基于灰色关联topsis模型的武汉市环境承载力评价及障碍因子诊断-刘启君.pdf

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1、生态经济第32卷第5期(2016年5月) Ecological Economy，V0132，No5(May 20 1 6)基于灰色关联TOPSIS模型的武汉市环境承载力评价及障碍因子诊断刘启君，黄曼，宋艺欣，董理(华中科技大学公共管理学院，湖北武汉430074)摘要：从经济环境、社会环境和生态环境三个方面选取19个指标构建环境承载力评价指标体系，运用灰色关联TOPSIS法分析了20002013#-武汉市环境承载力状况，并利用障碍度对影响环境承载力的障碍因子进行诊断。结果表明： (1)总体来看，20002013年武汉市环境承载力总体水平不断上升，综合指数从03099增加到05494； (2)从分

2、项指标来看，经济环境承载力、社会环境承载力和生态环境承载力均呈不同幅度上升趋势； (3)长远来看，经济环境承载力是影响武汉市环境承载力的首要因素，研究期内经济环境承栽力和社会环境承栽力的障碍度分别以年均045和226的速度增加，而生态环境承载力的障碍度则以年均1166的速度下降； (4)影响武汉市环境承载力的主要障碍因子包括人均社会固定资产投资、人均GDP、人均社会消费品零售总额等。关键词：环境承载力；灰色关联TOPSIS法；障碍度；武汉市中图分类号：X22；F0622 文献标识码：A 文章编号：16714407(2016)0519105Evaluation on Environmental

3、Carrying Capacity of Wuhan City Based on the Gray CorrelationTOPSIS Method and Diagnosis of Its Obstacle IndicatorsLIU Qijun，HUANG Min，SONG Yixin，DONG Li(College of Public Administration，Huazhong University of Science and Technology,Wuhan Hubei 430074，China)Abstract：The PaDer firstly constructed an

4、evaluation index system for environmental carrying capacity including nineteenindices from three aspects of economic environment，social environment and ecological environmentmake an analysisabout the changes in environmental carrying capacity in Wuhan City from 2000 to 20 l 3 based on the gray corre

5、lationTOPSIS method，and its obstacle factors that affected the environmental carrying capacity were diagnosed using obstacledegreeThe results showed that：(1)From the whole，the level of environmental carrying capacity in Wuhan City hadbeen gradually improved from 2000 to 2013，with the index increasin

6、g from 03099 to 05494(2)In the terms of thesingle indicators，economic，social and ecological environmental carrying capacity was increased in different speed；(3)In the long run，the economic environmental carrying capacity was found to be the major factor affecting environmentalcarrying capacity in Wu

7、han City,the obstacle degree of economic environmental carrying capacity and social environmentcarrying capacity increased by an annual average of 045and 226respectively,but the obstacle degree of ecologicalenvironmental carrying capacity decreased by an annual average of 1166(4)the per capita socia

8、l investment in fixedassets，per capita GDP,per capita total retail sales of social consumer goods were verified to be the key obstacle for furtherimprovement of environmental carrying capacity in Wuhan City。Key words：environmental carrying capacity；the gray correlation TOPSIS method；obstacle degree；

9、Wuhan City1引言区域环境承载力评价及障碍因子识别是新型城镇化背景下，实现区域可持续发展的题中之义和关键突破口，对于增强城市发展后劲，建谚r两型社会”，实劫旷四化同步协调发展具有重要意义”2】。目前国内外学者从基本内涵界定嘲、理论框架构建【4】、综合水平评价嘲等不同研究视角对环境承载力进行了系统探讨，并利用状态空间模型【61、PSR模型四、突变级数法俐等方法对不同地理尺度和行政级别区域进行了实证研究。也有学者从不同分析视角对土地资源嗍、水资源o 01、生态】、旅游“习等单项环境要素承载力进行了理论探讨和实证分析。然而从整体来看，目前关于环境承载力的研究，还有可完善之处：研究方法上，运用

