aam Advances in Applied Mathematics 2324-7991 2324-8009 beplay体育官网网页版等您来挑战! 10.12677/aam.2024.137320 aam-91920 Articles 数学与物理 基于AHP与CRITIC权重法的综合生态环境质量评估——以吐鲁番市与哈密市为例
Comprehensive Ecological Environment Quality Assessment Based on AHP and CRITIC Weight Method—Taking Turpan and Hami Cities as Examples
李瑞华 北京林业大学理学院,北京 04 07 2024 13 07 3341 3355 17 6 :2024 11 6 :2024 11 7 :2024 Copyright © 2024 beplay安卓登录 All rights reserved. 2024 This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ 环境质量评价是强化环境管理的有效手段。对确定经济发展方向和保护环境等一系列重大决策都有十分重要的作用。本文主要依据中经数据网的相关数据,对2001~2022年吐鲁番市与哈密市综合生态环境质量进行评价研究,构建综合生态环境质量评价体系。首先,选取涵盖自然、经济和社会等多方面的指标数据,并进行特征提取与降维处理,简化计算模型。其次,使用主客观相结合的赋权法计算指标权重,具体为AHP (层次分析法)与CRITIC权重法。并将其与无量纲化数据进行合成计算,得到2001~2022年研究地区综合生态环境质量评价值,通过绘制相关折线图将综合生态环境质量可视化。最后对变化情况进行剖析,了解综合生态演变情况。结果表明两市的综合生态环境质量整体均呈现良好发展,且哈密市发展速度比吐鲁番较快,2001~2006年间,吐鲁番市综合生态环境质量高于哈密市,2007年至今,则相反。据此,本研究深入分析变化原因,并通过组合权重分析各指标对该地区生态环境可持续发展影响程度,结果表明棉花类与粮食类指标影响程度较大,人口类、GDP类(地区生产总值)与教育类指标影响程度较小,以此为基础为相关政策提供参考建议,促进绿色可持续发展,促进社会与经济发展。
Environmental impact assessment is an effective means of strengthening environmental management. It plays a very important role in determining the direction of economic development and protecting the environment in a series of major decisions. This article mainly evaluates the comprehensive ecological environment quality of Turpan City and Hami City from 2001 to 2022 based on relevant data from the China Economic Data Network, and constructs a comprehensive ecological environment quality evaluation system. Firstly, select indicator data covering multiple aspects such as nature, economy, and society, and perform feature extraction and dimensionality reduction to simplify the calculation model. Secondly, a combination of subjective and objective weighting methods is used to calculate indicator weights, specifically the Analytic Hierarchy Process (AHP) and CRITIC weighting methods. And combine it with dimensionless data for the composite calculation to obtain the comprehensive ecological environment quality evaluation values of the study area from 2001 to 2022. Visualize the comprehensive ecological environment quality by drawing relevant line charts. Finally, analyze the changes and understand the comprehensive ecological evolution situation. The results show that the overall comprehensive ecological environment quality of both cities has shown good development, and the development speed of Hami City is faster than that of Turpan. From 2001 to 2006, Turpan City had a higher comprehensive ecological environment quality than Hami City, while from 2007 to present, the opposite has been true. Based on this, this study conducted an in-depth analysis of the reasons for the changes and analyzed the degree of impact of each indicator on the sustainable development of the ecological environment in the region through a combination of weights. The results showed that cotton and grain indicators had a greater impact, while population, GDP (regional gross domestic product), and education indicators had a smaller impact. Based on this, relevant policies were provided with reference suggestions to promote green and sustainable development and social and economic development.
吐鲁番市,哈密市,综合生态环境质量,AHP (层次分析法),CRITIC权重法
Turpan City
Hami City Comprehensive Ecological Environment Quality AHP (Analytic Hierarchy Process) CRITIC Weight Method
1. 引言 1.1. 研究背景及意义

随着人类社会的快速发展,自然环境、经济活动和社会发展之间的相互作用日益密切。然而,这种相互作用往往导致一系列环境问题如资源过度消耗、生态破坏、环境污染等,对人类健康和可持续发展构成严重威胁。大多数学者都是对研究地区进行自然生态环境评估,辛会超等人基于GEE和RSEI对京津冀地区生态环境质量进行时序动态评估 [1] ;周海蓝等人对退耕还林地生态系统环境损害进行评估 [2] ;余小玉等人探究了污水处理厂新型污染物对水体生态环境的影响 [3] 等等。因此,全面、系统地评估生态环境状况,尤其是在自然、经济、社会三个方面的综合评估,显得尤为重要。

目前,各国政府和国际组织已经认识到生态环境评估的重要性,并投入大量资源进行研究和实践。然而,由于生态环境问题的复杂性和多样性,以及评估标准和方法的不统一,现有的生态环境评估体系仍存在一定的局限性。因此,深入研究自然、经济、社会三个方面综合生态环境评估的理论和方法,对于提高评估的准确性和有效性具有重要意义。

