和污染物排放總量控制制度，針對云浮市石材加工行業，制定對應的污染防治管理辦法和防治技術指南。