10、层次分析法131等确定指标权重带有主观性，综合评价方法有待扩展与创新；研究区域上，主要集中于东部沿海经济发达城市网或热点区域”41，对其他区域的研究相对较少；研究内容上，侧重环境承载力水平的时序变化与空间差异，通过定量模型揭示影响区域基金项目：国家自然科学基金项目(71073060)作者简介：刘启君(1962)，男，江苏仪征人，经济学博士，副教授，主要研究方向为政治经济学、入力资源管理；黄曼(1989)，男，湖北武汉人，硕士生，研究方向为政治经济学；宋艺欣(1991)，女，硕士生，研究方向为政治经济学；董理(1990)，男，湖北恩施人，硕士生，研究方向为网络舆情、公共政策分析。191万方数据生

11、态经济第32卷第5期(2016年5A) Ecological Economy，V0132，No5(May 2016)环境承载力变化主要因素的研究相对匮乏。随着国家中心城市建设的稳步推进和长江经济带的逐步成形，武汉市经济、社会等环境均面临系统转型与重构，区域环境系统内部各组成要素之间进行着广泛的物质交流与循环，对区域环境承载力造成极大冲击。2研究方法与数据来源21灰色关联TOPSIS法TOPSIS法(technique for order preference by similarityto ideal solution)由Hwang&Yoon于1981年提出，是一种常用的多目标决策方法，目前广

12、泛应用于区域经济发展、网络舆情、土地管理等多种研究领域眦1棚。灰色关联TOPSIS法是灰色关联理论与TOPSIS法的结合与完善，它可以更系统、更确切地体现出备选方案与理想方案之间的接近程度，为最终决策提供依据。灰色关联TOPSIS法的基本运算原理主要包括：(1)数据标准化处理。利用极值法对指标进行无量纲化处理，计算公式为171正向指标标准化：x。：至二掣max工一mlnX，逆向指标标准化：z。：竺坚4。maxxjrainxj式中：五，为指标标准化值；h为指标原始值；maxxj和minxj分别表示该指标在评价时期内原始数值中的最大值和最小值。经过指标标准化后，构建决策矩阵曰。(2)指标权重确立。

13、变异系数法确定指标权重方法为：计算各指标的平均数x，和标准差S：i=i1酗n：123，肌；s，=止孔一弓)2=123，m计算各指标的变异系数K，对变异系数进行归一化处理，得到每个指标的权重形：=，J=l，2，3，m；=v,耋vj，=l，2，3，m(3)构建规范加权决策矩阵。根据各指标权重，建立规范加权决策矩阵：V=BW=1)11 V12v2I v22V1 Vi2(4)确定正理想解和负理想解。vlv2j：vff正理想解：哼=maxlf=1，2，3，孵)=叶，呓，嵋，啦负理想解：丐=minvoIi=1，2，3，甩=町，丐，呀，一，K(5)计算距离。分别计算不同评价对象评价向量到正理想解的距离D+和

14、负理想解的距离D一：研=D=O=1，2，3，n)(f=1，2，3，胛)(6)计算灰色关联度。以加权标准化矩阵为基础，计算第i个样本与正理想解关于第，个指标的灰色关联系数：+min rnjnAv口+p埘I觚枷笋+ ，。驴砑面画面-式中，=I哆一心J；四n丐n瞒两级最小差；maxmaxAvij为两级最大差；p为分辨系数，取值介于01之间，二般取05。则各样本与正理想解的灰色关联系数矩阵为：+=s J五J2l 屯2Jnl sn2J二+s2ra!s二从而得到第i个样本与正理想解之间的关联度：彬+2去酗 (，2，3，计算第i个样本与负理想解关于第，个指标的灰色关联系数： s，,7=鼍等署甜，Avi屯一v

15、。ipmaxmax=j二LL二；式中， =vj一 幽i；+ 幽i； j J 各样本与正理想解的灰色关联系数矩阵为：形一=812$22：S2S1mJ2m：S月则第i个样本与正理想解之间的关联度为：彬一2去擎 (，2，3，(7)计算相对贴近度。分别对欧氏距离和灰色关联度进行无量纲化处理：仍=高(扛1，2，3，1)式中，；代表研、D,-、形+和彬一；矿、订、嵋和町分别为无量纲化后的值。综合无量纲化后的欧氏距离与灰色关联度。酊和嵋的取值越大，则样本越接近理想值；酊和w的值越大，则样本越偏离理想值。综合考虑无量纲化后的欧氏距离和灰色关联度，得到：Z+=ela,-+e2嵋；Z一=el吖+巳町0=1，2，3

