基于熵權法的張掖市生態城市建設評價
石貴琴 唐志強[1]
摘要 本文以自然、經濟、社會3個生態城市子系統作為切入點，構建了一個包含4個層級的生態城市評價體系，提出了評價方法和指標值的計算方法，并運用熵權法確定指標權重。在此基礎上，運用張掖市2005～2012年生態城市建設指標的原始數據，對張掖市這8年間的生態城市建設效果進行了多層次的分析，最后提出有針對性的對策建議。
關鍵詞 熵權法 張掖市 生態城市 指標體系
引言
1971年，聯合國教科文組織（UNESCO）發起“人與生物圈計劃”，第一次提出了生態城市的概念。生態城市是一個以人的行為為主導、以自然環境系統為依托、以資源和能源流動為命脈、以社會體制為經絡的“社會-經濟-自然”的復合系統，是社會、經濟和環境的統一體。生態城市體現了人與自然、人與社會、人與經濟的協調關系。
張掖市位于甘肅省西北部，河西走廊中段，是古“絲綢之路”上的重要驛鎮，素有“塞上江南”和“金張掖”的美譽。張掖市南依祁連山，黑河貫穿全境，境內地勢平坦，農業較發達，就甘肅省來講具有獨特的自然生態優勢。2002年10月，水利部將張掖市確定為全國首個節水型社會試點。近幾年，張掖市在“一山一水一古城”的資源稟賦基礎上，以“宜居宜游金張掖”作為發展目標，市政府在“生態立市”的思想指導下統籌規劃全市建設，在生態城市建設的各方面取得了一定的成果。本文通過對張掖市生態城市建設的評價，揭示張掖市城市發展過程中存在的資源環境問題和面臨的社會經濟矛盾，進而分析其原因并提出有針對性的對策建議，從而為城市管理和建設提供科學決策的依據。
一 指標體系的構建
表1 張掖市生態城市評價指標體系
續表
依據生態學的觀點，城市是由社會、經濟和自然3個子系統構成的復合生態系統，本文在國內外生態城市建設評價指標體系研究的基礎上，參考國家環保總局有關生態城市建設與評價的指標與導則，結合張掖市統計資料實況，遵循指標選擇原則，建立了一個具有4級指標的評價體系，4級指標分別是總目標層、一級指標層、二級指標層、三級指標層。其中，總目標1個，一級指標3個，二級指標10個，三級指標33個（見表1）。
總目標層：生態城市建設的總目標是城市的生態綜合發展程度，即自然、經濟、社會3個子系統的綜合發展水平。
一級指標層：實現總目標需要考核3個一級指標，即自然生態指數U1、經濟生態指數U2、社會生態指數U3。
二級指標層：此層次歸屬于一級指標，是一級指標的具體內容。包括反映自然生態系統的綠化水平U11、環境質量U12、環境治理U13；反映經濟生態系統的經濟水平U21、經濟效率U22、經濟結構U23；反映社會生態系統的人口因素U31、資源條件U32、社會平等U33、科技教育U34。
三級指標層：評價和考核一級、二級各指標的具體因子，共33項，分別為Y1～Y33。
二 指標值的計算
（一）指標值的計算公式
1.三級指標的計算
三級指標數值yi是生態城市評價指標體系的基礎。本文的三級指標值是用熵權法的數據無量綱化處理辦法對原始數據進行處理后的數值。設評價年度為m年，評價指標有n項，第i年第j項指標值為xij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），對于正指標，其處理公式如下：
對于負指標，其處理公式如下：
其中，xij為某三級指標的原始值，max（x1j，…，xmj）是某三級指標原始值的最大值，min（x1j，…，xmj）是某三級指標原始值的最小值。
2.二級指標的計算
二級指標Uab是第a個一級指標下的第b個二級指標的值，是由其所屬三級指標值乘以各自的權重，然后相加而得，其計算公式為：
Uab=∑yjwj（a=1，2或3；b=1，2，3或4）
其中，yj為某三級指標值，a為某三級指標在一級指標下的權重。
3.一級指標的計算
一級指標Ua是第a個一級指標的值，是將其所含二級指標的值相加而得，其計算公式為：
Ua=∑Uab
這里二級指標之所以沒有乘以各自的權重，是因為此級指標所含的所有三級指標的權重之和為1。
4.總目標：生態綜合指數的計算
