生態(tài)環(huán)境質(zhì)量 城市生態(tài)發(fā)展評價指標

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的評價方法，水源區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價，　城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合分析與評價。

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• 生態(tài)環(huán)境識別評價
• 水源地環(huán)境保護社會目標
• 城市生態(tài)發(fā)展評價指標
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生態(tài)環(huán)境識別評價

區(qū)域生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量評價一般采用定性評價和定量評價2種方法。定性評價一般選取對生態(tài)環(huán)境影響較大的指標進行評價，根據(jù)該指標的大小或優(yōu)劣程度評價生態(tài)環(huán)境的好壞；而定量評價則采取一定的公式或模型對指標系統(tǒng)進行計算，根據(jù)計算結果的大小對生態(tài)環(huán)境進行評價，通常有脆弱度計算法、距離計算法、層次分析法、綜合模型法和生態(tài)足跡法等。 指數(shù)評價法從監(jiān)測點的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計值與評價標準之比作為分指數(shù),然后通過數(shù)學綜合作為環(huán)境質(zhì)量評定尺度。近幾十年來,這一方法在環(huán)境質(zhì)量評價中得到了廣泛的應用,并有了很大的發(fā)展。早期國外應用的指數(shù)法有美國的NWF 環(huán)境質(zhì)量指數(shù)和加拿大的“總環(huán)境質(zhì)量指數(shù)”(EQI) 等,目前最常用的是綜合指數(shù)法,應用此法,可以體現(xiàn)生態(tài)環(huán)境評價的綜合性、整體性和層次性。國家環(huán)?？偩职l(fā)布了《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術規(guī)范》行業(yè)標準，2006年5月1日起試行。技術規(guī)范規(guī)定：生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)是反映被評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，數(shù)值范圍0～100。生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)（Ecological Index，EI）EI=0.25×生物豐度指數(shù)+0.2×植被覆蓋指數(shù)+0.2×水網(wǎng)密度指數(shù)+0.2×土地退化指數(shù)+0.15×環(huán)境質(zhì)量指數(shù) 綜合評價法是進行生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價中運用較多的一種方法,此法的具體應用是層次分析法(AHP 法)。它是模擬人腦對客觀事物的分析與綜合過程,將定量分析與定性分析有機結合起來的一種系統(tǒng)分析方法。層次分析法的應用研究很多,姚建、朱曉華等將層次分析法運用于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價中。另外還有主成分分析法，模糊評價法，灰色關聯(lián)度法等。目前,關于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的研究,國內(nèi)外又出現(xiàn)了一些新的方法和技術。馬榮華等在前人工作的基礎上,利用遙感及 GIS以景觀生態(tài)學理論為指導,以多因子綜合評價為主要方法,進行了海南生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀評價分析研究。另外,加拿大建立了生態(tài)監(jiān)測與評估網(wǎng)絡。通過此網(wǎng)絡對生態(tài)變化進行了長期監(jiān)測并依據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)對生態(tài)環(huán)境進行了評估,內(nèi)容包括氣候變化對水純凈度的影響,森林可持續(xù)發(fā)展的標準等。

水源地環(huán)境保護社會目標

4.3.1 生態(tài)環(huán)境評價的標準

在進行生態(tài)環(huán)境評價時，需要有適當?shù)呐袆e基準。生態(tài)環(huán)境是一個由相互作用、相互制約的眾多因素構成的復雜系統(tǒng)，包括內(nèi)在本質(zhì) (生態(tài)結構)的變化和外在表征 (環(huán)境功能)的變化，由量變到質(zhì)變的發(fā)展變化規(guī)律。因而評價的標準體系不僅復雜，而且因地而異。目前我國缺少生態(tài)環(huán)境標準，其主要原因就是缺少生態(tài)環(huán)境基準方面的研究。生態(tài)環(huán)境評價的標準主要依據(jù):

(1)國家、行業(yè)和地方規(guī)定的標準: 國家已發(fā)布的環(huán)境質(zhì)量標準如農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準、保護農(nóng)作物大氣污染物最高允許濃度、農(nóng)藥安全使用標準、糧食衛(wèi)生標準等。行業(yè)標準指行業(yè)發(fā)布的環(huán)境評價規(guī)范、規(guī)定、設計要求等。地方政府頒布的標準和規(guī)劃區(qū)目標、河流水系保護要求、特別區(qū)域的保護要求 (如綠化率要求、水土流失防治要求)等，均是可選擇的評價標準。

(2)背景和本底標準: 以研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境的背景值和本底值作為評價標準，如區(qū)域植被覆蓋率、區(qū)域水土流失本底值、生物生產(chǎn)量、生物多樣性等。

(3)類比標準: 以未受人類嚴重干擾的相似生態(tài)環(huán)境或以相似自然條件下的原生自然生態(tài)系統(tǒng)作為類比標準; 以類似條件的生態(tài)因子和功能作為類比標準，如類似生境的生物多樣性、植被覆蓋率、蓄水功能、防風固沙能力等。類比標準須根據(jù)評價內(nèi)容和要求科學地選取。