综合生态环境评估能够全面考虑自然、经济、社会三个方面的相互影响和制约关系,从而更准确地揭示生态环境问题的全面性和复杂性。这有助于我们更深入地了解生态环境问题的本质和根源,为制定有效的解决方案提供科学依据。通过综合生态环境评估,我们可以更好地平衡自然资源的保护和经济发展之间的关系,推动经济社会的可持续发展。评估结果可以为政策制定者提供决策依据,促进资源的合理利用和环境的有效保护。

综合生态环境评估的结果可以向公众传达生态环境问题的严重性和紧迫性,提升公众的环保意识和参与度,公众的广泛参与和监督有助于推动环境政策的实施和生态环境的改善。自然、经济、社会三个方面的综合生态环境评估需要不同领域和学科的专家共同参与和合作。这种跨界合作与交流有助于打破学科壁垒,促进知识共享和经验交流,推动生态环境评估领域的创新和发展。因此,自然、经济、社会三个方面综合生态环境评估的研究具有重要的理论价值和实践意义。通过深入研究和完善评估方法和技术体系,可以更好地应对生态环境挑战,促进人类社会的可持续发展。

1.2. 国内外研究进展

综合生态环境评估是一个涵盖自然、经济和社会多个方面的复杂过程,旨在全面理解和评价人类活动对生态环境的影响,以及生态环境对人类活动的反馈。在国内外,这一领域的研究已经取得了显著的进展。在国外,综合生态环境评估的研究起步较早,并且已经形成了相对完善的研究体系和方法论。自然方面,研究关注生态系统的平衡与稳定,包括生物多样性、生态服务功能以及自然资源的可持续利用,如Latifi Milad等人基于生态声学指数的声景分析对城市公园鸟类生物多样性进行评价 [4] 。经济方面,评估重点在于经济活动对生态环境的影响,以及如何在保证经济增长的同时实现生态环境的保护,如M. Jeya Bharathi等人进行了无机输入源对玉米和水稻生态系统土壤微生物多样性和土壤酶活性的评估 [5] 。社会方面,研究关注人类活动对生态环境的影响,以及社会制度和文化传统对生态环境保护的影响。同时,国外研究还注重跨学科合作,将生态学、经济学、社会学等多个学科的知识和方法相结合,以更全面、深入地理解生态环境问题,如AKM Ahsan Ullah等人对新冠疫情前后的东南亚的经济、社会、流动性与宗教方面进行研究分析 [6]

国内在综合生态环境评估方面的研究虽然起步较晚,但发展迅速。近年来,随着环保意识的提高和生态文明建设的推进,国内学者在生态环境评估领域进行了大量研究。自然方面,国内研究关注生态系统的恢复与重建,如白广潮等人分析了陕北地区某石油开采项目的生态影响并提供了恢复措施建议 [7] ,以及生态保护红线的划定与实施。经济方面,评估重点在于绿色经济的发展路径,以及如何在经济发展中实现生态环境的改善。社会方面,研究关注公众对生态环境问题的认知和态度,以及社会参与在生态环境保护中的作用。

2015年,崔荣辉从生态系统格局、生态系统质量、生态系统服务功能和生态环境问题等四个方面对陕西省2000⁓2010年生态环境质量进行综合评估与分析 [8] 。2022年,杜岚冰从农村生活环境、农村生产环境、农村生态环境3个要素层面构建东北地区农村生态环境评价指标体系,得出东北地区农村生态环境2003年到2020年所呈现的发展态势,同时采用灰色系统预测模型预测东北地区农村生态环境2021年到2030年的发展变化趋势 [9] 。2024年,向万淋等人基于2000、2010、2020年的遥感数据,结合生态环境指数(EI)和遥感生态指数(RSEI)构建了三峡库区生态环境质量综合评价体系 [10] 。同年,Win Wang等人设计了一个综合可持续性指数,评估生态低投入综合农作系统的有效性和环境影响 [11]

总体来看,国内外在综合生态环境评估方面的研究都取得了积极的进展,但仍然存在一些挑战和问题。例如,如何更准确地量化生态环境的影响、如何更有效地协调经济发展与生态环境保护的关系、如何提高社会公众对生态环境问题的认识和参与度等。

1.3. 研究目标、研究内容、技术路线

本研究旨在通过对吐鲁番市和哈密市自然、经济和社会三个方面进行深入调查和分析,全面了解两市的生态环境现状、问题及挑战。具体目标如下:

1) 揭示吐鲁番市和哈密市在自然生态、经济发展和社会生活等方面对生态环境的影响及相互关系;

2) 分析两市在生态环境保护、资源利用和经济发展等方面的优势和不足;

3) 提出针对性的生态环境保护和可持续发展策略,为两市的生态文明建设提供科学依据。

围绕上述研究目标,本文主要研究内容如下:

1) 建立综合生态环境质量评价体系。综合研究地区的已有相关统计数据和相关统计量,从自然、经济、社会三个方面建立综合评估的优化模型,遵循科学性、全面性、公众性的原则,选取指标。使用合理方法对指标进行筛选,计算指标权重,最终得到研究地区综合生态环境质量评价值,并进行讨论分析;

2) 结合生态评估阶段得出的各指标权重数据,分析各指标对研究地区生态环境可持续发展影响程度,为相关政策提供参考建议,促进绿色可持续发展,促进社会与经济发展。

根据上述研究目标与研究内容,本研究技术路线图如 图1 所示。

Figure 1. Technology roadmap--图1. 技术路线图--
2. 研究区域与数据 2.1. 研究区域概况

吐鲁番市位于新疆维吾尔自治区中部,是天山东部的一个东西横置的形如橄榄状的山间盆地,四面环山。其地理位置处于北纬41˚2'至43˚40',东经87˚16'至91˚55'之间,东临哈密,西、南与巴音郭楞蒙古自治州的和静、和硕、尉犁、若羌县毗连,北隔天山与乌鲁木齐市及昌吉回族自治州的奇台、吉木萨尔、木垒县相接。该地区东西长约245公里,南北宽约75公里。土地总面积达到69713平方公里,其中低于海平面的面积为2085平方公里,占新疆土地总面积的4.2%。

吐鲁番市的气候特征属于典型的大陆性暖温带荒漠气候,日照充足,热量丰富但极端干燥,降雨稀少且大风频繁,因此有“火洲”、“风库”之称 [12] 。全年平均气温为14℃,夏季平均气温在30℃左右,全年气温高于35℃的炎热天气平均为99天,高于40℃的酷热天气平均为28天。四季气候变化特点为春季短暂且升温快,夏季漫长且高温酷热,秋季更短且降温急促,冬季较短且天气晴好、寒冷期短。该地区全年日照时数长,蒸发量大,降水量少但局地性强。

吐鲁番市是一个多民族聚居区,拥有维吾尔族、汉族、哈萨克族、回族、满族、蒙古族、锡伯族、俄罗斯族等34个民族。其中,维吾尔族人口数量最多,占总人口的70.62%。2023年末全市常住人口69.34万人,城镇常住人口35.33万人,地区生产总值达到588.11亿元。吐鲁番市的经济主要依赖于农业和旅游业,工业发展相对滞后,且在高端人才和技术方面相对匮乏。

哈密市位于新疆维吾尔自治区的东部,是丝绸之路的喉咙,有“新疆门户”的美称,地处天山南缘,北邻伊犁州,东接昌吉回族自治州,西邻博尔塔拉蒙古自治州,总面积约为14.21万平方千米。该市地形以平原和丘陵为主,南部有山脉分布,地形起伏多变。该市属于典型的温带大陆性干旱气候,干燥少雨,晴天多。年平均气温较低,昼夜温差大。夏季酷热,蒸发强烈;冬季寒冷,低空气层稳定。哈密市的植被分布和生态系统类型多样。在山地地区,分布着针叶林,如新疆落叶松和天山云杉。而在平原和丘陵地区,则以草原和荒漠植被为主。境内水资源相对匮乏,主要依赖于降水和雪山融水;且水资源分布不均,一些地区面临严重的水资源短缺问题。境内拥有丰富的矿产资源,如煤炭、铁矿等。

全市主要民族包括汉族、维吾尔族、哈萨克族等。2023年地区生产总值达到982.7亿元,该年增长率为11.3%,主导产业包括能源、化工、农业、旅游业等。

2.2. 数据来源与处理

本文选取2001⁓2022年吐鲁番市与哈密市关于自然、经济与社会三个方面的相关数据,包括年平均气温、年降水量、户籍人口数等49个变量指标。数据来源于中经数据网、吐鲁番市人民政府网与哈密市人民政府网,文献资料 [13] 作为补充。

本文使用线性比例变换法 [14] 对指标数据进行无量纲化处理,其优点在于简单性和直观性,可直接根据原始数据的范围和分布进行转换,且通常不改变数据的分布形态,仅改变数据的范围和数值大小。本文将指标分为正向指标与逆向指标,分别对应式(1)与式(2)进行无量纲化处理,将所有指标统一转换为正向指标,即越大越好。指标中平均气温类数据本应归为中性指标,考虑到研究区域平均气温较低,故归为正向指标。决策矩阵记为 X = ( x i j ) n × m

y i j = x i j x j ( i = 1 , 2 , , n , j = 1 , 2 , , m ) (1)

y i j = x j x i j ( i = 1 , 2 , , n , j = 1 , 2 , , m ) (2)

其中, y i j 是无量纲化后的指标数值, x i j 为原始的指标数值;式(1)中, x j = max ( x i j ) ( i = 1 , 2 , , n ) ,式(2)中, x j = min ( x i j ) ( i = 1 , 2 , , n )

