基于灰色關(guān)聯(lián)分析的濟南市城市承載力評價研究

朱旻 段金饋 韓磊

【摘 ?要】通過篩選城市承載力評價指標(biāo)，構(gòu)建評價系統(tǒng)，運用層次分析法確認(rèn)各項權(quán)重，建立土地、水資源、環(huán)境、交通四個評價子系統(tǒng)，計算2007-2016年濟南市城市承載力得分，利用GM（1，1）模型預(yù)測未來各子系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r，得出以下結(jié)論：（1）各子系統(tǒng)中水資源所占比重最大，其次是土地、環(huán)境、和交通承載力。對于單項指標(biāo)來說，人均水資源量所占比重最大，民用汽車擁有量所占比重最小。（2）濟南市城市承載力在2007-2016年整體呈現(xiàn)波動式增長趨勢。各子系統(tǒng)承載力也有一定程度的增加。（3）濟南市2017-2026年的承載力整體存在上升態(tài)勢。預(yù)測中只有土地承載力呈現(xiàn)下降趨勢，其它三種都呈現(xiàn)上升趨勢，這其中交通變化幅度最大，而水資源變化幅度最小。

【關(guān)鍵詞】城市承載力;灰色關(guān)聯(lián)分析;灰色預(yù)測;GM（1，1）模型

引言

隨著城鎮(zhèn)化程度的不斷加深，截至2016年底，濟南市城鎮(zhèn)化率從2007年的63.05%提高至2016年的69.46%。城鎮(zhèn)化率的提高再提升人民收入水平、生活質(zhì)量的同時，也出現(xiàn)了土地濫用、水資源浪費、交通擁擠、環(huán)境破壞等問題。因此，構(gòu)建合理的指標(biāo)體系，對濟南市城市承載力進行綜合分析，對于城市合理規(guī)劃和城市資源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

城市承載力的定義是指一個城市在可預(yù)見到的一個時期內(nèi)，基于本地的自然資源、能源、技術(shù)、智力等多個條件，在基本的物質(zhì)和精神需求下，能夠連續(xù)供養(yǎng)的人數(shù)[1]。目前已有許多學(xué)者從不同角度對城市承載力進行了研究：周侃等[2]在區(qū)域尺度上對水資源的超載狀態(tài)進行分析，構(gòu)建評價指標(biāo)體系和計算方法，對寧夏西海固地區(qū)水資源承載力進行評價。盧青等[3]運用“木桶原理”建立評價體系，對縣域資源環(huán)境承載力進行評價。王亮等[4]基于“PS-DR-DP”正六邊形相互作用模型，分析了北京市2010-2015年資源環(huán)境承載力狀態(tài)的變化趨勢。傅聰穎等運用熵權(quán)TOPSIS模型，分析了南昌市2006-2017年資源環(huán)境承載力動態(tài)變化情況，發(fā)現(xiàn)人類對耕地資源和水資源的消耗，是當(dāng)下制約承載力發(fā)展的重要因素。

本文基于灰色關(guān)聯(lián)法、層次分析法對2007-2016年濟南市城市承載力進行評價，并用GM（1，1）模型預(yù)測濟南市2017-2026年的城市承載力動態(tài)變化狀況，進而提出提升城市承載力的對策建議，為提高城市規(guī)劃合理性、促進可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)主要來源于2007-2016年《山東省統(tǒng)計年鑒》以及2007-2016年《濟南市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》。為了便于計算和分析，將原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理。根據(jù)指標(biāo)體系的類型，把各指標(biāo)體系分成效益型指標(biāo)、成本型指標(biāo)和適中型指標(biāo)三類?；疑P(guān)聯(lián)分析需要根據(jù)子指標(biāo) 得到評價指標(biāo) ?[5]。

