城市生态安全评价及动态分析研究

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_tangkai
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  摘要:城市生态安全是生态安全的重要组成部分,城市生态安全评价的研究无论对于生态安全理论的发展还是城市管理水平的提高均有重要意义。本文以压力-状态-响应(P-S-R)概念框架为基础,参考国内外城市生态安全评价多种方法,建立了24个指标组成的城市生态安全评价指标体系,并运用层次分析与熵权组合对指标赋权重,然后对昆明市2000~2010年间生态安全及动态变化进行量化分析。结果表明,昆明市生态安全状况在经历了不断恶化的状况后正趋于好转的趋势,但是仍有待提高,并针对生态安全问题提出了改进调控的措施。
  关键词:城市生态安全,生态安全评价,P-S-R,昆明市
  中图分类号:X24文献标识码:A
  
   1相关研究
  “安全”指不受威胁、没有危险的状态。最早提出生态安全概念内涵的是国际应用系统分析研究所(IASA),它有广义与侠义之分。广义指在人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会次序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态,包括自然生态安全,经济生态安全和社会生态安全,组成一个复合人工生态安全系统;狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全,即生态系统完整性和健康的整体水平的反映[1]。生态安全是一个国家或地区发展与发展的重要基石和组成部分[2~3]。城市是人类活动体现最为集中的地方,城市生态安全对于保障人类居住、生活、发展有重要意义。开展城市生态安全研究,进行城市生态安全评价,无论是对于生态安全理论研究还是提高城市管理水平实践都具有重要意义。
  目前学术界对于城市生态安全的概念并未达成共识。贾良清等认为城市生态安全是指城市生态环境支撑条件以及所面临生态环境问题不对其生存和发展造成威胁即城市生态系统功能和过程能够满足其持续生存与发展需求[4]。施晓清等认为生态安全指自然生态系统自身的结构和功能处于正常的状态以及自然态系统的服务功能对人类活动的满意支持程度;而城市生态安全是指维护城市发展所需的生态环境能满足城市当前和未来发展需要的一种城市发展状况[5]。建立合适的指标体系,是进行城市生态安全评价是城市生态安全研究的重要内容。由于对城市生态安全概念内涵和外延理解不同,加之评价者评价目的、评价方法以及自身知识结构的不同,因此在建立城市生态安全指标体系上也有差异。
  从目前已有的研究来看,在城市生态安全评价指标体系构建概念框架模型方面,以联合国经济合作开发署(OECD)建立的壓力-状态-响应(P-S-R)框架模型应用最为广泛,并出现了P-S-R模型的诸多变形和发展。在压力-状态-响应(P-S-R)模型中,“压力”指人类活动对环境造成的直接压力因子,如公路网密度、废物排放等;“状态”指环境当前的状态或发展,比如物种多样性,污染物浓度等;“响应”指人类在处理环境问题中的各项可量化措施。这一框架模型具有非常清晰的因果关系,即人类活动对环境施加了一定的压力,使环境状态发生改变,而人类社会应当对这种变化作出响应,以恢复环境质量或防止环境退化。还有许多P-S-R模型的变形和衍生模型,如欧洲环境署(EEA)在P-S-R框架中添加了“驱动力”和“影响”两类指标构成了D-P-S-I-R评价体系;以及杨俊等[6]建立驱动力-压力-状态-响应-控制(D-P-S-R-C)模型等;以上发展模型区别在于对生态安全因果链上分级不同。
  在具体指标内容选择方面,国内研究对城市生态安全指标体系的选择多从以下两个角度考虑,一种侧重于从影响城市生存和发展的资源支撑条件和城市环境质量问题出发;指标选择以城市资源及城市环境质量指标为主;另一种则更重于将城市生态系统看作是自然-经济-社会复合生态系统,经济、社会系统与自然系统融为一体,不可分割。城市生态安全包含了自然生态安全、经济生态安全与社会生态安全几个方面,城市生态安全包含了诸多反映城市本身结构与功能的指标。
  图1 OECD压力-状态-响应(P-S-R)框架模型
  2城市生态安全指标体系构建
  本文认为,与自然、半自然生态系统相比,城市生态系统有其特殊性。在城市生态系统中,人居于主要地位,人工物质及其发达,系统内部与外部物质、能量交换密切,是自然-经济-社会复合生态系统。城市生态安全评价不仅包括对城市生态环境的评价,还包括反映对城市生态系统及生态环境有潜在影响的重要的自然或人文因素的变化趋势,以及人文社会对这些变化的能动性反映。城市生态安全影响因素中,资源、环境、人文社会因素并不是简单排列,而是相互之间交织影响着城市的发展。因此,本文选用压力-状态-响应(P-S-R)这一模型,它从社会经济与环境有机统一的观点出发,表明了人与自然这个生态系统中各种因素间的因果关系,清晰反映生态系统安全的自然、经济和社会因素之间的关系。在此基础上,本文结合运用生态学、生态安全相关理论知识,构建了24个指标体系组成的城市生态安全评级指标体系,见表1。
  表1 城市生态安全评价指标体系
  
