基于熵权法的张掖市生态城市建设评价
石贵琴 唐志强[1]
摘要 本文以自然、经济、社会3个生态城市子系统作为切入点，构建了一个包含4个层级的生态城市评价体系，提出了评价方法和指标值的计算方法，并运用熵权法确定指标权重。在此基础上，运用张掖市2005～2012年生态城市建设指标的原始数据，对张掖市这8年间的生态城市建设效果进行了多层次的分析，最后提出有针对性的对策建议。
关键词 熵权法 张掖市 生态城市 指标体系
引言
1971年，联合国教科文组织（UNESCO）发起“人与生物圈计划”，第一次提出了生态城市的概念。生态城市是一个以人的行为为主导、以自然环境系统为依托、以资源和能源流动为命脉、以社会体制为经络的“社会-经济-自然”的复合系统，是社会、经济和环境的统一体。生态城市体现了人与自然、人与社会、人与经济的协调关系。
张掖市位于甘肃省西北部，河西走廊中段，是古“丝绸之路”上的重要驿镇，素有“塞上江南”和“金张掖”的美誉。张掖市南依祁连山，黑河贯穿全境，境内地势平坦，农业较发达，就甘肃省来讲具有独特的自然生态优势。2002年10月，水利部将张掖市确定为全国首个节水型社会试点。近几年，张掖市在“一山一水一古城”的资源禀赋基础上，以“宜居宜游金张掖”作为发展目标，市政府在“生态立市”的思想指导下统筹规划全市建设，在生态城市建设的各方面取得了一定的成果。本文通过对张掖市生态城市建设的评价，揭示张掖市城市发展过程中存在的资源环境问题和面临的社会经济矛盾，进而分析其原因并提出有针对性的对策建议，从而为城市管理和建设提供科学决策的依据。
一 指标体系的构建
表1 张掖市生态城市评价指标体系
续表
依据生态学的观点，城市是由社会、经济和自然3个子系统构成的复合生态系统，本文在国内外生态城市建设评价指标体系研究的基础上，参考国家环保总局有关生态城市建设与评价的指标与导则，结合张掖市统计资料实况，遵循指标选择原则，建立了一个具有4级指标的评价体系，4级指标分别是总目标层、一级指标层、二级指标层、三级指标层。其中，总目标1个，一级指标3个，二级指标10个，三级指标33个（见表1）。
总目标层：生态城市建设的总目标是城市的生态综合发展程度，即自然、经济、社会3个子系统的综合发展水平。
一级指标层：实现总目标需要考核3个一级指标，即自然生态指数U1、经济生态指数U2、社会生态指数U3。
二级指标层：此层次归属于一级指标，是一级指标的具体内容。包括反映自然生态系统的绿化水平U11、环境质量U12、环境治理U13；反映经济生态系统的经济水平U21、经济效率U22、经济结构U23；反映社会生态系统的人口因素U31、资源条件U32、社会平等U33、科技教育U34。
三级指标层：评价和考核一级、二级各指标的具体因子，共33项，分别为Y1～Y33。
二 指标值的计算
（一）指标值的计算公式
1.三级指标的计算
三级指标数值yi是生态城市评价指标体系的基础。本文的三级指标值是用熵权法的数据无量纲化处理办法对原始数据进行处理后的数值。设评价年度为m年，评价指标有n项，第i年第j项指标值为xij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n），对于正指标，其处理公式如下：
对于负指标，其处理公式如下：
其中，xij为某三级指标的原始值，max（x1j，…，xmj）是某三级指标原始值的最大值，min（x1j，…，xmj）是某三级指标原始值的最小值。
2.二级指标的计算
二级指标Uab是第a个一级指标下的第b个二级指标的值，是由其所属三级指标值乘以各自的权重，然后相加而得，其计算公式为：
Uab=∑yjwj（a=1，2或3；b=1，2，3或4）
其中，yj为某三级指标值，a为某三级指标在一级指标下的权重。
3.一级指标的计算
一级指标Ua是第a个一级指标的值，是将其所含二级指标的值相加而得，其计算公式为：
Ua=∑Uab
这里二级指标之所以没有乘以各自的权重，是因为此级指标所含的所有三级指标的权重之和为1。
4.总目标：生态综合指数的计算