16、，聍)式中，e，和e：可由决策者根据自己的偏好确定，且el+P：=1；互+和正一分别反映了样本与正理想解和负理想解的192盼盼万方数据生态经济第32卷第5期(2016年5月) Ecological Economy，V0132，No5(May 2016)接近程度。71+计算相对贴近度：4 2赤o=l，2，3，甩)样本优劣排序：根据菇的。犬小对样本进行排序：谚越大，表示待评样本越贴近正理想解，样本越优，反之样本越劣。22障碍度模型测算出各年度环境承载力水平后，要对各指标进行更深层次的系统分析，提炼出影响武汉市综合环境承载力及单项环境承载力提高的主要因素，为制定差异化、针对性的政策措施提供理论借鉴与

17、支持。通常采用因子贡献度E，(单项指标对总目标的影响程度)、指标偏离度厶(单项指标评估值与100之差)和障碍度(X，Yj)(分别表示第i年分类指标和单项指标对环境承载力的影响程度)三个指标对障碍因素进行分析诊断m】，具体计算公式如下：FL=Rj形， I,j=1-置： 2jf1一100，巧：均 i=l(易Io)式中，彬为第i个指标的权重；R，为第i个指标所属的分类指标权重；x为单项指标的标准化值。23数据来源本研究基础数据主要来源于武汉统计年鉴(20012014)，部分数据以当年度武汉市国民经济和社会发展统计公报作补充。3武汉市环境承载力评价31指标体系构建根据系统性、综合性、针对性等原则，充分

18、考虑环境承载力的基本内涵，参照现有研究成果13】，建立以武汉市环境承载力为总目标，经济环境、社会环境、生态环境为子目标，包括19个评价指标的环境承载力评价指标体系(表1)。表l武汉市环境承载力评价指标体系及权重目标 准则 指标层 单位 序 性 权重层 层 号 质GDP年增长率 Z 正 00683经济 人均GDP 元，人 五 正 01237环境 人均社会固定资产投资 元人 墨 正 O1696人均社会消费品零售总额 元，人 咒 正O1228o4976第二产业对GDP的贡献率 五 正 00083弟=广厶业对oDP阴页献翠 咒 正 O0049城市人口密度 尼 负 O0227城市化水平 墨 正 0008

19、9武汉 社会 城镇居民人均可支配收入 元人 五 正 O1041市环 环境 人均拥有道路面积 矗|人 置。 正 O0643境承 03073 人均住房建筑面积 m2人 蜀。 正 00396载力 每万人拥有病床数 张万人 蜀： 正 00484每万人拥有公共交通车辆数 标台 万人 蜀3 正 O0193城市建成区绿化覆盖率 置 正 O0103生态 城镇生活污水处理率 墨； 正 O1101环境 人均公共绿地面积 m2人 五。 正 00207工业固体废弃物综合利用率 五， 正 OOll801951 生活垃圾无公害处理率 五g 正00340工业废水排放达标率 X。 正 0008232结果与分析利用变异系数法确

20、定指标权重，根据灰色关联TOPSIS法的基本运算原理，测算出20002013年武汉市综合环境承载力及分类指标承载力结果(图1)。321综合环境承载力变化分析 。从武汉市20002013年综合环境承载力贴近度变化趋势中可以看出，武汉市环境承载力处于逐年上升状态，贴近度由2000年的03099增加到2013年的05494，年均增长率达450。根据图l(a)曲线变化情况，可以将研究期内武汉市环境承载力发展状况分为3个阶段。】t， nd生态环境承载山矿-旷766r五 ，一卢0i量女i主；i 蓦gi i；图l 200020 1 3年武汉市环境承载力评价结果第一阶段为20002004年，武汉市环境承载力呈

21、缓慢增长态势，贴近度由O3099变化到03385，平均每年增长00072。在中国入世和世纪之初的双重背景下，武汉市紧紧抓住国际经济环境趋好和国家宏观调控政策作用进一步显现的战略机遇，基础设施建设投入明显加强，经济运行质量好转，国内生产总值由1207亿元增加到1956亿元，平均每年增长18725亿元，同时，城市环境也得到有效改善，人民生活水平不断提高，城市居民人均可支配收入净增长280105元。经济、社会环境等多种因素的共同作用，使武汉市环境承载能力在这一阶段有一定程度的改善。第二阶段为20042010年，武汉市环境承载力呈加速增长态势，贴近度由O3385变化到05071，年均增长率高达697，