3. 综合生态环境质量评估 3.1. 指标聚类与数据组合

为减少数据的复杂性、冗余性与相关性,本文将49个指标数据进行分类与聚类,即将数据划分为不同的子集,每个子集内部的数据点具有较高的相似性,而不同子集之间的数据点则具有较大的差异性,实现特征提取与降维。其中,初分类即将具有直观的强相关性的指标归为一类,如将粮食产量与粮食播种面积归为粮食类,将进口总额、出口总额、进出口总额归为进出口类等,得到16个初组合指标;再聚类即将初分类得到的组合指标通过计算数据距离归为一类,得到5个综合指标。指标聚类结果如 表1

<xref></xref>Table 1. Indicator clustering resultsTable 1. Indicator clustering results 表1. 指标聚类结果

综合指标

初组合指标

单一指标

A1

粮食类(B1)

粮食产量(吨,C1)、粮食播种面积(千公顷,C2)

森林类(B2)

森林病虫鼠害防治率(%, C3)、人工造林面积(公顷,C4)、森林病虫鼠害发生面积(公顷,C5)

A2

纱产量(B3)

纱产量(吨,C6)

水资源类(B4)

地表水资源量(亿立方米,C7)、地下水资源量(亿立方米,C8)、人均水资源量(立方米/人,C9)

A3

棉花类(B5)

棉花播种面积(千公顷,C10)、棉花产量(吨,C11)

进出口类(B6)

出口总额(万美元,C12)、进口总额(万美元,C13)、进出口总额(万美元,C14)

人口类(B7)

户籍人口数(人,C15)、户籍人口数增速(%, C16)

A4

医疗类(B8)

医疗卫生机构床位数(张,C17)、医疗卫生机构数(个,C18)、卫生人员数_卫生技术人员(人,C19)

教育类(B9)

普通高中招生数(人,C20)、普通小学招生数(人,C21)、普通高中毕业生数(人,C22)、中等职业学校毕业生数(人,C23)、中等职业学校招生数(人,C24)、普通小学学校数(所,C25)、普通小学毕业生数(人,C26)

A5

年降水量(B10)

年降水量(mm, C27)

葡萄类(B11)

葡萄产量(吨,C28)、葡萄园面积(千公顷,C29)

气温类(B12)

平均最低气温(℃, C30)、年平均气温(℃, C31)、平均最高气温(℃, C32)

第三产业类(B13)

第三产业增加值(万元,C33)、行业增加值_交通运输、仓储和邮政业(万元,C34)

A5

第二产业类(B14)

水泥产量(万吨,C35)、行业增加值_建筑业(万元,C36)、规模以上工业企业利润总额(万元,C37)、工业增加值(万元,C38)、第二产业增加值(万元,C39)、规模以上工业企业资产负债率(%, C40)

第一产业类(B15)

蔬菜播种面积(千公顷,C41)、第一产业增加值(万元,C42)、农用机械总动力(千瓦,C43)、农作物总播种面积(万元,C44)

GDP类(B16)

GDP增速(%, C45)、一般公共预算收入(万元,C46)、一般公共预算支出(万元,C47)、社会消费品零售总额(万元,C48)、GDP (万元,C49)

初组合指标的数据由单一指标数据加权平均计算得出,其中,权重主要依据已有指标相关文献数得到。综合指标的数据由初组合指标数据加权平均计算得出,权重计算方法具体见3.2节。

3.2. 权重计算<xref ref-type="bibr" rid="hans.91920-14"> [14] </xref> <xref ref-type="bibr" rid="hans.91920-15"> [15] </xref>

指标权重的方法可细分为主观赋权法和客观赋权法两大类别。主观赋权法在根据属性本身含义确定权重方面具有优势,但客观性较差,如AHP和二项系数法;而客观赋权法在不考虑属性实际含义的情况下,确定权重具有优势,但不能体现决策者对不同属性的重视程度,有时会出现确定的权重与属性的实际重要程度相悖的情况,如熵权法和多目标规划法。

为了保证权重确定的准确性和科学性,本研究使用主客观结合的赋权方法来确定综合生态环境指标权重。首先,分别采用AHP和CRITIC权重法来计算指标的初始权重;随后利用最小相对信息熵原理,得出组合权重。这种方法既考虑了专家经验,又结合了实际数据,能够更全面、准确地反映各指标在评价体系中的重要程度。

AHP是一种解决多目标的复杂问题的定性与定量相结合的决策分析方法。该方法由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂(T. L. Saaty)于20世纪70年代初提出,旨在将决策问题分解为不同的目标、准则和方案层次,然后在此基础上进行定性和定量分析。

首先,将决策问题分解为不同层次的准则和子准则,形成一个层次结构图,通常包括目标层、准则层和方案层。决策者需要对每个准则进行两两比较,根据其相对重要性给出一个判断矩阵。判断矩阵的元素表示准则之间的重要性比较,通常使用1~9的尺度进行评,本文根据各指标已有相关文献数得到判断矩阵,且具有良好的一致性。其次对判断矩阵进行归一化处理,进而计算得到每个准则的权重值。