(4)科學研究已判定的生態(tài)效應。通過當?shù)鼗蛳嗨茥l件下科學研究已判定的保障生態(tài)安全的綠化率要求、污染物在生物體內(nèi)的最高允許量、特別敏感生物的環(huán)境質(zhì)量要求等，均可作為評價的標準或參考標準應用。

本書的評價標準主要根據(jù) 《河南省生態(tài)環(huán)境綜合評價》專題研究成果和參考其他有關研究者的成果制定。

4.3.2 生態(tài)環(huán)境評價的主要方法介紹

在生態(tài)環(huán)境評價工作中，評價方法是生態(tài)環(huán)境評價必不可少的手段。國內(nèi)外目前應用的生態(tài)環(huán)境評價方法，主要有如下幾種:

(1)類比分析法: 是一種常用的定性和半定量的方法，一般有生態(tài)環(huán)境整體類比、生態(tài)因子類比和生態(tài)環(huán)境問題類比等。類比分析常用于生態(tài)環(huán)境影響評價。該方法根據(jù)已有的開發(fā)建設活動對生態(tài)環(huán)境的影響，來分析或預測進行的開發(fā)建設活動可能產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境影響。選擇好類比對象，是進行類比分析或預測評價的基礎，也是該方法成敗的關鍵。

(2)列表清單法: 是利特爾等人于 1971 年提出的一種定性的分析方法，是將擬實施的開發(fā)建設活動的影響與可能受影響的各種生態(tài)環(huán)境因子分別列在同一張表格的行與列內(nèi)，逐點進行分析并以正負符號、數(shù)字、其他符號表示影響的性質(zhì)與強度等，由此分析開發(fā)建設活動的生態(tài)環(huán)境影響。

(3)生態(tài)圖法: 即圖形疊置法，是把兩個以上的生態(tài)環(huán)境信息疊合在一張圖上，構成復合圖，用以表示生態(tài)環(huán)境變化的方向和程度，該方法直觀、形象、簡單明了，不能做精確的定量評價。生態(tài)圖法主要用于區(qū)域環(huán)境影響評價，或用于具有區(qū)域性影響的特大型建設項目評價中，以及用于土地利用規(guī)劃和農(nóng)業(yè)開發(fā)規(guī)劃中。

(4)生態(tài)系統(tǒng)綜合評價法: 生態(tài)系統(tǒng)是由多因子 (生物因子和非生物因子)組成的多層次的復雜體系和開放系統(tǒng)，采用定性與定量相結合的方法認識和評價這樣的復雜系統(tǒng)，是目前最常見的評價方法，此方法的具體應用是層次分析法 (AHP 法)，它是一種對復雜現(xiàn)象的決策思維過程進行系統(tǒng)化、模型化、數(shù)量化的方法，又稱多層次權重分析決策法。層次分析法的應用研究很多，姚建 (1998)將層次分析法運用于各種生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價中。

(5)指數(shù)與綜合指數(shù)評價法: 在環(huán)境影響評價中，指數(shù)法是規(guī)定采用的評價方法。指數(shù)與綜合指數(shù)法適用于對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價中的單因素評價及多因素綜合評價，方法相對比較簡單，突出了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的綜合性、層次性、客觀性和可比性，是目前較為常用的評價方法之一。但用此方法前必須建立合適的指標體系及評價標準，選取的指標一定要具有可比性。通過評價可將區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行分級，以便對不同區(qū)域、不同時期的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行縱向和橫向比較。該方法在實際應用中的缺點是難以賦權與準確定量。

(6)模糊評價法: 在生態(tài)環(huán)境評價過程中往往存在一些不確定因素，導致評價結果的不確定性，使得評價結果失真，但采用模糊集合理論可提高評價結果的可靠性，所以生態(tài)環(huán)境評價中又引入了模糊評價方法。該方法的關鍵是求模糊評判矩陣，其最大特點是用隸屬度來刻劃生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分級的界線，可用于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的分級，劃分生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣，突出生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差的區(qū)域，并用為重點區(qū)域予以治理。常采用的模糊評價法有模糊綜合評價法、模糊聚類評價法等。徐福留 (2001)、姚建 (1998)將模糊聚類和層次分析相結合，分別用于城市環(huán)境質(zhì)量和流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價。

(7)人工神經(jīng)網(wǎng)絡評價法: 人工神經(jīng)網(wǎng)絡由大量簡單的神經(jīng)元廣泛聯(lián)接而成，依托計算機獲得高超的計算能力，并通過模擬人腦思維方式的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)，利用已經(jīng)積累的各種知識取得類似于人的識別和聯(lián)想能力。因此，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡對已知環(huán)境樣本進行學習，獲得先驗知識，學會對新樣本的識別和評價。李祚泳等 (1999)、湯麗妮等(2003)開展了人工神經(jīng)網(wǎng)絡 B-P 模型在生態(tài)環(huán)境評價中的應用。B-P 網(wǎng)絡模型應用于環(huán)境質(zhì)量評價，不需要對各評價指標權值大小做出人為規(guī)定，在學習過程中會自適應調(diào)整，評價結果具有客觀性。另外，B-P 網(wǎng)絡可以根據(jù)不同需要選取隨意多個評價參數(shù)建立生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價模型，此方法具有很強的適應性。

