基于層次分析法的煤炭資源型城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價

李漢卿，陳立強，竹 濤

(1.淮河水資源保護科學(xué)研究所，安徽 蚌埠 233001；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)大氣環(huán)境管理與污染控制研究所，北京 100083)

0 引 言

生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存的基礎(chǔ)，不僅為人類社會提供物質(zhì)產(chǎn)品，也提供了諸多的生態(tài)服務(wù)，生態(tài)環(huán)境的好壞直接關(guān)系到人類福祉[1]。城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價是指對影響城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的自然環(huán)境、社會經(jīng)濟環(huán)境以及人類生產(chǎn)活動能夠引起的諸多生態(tài)環(huán)境問題，通過恰當(dāng)?shù)姆椒▽ρ芯繀^(qū)域進(jìn)行定量評價，從而說明該區(qū)域的城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)劣及其影響[2]。對于煤炭資源型城市來講，煤炭資源在開采、加工和利用過程中會產(chǎn)生一系列生態(tài)環(huán)境問題，如地表塌陷、地表裂縫、水資源枯竭、大氣污染、水土流失等。因此，對煤炭資源型城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行動態(tài)評價，能夠使決策者明確煤炭資源型城市生態(tài)環(huán)境的基本情況，找出影響城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的制約因素，為煤炭開采的污染防治和提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提供技術(shù)支撐。

國內(nèi)許多學(xué)者將層次分析法應(yīng)用于區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價。朱曉華等[3]應(yīng)用層次分析法對1990—1999年江蘇省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的動態(tài)變化進(jìn)行系統(tǒng)評價，指出江蘇省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量存在客觀的空間分區(qū)特征和總體上存在變壞的態(tài)勢。蘆彩梅等[4]對1997—2001年山西省生態(tài)環(huán)境綜合質(zhì)量的動態(tài)變化進(jìn)行系統(tǒng)評價，結(jié)果表明，山西省生態(tài)環(huán)境綜合質(zhì)量、社會經(jīng)濟條件、抗逆水平呈漸好的態(tài)勢，但自然條件、環(huán)境水平呈下降趨勢。楊秀春等[5]應(yīng)用層次分析法，系統(tǒng)評價出南通市1990—1999年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體上呈變壞的態(tài)勢。寧小莉等[6]運用層次分析法對包頭市城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)變化進(jìn)行研究，數(shù)據(jù)表明1992—2006年包頭市城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體水平較低。周鐵軍等[7]評價了鹽池縣1991—2000年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)變化狀況，表明該縣的自然災(zāi)害和環(huán)境污染情況逐年變好，呈現(xiàn)良性發(fā)展勢頭。喻良等[8]運用層次分析法對福州市1996—2000年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了綜合評分，結(jié)果顯示福州城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有了很大進(jìn)步，但與廈門市還有一定差距。楊承剛[9]運用層次分析法對2012—2015年合肥市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評價，結(jié)果表明生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體呈上升趨勢。

采用層次分析法進(jìn)行煤炭資源型城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價的研究相對較少。本文采用層次分析法，構(gòu)建煤炭資源型城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價模型，在此基礎(chǔ)上對2010—2018年淮南市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行動態(tài)評價，并提出進(jìn)一步改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的建議。

1 研究區(qū)概況

淮南市位于淮河中游，安徽省中北部，東經(jīng)116.35°～117.21°，北緯31.90°～33.01°，地處暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量893.4 mm，平均氣溫16.6 ℃，四季分明，氣候溫和，雨量適中，光照充足，無霜期長。地貌兼有平原和丘陵的特點，淮河以南為丘陵，屬于江淮丘陵的一部分；北、中部為平原；東南部為崗地。淮南市是沿淮城市群的重要節(jié)點，合肥都市圈核心城市。

淮南市作為典型的煤炭資源型城市，煤炭資源豐富。目前，淮南煤田探明儲量180億t，遠(yuǎn)景儲量444億t，占安徽省的70%，占華東地區(qū)的32%，素有“百里煤城”、“華東工業(yè)糧倉”的稱譽。

2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價模型的構(gòu)建

2.1 評價指標(biāo)體系的建立

1)層次分析法

層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)[10]是美國著名運籌學(xué)家Saaty等在20世紀(jì)70年代提出的一種定性和定量相結(jié)合的綜合決策方法[11]。是將決策問題的各種要素分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層，用1～9標(biāo)度法對人的定性判斷進(jìn)行客觀定量化的一種系統(tǒng)分析和科學(xué)決策方法[12]。