  
  
  
  3 研究区概况
   昆明市是云南省的省会,位于云南省中部,大部分地区海拔在1500~2800米之间。境内主要有滇池、阳宗海、清水海等三大湖泊,水系分属金沙江、珠江和红河三大水系。境内土壤类型复杂多样,生物多样性特征显著。气候属于北亚热带低纬度高原山地湿润季风气候,多年平均气温14.7℃,多年平均降雨量1011.2毫米,年均日照2200小时左右,无霜期240天以上,是著名的“春城”。
  昆明市下辖六区、四县、三自治县、代管一市。全市面积21473平方公里,市区面积330平方公里。根据全国第六次人口普查数据,2010年昆明市人口726万;其中常住人口643万,城镇人口占全市人口的64%。经过多年的发展,昆明市形成了卷烟、机电、生物资源、信息、商贸旅游等五大支柱产业。工业形成了以机械、冶金、烟草加工等为主的体系,是云南省的工业基地和西南地区重要的工业城市。昆明市目前处于工业化中期发展阶段,工业结构性矛盾突出,增长依赖于传统产业支撑,高消耗的产业对能源、资源和环境容量的压力较大。
  2010年,昆明市的单位GDP能耗为1.03吨标煤/万元,受地理条件的制约,昆明市可利用的土地资源相对缺乏。昆明市人均水资源量约为1272.96立方米,属缺水地区,并且昆明市水环境问题突出,滇池富营养化严重,入湖河道水质基本为劣Ⅴ类;饮用水源保护工作也较为薄弱。大气环境质量基本良好,但部分县区可吸入颗粒物和二氧化硫超标。多数县区的生活垃圾缺乏规范处置;危险固体废物处理尚不规范。主城区声环境质量较好,社会生活噪声为主要噪声源;个别县(市)区环境噪声污染突出。2010年昆明全市城镇人均公共绿地面积为12.1平方米/人,区域景观破碎度增大,部分生态功能呈退化趋势。
  
  3.城市生态安全评价的步骤与方法
  3.1数据的标准化
  建立指标体系后,原始指标数据矩阵为X={xij}m×n,由于各个指标之间单位不统一,没有可比性,需要对各指标进行标准化处理。生态安全指标分为效益型指标,即越大越安全的指标,如人均公共绿地面积;以及成本型指标,即越小越安全指标,如农药化肥施用量。对于两类指标,标准化方式如下:
  效益型指标:;
  成本型指标:
  其中,为标准化后的值,为指标实测值,和分别为指标最大值和最小值。
  3.2 指标权重的确定
  指标权重确定的科学程度直接影响生态安全评价的最终结果。指标权重确定的方法有很多,如德尔菲法、层次分析法、主成分分析、熵权法、均方差等等,每一种方法各有优缺点。一般可根据指标权重数据来源不同而将其分为主观赋权和客观赋权两大类。主观赋权即根据经验赋权,如德尔菲法,缺点在于人的主观判断,随意性较大;客观赋权法指标数据提供的信息获得权重,如熵权法等,有可能导致结果与实际情况不符。本文采用主观和客观组合赋权的方法,综合两种方法的优点,以期取得最优结果。主观赋权采用主观与客观相结合的层次分析法(AHP),客观赋权则采用熵权法,最后两者加权平均获得最终权重。
  3.2.1层次分析法(AHP)赋权重
  层次分析法具体思路如下:构建模型——生成判断矩阵——计算结果。本研究采用1~9标度类型,在专家咨询的基础上,构建判断矩阵,使用层次分析法软件MCEV1.0获得最终结果,见表3。
  3.2.2熵权法确定权重
  依据数据标准化处理后的判断矩阵可以确定评价指标的熵权W,计算过程如下:
   ①计算第j个指标下第i个项目指标值比重pij:
  ;该式中,yij为标准化后数据值。
  ②计算第j个指标的熵值ej:
   其中,
  ③计算第j个指标的权重wj:
  
  依照上述公式计算,熵权法得出最终权重结果见表3。
  3.2.3组合权重计算
  由于了两种方法在得出权重结果上不分好坏,因此,加权平均计算最终权重W,即W=0.5*W1+0.5*W2,其中,W1,W2分别为为层次分析法与熵权法获得的权重。最终结果见表3。
  表3生态安全评价指标权重
  
  
  
  3.3生态安全综合指标的确定
  城市生态安全综合指数计算公式
  
  其中,Si表示生态安全综合指数,wi和yij分别表示指标的最终权重和数据标准化值。以此方法最终得到昆明市2000~2010年生态安全评价综合指数,见图2。
  图22000~2010年生态安全状况变化趋势
  