(8)景觀生態(tài)學方法: 景觀格局及其變化是自然的和人為的多種因素相互作用所產(chǎn)生的一定區(qū)域生態(tài)環(huán)境體系的綜合反映，景觀嵌塊的類型、形狀、大小、數(shù)量和空間組合即是各種干擾因素相互作用的結果，又影響著該區(qū)域的生態(tài)過程和邊緣效應。因此，對某區(qū)域景觀空間格局的研究，是揭示該區(qū)域生態(tài)狀況及空間變異特征的有效手段。將研究流域不同生態(tài)結構劃分為景觀單元斑塊 (patch)，通過定量分析景觀空間格局與景觀異質(zhì)性特征指數(shù)，從宏觀角度給出區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況。該方法通過兩個方面評價生態(tài)環(huán)境狀況:一是空間結構分析; 二是功能與穩(wěn)定性分析。這種評價方法可體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)結構與功能匹配一致的基本原理。

(9)其他方法:

1)多因子數(shù)量分析法: 生態(tài)環(huán)境在一定時間、一定范圍所發(fā)生的變化，是由各生態(tài)因子的變化和狀態(tài)所決定的，因此，可通過測定各生態(tài)因子的變化趨勢，進行生態(tài)因子相關性分析和主分量分析，進而進行生態(tài)環(huán)境變化的趨勢分析。

2)回歸分析法: 是研究兩個及兩個以上變量之間相互關系的一種統(tǒng)計分析方法?；貧w分析的變量中有一個是因變量，其余是自變量，通過監(jiān)測或觀測數(shù)據(jù)來尋找自變量和因變量之間的統(tǒng)計關系。

3)系統(tǒng)分析方法: 對于多目標的動態(tài)性問題，可采用系統(tǒng)分析法進行評價。

4.3.3 生態(tài)環(huán)境評價的指標體系

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價是根據(jù)選定的指標體系和質(zhì)量標準，運用恰當?shù)姆椒ㄔu價某區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣及其影響作用關系。如果依據(jù)的是系統(tǒng)現(xiàn)狀的生態(tài)系統(tǒng)信息，為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價; 如果應用了生態(tài)環(huán)境變化的預測信息進行評價，則為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的預測評價; 如果目標是評價生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量變化與工程對象的作用影響關系，可以稱其為生態(tài)環(huán)境影響評價。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價是一項系統(tǒng)性的研究工作，涉及自然及人文等學科的許多領域，其中生態(tài)學、環(huán)境科學及資源科學的理論與方法對指導生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價具有重要意義。

生態(tài)環(huán)境惡化的速度和程度，決定于人為活動的干擾強度和生態(tài)環(huán)境本身脆弱性的大小，而生態(tài)環(huán)境質(zhì)量受到諸多環(huán)境因素的影響，生態(tài)環(huán)境的脆弱性是由多種因素相互作用或疊加形成的。在不同的時空尺度上，相同成因所引起的生態(tài)脆弱程度是有一定差別的。生態(tài)環(huán)境評價指標體系選取得合適與否，直接影響到評價結果的準確性和可靠性。在構建某一具體區(qū)域的生態(tài)環(huán)境評價指標體系時，要選取最能反映當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量及變化狀況的環(huán)境因子。

4.3.3.1 選取評價指標的原則

(1)科學性原則: 評價指標的選取應建立在科學準確的基礎上，選取能反映評價地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量本質(zhì)特征以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化狀況的指標。同時，為了便于與相鄰地區(qū)之間的比較，所選取的指標應盡可能統(tǒng)一并量化。

(2)綜合性原則: 要全面衡量所考慮的諸多環(huán)境因子，指標體系應盡可能全面地反映生態(tài)環(huán)境各方面的狀況進行綜合分析和評價。

(3)主導性原則: 制約生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的因素很多，利用單一因子根本不可能對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及變化狀況作出科學評價，但若一一概全既不可能又不現(xiàn)實。因此，應選擇具有代表性的，能直接反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量主要特征的主導性指標。例如: 黃土高原地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的諸因素中，水土流失是主要制約因素，指標的選取應考慮與水土流失有關的降水量、降雨強度、土壤質(zhì)地、植被狀況、侵蝕模數(shù)和耕作方式等指標。

(4)可操作性原則: 指標的選擇應盡可能考慮數(shù)據(jù)的易獲性和可采集性。一些指標雖能很好地反映生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀及變化情況，但在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價過程中是根本無法獲取的。

因此，在選取指標時應當遵循簡潔、方便、有效、實用的原則，即通過相關學科理論的概括，獲取對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量影響較大且易獲取的觀測資料，并有利于生產(chǎn)及管理等部門掌握和操作，使理論與實踐緊密結合。