生態綜合指數的計算公式為：
其中，Ua為某一級指標的數值，Wa為某一級指標的權重。
（二）權重的確定
在計算各級指標值和指數時，權重的確定非常重要。本文選用熵權法確定各指標的權重，這是一種客觀賦權的方法，避免了人為賦權法比較主觀等各種弊病，使得評價結果更加科學合理。
1.熵權法的理論概述
熵是熱力學中的一個重要概念，1984年，信息論的創始人申農把熵的概念引入信息論中。熵權法是依據信息所反饋的信息量的大小來賦予其相應的權重，指標的熵值越大，所提供的信息量越小，權重越小，在綜合評價中所起的作用越小。該方法的具體分析步驟如下。
（1）原始數據的無量綱化處理
指標的原始數據間的量綱和量綱單位不一致，無法直接進行比較。為了消除此問題，需要先對評價指標的數值進行無量綱化處理，使其標準化，具有可比性。本文的指標數值依據公式（1）和公式（2）處理之后，均在［0，1］區間內，且無論正指標還是負指標，yij值越大越好，它們將組成新的規范化矩陣：
其中，m是評價年數，n是評價指標數。
（2）計算第j項指標下第i年的標準化指標的比重
計算公式如下：
（3）計算第j項指標的熵值
計算公式如下：
（4）用熵權法確定第j項指標的權重
計算公式如下：
被評價對象在指標上的值相差越大，其熵值越小，權重越大，即表明該指標在評價中占據越重要的地位。
2.權重計算
本文以張掖市2005～2012年的年鑒數據和調查數據為樣本進行縱向分析研究。運用熵權法計算張掖市生態城市評價體系各級指標的權重，結果如表2所示。
表2 張掖市生態城市評價體系各級指標權重
續表
三 張掖市生態城市評價
將數據經無量綱化處理得到的矩陣、各指標的權重，套入計算公式可得出二級指標、一級指標、總目標的值，分別如表3、表4和圖1至圖4所示。
表3 張掖市生態城市評價體系二級指標、一級指標評價值
表4 張掖市生態綜合指數評價值
（一）自然生態系統評價
評價結果顯示，張掖市自然生態指數從2005年的0.2532提高到2012年的0.7135，可以得出結論，在這8年間張掖市自然生態系統總體上有所改善，且改善速度比較快。圖1顯示，評價值是呈波動上漲的，2007年和2011年較上年有所下降，其他年份均為上漲。現對它所含二級指標的評價值和變化趨勢進行分析。通過圖1可見：城市綠化水平和環境質量水平提高幅度較大，是此系統改善的主要拉力；環境治理水平在2005～2012年呈波動性變化，且多數年份表現為下降，總體上，2012年比2005年稍有下降，這表明在這8年間，環境治理水平不僅沒有提升，反而有所下降，這是一個突出的問題，具體的即三廢治理不力、固體廢棄物綜合利用率不高、環境投資不足等，這是未來張掖市自然生態系統建設中亟須解決的關鍵問題。
圖1 張掖市自然生態指中文
（二）經濟生態系統評價
張掖市經濟生態指數在2005～2007年稍有下降，從2008年開始保持了快速的增長，總體上，評價值從2005年的0.1553提高到2012年的0.9991，可以得出結論，張掖市經濟生態系統在這8年間總體上有很大的改善。現對它所含二級指標的評價值和變化趨勢進行分析。通過圖2可見：經濟水平的提高是帶動經濟生態系統改善的持續的強勁動力；經濟結構對經濟生態系統的改善在2008年之前作用微弱，在2008年之后的作用顯著；經濟效率評價值在這期間有所提高，但是幅度較小，對經濟生態系統改善的拉動作用較小。由此可以推斷，目前張掖市經濟增長的生產方式依然不夠精細化、耗能不夠低，這有可能成為未來城市化建設進程中的障礙或者棘手問題，需及時研究并予以解決。
圖2 張掖市經濟生態指中文
（三）社會生態評價
張掖市社會生態指數從2005年的0.3359提高到了2012年的0.8270，其中，大多數年份均保持了上升態勢，僅2007年較上年有所下降。現對它所含二級指標的評價值和變化趨勢進行分析。通過圖3可見：此系統提升速度較慢的主要原因是人口因素指標評價值在2007年有大幅度的下降，一直到2011年都沒有大的起色，2012年有所提高，但總體依然是下降的，經推測這是由人口密度、人口自然增長率較高所引起的；另外3個二級指標中，社會平等和資源條件在這期間保持了穩定、持續的增長，科技教育指標評價值沒有大的提高，經分析，科技教育評價值比較低的原因可能是科技支出規模較小和比例較低。由此，可以認為張掖市未來幾年需要加快對社會生態系統的改善，尤其是在人口因素和科技教育方面。
