基于熵值法的城市生态安全评价环境学毕业论文.doc

基于熵值法的城市生态安全评价目 录1 引 言 12 基于熵值法的城市生态安全评价模型 12.1 指标体系构建的原则 12.2 构建指标体系 22.3 确定指标权重 32.4 构建评价模型 53 平顶山市生态安全评价 63.1 评价过程的计算 63.1.1 评价指标权重的计算 63.1.2 平顶山市生态安全综合指数的计算 63.2 评价结果分析 63.2.1 建立生态安全评价标准 63.2.2 评价结果分析 74 结论与对策 9参考文献 11致 谢 121 引 言近几十年来，世界人口的急剧增长、资源的高强度开发和社会经济的快速发展，致使人地矛盾日渐突出，生态环境逐渐恶化，生态安全问题层出不穷环境污染、生物入侵、自然灾害等逐渐成为了人们关注的焦点，生态安全问题已成为21世纪人类面临的诸多挑战中的一个主要内容改善生态环境、提高生态系统的服务功能、建立国家生态安全体系以实现可持续发展，已成为各国政府的共识目前关于生态安全概念，基本上存在着广义和狭义两种理解，广义的生态安全是指在人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障来源、必要资源、社会秩序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态，包括自然、经济和社会所组成一个复合人工生态安全系统；狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全，即生态系统完整性和健康的整体水平反映[1]。

平顶山市作为河南省和我国重要的能源工业基地，它在支撑和促进我国国民经济和社会发展过程中，做出了突出的贡献，与此同时，煤炭资源的不合理开发和利用也给这个城市造成了严重的环境污染和生态破坏，比如土地塌陷、大气污染、煤矸石占地和自燃、水体污染等，严重影响了区域的生态环境和居民的生存环境，人口、资源、环境和发展之间的矛盾非常突出，生态环境非常脆弱，如何改善生态环境，实现可持续发展是平顶山市目前面临的一个重要课题国内外对生态安全的评价已由最初定性的简单描述发展为现今的定量判断，评价方法主要有数学模型法[2]、生态模型法[3]、景观分析法[4]及数字地面模型法[5]等，本文将信息论中的熵值理论引入到权重的计算中，建立基于熵值法的城市生态安全评价模型，对平顶山市过去十年的生态安全进行评价，一方面对平顶山市的生态环境重建，提高居民的生活质量，确保经济、社会、环境三大效率的良性循环，促进平顶山市的可持续发展有着重要的意义；另一方面可以有效避免评价标准不确定性带来的影响，在煤炭资源型城市生态安全评价的方法与实践方面做一些有益的、新的探索和尝试2 基于熵值法的城市生态安全评价模型2.1 指标体系构建的原则要使城市生态安全评价结果具体化和定量化并且全面、准确、和科学地反映城市生态安全状况，就必须遵循一定原则来构建指标体系[6]。

1）科学性原则要通过科学的方法来建立指标体系，只有科学的指标体系才能进行科学的评价，也才能科学的反映生态安全状况2）规范性原则生态安全评价指标体系是一个由多项指标构成的体系，由于这些指标的性质和特点不尽相同，这就需要对各项指标进行分类和规范化处理，使各类指标的涵义、范围、量纲和计算方法等具有统一性，而且要在较长时间内保持不变，以保证生态安全评价指标的准确性和可比性3）可行性原则指标体系必须根据生态安全内涵的要求来设置，根据具体的生态安全内容来确定相应的指标体系，在进行生态安全评价时具有可行性4）层次性原则根据评价需要将指标体系分解为若干层次结构，使指标体系合理、清晰5）动态性和稳定性原则指标对时间、空间或系统结构的变化应具有一定的灵敏度，同时又保持指标在一定时期内的稳定性6）完备性和独立性原则能全面反映城市生态各个方面的特征和状况，各指标间相互独立或相关性小，避免包容和重叠，力求简而精 2.2 构建指标体系基于PSR概念模型，通过对平顶山市这一煤炭资源型城市现状的调查和分析，同时根据对生态安全的内涵与生态环境要素的理解，并考虑到目前有关安全评价的各种方法[7、8～11]，本文在剔除了差别较大的指标，保留了侧重于生态环境方面的指标后，选取了针对平顶山市生态安全评价的指标体系，共27个指标，其中压力指标7个，状态指标10个，响应指标10个。

见表1）表1城市生态安全评价指标体系指标体系正/负性压力指标人口密度（人/km2）-0.040675人口自然增长率（‰）-0.032386城市人均居住面积（平方米/人）+0.015726城市人均水资源量（亿立方米/十万人）+0.022094工业废气排放量（亿标立方米）-0.038451工业废水排放量（万吨）-0.045342工业废渣排放量（万吨）-0.060057状态指标二氧化硫平均浓度（mg/km3）-0.056802二氧化氮平均浓度（mg/km3）-0.028754降尘平均浓度（吨/ km2）-0.024706区域环境噪声平均值（dB(A)）-0.061414建成区绿化覆盖率（%）+0.076506人均公共绿地面积（公顷）+0.041749工业废水排放达标率（%）+0.01298工业粉尘回收率（%）+0.015658固体废弃物综合利用率（%）+0.031271城市煤气普及率（%）+0.030682反应指标第三产业比重（%）+0.034339城市地表水质量（%）+0.039124全年环境质量优良天数（天）+0.048553全年造林面积（千公顷）+0.037236居民消费价格总指数（CPI）（100）+0.031809商品零售价格指数（100）-0.026207恩格尔系数（%）-0.014976城镇居民消费水平指数（100）-0.040421城镇居民人均可支配收入（元）+0.046619每千人拥有卫生机构床位（张）+0.0454622.3 确定指标权重熵是由物理学引入信息论的概念，是系统有序程度的一个度量，如果指标的信息熵越小，该指标提供的信息量越大，在综合评价中所起作用越大，权重就越高。