4.3.3.2 評價指標體系的建立

在借鑒國內(nèi)外相關學者在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標體系建立的基礎上，結合研究區(qū)實際情況，依據(jù)上述選取評價指標的原則，通過對研究區(qū)自然環(huán)境和人為因素的全面系統(tǒng)的分析研究，對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的制約性因素或主導性因子的辨識，從中選取最能代表和反映該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量本質(zhì)特性的具體指標，最終制定了水源區(qū)的生態(tài)環(huán)境綜合評價指標體系。結合當?shù)氐淖匀?、社會、?jīng)濟來考慮所評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境存在的問題，以及影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的各個要素，并在工作中不斷調(diào)整與完善已制定的指標體系。此次研究選取了與生態(tài)環(huán)境質(zhì)量關系密切的氣象、水資源、地形地貌、植被、土壤、人口與土地、災害和環(huán)境污染 8 項一級指標、23 項二級指標 (表 4.13)。

4.3.4 基于層次分析法的生態(tài)環(huán)境評價

水源區(qū)地形復雜，地勢自西北向東南傾斜。北有伏牛山主脈老界嶺為屏障，最高海拔處2212.5m，東南地勢下降，海拔最低處120m，伏牛山主脈老界嶺由西向東穿越水源地北部邊界。水源區(qū)屬于農(nóng)業(yè)種植區(qū)，經(jīng)濟發(fā)展相對落后，人均耕地0.07hm2，低于南陽市人均耕地0.09hm2和河南省平均水平，人地矛盾非常突出。目前區(qū)內(nèi)由于森林植被稀少，質(zhì)量差，蓄水、固土能力低下，加之不合理的耕作方式，導致生態(tài)環(huán)境惡化，水土流失十分嚴重，土壤污染造成耕地肥力下降、濕地及生物多樣性銳減、地表水質(zhì)量及地下水水位下降等生態(tài)環(huán)境問題。該區(qū)域作為南水北調(diào)中線水源區(qū)，其生態(tài)地位備受重視，對該區(qū)的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀作出綜合評價，對水源區(qū)進行生態(tài)環(huán)境預警研究，可為水源區(qū)生態(tài)環(huán)境保護提出對策和建議，為確保南水北調(diào)中線的水質(zhì)安全提供科學指導依據(jù)。此次研究采用層次分析法進行水源區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合評價。

表4.13 南水北調(diào)水源區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合評價指標體系

4.3.4.1 層次分析法

層次分析法 (AHP 法)是美國著名的運籌學專家匹茲堡大學教授 T.L.Saaty 于 20 世紀 70 年代提出的，其基本思想是根據(jù)問題的性質(zhì)和要求達到的總目標，把問題層次化，建立起一個有序的遞階系統(tǒng)，然后對系統(tǒng)中各相關問題進行兩兩比較評判。通過這種比較評判結果的綜合計算處理，把系統(tǒng)分析歸結為最低層相對于最高層的相對重要性權數(shù)的確定或相對優(yōu)劣次序的排序問題。層次分析法在國內(nèi)外相關研究中已普遍應用于復雜系統(tǒng)的分析與決策。技術手段比較成熟，從而保證了研究方法的合理有效性。

利用層次分析法進行水源區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合評價，首先要建立生態(tài)環(huán)境因子的層次分析模型。其基本原理是: 將評價系統(tǒng)的有關方案的各種要素分解成若干層次，并以同一層次的各種要素按照上一層要素為準則，進行兩兩判斷比較并計算出各要素的權重，根據(jù)綜合權重按最大權重原則確定最優(yōu)方案。層次分析法大體分為 5 個步驟，即: ①建立層次結構模型; ②構造判斷矩陣; ③層次單排序及其一致性檢驗; ④層次總排序; ⑤層次總排序的一致性檢驗。對上述步驟的具體說明將在下面的生態(tài)環(huán)境評價中進行解釋。

4.3.4.2 生態(tài)環(huán)境評價層次結構模型的建立

結合研究區(qū)實際生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，此次選取了對該區(qū)生態(tài)環(huán)境影響較明顯的因子 (表4.13)，將水源區(qū)生態(tài)環(huán)境指標體系分為 3 層 (圖 4.8)。

4.3.4.3 構造判斷矩陣

作任何系統(tǒng)分析都要有一定的信息，而層次分析的信息主要是人們對于每一層次中各因素相對重要性作出判斷，這些判斷通過引入合適的標度進行定量化，就形成了判斷矩陣。判斷矩陣表示上一層次的某一因素與本層次有關因素之間相對重要性的比較。在水源區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合評價中，A 為目標層，表示解決問題的目的，即層次要達到的總目標。B為中間層，表示采取某種方案來實現(xiàn)預定總目標所涉及的中間環(huán)節(jié)，為最高層涉及的主要基本要素，設B={B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7，B8}，其中B1為氣候條件，B2為水資源條件，B3為地形地貌條件，B4為植被條件，B5為土壤狀況，B6為人口與土地，B7為災害，B8為環(huán)境污染;C為最低層，表示實現(xiàn)評價的具體指標因子，C={C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，C10，C11，C12，C13，C14，C15，C16，C17，C18，C19，C20，C21，C22，C23}。