1.2指標(biāo)體系的構(gòu)建

從前人已有研究中可以得知，城市承載力的評價指標(biāo)可以分為單因素指標(biāo)和綜合指標(biāo)評價體系兩種[6]。城市承載力的評價涉及資源、環(huán)境、交通等多方面的內(nèi)容，因此單因素指標(biāo)不能準(zhǔn)確的說明承載力的大小，不能較全面的反應(yīng)城市問題，因此我們采用綜合評價指標(biāo)體系。根據(jù)以往的評價方法以及濟南市的區(qū)域特點，將濟南市承載力評價分為土地承載力、水資源承載力、交通承載力和環(huán)境承載力4個一級指標(biāo)層，16個二級指標(biāo)層（圖1.1）。

1.3灰色關(guān)聯(lián)分析模型

灰色關(guān)聯(lián)度分析為可以量化的分析系統(tǒng)的變化態(tài)勢，基于序列曲線幾何形狀，依據(jù)其相似度來判別是否存在緊密聯(lián)系。相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度與曲線的接近程度成正比。

1.3.1層次分析法（AHP）權(quán)重分析

根據(jù)上述的指標(biāo)體系，建立濟南市城市承載力權(quán)重模型。根據(jù)數(shù)據(jù)的相對優(yōu)越程度，確定各指標(biāo)體系的相對重要標(biāo)度，通過規(guī)范化處理和一致性檢驗后，得到以下綜合得分：（表1.1）

其中p為各指標(biāo)所占的權(quán)重，r為指標(biāo)體系的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，得到濟南市各指標(biāo)承載力。

1.3.3灰色預(yù)測模型

（1）GM（1，1）預(yù)測模型

灰色預(yù)測模型能夠找到系統(tǒng)變化的規(guī)律，通過對系統(tǒng)變量間的差異度的識別，進行相關(guān)分析，利用原始數(shù)據(jù)以找到系統(tǒng)變化的規(guī)律，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)序列具有高規(guī)則性，進而構(gòu)建所需的微分方程模型，對未來的發(fā)展進行預(yù)測。它使用由不同定量值構(gòu)成的灰色預(yù)測模型來表示在等時距內(nèi)觀察到的預(yù)測對象特征，對將來某個時間的特征量進行預(yù)測，或估算到達(dá)某個特征量的時間。

（2）GM（1，1）模型的計算

將原始數(shù)據(jù)排成時間序列x（0）={ x（0）（1），x（0）（2），x（0）（3），…，x（0）（N）}，經(jīng)依次累加得x（1）={ x（1）（1），x（1）（2），x（1）（3），…，x（1）（N）}，使得x（1）滿足一階線性微分方程 ，上式為GM（1，1）模型，其中a、u為待定系數(shù)。通過最小二乘法計算a、u的數(shù)值。

（3）模型檢驗

對模型進行可行性檢驗，從殘差、相對誤差和預(yù)測精度三個方面入手，進行相關(guān)數(shù)值的檢驗計算。若滿足相對誤差Δk<0.01，方差比c<0.35，小誤差概率p>0.95，則模型精度為一級。

2城市承載力評價分析

建立濟南市城市承載力評價指標(biāo)體系后，可通過層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)度求得2007-2016年濟南市城市承載力各子系統(tǒng)指標(biāo)得分情況（表2.1）。

根據(jù)濟南市2007年—2016年濟南市承載力子系統(tǒng)指標(biāo)的得分情況，繪制出各子系統(tǒng)得分情況及綜合承載力得分的演變趨勢，分別如圖2、圖3所示。

根據(jù)表2.1、圖2.1、圖2.2可以看出濟南市城市承載力的變化趨勢如下：

（1）根據(jù)層次分析法對每個子系統(tǒng)的權(quán)重進行分析，水資源對城市發(fā)展的影響最大，為0.34，其次是土地承載能力、環(huán)境承載能力和交通承載能力，分別為0.24、0.24和0.17。

在單項指標(biāo)的分析中，所占權(quán)重最高的是人均水資源量，為0.139，大大高于其他指標(biāo)，其次是供水綜合生產(chǎn)能力，為0.11，兩者的權(quán)重表明水資源供給量對濟南市城市發(fā)展具有重要意義。再次為建成區(qū)綠化覆蓋率、人均公園綠地面積、人均耕地面積等，由0.09向下遞減。其中權(quán)重最小的單項指標(biāo)為民用汽車擁有量，僅為0.02，其余交通承載力指標(biāo)權(quán)重也較低，表明交通狀況對城市承載力的影響較低。