按照熵思想，人们在决策中获得信息的多少和质量，是决策精度和可靠性大小的决定因素，而熵就是一个理想的尺度[12]作为客观综合定权法，熵值法主要是根据各指标传递给决策者的信息量大小来确定权重它能准确反映城市生态安全评价指标所含的信息量，可解决城市生态安全评价各指标信息量大、准确性低的问题现平顶山市有m年的统计数据，每一年中反映平顶山市生态安全评价指标有n个，设为矩阵：（i=1，…，m j=1，…，n）式中，是第j年的第i个指标上的统计值、为消除指标间不同量纲、数量级的影响，计算统一化，需要对进行标准化但是所选取的指标有正有负，所谓正项指标是指指标值越大，越有利于城市生态安全；反之，负项指标越大，越不利于城市生态安全如表1）因此在进行标准化之前需要首先对所有指标进行正项化处理其处理方法如下[13]：对于正项型的指标： （1） 对于负项型指标： （2）式中，是处理后的数据，是原始统计数据，为m年某指标统计数据中的最大值，为m年某指标统计数据中的最小值，n为指标个数。

通过数据的正项化处理后，就可以对各个指标进行标准化处理了，本文采用线性标准化处理，具体方法如下： （3）式中，是标准化后的数据，设标准化矩阵为对标准化后的统计数据可计算各指标的信息熵第i个指标的信息熵可定义为： （4）式中，与样本数m有关，其中，若=0，则可取其为0.000001代替计算在指标熵值确定后就可以根据下式来确定第i个指标上的熵权： (5)由此可见，当各被评价对象在指标上的值相差越大 ，其熵值越小 ，而熵权越大 ，说明该指标向决策者提供的有用信息越多从信息角度考虑，它代表该指标在该问题中提供有用信息量的多寡当评价对象确定以后，再根据熵权对评价指标进行调整、增减，以利于做出更精确、可靠的评价[14]2.4 构建评价模型国内外学者对于生态安全的评价多采用的有综合评价法、灰色关联度评价法、生态足迹评价法、模糊综合评价法等[15]本文将采用综合评价法，根据所选取的PSR评价指标体系，利用综合指数的计算方法，来定量的评价平顶山市的生态安全。

目前该方法已在环境污染综合评价、生态环境质量评价等领域得到广泛应用 ，其具体评价模型为: (6)式中，为综合评价指数，为第i个指标的权重值，为其无量纲化值，n为评价指标个数[15]运用综合评价法时，最关键的是指标权重的确定目前主要确定指标权重的方法有层次分析法、主成分分析法、专家打分法和熵值法等等由于主观确定权重的方法会随着主观者的阅历、观点以及所处的环境等因素的影响，所以任意性和主观性较强再者，城市生态系统是一个经济-社会-环境的复合生态系统，成分复杂，指标繁多，因此，人为给出的指标权重就不能真实的表达研究区域的真实情况故本文将采用熵值法来确定评价指标的权重在对平顶山市进行生态安全评价时，着重考虑了统计值相差较大的指标，除去了指标间差异性不大的指标在计算出各个指标权重之后，将他们代入综合评价法，这样就可以得到较为准确的的综合评价结果因此，应用熵值法对城市生态系统进行生态安全评价不仅可以对繁多的评价指标进行适当的选取，以得到最能反映城市生态安全状况的指标，同时还可以得到各评价指标的客观权重，从而最大程度保证了生态安全评价结果的准确性和客观性。

3 平顶山市生态安全评价3.1 评价过程的计算3.1.1 评价指标权重的计算根据所构建的评价指标体系，以2000—2009年平顶山市十年的统计年鉴、环境质量公报以及平顶山市环境保护局的监测数据为基本数据来获取所需27个指标的统计数据并建立原始数据矩阵，根据公式（3）对其进行标准化，将标准化结果代入公式（4）进行各指标信息熵，最后将代入公式（5）得到各指标的熵权各评价指标权重见表13.1.2 平顶山市生态安全综合指数的计算采用综合评价模型，将代入公式（6）即可得到平顶山市生态安全综合评价值表2表2 生态安全综合指数及各分指数评价值1999200020012002200320042005200620072008综合指数0.08590.08250.07800.08290.08630.08680.10320.11810.13150.1343压力指数0.03090.02740.02550.02840.03230.02570.02900.01900.01610.0098状态指数0.02610.03100.02990.02080.02450.03530.03750.05280.06230.0603反应指数0.02890.02410.02250.03380.02950.02580.03670.04630.05。