圖4.8 生態(tài)環(huán)境綜合評價層次分析模型

根據(jù)構建的層次分析模型，分別構造出A-B、B-C的判斷矩陣如表4.14所示。判斷矩陣中各元素{Cij}表示在對上層因素Bk有聯(lián)系的因素中，第i因素與第j因素相比較，對于Bk因素相對的重要程度。為了使判斷定量化，一般都引用T.L.Saaty提

出的1～9標度方法，Bij和Cij的取值按提出的1～9標度進行(表4.15)。研究區(qū)生態(tài)環(huán)境評價的判斷矩陣的數(shù)值是在表4.15的基礎上，根據(jù)數(shù)據(jù)資料、研究者對實際情況的了解、咨詢專家意見，采用德爾斐法兩兩比較打分給出的。

表4.14 A-B-C判斷矩陣

表4.15 判斷矩陣取值及其含義

A.層次單排序及一致性檢驗

根據(jù)某層次的某些因素對上一層某因素的判斷矩陣，計算出該判斷矩陣的最大特征值及特征向量，即可計算出某層次因素相對于上一層中某一因素的相對重要性數(shù)值，這些排序計算稱為層次單排序。判斷矩陣最大特征值及其對應的特征向量可用方根法求出，計算步驟如下:

1)計算判斷矩陣A每一行元素的乘積Mi

河南省土地資源生態(tài)安全理論、方法與實踐

2)計算Mi的n次方根Wi

河南省土地資源生態(tài)安全理論、方法與實踐

3)對向量W=(W1，W2，…，Wn)T正規(guī)化，即

河南省土地資源生態(tài)安全理論、方法與實踐

則W=(W1，W2，…，Wn)T即為所求的特征向量。

4)計算判斷矩陣的最大特征根λmax

河南省土地資源生態(tài)安全理論、方法與實踐

式中:(AW)i表示向量AW的i個元素。

由于客觀事物的復雜性或?qū)κ挛镎J識的片面性，要判定根據(jù)所構造的判斷矩陣求出的特征向量(權值)是否合理，需要對判斷矩陣進行一致性和隨機性檢驗，公式為:

CR=CI/RI

CI為判斷矩陣一致性指標，由下式計算得出:

河南省土地資源生態(tài)安全理論、方法與實踐

式中:λmax為最大特征根;n為判斷矩陣階數(shù)。

對于不同的判斷矩陣，其CI值不同，一般來說階數(shù)n越大，CI值就越大，為了度量不同階判斷矩陣是否具有滿意的一致性，還需引入判斷矩陣的平均隨機一致性指標RI值。RI值是用隨機的方法分別對n為1～9階各構造500個樣本矩陣，計算其一致性指標CI值，然后平均即得RI。RI值可根據(jù)表4.16選取。

表4.16 層次分析法的平均隨機一致性指標值

對于1，2階判斷矩陣，判斷矩陣總是具有完全一致性。當階數(shù)大于2時，判斷矩陣的一致性指標CI與同階平均隨機一致性指標RI之比，即隨機一致性比率CR小于0.10時，認為判斷矩陣具有滿意的一致性，說明權數(shù)分配是合理的;否則，需要調(diào)整判斷矩陣，直到取得滿意的一致性為止。

根據(jù)上面的計算方法和檢驗方法對所構建的A-B、B1-C、B2-C、B3-C、B4-C、B5-C、B6-C、B7-C、B8-C數(shù)值判斷矩陣進行各層次單排序計算及一致性檢驗，結果如表4.17至表4.25所示。

B.層次總排序及一致性檢驗

層次總排序是利用同一層次中所有層次單排序的結果，以及上層次所有元素的權重，來計算針對總目標而言本層次所有因素權重值的過程。即各項指標相對于總目標層的權重=各指標相對于基準層的權重×基準層相對于目標層的權重。

表4.17 A-B數(shù)值判斷矩陣(各基本要素相對于生態(tài)環(huán)境的相對重要性排序權重值)

λmax=8.392，RI=1.41，CI=0.056，CR=CI/RI=0.04<0.1，滿足一致性。

表4.18 B1-C數(shù)值判斷矩陣(各評價指標相對于氣象因素的相對重要性排序權重值)

λmax=3.004，RI=0.58，CI=0.0018，CR=CI/RI=0.003<0.1，滿足一致性。

表4.19 B2-C數(shù)值判斷矩陣(各評價指標相對于水資源因素的相對重要性排序權重值)

λmax=3.000，RI=0.58，CI=0.000，CR=CI/RI=0.000<0.1，滿足一致性。

表4.20 B3-C數(shù)值判斷矩陣(各評價指標相對于地貌因素的相對重要性排序權重值)

λmax=2，為二階矩陣，滿足絕對一致性。

表4.21 B4-C數(shù)值判斷矩陣(各評價指標相對于植被因素的相對重要性排序權重值)

λmax=2，為二階矩陣，滿足絕對一致性。

表4.22 B5-C數(shù)值判斷矩陣(各評價指標相對于土壤因素的相對重要性排序權重值)