22、平均每年增长00337。2004年开始，武汉市认真贯彻落实党的十六大、十六届三中全会精神，以科学发展观统领经济社会发展全局，同时抢抓中部崛起、武汉城市圈“两型社会”建设综合配套改革试验、东湖国家自主创新示范区建设等战略机遇，积极推逆p创新武汉”“和谐193一。一载x承f境P一缘常，b万方数据W-I：态经济第32卷第5期(2016年5月) Ecological Economy，V0132，No5(May 20 1 6)武汉”建设，采取多种措施，实现了国民经济的稳定增长和社会事业的全面发展，经济、社会和生态环境承载力的合力持续增加。然而受2008年全球金融危机的影响，武汉市环境承载力综合指数在20

23、09年出现了小幅下跌。第三阶段为20102013年，武汉市环境承载力增长步伐有所减缓，但依然保持增长态势，贴近度由O5071增加到05494，净增长00423。2011年12月，武汉市第十二次党代会确立了建设“国家中心城市”的目标，陆续推出工业倍增、城建攻坚、自主创新能力提升等计划，努力打造国家创新中心、先进制造业中心、商贸物流中心，助推中部地区快速崛起，但与其他经济发达区域相比，仍然有较大的提升空问。322分类指数变化分析(1)经济环境承载力。在研究期内，除2009年有小幅下降外，武汉市其他年份经济环境承载力指数一直处于上升状态。经济环境承载力的不断提高对综合环境承载力的改善起了极大的推动作

24、用，武汉市2013年经济环境承载力指数是2000年的177倍。由图l(b)可知，20002008年经济环境承载力指数增长幅度最大，年均增长率为849，20082013年增长幅度较小，年均增长率为236。(2)社会环境承载力。20002013年武汉市社会环境承载力指数呈稳步上升趋势，但总增长幅度和年均增长率并不大，2000年，武汉市社会环境承载力指数为O3365，2011年，这一指标变化到05691，13年问净增长O2327，平均每年增长00179。与经济和生态环境承载力的运行轨迹相比，研究期内，武汉市社会环境承载力的变化趋势最为平缓，并没有在个别年份出现较大幅度的涨落，这是因为和经济环境、生态

25、环境系统相比，社会环境系统自身的稳定性更好，而且对外界干扰的修复能力也更强。(3)生态环境承载力。考察期内，武汉市生态环境承载力指数呈波动上升态势，贴近度从03556增加到05484，年均增长率为339。根据图1(d)曲线形状，可将生态环境承载力水平分为三个阶段：第一阶段是20002004年，生态环境承载力指数呈波动下降趋势，年均递减率为223；第二阶段是20042006年，生态环境承载力指数加速增加，年均增长率高达1853；第三阶段是20062013年，生态环境承载力指数平稳增长，由04566增加到05484，年均增长率仅为265。4武汉市环境承载力障碍因子诊断41主要障碍因素分析根据22节

26、障碍度模型的计算方法，对武汉市20002013年环境承载力障碍度进行测算，并筛选出各年度障碍度排名前五的指标(表2)。2000年，阻碍武汉市环境承载力提高的因素主要集中在经济环境承载力方面，包括人均社会固定资产投资、人均GDP、人均社会消费品零售总额等，而2013年阻碍环境承载力提高的因素主要集中在社会和生态环境承载力方面，包括城市人口密度、每万人拥有公共交通车辆数、城市建成区绿化覆盖率等。从各指标障碍度的具体数值来看，GDP年增长率、第三产业对GDP的贡献率等指标的障碍度增长幅度较大，2000年，GDP年增长率的障碍度仅为706，在当年度所有指标中仅排第6位，但是2013年，这一指标的障碍度

27、剧增至530l，成为武汉市环境承载力波动的主要驱动因子。42分类指标的障碍分析根据单项指标障碍度计算结果，进一步测算出研究期内武汉市环境承载力的分类指标障碍度(图2)。从总体来看，研究期内，武汉市经济环境承载力和社会环境承载力的障碍度均有不同幅度提升，而生态环境承载力的障碍度则呈下降趋势。从各个指标障碍度的具体数值来看，研究期内经济环境承载力的障碍度最大，其次是社会环境承70 -x-!。*p一鼻f 7i告 一1、。、x一xX-xxxxx 1 一fI乏40。 p羔川ph。n 6 n。厂A7、V一1pq女”46入0一 ，图2各分类指标20002013年障碍度表2武汉市环境承载力主要障碍因子排序表排