CRITIC权重法是一种基于数据波动性的客观赋权法,其核心思想在于利用两项指标:对比强度和冲突性,来确定不同指标的权重。

对比强度主要反映同一指标在不同评价对象之间的取值差异大小,通常以标准差来表示。标准差越大,表明该指标在不同评价对象之间的波动越大,因此其权重也应更高。因为较大的波动性意味着该指标能够提供更多区分不同评价对象的信息。冲突性则是通过相关系数来表达,其反映了不同指标之间的相关性。如果两个指标之间的相关系数较大且为正值,说明它们之间的冲突性较小,即这两个指标在评价过程中提供的信息有较大的重叠,因此它们的权重应该较低。

在实际操作中,CRITIC权重法首先对数据进行无量纲化处理,以消除不同指标量纲的影响。然后,计算每个指标的标准差和相关系数,进而得到对比强度和冲突性的具体数值。最后将对比强度与冲突性指标相乘,并进行归一化处理,得到最终的权重。

R j = i = 1 n ( 1 r i j ) ( j = 1 , 2 , , n ) (3)

C j = S j i = 1 n ( 1 r i j ) = S j R j ( j = 1 , 2 , , n ) (4)

W j = C j i = 1 n C j ( j = 1 , 2 , , n ) (5)

式(3)中, R j 表示各指标的指标冲突性, r i j 为各指标间的相关性系数;式(4)中, S j 为各指标数据的标准差,表示指标变异性, C j 表示各指标的信息量,信息量越大,该指标在整个评价体系中的作用越大,应分配更多的权重, W j 即为指标权重。

最小相对信息熵原理在组合权重中的应用主要体现在通过优化权重分配将信息的不确定性或随机性最小化,从而提高系统的稳定性和预测性。由拉格朗日乘子法得到具体计算公式(6)。本研究共有两处用到权重组合,第一处为计算初组合指标的权重,进而得到初组合指标无量纲化数值,第二处为计算综合指标的权重。

W i = W 1 i W 2 i i = 1 n W 1 i W 2 i ( i = 1 , 2 , , n ) (6)

其中, W i 表示指标的组合权重, W 1 i 表示由AHP得到的权重, W 2 i 表示由CRITIC权重法得到的权重。具体结果如 表2

<xref></xref>Table 2. Indicator weightTable 2. Indicator weight 表2. 指标权重

综合指标

组合权重

CRITIC权重

AHP权重

初组合指标

组合权重

CRITIC权重

AHP权重

A1

0.1650

0.2605

0.2233

粮食类(B1)

0.862

0.587

0.965

森林类(B2)

0.138

0.413

0.035

A2

0.0570

0.2596

0.1310

纱产量(B3)

0.559

0.704

0.403

水资源类(B4)

0.441

0.296

0.597

A3

0.3870

0.1971

0.2974

棉花类(B5)

0.750

0.465

0.911

进出口类(B6)

0.192

0.432

0.064

人口类(B7)

0.058

0.103

0.025

A4

0.0690

0.1100

0.0938

医疗类(B8)

0.861

0.681

0.947

教育类(B9)

0.139

0.319

0.053

A5

0.3230

0.1728

0.2544

年降水量(B10)

0.176

0.021

0.547

葡萄类(B11)

0.218

0.215

0.082

气温类(B12)

0.148

0.038

0.214

第三产业类(B13)

0.078

0.250

0.009

A5

0.3230

0.1728

0.2544

第二产业类(B14)

0.097

0.174

0.020

GDP类(B16)

0.064

0.150

0.010

第一产业类(B15)

0.219

0.152

0.117

3.3. 综合生态质量评价值计算模型

将综合指标的权重与其无量纲化数值进行合成运算,得到研究地区各年的综合生态环境质量评价值。

E = i = 1 n y i W i ( i = 1 , 2 , , n ) (7)

其中, E 表示综合生态环境质量评价值,该值越接近1,说明研究地区综合生态环境质量越高( 表3 ); y i 表示综合指标无量纲化数值, W 表示综合指标权重值。

<xref></xref>Table 3. Weights of initial combination indicatorsTable 3. Weights of initial combination indicators 表3. 初组合指标权重

综合生态环境质量评价值(E)

综合生态环境质量描述

0.8 ≤ E < 1

优质

0.7 ≤ E < 0.8

良好

0.6 ≤ E < 0.7

一般

0.5 ≤ E < 0.6

较差

0.0 ≤ E < 0.5

非常差

3.4. 结果与分析

通过上述模型分别计算出吐鲁番市与哈密市2001⁓2022年综合生态环境质量评价值,为了更加直观地展示两市综合生态环境的演变规律, 图2 将其可视化。

Figure 2. Comprehensive ecological environment assessment values for Turpan and Hami Cities from 2001 to 2022--图2. 2001⁓2022年吐鲁番市与哈密市综合生态环境评价值--