生态综合指数的计算公式为：
其中，Ua为某一级指标的数值，Wa为某一级指标的权重。
（二）权重的确定
在计算各级指标值和指数时，权重的确定非常重要。本文选用熵权法确定各指标的权重，这是一种客观赋权的方法，避免了人为赋权法比较主观等各种弊病，使得评价结果更加科学合理。
1.熵权法的理论概述
熵是热力学中的一个重要概念，1984年，信息论的创始人申农把熵的概念引入信息论中。熵权法是依据信息所反馈的信息量的大小来赋予其相应的权重，指标的熵值越大，所提供的信息量越小，权重越小，在综合评价中所起的作用越小。该方法的具体分析步骤如下。
（1）原始数据的无量纲化处理
指标的原始数据间的量纲和量纲单位不一致，无法直接进行比较。为了消除此问题，需要先对评价指标的数值进行无量纲化处理，使其标准化，具有可比性。本文的指标数值依据公式（1）和公式（2）处理之后，均在［0，1］区间内，且无论正指标还是负指标，yij值越大越好，它们将组成新的规范化矩阵：
其中，m是评价年数，n是评价指标数。
（2）计算第j项指标下第i年的标准化指标的比重
计算公式如下：
（3）计算第j项指标的熵值
计算公式如下：
（4）用熵权法确定第j项指标的权重
计算公式如下：
被评价对象在指标上的值相差越大，其熵值越小，权重越大，即表明该指标在评价中占据越重要的地位。
2.权重计算
本文以张掖市2005～2012年的年鉴数据和调查数据为样本进行纵向分析研究。运用熵权法计算张掖市生态城市评价体系各级指标的权重，结果如表2所示。
表2 张掖市生态城市评价体系各级指标权重
续表
三 张掖市生态城市评价
将数据经无量纲化处理得到的矩阵、各指标的权重，套入计算公式可得出二级指标、一级指标、总目标的值，分别如表3、表4和图1至图4所示。
表3 张掖市生态城市评价体系二级指标、一级指标评价值
表4 张掖市生态综合指数评价值
（一）自然生态系统评价
评价结果显示，张掖市自然生态指数从2005年的0.2532提高到2012年的0.7135，可以得出结论，在这8年间张掖市自然生态系统总体上有所改善，且改善速度比较快。图1显示，评价值是呈波动上涨的，2007年和2011年较上年有所下降，其他年份均为上涨。现对它所含二级指标的评价值和变化趋势进行分析。通过图1可见：城市绿化水平和环境质量水平提高幅度较大，是此系统改善的主要拉力；环境治理水平在2005～2012年呈波动性变化，且多数年份表现为下降，总体上，2012年比2005年稍有下降，这表明在这8年间，环境治理水平不仅没有提升，反而有所下降，这是一个突出的问题，具体的即三废治理不力、固体废弃物综合利用率不高、环境投资不足等，这是未来张掖市自然生态系统建设中亟须解决的关键问题。
图1 张掖市自然生态指中文
（二）经济生态系统评价
张掖市经济生态指数在2005～2007年稍有下降，从2008年开始保持了快速的增长，总体上，评价值从2005年的0.1553提高到2012年的0.9991，可以得出结论，张掖市经济生态系统在这8年间总体上有很大的改善。现对它所含二级指标的评价值和变化趋势进行分析。通过图2可见：经济水平的提高是带动经济生态系统改善的持续的强劲动力；经济结构对经济生态系统的改善在2008年之前作用微弱，在2008年之后的作用显著；经济效率评价值在这期间有所提高，但是幅度较小，对经济生态系统改善的拉动作用较小。由此可以推断，目前张掖市经济增长的生产方式依然不够精细化、耗能不够低，这有可能成为未来城市化建设进程中的障碍或者棘手问题，需及时研究并予以解决。
图2 张掖市经济生态指中文
（三）社会生态评价
张掖市社会生态指数从2005年的0.3359提高到了2012年的0.8270，其中，大多数年份均保持了上升态势，仅2007年较上年有所下降。现对它所含二级指标的评价值和变化趋势进行分析。通过图3可见：此系统提升速度较慢的主要原因是人口因素指标评价值在2007年有大幅度的下降，一直到2011年都没有大的起色，2012年有所提高，但总体依然是下降的，经推测这是由人口密度、人口自然增长率较高所引起的；另外3个二级指标中，社会平等和资源条件在这期间保持了稳定、持续的增长，科技教育指标评价值没有大的提高，经分析，科技教育评价值比较低的原因可能是科技支出规模较小和比例较低。由此，可以认为张掖市未来几年需要加快对社会生态系统的改善，尤其是在人口因素和科技教育方面。