圖3 張掖市社會生態指中文
（四）城市生態綜合系統評價
張掖市城市建設生態綜合指數從2005年的0.2576提高到2012年的0.8453，除了2007年有所下降外，其他年份均表現為上升（見圖4）。綜合上面對3個子系統的分析，可以得出以下結論：張掖市在2005～2012年8年間，城市生態建設總體取得了顯著的成就；張掖市生態城市建設的成就來自自然、經濟、社會3個子系統的進步，但是這3個子系統的改善程度和速度有所差異，由大到小依次是經濟、自然、社會生態子系統；張掖市2005～2012年在城市綠化、環境質量、經濟增長、物質豐富、經濟結構、基礎設施、社會平等方面取得了長足的進步，但是，環境治理、經濟效率、人口因素、科技教育等方面的狀況沒大的改觀，甚至有所惡化。
圖4 張掖市生態綜合指數
四 對策建議
張掖市生態城市建設評價結果和當前的城市建設客觀現狀基本相符，在未來的生態城市建設中，張掖市需要在以下幾方面有所突破或改進。
（一）加強環境治理，營建優美城市環境
加強環境污染治理，使主要治理指標，如工業三廢排放達標率、污水和垃圾的處理率、工業用水重復率等都達到國家要求的標準，避免“先發展，后治理”模式的重演。具體的措施有：加強城市環境基礎設施建設；完善相關法律法規，并嚴格執行；創新環境保護的體制和模式；加大環境保護和治理的投資力度，提高財政支出中環境投資的比重；加強對污染主體的環保管理教育和對民眾的環保宣傳，尤其是加強對主要污染主體的管理和教育，增強整個社會的環境保護意識。
（二）完善循環經濟體系，降低產出能耗
發展循環經濟是城市可持續發展的重要手段，城市的科學建設離不開生態型經濟和產業的大力發展。循環經濟建設應按照“減量化、再利用、資源化”的原則，努力實現“低消耗、低排放、高效率”。具體措施有如下5項。①加快轉變理念。應根據張掖市的資源擁有量、產業結構現狀，堅定地走循環經濟發展之路，把循環經濟的理念貫穿到經濟社會發展的各個重要環節。②科學編制規劃。根據國家和甘肅省的循環經濟發展規劃，結合張掖市的發展規劃，編制一個符合張掖市現狀的、具有戰略性和可行性的發展規劃，來統籌指導張掖市的循環經濟發展。③抓好重點產業。根據經濟發展狀況、自然資源稟賦、區域地理條件及生態環境狀況等要素，重點圍繞新能源產業、農副產品加工產業、有色冶金新材料產業、礦產化工產業、新型建材產業、裝備制造產業六大產業，培育一批循環經濟骨干企業，打造循環經濟產業鏈。④注重科技創新。建立以企業為主體的循環經濟技術創新體系，加強與科研院所的合作，開展循環經濟重點技術的研究和攻關，以引進、消化、創新為主，集中解決制約循環經濟發展的關鍵技術、重大設備和新工藝流程等方面的難題。⑤加快服務體系建設，包括完善政府統籌協調部門的建設、建立循環經濟技術咨詢服務體系等。除此之外，還有一些需要注意的，比如加快園區建設、強化政策支持等。
（三）改善人居環境，提高城市化水平，構建和諧社會
通過拓展城市空間、環境容量，強化城市基礎設施建設，進而提高城市化總水平，促進社會可持續發展。根據張掖市城市發展的現狀，首先，要對城市人口密度進行調整和控制，降低人口密度，增加人均空間和提高設施水平。其次，依據城市發展的總體規劃，從宏觀層面對城市建設進行總體布局，對城市用地空間進行規劃和調整，提高空間的利用效率和城市建設的合理、和諧程度。最后，加強城市基礎設施改建和新建，完善城市交通網絡、醫療設施、文化設施、住房條件、供暖供氣設施等，加強城市資源建設，保障并提高人們的城市資源享有水平。
[1] 石貴琴，女，甘肅白銀人，河西學院經濟管理學院助教，碩士研究生，研究方向為區域經濟、農村金融；唐志強，男，甘肅武威人，河西學院經濟管理學院教授，博士研究生，研究方向為區域經濟、生態經濟。