拉萨市生态城市评价指标体系及构建及应用.doc

拉萨市生态城市评价指标体系的构建及应用 作者：刘宪华，米玛，王梦姝，刘茜，柴立和 时间：11-12-29 摘要：根据生态城市的建设原则和拉萨市的城市发展定位，利用层次分析法（AHP）构建了 拉萨市生态城市评价指标体系，并利用这一指标体系对拉萨市城市发展历史数据进行了分析和评价。论文还从非平衡统计力学的角度探讨了拉萨市生态城市系统的结构形成和演变的动力学规律，结合自组织特征映射网络的算法，指出了不同年份拉萨市生态城市系统结 构模式的变化，为理解生态城市演化系统中组元的变化机理及相应的调控提供了量化上的 依据。关键词：生态城市；拉萨；评价指标体系；层次分析法；广义信息熵 0 引言二十世纪 50 年代以来，全球工业化进程加快，城市人口急剧增加，城市环境污染严重， 城市资源短缺，严重制约了城市的发展1。生态城市是在生态学原理和可持续发展理论支撑 下，在区域自然环境综合约束下的城市发展模式。“生态城市”概念的提出为城市的发展找 到了一种理想模式，成为现代城市发展的方向和目标2-4。35 拉萨作为一个典型的高原城市，在城市建设过程中，不可避免的会出现城市通病城市 环境问题。拉萨位于生态环境比较脆弱的地带，环境问题一旦发生，解决起来将付出比其它 地区城市更大的代价。在开发西部的背景下，如何保护和利用生态环境资源，发展生态经济， 正成为拉萨及周边城市急需解决的问题之一。因而，在拉萨进行生态城市建设具有更重要的 意义。本文尝试通过利用现代生态城市建设的基本理论、方法和策略，在慎重调查研究拉萨40 市发展现状的基础上，构建拉萨市生态城市评价指标体系，并对拉萨市自然生态系统、社会 生态系统、经济生态系统建设进行客观的分析，进而为拉萨市建设生态城市提供数据支持和 思路。 1 研究方法 1.1 拉萨生态城市评价指标的构建生态城市是一个经济社会自然的复合生态系统，因此，拉萨生态城市评价指标也从 经济、社会、自然三个方面来制定。根据指标体系设计的原则、评价指标标准的制定，结合 拉萨各类统计资料的实际情况，参考 Wang 等人提出的生态城市指标体系2-5，本文提出拉 萨生态城市评价指标主要有三大类：社会生态系统指标、经济生态系统指标和自然生态系统50 指标。这个指标体系能够反映、考核和评价拉萨生态城市社会、经济与生态环境的各方面情 况与综合效应。拉萨生态城市评价指标体系共由总目标层、子目标层、准则层和指标层四个 层次构成，具体如表 1 所示。表 1 拉萨市生态城市评价指标体系Tab.1 Assessment index system for Lhasa eco-city55总目标层object layer子目标层sub object layer准则层criteria layer指标层index layer单位unit自然生态系统（B1）西 藏拉 经济生态系统2萨 （B ）市生 态 系 统A（绿化水平（C1）环境质量（C2）环境治理（C3）人口指标（C4） 经济发展（C5）人均公共绿地面积（C11） 绿地覆盖率（C12） 人均公园面积（C13）城区区域环境噪声超标率（C21） 城区大气可吸入颗粒年日均值（C22） 城区 S02 年日均值（C23）城区 N02 年日均值（C24） 饮用水源水质达标率（C25）环保投资经费占 GDP 比重（C31） 工业废气处理率（C32） 废水处理率（C33） 固废综合利用率（C34） 人口密度（C41） 自然增长率（C42）GDP 增长率（C51） 人均 GDP（C52） 城镇居民英格尔系数（C53） 第三产业占 GDP 比重（C54） 旅游业占 GDP 比重（C55）m2%m2%/m/m/m%人/km2%元%） 全社会固定资产占 GDP 比重（C ） %社会生态系统（B3）物质文化生 活（C6）2256 职工平均工资（C61） 元 人均住房面积（C62） m人均拥有道路面积（C63） m人均生活用水（C64） 升社会保障(C7)万人拥有高等学校在校生数比率（C65） % 万人藏书量（C66） 册 每百户拥有移动电话数（C67） 部平均每万人口拥有医院、卫生院床位数（C71） 张 社会福利和补助率（C72） % 失业率（C73） % 刑事案件侦破率（C74） %- 2 -1.2 2.2 拉萨生态城市评价指标权重的确定在建立上述的拉萨市生态城市评价指标体系以后，本文采用目前环境评价常用的层次分 析法（AHP）进行指标权重的确定5。