图3 张掖市社会生态指中文
（四）城市生态综合系统评价
张掖市城市建设生态综合指数从2005年的0.2576提高到2012年的0.8453，除了2007年有所下降外，其他年份均表现为上升（见图4）。综合上面对3个子系统的分析，可以得出以下结论：张掖市在2005～2012年8年间，城市生态建设总体取得了显著的成就；张掖市生态城市建设的成就来自自然、经济、社会3个子系统的进步，但是这3个子系统的改善程度和速度有所差异，由大到小依次是经济、自然、社会生态子系统；张掖市2005～2012年在城市绿化、环境质量、经济增长、物质丰富、经济结构、基础设施、社会平等方面取得了长足的进步，但是，环境治理、经济效率、人口因素、科技教育等方面的状况没大的改观，甚至有所恶化。
图4 张掖市生态综合指数
四 对策建议
张掖市生态城市建设评价结果和当前的城市建设客观现状基本相符，在未来的生态城市建设中，张掖市需要在以下几方面有所突破或改进。
（一）加强环境治理，营建优美城市环境
加强环境污染治理，使主要治理指标，如工业三废排放达标率、污水和垃圾的处理率、工业用水重复率等都达到国家要求的标准，避免“先发展，后治理”模式的重演。具体的措施有：加强城市环境基础设施建设；完善相关法律法规，并严格执行；创新环境保护的体制和模式；加大环境保护和治理的投资力度，提高财政支出中环境投资的比重；加强对污染主体的环保管理教育和对民众的环保宣传，尤其是加强对主要污染主体的管理和教育，增强整个社会的环境保护意识。
（二）完善循环经济体系，降低产出能耗
发展循环经济是城市可持续发展的重要手段，城市的科学建设离不开生态型经济和产业的大力发展。循环经济建设应按照“减量化、再利用、资源化”的原则，努力实现“低消耗、低排放、高效率”。具体措施有如下5项。①加快转变理念。应根据张掖市的资源拥有量、产业结构现状，坚定地走循环经济发展之路，把循环经济的理念贯穿到经济社会发展的各个重要环节。②科学编制规划。根据国家和甘肃省的循环经济发展规划，结合张掖市的发展规划，编制一个符合张掖市现状的、具有战略性和可行性的发展规划，来统筹指导张掖市的循环经济发展。③抓好重点产业。根据经济发展状况、自然资源禀赋、区域地理条件及生态环境状况等要素，重点围绕新能源产业、农副产品加工产业、有色冶金新材料产业、矿产化工产业、新型建材产业、装备制造产业六大产业，培育一批循环经济骨干企业，打造循环经济产业链。④注重科技创新。建立以企业为主体的循环经济技术创新体系，加强与科研院所的合作，开展循环经济重点技术的研究和攻关，以引进、消化、创新为主，集中解决制约循环经济发展的关键技术、重大设备和新工艺流程等方面的难题。⑤加快服务体系建设，包括完善政府统筹协调部门的建设、建立循环经济技术咨询服务体系等。除此之外，还有一些需要注意的，比如加快园区建设、强化政策支持等。
（三）改善人居环境，提高城市化水平，构建和谐社会
通过拓展城市空间、环境容量，强化城市基础设施建设，进而提高城市化总水平，促进社会可持续发展。根据张掖市城市发展的现状，首先，要对城市人口密度进行调整和控制，降低人口密度，增加人均空间和提高设施水平。其次，依据城市发展的总体规划，从宏观层面对城市建设进行总体布局，对城市用地空间进行规划和调整，提高空间的利用效率和城市建设的合理、和谐程度。最后，加强城市基础设施改建和新建，完善城市交通网络、医疗设施、文化设施、住房条件、供暖供气设施等，加强城市资源建设，保障并提高人们的城市资源享有水平。
[1] 石贵琴，女，甘肃白银人，河西学院经济管理学院助教，硕士研究生，研究方向为区域经济、农村金融；唐志强，男，甘肃武威人，河西学院经济管理学院教授，博士研究生，研究方向为区域经济、生态经济。