哈密市的综合生态环境质量评价值在2001⁓2018年整体呈现上升趋势,并在2016年达到最高值0.7882;且在2001⁓2006年间发展较为缓慢,在2007⁓2016年发展较为迅速,在2016⁓2018年发展趋于平稳,这与该市的自然、经济与社会环境的实际发展有高度相似性,在我国综合实力逐步加强的大环境下,吐鲁番市在各方面的发展均有稳步提升。从原始数据直观来看,该市的粮食产量、普通高中毕业生数、工业增加值年降水量等指标数据均呈现上升趋势。同时,根据 图2 ,该市于2019年综合生态环境质量评价值开始降低,于2021年开始增长,仍与实际相符。在2019年COVID-19爆发的社会背景下,吐鲁番市的综合发展必然受到消极影响,该年全市地表水资源量从5.67亿立方米下降至4.64亿立方米,建筑业行业增加值也骤降等。2021年,我国经济实现全面而稳健的恢复,经济发展和疫情防控保持全球领先地位,主要指标实现预期目标;该市的发展也呈现出逐渐回笼的态势,出口总额相比上一年增加约2000万美元,规模以上企业利润总额实现新突破,年增长率达到246.1%等等。近年来,该市生态环境局积极践行习近平生态文明思想,转变监管理念,将执法工作融入经济社会发展,优化执法方式、提升服务效能,重视生态环境,激发市场活力,促进哈密经济高质量发展 [17]

与哈密市相比,吐鲁番市的综合生态环境质量评价值增长较为缓慢,且于2007年出现小幅度下降,也是从该年开始至今,吐鲁番市的综合生态环境质量都低于哈密市。实际中,2007年该市粮食产量从52,667吨下降至8415吨,人工造林减少面积超过1000公顷,房地产开发投资比上年下降36.1%;其中粮食产量下降的原因主要源于粮食种植面积从11.39下降至1.75千公顷,由于市场体系尚待完善,监测技术相对滞后,该市国家级无公害农产品生产基地的潜在优势未能充分展现,当前生产的蔬菜缺乏清晰的无公害标识,导致高品质产品未能获得相应的高价,这无疑挫伤了农户的种植积极性 [18] 。2008⁓2014年该市综合生态环境质量评价值稳步增长,与哈密市发展状况类似。2015、2016年出现下降形势,主要表现在户籍人口数下降2.94%,规模以上工业企业资产负债率比2014年增加7%,进出口总额由3742万美元下降至2147万美元,以及蔬菜、棉花播种面积均大幅度下降等等,这与当时设施农业的发展存在机具种类单一、数量少、投入不足、规模小等问题有一定联系 [19] 。同时在2019年因疫情影响综合生态环境质量有所下降,近年发展状况与哈密市类似。

将各初组合指标数据在整个评价体系中的权重降序排列,见 表4 。组合权重越高,说明该指标对研究地区综合生态环境质量影响程度越大;反之,影响程度越小。根据 表4 ,棉花类指标、粮食类指标的权重较大,具体指标包含棉花种植面积、棉花产量、粮食种植面积、粮食产量等;人口类、GDP类(地区生产总值)、教育类指标权重较低,具体指标包含户籍人口数、GDP增速、一般公共预算收入、普通高中毕业生数等。

<xref></xref>Table 4. Weights of initial combination indicatorsTable 4. Weights of initial combination indicators 表4. 初组合指标权重

初组合指标

组合权重(降序)

初组合指标

组合权重(降序)

棉花类(B5)

0.2903

纱产量(B3)

0.0319

粮食类(B1)

0.1422

第二产业类(B14)

0.0313

进出口类(B6)

0.0743

第三产业类(B13)

0.0252

第一产业类(B15)

0.0707

水资源类(B4)

0.0251

葡萄类(B11)

0.0704

森林类(B2)

0.0228

医疗类(B8)

0.0594

人口类(B7)

0.0224

年降水量(B10)

0.0568

GDP类(B16)

0.0207

气温类(B12)

0.0478

教育类(B9)

0.0096

3.5. 评估体系的验证(以三亚市为例)

为了检验上述综合生态环境质量评估体系的可行性与准确性,本文对三亚市进行自然、社会、经济等多方面综合生态环境质量评估,并与吐鲁番市、哈密市进行对比。

三亚市位于中国海南岛的最南端,陆地总面积约1919.58平方千米,海域总面积约6000平方千米 [20] ,拥有得天独厚的自然环境。该市拥有丰富的水域资源,沿岸有大小港湾19个,包括著名的三亚湾、亚龙湾等。这些港湾不仅为渔业和航运业提供了便利,也为旅游业的发展提供了丰富的资源。其次,三亚市的地形复杂多样,山地、丘陵面积较大,土壤可分为多个亚类,如山地黄壤、赤红壤和砖红壤等。这些地形和土壤特征为当地的植被生长提供了多样化的条件,使得三亚市的植被覆盖良好,生物多样性丰富。在气候方面,三亚市属于热带海洋性气候,四季温暖如春,空气湿润,阳光充足,非常适合旅游和居住。