層次分析法主要分為以下4個步驟[7]：① 構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)；② 建立判斷矩陣；③ 層次單排序及一致性檢驗；④ 層次總排序。

2)煤炭資源型城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

煤炭資源型城市的生態(tài)環(huán)境是隨著人類對煤炭資源的開發(fā)和利用而形成的人工生態(tài)系統(tǒng)[13]。生態(tài)環(huán)境具有復(fù)雜性和整體性，其主要包括自然環(huán)境、社會經(jīng)濟環(huán)境，其相互影響、相互依賴、相互制約。本文參考煤炭資源型城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)體系的相關(guān)研究成果[13]，遵循科學(xué)性、代表性、可操作性等原則[14]，結(jié)合淮南市的實際情況和數(shù)據(jù)資料的可獲得性，從自然環(huán)境、社會經(jīng)濟環(huán)境、環(huán)境污染治理3個層面選取了17個指標(biāo)，構(gòu)建了淮南市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價指標(biāo)體系。

在每一層次上，對該層因素進(jìn)行比較，采用1～9標(biāo)度法進(jìn)行定量化，構(gòu)造判斷矩陣，采用方根法計算判斷矩陣的最大特征值和特征向量。在滿足一致性原則前提下，進(jìn)行層次單排序，最后將各層次下因素的排序逐層匯總后，給出總目標(biāo)下因素的層次總排序。各指標(biāo)的各級權(quán)重計算結(jié)果見表1。

表1 淮南市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)體系及權(quán)重

3)一致性檢驗

一致性檢驗，是指對判斷矩陣是否具有一致性進(jìn)行檢驗。當(dāng)一致性指標(biāo)CR<0.1時，則認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，層次排序的計算結(jié)果可以接受。無論是層次單排序還是層次總排序，都要對其結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗。

利用方根法計算各評價指標(biāo)數(shù)據(jù)權(quán)重和一致性檢驗。經(jīng)檢驗，自然環(huán)境、社會經(jīng)濟環(huán)境、環(huán)境污染治理層次單排序CR分別為0.015 2、0.024 1、0.016 0，都小于0.1，滿足一致性檢驗。層次總排序CR=0.046 2<0.1，亦滿足一致性檢驗。

2.2 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

各要素統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自《安徽省統(tǒng)計年鑒年鑒》(2011—2019)、《淮南市統(tǒng)計年鑒》(2011—2019)、《淮南市環(huán)境質(zhì)量公報》(2011—2019)等統(tǒng)計資料以及政府相關(guān)網(wǎng)站。統(tǒng)計數(shù)據(jù)量綱不統(tǒng)一，無法直接用于計算。采用極差法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即

(1)

(2)

式中，Eij為Xi的無量綱值；Xij為第i個評價單元j個指標(biāo)的原始值；min(Xij)為第i個評價單元j個指標(biāo)的最小值；max(Xij)為第i個評價單元j個指標(biāo)的最大值；i為各評價指標(biāo)的序號，i=1，2，3，…，n。

2.3 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)模型構(gòu)建

各準(zhǔn)則層指標(biāo)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分指數(shù)Ei計算式為

(3)

式中，Eij為方案層各指標(biāo)的無量綱值；Wij為方案層各指標(biāo)的權(quán)重。

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)E的計算公式為

(4)

式中，Wi為各準(zhǔn)則層指標(biāo)的權(quán)重。

按照上述計算方法首先計算出各準(zhǔn)則層指標(biāo)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分指數(shù)，然后再計算出生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)。

3 淮南市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價結(jié)果

基于上述評價指標(biāo)及各指標(biāo)權(quán)重，對淮南市2010—2018年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)進(jìn)行計算，結(jié)果如圖1所示。

圖1 淮南市市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果隨年份變化

由圖1可知，對于淮南市2010—2018年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)，2011年為研究時段最小值0.267 0，2018年為研究時段最大值0.687 8，其較2011年增加了0.420 8。為了分析淮南市生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)的動態(tài)變化趨勢，對圖1進(jìn)行回歸分析，即

E=0.043 4t+0.243 6，

(5)

其中，t為時間。式(5)的斜率值(0.043 4)為正，表明淮南市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢。2011年，該市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最差，2012年明顯改善，2013—2015年略微下滑，2015—2018年持續(xù)改善。因此，淮南市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)值在2010—2018年總體呈現(xiàn)波動式上升?？傮w上，淮南市2010—2018年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量趨于改善。

根據(jù)圖1，進(jìn)一步對準(zhǔn)則層指標(biāo)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分指數(shù)隨時間變化進(jìn)行回歸分析。

N=0.027 6t+0.344 7，

(6)