28、序 2000 200l 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013墨 Z 五 墨 卫 工 置 卫 五 墨 丘 五 Z 五1(1882) (1866) (1902) (1937) (1950) (2046) (2216) (2230) (2442) (2050) (2082) (2091) (2006) (5301)五 丘 工 工 Z 咒 五 五 五 咒 五 Z 工 工2(1373) (1345) (1359) (1370) (1354) (1414) (1530) (1547) (1664) (1481) (1542)

29、 (1322) (16t30) (2056)五 尼 咒 五 蜀5 兄 五 尼 工 Z 兄 五 卫 置，3(1362) (1327) (1331) (1339) (1348) (1409) (1494) (1487) (1504) (1380) (1465) (1313) (1238) (1218)蜀 置5 五5 置5 五 五5 局 五 五 Z 墨 五4 兄(929) 墨4(639)(1155) (1150) (1258) (1298) (1343) (1163) (1211) (1177) (1238) (1295) (11_86) (1049)X5 五 蜀 五 蜀 咒 瓠5 墨s(702)

30、置2(683) 蜀2(769) 咒(845) Z(959) 墨(869) K(458)(1067) (1127) (1l_35) (1133) (1123) (1154) (1124)注：表中各障碍因子后面括号中的数据为障碍度。194万方数据生态经济第32卷第5期(2016年5月) Ecological Economy，V0132，No5(May 20 1 6)载力、生态环境承载力。可见，提高武汉市环境承载力必须从经济环境承载力入手，同时注重提高社会环境承载力和生态环境承载力。从各分类指标障碍度年变化率来看，20002013年，武汉市社会环境承载力和经济环境承载力的障碍度分别以年均226和04

31、5的速度增加，生态环境承载力的障碍度则以年均1166的速度下降。5结论与讨论51主要结论(1)总体来看，2000年以来，武汉市环境承载力整体水平不断提升，综合指数由2000年的03099变化到2013年的05494，涨幅高达77，31；从分类指数来看，武汉市经济环境承载力、社会环境承载力和生态环境承载力在研究期内也均呈上升趋势，但不同子系统的增长幅度存在较大差异，其中经济承载力的增幅最大，为11559，社会环境承载力次之，增幅为6915，生态环境承载力的增幅最小，仅为5423。(2)从障碍因子诊断结果来看，经济环境承载力是影响武汉市环境承载力综合指数提高的主要障碍因素，其次是社会环境承载力和生

32、态环境承载力，因此，未来要以科学发展观为指导，着力改善武汉市经济发展环境，转变经济发展方式，为武汉市综合环境承载力的提高奠定经济基础。从具体指标的障碍度来看，影响武汉市环境承载力的指标主要有人均社会固定资产投资、人均GDP、人均社会消费品零售总额等，今后要采取有效措施，趋利避害，实现经济、社会和生态环境承载力的协调共进和综合环境承载力的最大化。52讨论(1)从经济环境、社会环境和生态环境三个方面构建环境承载力测度指标体系，利用灰色关联TOPSIS法对武汉市环境承载力的时序演变特征进行了定量研究。与现有综合评价方法相比，灰色关联TOPSIS法既能对备选方案进行总体评判，又能反映备选方案内部各要素

33、变化与理想方案间的区别，而且实证结果与现实基本吻合，表明利用此方法进行区域环境承载力具有可行性，可以为其他区域的研究提供借鉴，然而与其他相关方法相比，灰色关联TOPSIS法的优缺点还有待更深层次的分析。(2)区域环境承载力变化是一个复杂的系统变化过程，本文仅对武汉市环境承载力整体及各单项要素的时序变化进行了探讨，缺乏空间格局与差异的对比分析。同时，尽管本文利用障碍度模型诊断出影响武汉市环境承载力的主要障碍因子，但不同因子在不同限定条件下，对环境承载力的作用方向、程度以及具体的作用路径也有待进一步的探讨。同参考文献：【1Huang S L，Chen C SA system model to an

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