至于三亚市的社会经济发展状况,近年来,该市在多个领域都取得了显著的进展。凭借其优美的自然风光和丰富的旅游资源,三亚市吸引了大量的国内外游客前来观光旅游,推动了旅游业的快速增长 [21] 。其次,该市的经济结构也在不断优化,除了旅游业,该市还积极发展其他产业,如农业、渔业和制造业等,形成了多元化的经济结构。同时,三亚市还注重引进高新技术产业和创新型企业,推动经济的转型升级。

三亚市不仅拥有优美的自然环境还在社会经济发展方面取得了显著的成就,因此其对于验证模型,并与吐鲁番市、哈密市进行对比是一个很好的选择。

同样选取涵盖自然、经济、社会多方面的指标数据,使用本模型对三亚市进行综合生态环境质量评估,最终得到该市2005⁓2021年综合生态环境质量评价值,见 图3

Figure 3. The comprehensive ecological environment evaluation values of Sanya City, Turpan City, and Hami City--图3. 三亚市、吐鲁番市与哈密市的综合生态环境评价值--

结果表明,在2005⁓2021年间,三亚市的综合生态环境质量评价值整体呈上升趋势,并于近年趋于平稳状态。这反映出三亚市自然、社会与经济多方面发展取得了积极的成效,并且这种趋势表明该市的综合生态环境状况得到了持续改善和稳定。

同时,三亚市的评价值折线图整体在吐鲁番市与哈密市之上,这与实际情况相符。三亚市作为热带海滨城市,自然条件优越,生物多样性丰富,这为生态环境保护提供了良好的基础。此外,三亚市可能更加注重生态旅游和可持续发展,因此在生态环境保护方面投入更多资源。然而,吐鲁番市和哈密市位于西部内陆地区,可能面临水资源短缺、生态脆弱等问题。同时,经济发展相对滞后也可能限制了当地在生态环境保护方面的投入和能力。

综合分析,可验证本文评估体系的可行性与准确性。

4. 总结与建议 4.1. 主要研究结论

党的十九大提出,要建立市场化、多元化生态补偿机制;设立国有自然资源资产管理和自然生态监管机构的战略任务,党的二十大提出要加快实施重要生态系统保护和修复重大工程,建立生态产品价值实现机制,完善生态保护补偿机制。为贯彻习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”的生态文明理念,生态评估预测研究领域需要进一步发展。鉴于西部地区发展缓慢,且自然条件有限,本研究以吐鲁番市与哈密市为例,对该地进行综合生态评估,涉及自然、经济与社会三个方面,并提出相关政策建议,促进当地社会与自然和谐发展,进一步提高经济基础。

对吐鲁番市与哈密市综合生态环境质量评价结果显示,在2001⁓2006年,吐鲁番市综合生态环境质量要高于哈密市,从2007年至今,哈密市较高,且从2019年至今,两市各方面发展趋势差距不大。其中吐鲁番市从2001⁓2018年综合生态环境质量均呈现上升趋势;2019年,在COVID-19影响下有所下降,现在已经有所恢复,并在未来有增长趋势。哈密市在2001⁓2006年间,综合生态环境质量变化较小,同时分别在2007年、2015年、2019年出现下降状态,其余年份整体呈现增长趋势。

4.2. 相关建议

根据综合生态环境质量评估得出的各指标权重数据以及评价结果,结合研究地区的实际情况,对吐鲁番市与哈密市综合生态环境建设提出以下建议:棉花类和粮食类指标在评估综合生态环境质量时具有较高权重,在发展农业生产时,吐鲁番市与哈密市应平衡经济效益与生态效益。具体来说,可在保证粮食安全和棉花产业稳定发展的同时,通过推广节水灌溉技术、优化种植结构、提升农产品加工链条等方式,降低农业活动对生态环境的压力。例如,可适度调整作物种植比例,发展耐旱、抗风沙的作物品种,提高土壤肥力和水资源利用效率。

在人口和经济发展方面,虽然GDP增长和人口数量等指标权重相对较小,但仍为衡量城市发展水平的重要参考。吐鲁番市和哈密市应注重内涵式发展,通过科技创新、优化产业结构、改善营商环境等手段,促进经济转型升级,提高经济增长质量和效益。

吐鲁番市和哈密市应与其他地区加强在生态环境保护领域的合作与交流,分享成功经验和做法,共同推动区域生态环境的改善,如三亚市。国家和社会可以加大对西部地区经济发展的支持力度,促进当地产业结构调整和转型升级,从而减少对生态环境的压力。另外在全社会范围内加强生态环境保护宣传和教育,提高公众的环保意识和参与度,共同营造良好的综合生态环境氛围。