式中，N為自然環(huán)境分指數(shù)。

S=0.028t+0.401 1，

(7)

式中，S為社會經(jīng)濟環(huán)境分指數(shù)。

P=0.057 5t+0.138 2，

(8)

式中，P為環(huán)境污染治理分指數(shù)。

根據(jù)以上計算結(jié)果，自然環(huán)境分指數(shù)與時間之間回歸方程式的斜率值為0.027 6，表明自2010年以來淮南自然環(huán)境總體變好；社會經(jīng)濟環(huán)境分指數(shù)與時間之間回歸方程式的斜率值為0.057 5，表明該市社會經(jīng)濟分指數(shù)隨時間總體變大，該市自2010年以來社會經(jīng)濟條件總體增長。環(huán)境污染治理分指數(shù)與時間之間回歸方程式的斜率值為0.057 5，表明該市環(huán)境污染治理分指數(shù)隨時間總體變大，淮南市自2010年以來環(huán)境污染治理狀況總體變好。

因此，淮南市2010—2018年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)和各分項指數(shù)呈波動式上升趨勢，淮南市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體趨于改善。

4 結(jié)論與建議

根據(jù)淮南市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動態(tài)評價發(fā)現(xiàn)，淮南市2010—2018年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體趨于改善。為進(jìn)一步改善淮南市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，建議如下：

1)立足“十四五”，做好頂層設(shè)計

“十四五”時期，是淮南開啟全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化新征程的關(guān)鍵時期，也是實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，加快建設(shè)現(xiàn)代化五大發(fā)展美好淮南的重要時期。為此，淮南市應(yīng)在全面增強創(chuàng)新能力、構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系、推動高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展、推進(jìn)社會治理能力現(xiàn)代化、構(gòu)建生態(tài)空間新體系等重點方面主動謀劃，落實新發(fā)展理念，將生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提升融入“十四五”發(fā)展的總體思路和目標(biāo)任務(wù)中，做好頂層設(shè)計。

2)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建雙輪驅(qū)動的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系

優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是煤炭資源型城市可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。針對淮南市的發(fā)展特征，淮南市應(yīng)繼續(xù)堅持煤與非煤“雙輪”驅(qū)動的發(fā)展戰(zhàn)略，走出煤炭資源特色城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級之路。堅持“立足煤、延伸煤、不唯煤、超越煤”的轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，做精做優(yōu)煤炭、電力兩大產(chǎn)業(yè)，延長煤炭產(chǎn)業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)煤電產(chǎn)業(yè)集群。同時，重點發(fā)展現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、旅游產(chǎn)業(yè)、新一代信息技術(shù)等產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建雙輪驅(qū)動下的淮南特色現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系。

3)積極推進(jìn)以采煤塌陷區(qū)治理為重點的生態(tài)環(huán)境建設(shè)

據(jù)統(tǒng)計，到2016年底，淮南市采煤塌陷面積278.6 km2，據(jù)預(yù)測，最終沉陷面積將達(dá)682.8 km2[15]。為此，淮南市應(yīng)總結(jié)已有的“泉大模式”、“后湖模式”、“鑫森模式”等成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上，繼續(xù)探索采煤塌陷區(qū)多元的治理與開發(fā)模式。通過采煤塌陷區(qū)治理，將煤炭資源開發(fā)、水土流失防治、生態(tài)環(huán)境修復(fù)、社會民生改善等有機結(jié)合，創(chuàng)造出淮南特色的生態(tài)文明之路。

4)自然環(huán)境保護與環(huán)境污染治理并重

堅持綠色發(fā)展理念，保護自然環(huán)境就是尊重自然規(guī)律，將資源稟賦和環(huán)境容量作為國土空間開發(fā)的基礎(chǔ)條件，在此基礎(chǔ)上劃定生態(tài)保護紅線、資源利用上線、環(huán)境準(zhǔn)入負(fù)面清單，明確禁止開發(fā)區(qū)域，優(yōu)化生態(tài)功能布局，促進(jìn)人與自然和諧共生。

環(huán)境污染治理就要落實最嚴(yán)格水資源管理制度，強化淮河水資源保護，積極整治河湖水體，努力提高城市“三廢”等環(huán)境污染的治理能力，加強土壤污染和揚塵污染防治，落實基本農(nóng)田保護制度等。同時，結(jié)合退耕還林等重點項目，切實加大植樹造林力度,提高森林覆蓋率和城鎮(zhèn)綠地面積，建造綠色礦山、濕地公園、城市綠地等生態(tài)景觀，提高城市景觀生態(tài)質(zhì)量，保障生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)改善。