（2）濟南市水資源承載力在2007—2016年呈現(xiàn)出一定的波動式上升的趨勢，由2007年的0.212上升到0.2719，在2013年水資源承載力最高，為0.28，隨后由于水資源受降水、資源分配等多種不確定因素的影響以及城市水資源利用率不高，水資源承載力大幅下降。2014年以后，隨著人們對水資源的重視提高以及合理利用，水資源承載力又轉(zhuǎn)為上升。

（3）濟南市土地承載力呈現(xiàn)緩速上升趨勢，從0.2029上升到0.2195。2009年至2014年土地承載力逐年下降，在此期間，濟南市土地問題主要體現(xiàn)在人口密度增加，建成區(qū)面積增長迅速，耕地面積減少，城市用地緊張，人地矛盾突出。在近幾年，隨著《濟南市土地利用總體規(guī)劃》的頒布實施以及政府的調(diào)控作用，濟南市土地承載力開始上升，土地問題不斷得到改善。

（4）濟南市交通承載力在2007-2016年逐年上升，從0.0931上升至0.1562，提升效果明顯，這主要得益于公共交通的推廣以及近幾年共享交通的發(fā)展，這大大減輕了濟南市的交通壓力，對濟南市交通承載力的提高做出了重大貢獻。

（5）濟南市環(huán)境承載力大體呈現(xiàn)上升趨勢，從0.1959上升到0.2274，與上述子系統(tǒng)相比速度較為遲緩，且2007-2012年環(huán)境承載力有所下降。2013年起，隨著濟南市環(huán)境工程治理工作的展開，環(huán)境承載力轉(zhuǎn)為上升趨勢，且增速較快。

3城市承載力預(yù)測

通過上述GM（1，1）模型對未來十年濟南市城市承載力進行預(yù)測分析，通過了相對誤差檢驗，其結(jié)果如圖3.1所示.

通過建立GM（1，1）灰色預(yù)測模型預(yù)測分析濟南市2017-2026年的城市承載力，以期對濟南市的城市發(fā)展過程提供借鑒，研究結(jié)果表明：

（1）土地承載力是在2017-2026年各子系統(tǒng)中唯一呈現(xiàn)單調(diào)遞減趨勢的，且變化幅度較大，由2017年的0.2109下降到2026年的0.2024，平均每年變化幅度為0.009。

（2）水資源承載力在2017-2026年相對穩(wěn)定，存在逐年緩慢遞增的趨勢，由2017年的0.2404上升至2026年的0.2438，年平均變化幅度僅為0.004。

（3）交通承載力在2017-2026年大幅度上升，在各子系統(tǒng)中變化幅度最大，由2017年各子系統(tǒng)中承載力水平最低的0.1519上升至2026年承載力水平最高的0.2508，年平均變化幅度為0.011。

（4）環(huán)境承載力在2017-2026年最為穩(wěn)定，是各子系統(tǒng)中變化幅度最小的，由2017年的0.1994緩慢遞增至2026年的0.2096，年平均變化幅度為0.001。

通過分析預(yù)測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)在濟南市未來十年的城市承載力整體呈現(xiàn)上升態(tài)勢。預(yù)測中只有土地承載力呈現(xiàn)下降趨勢，其它三種都呈現(xiàn)上升趨勢，這其中交通變化幅度最大，而水資源變化幅度最小，交通年變化幅度最大，水資源變化幅度最小。各子系統(tǒng)承載力水平排名由2017年的水資源、土地、環(huán)境、交通，轉(zhuǎn)變?yōu)?026年的交通承載力最高，其次為水資源、環(huán)境和土地。這表明濟南市的整體承載力向好的方向發(fā)展，但是缺點明顯，仍然存在巨大的提高空間。