吐鲁番市和哈密市应根据各自的资源禀赋和产业优势,加强产业合作,形成互补发展的产业格局。例如,哈密市可以依托其丰富的煤炭和风能资源,大力发展清洁能源产业;而吐鲁番市则可以依托其独特的农业资源和气候条件,发展特色农业和农产品加工业。

建立两市经济协作机制,共同推进区域一体化进程。通过加强交通基础设施建设,提升两市之间的通达性,促进人流、物流、信息流的畅通,推动形成更加紧密的经济联系。

简化行政审批程序,提高政府服务效率,吸引更多企业投资。同时,加强两市之间的招商引资合作,共同引进一批高质量、高效益的项目,推动经济高质量发展。

两市应共同加强生态环境保护工作,落实生态文明建设要求。加大对自然保护区、生态脆弱区的保护力度,严格控制污染物排放,加强环境监管和执法力度。

推动绿色产业发展,鼓励企业采用清洁生产技术,降低能源消耗和污染物排放。同时,加强两市在节能环保、资源循环利用等领域的合作,共同推动绿色发展。

建立生态补偿机制,对在生态环境保护中做出贡献的地区和企业给予经济补偿,激励更多的主体参与到生态环境保护中来。

吐鲁番市和哈密市都有着丰富的历史文化和民族风情,应加强文化交流与合作,共同举办文化节庆活动、展览等,增进两市之间的了解和友谊。

加强两市在教育、医疗等领域的合作,推动优质教育医疗资源的共享。通过合作办学、医疗合作等方式,提升两市的教育医疗水平,满足人民群众的需求。

推动社会治理创新完善社区治理体系,提升社会治理水平加强两市在社会治理方面的经验交流和学习借鉴,共同提高社会治理效能。

4.3. 本研究的创新点与不足

1) 本文对研究地区综合生态评估并进行预测,使用的指标数据涵盖多方面,大多数学者只对某一生态方面评估与预测,如土地利用 [22] 、空气质量评估 [23] 等单一方面。

2) 目前对西部地区的生态质量评估预测较少,西部地区各方面发展较为落后,更需要生态研究为社会发展可以提供有利条件,发掘潜力很大。

3) AHP与CRITIC权重法都是综合评价的常用方法,但将二者结合使用的研究还在少数。AHP在权重的确定过程中主观成分相对较重,由于对标度法专家打分的质量重视不够,不能客观的评价各个样本。同时CRITIC法依赖样本数据,可能导致不重要的指标凸显和重要指标丢失。所以将二者结合起来应用,形成互补,可以将评价问题做得更科学、合理、可行。

1) 在本文的研究中,选取的指标仅包含正向指标与逆向指标,并未涉及中性指标。这种选择在一定程度上简化了评估模型,但同时也可能忽略了某些复杂因素对于综合生态环境质量的影响。正向指标通常用来反映有利于生态环境质量提升的因素,而逆向指标则用来反映对生态环境质量产生负面影响的因素。然而,在实际环境中,还存在一些中性因素,它们对于生态环境质量的影响可能并不直接表现为正面或负面,但同样具有重要的评估价值。

2) 本文在使用AHP计算权重时,比较矩阵的构建主要依据已有相关文献数的比例进行设定。然而,这种方法在实际操作中具有一定的主观性和笼统性,可能会影响到权重计算的准确性和可靠性。首先,由于文献数量的比例往往受到研究领域的热度、研究者的关注程度以及文献获取的难易程度等多种因素的影响,因此,仅仅依据文献数比例来构建比较矩阵可能无法全面、准确地反映各指标之间的相对重要性。此外,不同研究者对于文献的筛选和评价标准可能存在差异,这也可能导致比较矩阵的构建存在主观偏差。为了降低这种主观性和笼统性,可以邀请相关领域的专家进行打分,利用专家的专业知识和经验来判断各指标之间的相对重要性。同时,也可以设计调查问卷,向广泛的目标群体收集意见,以更全面地了解各指标在实际应用中的重要程度。

3) 本文对研究区域进行综合生态环境质量评估时,尽管已经尽量涵盖了多个方面的影响因素,但实际生态环境质量的影响因素远比本研究选取的指标要丰富和复杂。在实际研究中,由于数据获取和处理的限制,往往无法将所有影响因素都纳入评估体系。此外,即使能够获取到所有相关数据,如何将这些数据进行有效整合和量化,以客观反映生态环境质量状况,也是一个具有挑战性的问题。希望在未来的研究中,可以继续深化对生态环境质量影响因素的认识,不断完善评估指标和方法以更准确地反映和预测区域生态环境质量的变化趋势。

基金项目

Supported by the Third Xinjiang Scientific Expedition Program (Grant No.2022xjkk1205)。

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