以组合赋权法定量评价石羊河流域生态环境质量

　　伴随着全球范围社会经济的迅速发展，其生态环境问题也日益严重，并且威胁到人类社会的可持续发展，因此生态环境质量提升已经成为目前比较紧迫的任务［1 －3］。国外生态环境质量评价工作于 20 世纪70 年代开始出现，80 年代蓬勃发展，涌现了许多具有代表性的成果［4 －6］。自 90 年代以来，由于遥感和地理信息技术的发展，学者们更多地将这些技术与生态学、环境学相结合，取得了不少研究成果［7 －9］。自二十世纪八、九十年代以来，国内关于生态安全和可持续发展的研究较为活跃，学者们针对不同的区域做了大量的实证研究。这些成就主要体现在生态环境质量评价指标体系［10 －12］、生态环境质量评价方法［13 －14］、生态环境质量评价模型［15 －16］等方面。由于特殊的自然环境和历史原因，石羊河流域人口生存环境恶劣，生态环境面临严峻挑战，流域生态环境的负荷越来越重，因此该地区的生态环境质量状况更应得到关注。

　　文中基于主观和客观综合权重法，以分辨率为 100m ×100 的像元作为最小评价单元，定量评价了石羊河流域生态环境质量，目的在于在栅格尺度上，以主观和客观相结合的赋权方法，突破传统的以主观赋权或纯客观赋权的方法研究生态环境质量的评价思路，为相似的评价工作提供方法思路。

　　1 材料与研究方法

　　1． 1 研究区概况

　　研究区位于甘肃省河西走廊东部，祁连山北麓，介于 101°22' ～104°16'E、36°29' ～39°27'N 之间。属河西走廊三大内陆河流域之一，流域行政区划包括武威市的凉州区、古浪县、民勤县全部及天祝县部分地区，金昌市的永昌县和金川区全部及张掖市肃南裕固族自治县，共 3 市 7 县( 区) ，面积约 41600km2，总人口约 240． 81 万人。该流域地势南高北低，自西南向东北倾斜，且深居大陆腹地，属大陆性温带干旱气候，太阳辐射强，日照充足，夏季短而炎热，冬季长而寒冷，温差大，降水少，蒸发强烈，空气干燥。流域内土壤、植被类型分布因受气候、水文和地形等自然条件的影响，形成了明显的土壤 － 植被垂直带谱。

　　1． 2 数据来源及预处理

　　采用的数据主要包括:1) 研究区2000、2003、2006 和2012 年 Landsat/TM、ETM( 空间分辨率28． 5m) 遥感影像解译得到的土地利用图。2) 植被指数( NDVI) 数据，主要通过 TM 数据 4 和 3 波段计算获得，然后通过 NDVI 计算得到林地和草地类型的植被覆盖率; 3) 气象数据: 收集了石羊河流域及周边 2000、2003、2006 和 2012 年 13 个气象站点观测数据的日平均气温数据和日降雨量，在 ArcGIS9． 3 中利用修正后的克里金插值法得到空间分布图。4) 其它资源环境要素、人口社会经济系统要素、生态环境压力和响应系统要素数据来源于甘肃统计年鉴、《武威 60 年》、《金昌市志》、《城市发展年鉴》等资料。

　　1． 3 生态环境质量综合评价指标体系

　　文中研究流域生态环境质量在综合考虑自然资源 － 社会经济 － 环境状况的基础上，参考相关资料文献［14，16，17］并结合石羊河流域生态环境现状和影响因素来构建综合评价指标。将石羊河流域生态环境质量评价指标体系分为四个指标层次: 一级指标层( A) ，即最终评价结果，反映区域生态环境综合质量; 二级指标层( B) ，包括制约和影响区域生态环境质量的三个因素指标; 三级指标层( C) ，即对二级因素指标的细化，包括 9 个因素指标; 四级指标层( D) ，即对三级因素指标的细化，是评价区域生态环境综合质量的具体因素指标，共遴选 25 个指标来表征。

　　1． 4 评价指标权重的确定

　　关于权重的确定，目前来讲主要有主观赋权法和客观赋权法两大类。主观赋权法是根据决策者主观信息进行赋权的一类方法。而客观赋权法是无决策者任何信息，各个指标根据以一定的规则进行自动赋权的一类方法。文中采用组合赋权法确定石羊河流域生态环境质量评价指标体系中的各指标的权重，目的在于既避免主观赋权的主观性和盲目性，又避免客观赋权的片面性和机械性。首先分别采用主观赋权法中的层次分析法和客观赋权法中的熵权法确定权重，然后将两种方法计算得到的权重按照一定的方法进行组合，从而得到最终的组合权重。

　　组合赋权法对各种赋权结果的综合一般采用两种方式: 乘法合成的归一化方法和线性加权组合法。

　　但乘法合成的归一化方法由于存在使大者更大、小者更小的"倍增效应"，有时得出的权重可能很不合理。

　　但这种方法适用于指标个数较多、指标间权重较均匀的情况。为克服乘法合成归一化方法的" 倍增效应"，本文采用线性加权法计算组合权重，并且认为主观赋权法和客观赋权法的重要性一致［16 －17］。

　　线性加权法的计算公式为：

　　式中: ak为第 k 种赋权方法的加权参数，w 为组合权重向量。

　　通过线性加权的组合赋权法将层次分析和熵权法两种结果综合起来得到石羊河流域生态环境质量综合评价各指标最终权重( 表 1) 。

　　1． 5 生态环境质量综合评价模型与评判标准。

　　文中采用综合评价模型来进行生态环境质量评价，评价模型如下:

　　式中: n 为评价指标或因子的数量; Wi( t) 为第 i 个指标或因子的权重，运用组合赋权法得到; Ei( t) 为第 i 个指标或因子在 t 时刻的标准化数据( 数值乘 10) ; EQ( t) 为 t 时刻区域生态环境质量综合评价指数。

　　为便于比较，将生态环境评价综合指数进行分级处理。依照生态环境质量优劣的标准分为 5 个等级，用连续的实数区间［0，10］表示，质量处于最理想状态时其值为 10，最恶劣状态时，其值为 0。不同等级的生态环境状况指数的分级，体现了生态环境状况空间分布特征( 表 2) 。

　　2 结果与分析

　　2． 1 石羊河流域生态环境质量时空差异分析

　　按照文中确定的生态环境评价模型，在 ArcGIS 软件中分别将 2000、2003、2006 和 2012 年生态环境质量结果进行分级，分层设色后制作成图( 图 1) 。通过比较发现，在石羊河流域内部，各县区生态环境差异很大，其中生态环境质量最差的为金昌市金川区，生态环境综合指数均值在 3 以下，而永昌县生态环境最好，其指数也最高，各年均值在 6． 0 以上。从整体来看石羊河各县区按指数高低依次为: 永昌县、肃南裕固族自治县、凉州区、古浪县、天祝藏族自治县、民勤县和金川区。从时间变化来看，石羊河流域生态环境质量在近十年逐年下降，但随着时间的变化，不同区域生态环境质量也有一定的差异。其中金川区生态环境质量综合评价指数从 2000 年的2． 1787 升高到2012 年的2． 8652，永昌县从2000 年的7． 1412 下降到2012年的 5． 9520，而武威凉州区则从 2000 年的 4． 6784 下降到 2012 年的 3． 4435，民勤变化最为明显，指数下降幅度也最大，从 2000 年的 5． 6011 下降到 2012 年的 2． 5878( 表 3) 。

　　2． 2 石羊河流域生态环境质量变化动态度分析

　　从全流域整体来看( 表 4) 从 2000 ～2003 年，恶化的区域为民勤县、古浪县全部和天祝中部，恶化的面积占全流域总面积的 45． 23%，其中民勤恶化程度最深，达到了 1． 8906; 其它区域生态环境质量有所好转。

　　其中金川区生态环境质量明显好转，与 2000 年相比指数提高了 0． 3935。2003 与 2006 年相比，生态环境质量恶化的区域进一步增加，除民勤、古浪和天祝外，凉州区、肃南县也进一步恶化，恶化总面积达到 73．26% ，恶化程度最高的民勤县与 2003 年相比，指数下降了 0． 9153; 只有金川区和永昌县有所好转，指数增加了 0． 3011; 2012 与 2006 年相比，生态环境质量有所好转，只有民勤和古浪继续恶化，但恶化幅度有所降低，与 2006 年相比，指数分别下降了 0． 2074 和 0． 1006，其他地区如金川区、凉州区、永昌县和天祝县生态环境基本保持不变; 肃南生态环境质量与 2006 年相比有所提高，指数提高了 0． 1654。通过统计分析结果发现，恶化幅度要比好转幅度高，均值分别为 0． 421 和 0． 298。

　　3 讨论

　　文中在利用层次分析法和熵权法分别对 25 个不同指标进行权重确定的同时，将二者权重通过加权的方式进行组合，最终获得表征石羊河流域生态环境质量评价的指标体系，在利用指标评价时借助 GIS 栅格空间叠置分析功能和可视化表达方法，得出石羊河 2000 年以来的生态环境时空变化特征。通过研究发现，石羊河流域近年来生态环境整体有所下降，主要体现在流域中下游地区，生态环境质量下降较为明显。

　　中下游绿洲及边缘区经济快速发展的同时，以生态环境质量的下降为代价，特别在绿洲边缘区各景观中，林地斑块体变为疏林斑块体，疏林斑块体变为荒草地斑块体，荒草地斑块体变为沙地斑块体，最终导致绿洲边缘向荒漠化演变。石羊河流域是一个由水资源联系起来的生态功能整体，水资源的质与量及其空间分布是生态环境变化的重要驱动力，在自然因素方面受到降水量、蒸发量、地下水循环和植被变化等综合影响，为其演变和时空分布特征创造了条件; 在社会与经济方面，经济高耗和人口数量的变化是逐渐改变生态环境状况最活跃、最主要的驱动力。总之，水资源条件的变化对推动景观演变起主导作用，而人为活动作为一种外在力量叠加于自然因素之上起推动作用。

　　4 结论

　　( 1) 从时间变化来看，石羊河流域生态环境整体呈逐年下降趋势，生态环境综合评价指数从 2000 年的5． 05 下降到2012 年的3． 70。流域内部各县区生态环境综合指数差异较大; 从空间分布来看，十三年间石羊河各县区按指数高低依次为: 永昌县、肃南裕固族自治县、凉州区、古浪县、天祝藏族自治县、民勤县和金川区。

　　( 2) 从生态环境变化动态度来看，石羊河流域在 2000 － 2006 年间生态环境逐年恶化，但在 2007 －2012 年间有所好转，只有民勤和古浪继续恶化，但恶化幅度有所降低，恶化面积有所减少。

　　( 3) 在石羊河流域内部，由于受自然条件和人为活动变化的双重影响，包括民勤绿洲和武威绿洲在内的主要生态屏障区生态环境变化较为显着，尤以民勤最为明显，这些地区的生态环境下降应引起相关部门的高度重视。

　　( 4) 文中利用层次分析法和熵权法的组合进行赋权，但由于各评价因素在生态环境中所起的作用各不相同，不同指标在同一流域不同区域有不同的重要性，因此理清各指标不同区域之间的联系与区别，寻找更具有科学性、广泛适用性的评价方法和模型，是今后还需进一步完善和修正的工作。

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