  
  
  3.4生态安全动态度
  借用土地利用变化的模型,构建生态安全动态度计算模型[7~8],生态安全动态度指在一定的时间范围内,生态安全综合指数的变化幅度。计算公式为:
  
  在上式中,表示生态安全动态度,、分别表示初期和末期生态安全综合指数; 表示生态安全变化时间间隔。它可以更加直观、准确反映生态安全变化的趋势及变化程度。最终计算结果如图3。
  
  
  图3 2000~2010生态安全动态度变化趋势
  
  
  4、生态安全综合评价结果分析及调控建议
  4.1生态安全评价分析
  由于目前城市生态安全的许多指标并没有也难以计算出其科学的标准值,人为设定标准值可能反而使结果有失偏颇。因此,本文从生态安全变化趋势及动态度变化对昆明城市生态安全的现状加以评价。
  从评价结果看,2000~2010年昆明市生态安全综合指数依次为0.4972、0.5141、0.5636、0.5039、0.5285、0.4669、0.4096、0.4494、0.4684、0.4795、0.5512。从2000年至2006年生态安全指数并不稳定,但基本呈下降的趋势,2006年以后呈平稳上升趋势,主要得益于人文响应指数的快速提升。结合生态安全动态度分析,2002年、2004年生态安全综合指数较高,但是2002年与2004年生态安全变化趋势处于一个下降的状态,且下降幅度较大;而2006年生态安全综合指数达到最低点,其变化趋势为上升,上升幅度较大,至2007年变化幅度为9.71%。
  压力、状态、响应指数分析如下:
  1)压力指标呈平稳下降趋势,而在2004年以后下降趋势明显,尤其2004~2005年相对变化趋势更大,主要原因在于城市化率的提高,人口增长快,人口密度增加,2004~2010人口密度增加了29%;人口的增加必然带来资源消耗增多,三废排放剧增。
   2)状态指数从2000年至2010年出现波动,2006年降至最低点,原因在于2006年人均水资源量、水源水质达标率、公共绿地面积、绿化覆盖率均有所降低;而2009年、2010年虽然为干旱年份,但是人文响应指数有快速提升,城市在绿化、空气质量、水源水质达标等方面状况较好,总体城市生态安全状态呈不同程度上升趋势。
  3)响应指数呈平稳上身趋势,但在2007年有所下降,生活污水和垃圾处理率分别下降了15%和11%。2008~2010环保投资相对增加较大。
  4.3生态安全建设调控对策
  根据上述评价结果,可以看出,昆明市生态安全目前虽然处于稳定的趋势,但是仍需加强措施维护和提高城市生态安全状态。具体对策如下:
  1)从降低生态安全压力方面入手。一方面应发展循环经济,发展第三产业及城市生态产业。调整能源结构,用循环经济理念促进企业内部原料、能源、资源的循环利用,使用清洁能源如天然气、电力和地热替代煤炭。另外,应继续推行公交优先战略,完善道路交通体系采用清洁能源。
  2)从改善城市生态状况入手,要继续加大环保投入,环保投入及环保措施的实行效果直接影响城市生态安全状况。在具体措施方面,一是要合理规划城市,加强城市污水处理、垃圾收集等市政基础设施建设。二是防治水体及水源污染。对重点污染水源行业和企业保证其污染源达标排放;加强污水厂建设,着重提高生活污水排放达标率。并发展节水、节肥、节药的农产品种植,减少农业面源污染;加强滇池污染治理力度。三是推广城市生活垃圾分类收集处理,提高生活垃圾的無害化处理率,提高城市垃圾综合处理场的处理质量。四是建设城市生态生态屏障,提高城市林木覆盖率和城市绿化覆盖率。
  3)从法律措施和提高公民环境保护意识方面入手。加强立法,完善环境执法程序和违法行为的查处;加强各市、区县政府和各单位的环保目标责任制;宣传低碳生活及环保理念,提高全民的环保意识、节水节能意识,并普及相关知识。
  
  5讨论
   目前国内对于城市生态安全及评价研究虽然取得了一定的成果,但是仍然有待深入研究。目前并没有公认的城市生态安全评价体系;在指标体系建立过程中,一方面存在指标定量化程度等条件的限制,另一方面以PSR、DSR、DPSIR等模型研究城市生态安全简单直接,可以为城市生态系统管理提供依据,但是模型本身也有限制,压力、状态、响应指标有时难以区分,仍然需要加以调整完善;在城市生态安全评价方法上,一方面可不断探索各种数理方法,使评价结果更为精准;另一方面可以充分利用现代地理信息系统技术和遥感技术获取数据,并对生态安全进行检测与评估,以空间的形式来表达结果。
  
  参考文献:
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