采用层次分析法确定指标权重大体上可分为以下五个步骤：（1）建立层次结构模型，（2）构造判断矩阵，（3）确定层次指标权重，（4）进行一致性检验，（5）确定指标综合评价权重。各个指标间的相对重要性的评判取值是采用标 度法，请 10 名对生态城市具有一定理论研究或实践经验的专家组成专家组。就同一层指标 相对于直接上层指标的相对重要性征求专家意见，以此构造判断矩阵。根据参考文献6中的 计算方法判断矩阵的一致性检验。重复上述步骤构建准则层对子目标层、指标层对准则层的 判断矩阵，并计算权重，进行一致性检验。1.3 2.3 拉萨生态城市建设的非平衡统计力学模拟及分析本论文 2002-2006 五个年份的城市发展数据取自拉萨市地方志7，使用柴立和等人的基 于广义信息熵的城市系统演化模型对历史数据进行分析和评价8。本模型基于非平衡统计力 学理论和自组织特征映射网络（SOM）在本质上具有一致性。在非平衡统计理论中，用 70 代表在不同控制参数下所对应的不同生态城市结构或模式特征，aki 是子系统间的连接权值， 它表示 SOM 网络中输入的神经元经过训练后得到的网络权值，连接二者的桥梁参数即： xk = i =1 aki xi(1)在 SOM 网络的聚类过程中，aki 不断进行自组织调整，它反映了系统自组织演化过程，把最终的值代入式（1）中所得到的x k 就是系统竞争优化的形成结果，它表示竞争获胜的模75 式，也即生态城市发展所选择的模式。本文选取加权计算计算得到的 2002-2006 五个年份的 子目标层指数作为组元变量，对公式(1)重构求解，并记录不同年度 值的演化过程。2 结果与分析2.1 拉萨生态城市评价体系的构建 本文采用层次分析法进行了指标权重的确定，计算结果如表 2。表 2 拉萨生态城市综合评价体系中的各层次指标权重Table 2 The weights assigned to each layer of the hierarchy in assessment index system for Lhasa eco-city指标权重指标权重指标权重指标权重指标权重B10.5267C110.4950C330.2251C610.1803C740.2251B20.2367C120.3104C340.2749C620.1803B30.2367C130.1946C410.5987C630.1174C10.2302C210.1480C420.4013C640.1655C20.4484C220.2208C510.1678C650.1434C30.3213C230.1808C520.1855C660.1141C40.4013C240.1808C530.2342C670.0989C50.5987C250.2697C540.1203C710.2700C60.5987C310.2749C550.1678C720.2798C70.4013C320.2251C560.1243C730.2251 2.2 拉萨生态城市指数的非平衡统计力学模拟及评价拉萨城市生态系统作为一个复杂系统，在组元之间复杂非线性作用下，不断演化和发展， 其演化规则遵循广义信息熵原理。对前面得到的拉萨生态城市指标数据进行 SOM 模拟运算， 选择 42 的竞争网格数，设定 200 步的演化步数，训练结果如图 1 所示。由广义信息熵原 理可知，x k 越大表示所研究的系统和外部环境广义信息流交换越多，系统越活跃。由图 290 可以看出：拉萨城市生态系统结构参量 值是随年份逐渐增大的。其中，2002 年和 2003 年 的结构模式非常接近，2004 年和 2005 年的结构模式较接近，2006 年的结构模式与其他四个 年度有较大不同。在结构模式演化过程方面，2005 年份在步数为 70 的时候就达到稳定状态， 而其他年份的 值到 140 步左右稳定下来。这表明在 2005 年份，拉萨生态城市系统子目标 组元间的竞争较弱，系统能够较快进入一个固定的模式。而其在他几个年份中，组元间的竞 争较激烈，系统内部与环境间的交换较多，导致发生较多的波动。生态城市结构模式的参量 具有一定的评价意义，它反映了城市在特定环境条件下的结构特征，可以用于聚类分析。