4結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

通過篩選城市承載力評價指標(biāo)，構(gòu)建評價系統(tǒng)，運用層次分析法確認(rèn)各項權(quán)重，建立土地、水資源、環(huán)境、交通四個評價子系統(tǒng)，計算2007-2016年濟南市城市承載力得分，利用GM（1，1）模型預(yù)測未來各子系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r，得出以下結(jié)論：

（1）各子系統(tǒng)中水資源占比重最大，其比重為0.34，其次是土地、環(huán)境、和交通承載力。對于單項指標(biāo)來說，人均水資源量占比重最大，其比重為0.139，民用汽車擁有量占比重最小，其比重僅為0.02。

（2）濟南市城市承載力在2007-2016年整體呈現(xiàn)波動式增長趨勢。其中水資源承載力由0.212上升至0.2719;土地承載力上升緩慢，由0.2029上升至0.2195;交通承載力提升明顯，從0.0931上升至0.1562;環(huán)境承載力由0.1959上升到0.2274。

（3）濟南市2017-2026年的承載力整體存在上升態(tài)勢。預(yù)測中只有土地承載力呈現(xiàn)下降趨勢，其它三種都呈現(xiàn)上升趨勢，這其中交通變化幅度最大，而水資源變化幅度最小。

4.2建議

根據(jù)研究結(jié)果與研究區(qū)具體情況，建議采取的主要措施有：

（1）倡導(dǎo)集約化開發(fā)，提升土地特別是耕地利用效率，面對土地的不可代替地位，要保護耕地紅線，加大保護力度，遵循生態(tài)優(yōu)先原則，以科技手段提高糧食產(chǎn)量。

（2）提高水資源保護力度，推進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，依托技術(shù)進步減少單位產(chǎn)值耗水量，引導(dǎo)傳統(tǒng)高耗水型產(chǎn)業(yè)向節(jié)水型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，重視提高水資源綜合整治能力，區(qū)域間協(xié)作調(diào)節(jié)和使用水資源。

（3）合理優(yōu)化交通布局，大力推廣公共交通，在城市發(fā)展過程中應(yīng)對城市交通的疏導(dǎo)和管理力度不斷加強，通過合理規(guī)劃交通路網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)避城市擁堵，大力提高公共交通承載力以提升交通質(zhì)量。積極整合各類優(yōu)勢資源，不斷優(yōu)化、升級、完善現(xiàn)有交通路網(wǎng)，大力開展法制交通建設(shè)。

（4）提升環(huán)境保護意識，控制高耗能、高排污企業(yè)增長速度，嚴(yán)格監(jiān)管企業(yè)污染排放，依法取締違規(guī)企業(yè)，推行清潔生產(chǎn)，注重節(jié)能減排，在規(guī)劃階段擴展公園綠地面積，提高城市綠化覆蓋率，以生物手段減少大氣污染、水污染。

參考文獻：

[1]時若婷. 長春城市承載力研究方法淺析[J]. 才智，2014（09）：320.

[2]周侃，樊杰，王亞飛，等. 干旱半干旱區(qū)水資源承載力評價及空間規(guī)劃指引——以寧夏西海固地區(qū)為例[J]. 地理科學(xué)，2019，39（02）：232–241.

[3]盧青，胡守庚，葉菁，等. 縣域資源環(huán)境承載力評價研究——以湖北省團風(fēng)縣為例[J]. 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2019，40（01）：103–109.

[4]王亮，劉慧. 基于PS-DR-DP理論模型的區(qū)域資源環(huán)境承載力綜合評價[J]. 地理學(xué)報，2019，74（02）：340–352.

[5]王帆. 基于可持續(xù)發(fā)展的西安城市承載力研究[D]. 西安工業(yè)大學(xué)，2010.

[6]呂斌，孫莉，譚文墾. 中原城市群城市承載力評價研究[J]. 中國人口·資源與環(huán)境，2008（05）：53–58.

作者簡介：

朱旻，1979年08月，男，漢，山東濟南，大學(xué)本科，高級工程師，研究方向：城鄉(xiāng)規(guī)劃。