λmax=2，為二階矩陣，滿足絕對一致性。

表4.23 B6-C數(shù)值判斷矩陣(各評價指標相對于人口與土地因素的相對重要性排序權重值)

λmax=3.018，RI=0.58，CI=0.009，CR=CI/RI=0.016<0.1，滿足一致性。

表4.24 B7-C數(shù)值判斷矩陣(各評價指標相對于災害因素的相對重要性排序權重值)

λmax=5.004，RI=1.12，CI=0.001，CR=CI/RI=0.001<0.1，滿足一致性。

表4.25 B8-C數(shù)值判斷矩陣(各評價指標相對于環(huán)境污染因素的相對重要性排序權重值)

λmax=3.065，RI=0.58，CI=0.032，CR=CI/RI=0.056<0.1，滿足一致性。

層次總排序一致性比率為: ，當CR<0.10時，認為層次總排序結果具有滿意的一致性，否則需要重新調(diào)整判斷矩陣的元素取值。

根據(jù)上述方法，對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境評價的各級評價要素相對重要性進行總排序和一致性檢(表4.26，圖4.9)。

河南省土地資源生態(tài)安全理論、方法與實踐

表4.26 生態(tài)環(huán)境評價各因子相對重要性總排序

圖4.9 生態(tài)環(huán)境評價各因子相對重要性柱狀圖

河南省土地資源生態(tài)安全理論、方法與實踐

CR=CI/RI=0.0034/0.5362=0.006<0.1，滿足一致性。

4.3.5 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結果分析

4.3.5.1 生態(tài)因子取值標準

為了評價研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量情況，需要對生態(tài)環(huán)境各影響因子進行評估分級，給出各環(huán)境影響因素的評分值，再分別乘其權重值加權求和取得總分值，按總分值來確定生態(tài)環(huán)境的等級。

評價指標確定以后，收集各指標的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，這些具有不同計量單位的數(shù)據(jù)無法直接用來進行評價。因為各數(shù)據(jù)之間的量綱不統(tǒng)一，所以沒有可比性。即使對于同一個參數(shù)，盡管可以根據(jù)實測數(shù)值的大小來判斷它們對環(huán)境影響的程度，但也因缺少一個可作比較的環(huán)境標準而無法較確切地反映其對環(huán)境的影響。為此，必須對參評因子進行量化處理，用標準化方法來解決參數(shù)間不可比性的難題。量化處理的方法多種多樣，比較簡明實用的做法是將其量化分級，從低到高分若干級，以反映環(huán)境狀況從劣到優(yōu)的變化，只有這樣，才能最終進行比較。分級賦值可采用:

A.極差標準化方法

生態(tài)因子的標準化量化公式為:賦值=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)×10，式中，Xi為實測值;Xmax為實測最大值;Xmin為實測最小值。

如果某因子的量化分級值的環(huán)境質(zhì)量的概念含義與上式的表征相反(如土壤侵蝕量為越大環(huán)境質(zhì)量越差)，則該參評因子的標準化量化公式為:

賦值=10-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)×10，式中，Xi為實測值，Xmax為實測最大值，Xmin為實測最小值。

B.專家分級法標準化方法

該方法主要是采用專家意見，按照專家經(jīng)驗對指標因子直接賦值分級。

本書采用專家分級法標準化進行賦值。將收集到的這些不同量綱的指標原始數(shù)據(jù)進行歸一化處理，以消除原始數(shù)據(jù)量綱不同所造成的影響。結合研究區(qū)實際情況并參考一系列生態(tài)環(huán)境評價方面的等級標準，給出各具體評價因子的評價標準，各指標基本采用1～10取值。各生態(tài)因子取值標準見表4.27。

4.3.5.2 水源區(qū)生態(tài)質(zhì)量綜合評價結果

對水源區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行定量評價，需要給出表征生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的具體標準，通過參考和學習相關學者專家對生態(tài)環(huán)境評價的等級標準，采用1～10分的分值對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行分級:具體劃分為Ⅰ—Ⅴ5個等級，并給出了每個等級的分值范圍，各等級的指標特性見表4.28。

調(diào)查和收集研究區(qū)統(tǒng)計資料取得各指標的實際值，按照各生態(tài)因子的取值標準得到其分值后，采用綜合指數(shù)模型計算出其總分值。具體是通過 公式算出其最終得分值(表4.29)。其中Pi為各生態(tài)因子的分值;Wi為各生態(tài)因子的權重。分值越大表明其生態(tài)環(huán)境就越好，分值愈少其生態(tài)環(huán)境就愈差。