32.92.82.72.6 2.52.4Year 2002Year 2003Year 2004Year 2005Year 20062.32.20 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 t(steps)图 1 拉萨生态城市结构模式演化过程与步数的关系Fig.1 Relationship between pattern succession procedure and steps拉萨市生态系统结构参量 值随年份的变化如图 2 所示。从图 2 可见，在 2002 至 2006 年间，拉萨市生态城市系统随时间推移的发展模式较快的主要有 2 个阶段：2003 年到 2004 年和 2005 年到 2006。 图 2 拉萨生态城市结构 值随年份的变化Fig. 2 Changes of structure value of Lasha eco-city with years图 3 拉萨生态城市系统历年结构模式分析图Fig. 3 Radar chart of Lasha eco-city structure pattern in different years 图 1 和图 2 仅表示了每一时空的生态城市演化结构，更细节的结构及其随时空的演变也可由雷达图（ aki xi ）表示。图 3 给出了拉萨市城市演化系统结构在 2002、2003、2004、2005 和 2006 五个年份的变化过程。从图 3 可以直观的看出拉萨生态城市系统随年份结构模式的 空间蔓延过程：2002 年和 2003 年的雷达图面积较小，而 2004 年至 2006 年雷达图面积较大。 雷达图面积随着年份增加不断增大，其中贡献最大的是社会生态子系统组元。图 3 能够形象 地表现出拉萨生态城市系统的生长演化动力学，为理解生态城市演化系统中组元的变化机理 及相应的调控提供了量化上的依据。从图 3 可以看出，拉萨市自然生态系统、经济生态系 统、社会生态系统之间发展不太平衡，各子系统增长速度依次为：社会经济自然，说明拉萨市目前十分重视社会系统的发展。经过 5 年的大力建设，拉萨市的基础设施、经济水平 和环境水平均有一定幅度提高，但是与城市的基础设施水平相比，经济水平的增长速度稍微 滞后，环境水平在 2006 年有微弱降低，这与拉萨的基本市情有很大关系。因此，拉萨在加 大力度进行经济建设的同时，还不能忽视环境保护建设。3 结论本文利用层次分析法和加权指数法构建了适合拉萨的生态城市评价指标体系，并利用基 于广义信息熵的非平衡统计力学模拟和评价了拉萨市城市的历史发展模式。在 2002 至 2006 五年中，拉萨城市生态系统结构参量 值随年份逐渐增大；在结构模式演化过程方面，除2005 年外，拉萨生态城市系统子目标组元间的竞争较激烈，系统内部与环境间的交换较多。 本文还利用 值组元的雷达图分析了拉萨市生态城市系统结构模式随年份的空间变化过程。在 2002 至 2006 五年中，雷达图面积随着年份增加不断增大，其中贡献最大的是社会生态系统组元。分析结果表明，经过 5 年的城市建设，拉萨市的社会基础设施、经济水平和环境水 平均有一定幅度提高，但是与城市的基础设施水平相比，经济水平的增长速度稍微滞后，环 境水平在 2006 年有微弱降低。因此，拉萨在加大力度进行社会和经济建设的同时，还不能 忽视环境保护建设。作为层次分析法和广义信息熵模型算法的典型应用示范，本文对拉萨市生态城市系统的 演化进行了分析。本文的方法具有很强的普适性，只要适当地改变系统的组元，分析模型可 以很容易地推广到其它类型复杂城市系统演化的研究中。参考文献 (References)1 董宪军. 生态城市论M. 北京: 中国社会科学出版社, 2001.2 Wang S J, Li J, Wu D, Liu J, Zhang K and Wang R Q，The strategic ecological impact assessment of urbandevelopment policies: a case study of Rizhao City, ChinaJ. 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