表4.27 生態(tài)因子取值標準

表4.28 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合判別指標特性

表4.29 水源區(qū)各生態(tài)因子的綜合評分

續(xù)表

由此，可計算出該區(qū)各生態(tài)因子的最終評分值為 5.2085 分，結果表明，水源區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量處于一般的狀況。目前該區(qū)的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)受到一定程度的破壞，生態(tài)系統(tǒng)結構有變化，但尚可維持基本功能，受干擾后易惡化，生態(tài)問題顯現(xiàn)。對水源區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合研究表明，人類活動是導致該區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化的主要原因，南水北調(diào)中線工程的實施，將導致該區(qū)耕地的大量淹沒和大量的移民需要安置，人地矛盾更加尖銳，人口的自然增長造成人口密度的持續(xù)增加，近期內(nèi)該區(qū)的生態(tài)環(huán)境仍然表現(xiàn)為繼續(xù)惡化的趨勢; 該區(qū)還表現(xiàn)為農(nóng)藥化肥施用量過大，面源污染嚴重; 水土流失還沒有得到有效的控制，流失面積繼續(xù)擴大; 水源區(qū)礦種類型多，且多數(shù)是中小型礦，儲量較大的大理石和釩礦開采方式為露天開采，壓占了土地、堵塞了河道、破壞了地貌景觀，導致了地質(zhì)災害的不斷發(fā)生。如果繼續(xù)對資源無限制地開發(fā)利用，生態(tài)環(huán)境的相對平衡將被打破，生態(tài)環(huán)境承載力將會大大降低。

為確保丹江口水源區(qū)長期穩(wěn)定達到南水北調(diào)中線工程水源地水質(zhì)的要求，為實現(xiàn)水源區(qū) “可持續(xù)發(fā)展能力不斷增強，生態(tài)環(huán)境得到改善，資源利用效率顯著提高，人與自然和諧相處，推動整個社會走上生產(chǎn)發(fā)展，生活富裕，生態(tài)良好的文明發(fā)展道路”，需要加強該區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設，做好退耕還林還草的建設; 增加和改善森林植被，增強森林的保水蓄水功能; 減少土壤侵蝕，營建以水源涵養(yǎng)林、水土保持林為重點的多林種、多功能的防護林體系，從根本上治理水土流失，改善水源地的生態(tài)環(huán)境; 合理使用農(nóng)藥、化肥，發(fā)展有機農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè); 遏止人為活動造成的水土流失，重點治理丹江口庫區(qū)周邊以及淺山丘陵區(qū)和水土流失較重區(qū)域，搞好小流域治理。治理整頓礦業(yè)秩序，減少地質(zhì)災害的發(fā)生，控制和逐步改良該區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況。

城市生態(tài)發(fā)展評價指標

1.評價指標與權重的選取

選取城市土地負荷、城市綠化與休閑用地情況，交通、基礎設施（水、煤、氣）、污染與控制情況和社會經(jīng)濟情況計6項Ⅰ級指標與20項Ⅱ級指標組成評價指標體系。將各指標值用國家相應標準進行初值化，再乘以用層次分析法求得的權值得出各指標分值。各指標分值相加得出的數(shù)值即為該市環(huán)境質(zhì)量綜合評價值。綜合評價值為百分制，分值愈高，城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量愈好，共分為優(yōu)（100～80分）、良（79～60分）、中（59～40分）、差（39～20分）、劣（19～0分）五級。表12.2.1給出了評價指標體系、評價標準、各指標權值。表12.2.2和表12.2.3分別給出了我省18個省轄市和20個縣級市1997年度生態(tài)環(huán)境基本狀況和綜合評分值。

城市基本為人工生態(tài)系統(tǒng)組合，其評價標準應與農(nóng)村、山區(qū)半自然自然景觀有所不同。國內(nèi)建設與環(huán)境部門均有較成熟的城市環(huán)境質(zhì)量評價體系。因資料獲取問題，本次評價選擇統(tǒng)計年鑒上可查取的數(shù)據(jù)組成指標體系。

2.河南省城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分析

（1）城市環(huán)境等級分析

河南省現(xiàn)設市38個，其中人口在50萬以上的大城市6座，省會鄭州市建成區(qū)人口約170余萬。截至1997年底，全省城市人口1660萬人，其中建成區(qū)人口約1000萬，建成區(qū)面積約960 km2。以本次評價結果看，城市生態(tài)環(huán)境屬優(yōu)良級的僅濮陽、登封2市，占5.3%；屬中等的有15個，占29.5%；屬差、劣的達21個，占55.2%。

表12.2.1　城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價計算表（開封市）

表12.2.2　河南省城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量基本情況表（1997年）

續(xù)表

表12.2.3　河南省城市生態(tài)環(huán)境評價結果表（1997年度）

（2）城市土地負荷分析

1997年度全省人均建設用地約96 m2，略高于全國水平，達Ⅲ級標準。值得注意的是有16個市人均建設用地超過120 m2的高標準，但并非是綠地面積大等良性生態(tài)原因，而是反映了用地規(guī)劃的不合理和土地資源的浪費。人均居住面積僅濮陽、南陽、鄭州、濟源、安陽、林州、沁陽、禹州、永城、滎陽、鄧州11市達8 m2的國家2000年目標，其余市皆尚有距離。

（3）城市綠化與休閑用地分析

1999年城市建成區(qū)綠化覆蓋率27.21%，綠地率約6%，人均綠地約6 m2，均遠低于國家園林城市標準。僅濮陽市建成區(qū)綠化覆蓋率達國家園林城市標準（≥35%）；南陽、商丘、三門峽、登封、林州、輝縣6市人均公共綠地面積達國家標準（≥6 m2）。

（4）交通情況質(zhì)量分析

全省道路面積比6%，人均道路面積6.21 m2，均低于國家標準（道路面積比8%～15%，人均≥15 m2），僅少數(shù)縣級市（濟源、登封、林州、汝州、新鄭、永城、靈寶、輝縣）稍好。萬人公交車輛6.07標臺，低于先進城市水平。

（5）水、氣基礎設施質(zhì)量分析

1999年已建成城市供水能力9010000 m3，自來水普及率多大于90%，僅孟州（46.3%）、義馬（73%）、永城（44.8%）等數(shù)市較差。人均日生活用水量有濮陽、鄭州、信陽、洛陽、平頂山、舞鋼6市達210 L/人，達國家目標；余者皆低于此數(shù)。城市燃氣普及率達68.74%，以濮陽、鄭州、安陽、平頂山、長葛、洛陽數(shù)市較高，余者皆較低。全省集中供熱面積已達32223900 m2。

（6）城市環(huán)境污染質(zhì)量分析

在社會經(jīng)濟情況方面，人均GDP較高的城市為鄭州、洛陽、南陽、濮陽等，與生態(tài)環(huán)境狀況有一定程度相關性。醫(yī)生數(shù)除鄭州、洛陽、新鄉(xiāng)三市外，均未達萬人20個的標準。鄭州市高達萬人48個醫(yī)生，相當數(shù)量的縣級市低于萬人5個醫(yī)生。

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量排行榜

一、生態(tài)環(huán)境綜合評價的指標體系

1.選取指標的原則

在進行生態(tài)環(huán)境評價時，指標體系選取的合適與否將會直接影響到評價結果的準確性和可靠性。因此在選取評價指標時，應遵循以下原則:

1)科學性原則:指標體系的設計必須建立在科學準確的基礎上，能夠客觀地反映半島地區(qū)自然資源、經(jīng)濟、社會現(xiàn)狀以及相互之間的協(xié)調(diào)發(fā)展關系，并且能夠凸現(xiàn)半島地區(qū)生態(tài)環(huán)境特征以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化狀況。

2)可操作性原則:設置的指標意義要明確，數(shù)據(jù)易于獲取，易于定量計算、比較和分析;評價指標體系實踐意義要明確，以保證評價工作順利進行并有足夠的評價可行度;選取指標要簡潔、方便、有效、實用，即通過相關學科理論概括，獲取對生態(tài)環(huán)境影響較大且易于獲取的觀測數(shù)據(jù)，并有利于生產(chǎn)及管理部門掌握和操作，使理論與實踐緊密結合。

3)主導因素原則:影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的因素很多，利用單一因子根本不可能對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及變化狀況做出科學合理的評價，若一一概括既不可能又不現(xiàn)實，應選擇具有代表性、能直接反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量主要特征的主導性指標。

2.評價指標體系的建立

根據(jù)上述評價指標選取的原則，結合山東半島實際情況，共選取14項具體指標建立生態(tài)環(huán)境綜合評價指標體系(圖9－1)。

圖9－1 生態(tài)環(huán)境指標體系

二、生態(tài)環(huán)境模糊綜合評判

1.生態(tài)環(huán)境模糊綜合評判指標體系及分級標準

根據(jù)14個評價指標，將評判等級分為4個等級，即環(huán)境質(zhì)量等級集{優(yōu)(Ⅰ)、良(Ⅱ)、一般(Ⅲ)、差(Ⅳ)}。分級標準見表9－4。

表9－4 生態(tài)環(huán)境評價指標分級標準

續(xù)表

2.生態(tài)環(huán)境模糊綜合評判隸屬度的確定

用模糊評判方法來評價生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的關鍵是隸屬度函數(shù)，即用隸屬度函數(shù)來確定每一個評價指標對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級的隸屬程度。本節(jié)采用線性關系確定評價指標的隸屬函數(shù)。對定量評價指標，可分為正指標和逆指標兩類。

3.分區(qū)評價

根據(jù)上述指標體系，以縣級行政區(qū)域為評價單位，從山東半島城市群各個市的統(tǒng)計年鑒上提取指標數(shù)據(jù)，具體計算方法如下:

1)提取出所有評價單元數(shù)據(jù)。

2)利用C++對隸屬度函數(shù)進行編程，計算出隸屬度函數(shù)的值，確定模糊矩陣。

3)利用matlab計算軟件對模糊矩陣和權重矩陣進行計算。

4)得出單個單元的評價結果，根據(jù)最大隸屬度原則確定評價等級。

由以上評價結果作出山東半島城市群生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分區(qū)評價圖及綜合評價圖(圖9－2，圖9－3)，再按照各個市區(qū)的面積，由最大隸屬度原則得出綜合評價結果如下:

Ⅰ類區(qū):威海。

Ⅱ類區(qū):日照。

Ⅲ類區(qū):濟南、青島、煙臺。

Ⅳ類區(qū):東營、淄博、濰坊。