基于层次分析法的河北省生态环境质量的综合评价

基于层次分析法的河北省生态环境质量的综合评价

王欣娜,[1], ,孙月芳

北华航天工业学院 文理学院，河北廊坊，065000

摘要：遵循科学性、代表性、可比性以及可操作性原则，构建河北省生态环境质量评价指标体系，通过层次分析法确定指标权重，同时利用生态环境质量综合指数模型对河北省生态环境质量进行研究并给出河北省生态环境质量的综合评价。结果显示：2017-2021年河北省生态环境综合发展水平呈上升趋势；2017-2021 年经济与社会环境方面取得了稳定的发展，各项指标均呈现良性发展的态势；2017-2019年环境保护水平呈上升趋势，但在 2019-2021年的三年内出现了一定幅度的下降。究其原因主要是2019年河北省化学需氧量排放量比上年有所增加，导致水生态环境较为薄弱，同时水环境质量改善力度不够，防治水污染的治理能力没有跟上。为进一步改善河北省生态环境质量，分析原因并提出相应对策。

关键词：生态环境质量；层次分析法；环境质量综合指数

中图分类号：X820.1         文献标识码:A

Comprehensive Evaluation of Ecological Environment Quality in Hebei Province Based on Analytic Hierarchy Process

Wang Xin-na  Sun Yue-fang

(School of Liberal Arts and Sciences, North China Institute of Aerospace Engineering, Langfang 065000, Hebei, China)

Abstract: This paper follows the principles of scientificity, representativeness, comparability and operability to construct an index system for evaluating the quality of the ecological environment in Hebei Province. The index weights are determined through hierarchical analysis, and the ecological environment quality of Hebei Province was studied by using the comprehensive index model of ecological environment quality. The conclusion concludes with a comprehensive assessment of the quality of the ecological environment in Hebei Province. The results show that from 2017 to 2021, the overall level of ecological environmental development in Hebei Province is on an upward trend. The economic and social environment has achieved stable development with all indicators showing a positive trend. However the level of environmental protection is on an upward trend from 2017 to 2019 but shows some decline in the three years from 2019 to 2021. The main reason for this is the increase in chemical oxygen demand emissions in Hebei Province in 2019 compared to the previous year which has led to a weaker water ecosystem. At the same time, the improvement of water environment quality is not enough and the treatment capacity to prevent and control water pollution has not kept up. ln order to further improve the quality of the ecological environment, my group analyzed its causes and proposed corresponding countermeasures.

Keywords:Ecological environment quality;Analytic hierarchy process; Composite index of environmental quality

随着《京津冀协同发展生态环境保护规划》的发布以及实施，河北省积极落实京津冀协同发展生态环保率先突破战略，修订《清洁生产审核暂行办法》，发布与重点行业相关的清洁生产评价指标体系，从而进一步加大生态环境保护力度。近年来河北省产业结构和能源结构不断优化，节能环保产业实现较大突破，生态环境质量明显改善。经济高质量发展与生态环境保护和谐共生，经济与生态环境的综合协调指数稳步提升[1]，具体表现为2016—2020年河北省 GDP 从28474.1 亿元发展到 36206.9 亿元，全省居民人均可支配收入从19725.4 元发展到 27135.9元。但生态环境污染问题依旧是阻碍，河北省地处京津黄金地带，但近年来持续不断出现水土流失、土壤污染、土地沙漠化等生态破环问题。水生态环境也不容乐观，水资源短缺问题凸显，水质恶化现象严重，主要表现在地下水严重超采、工业废水污染、用水结构不合理等情况。为实现河北省社会经济的可持续健康发展，提升河北省生态环境质量，本文在学习借鉴现有研究的基础上，遵循科学性、代表性、可比性以及可操作性的原则，构建河北省生态环境质量评价指标体系，并通过层次分析法确定指标权重，最后利用生态环境质量综合指数模型对河北省生态环境质量进行研究并给出综合评价。

1.层次分析法的模型构建

1.1层次分析法的原理

20世纪70年代中期，美国运筹学家Saaty提出一种多层次权重分析决策方法——层次分析法，该方法通过将复杂问题中的各种因素划分使之转化为相互联系的有序层次，并能直接而有效地将数据、专家意见和分析者的客观判断结合起来[2]。其过程是首先将决策的目标、评价准则、决策对象建立层次结构，构造判断矩阵，进行两两比较判断，并进行层次的单排序和总排序的一致性检验，确定各因素的权重。本文将河北省生态环境质量指标体系作为一个系统，划分系统中的各关键因素，利用层次分析法确定各层次因素的权重。

1.2构建准则层次结构模型

遵循科学性、代表性、可比性以及可操作性的原则[2]，根据河北省的实际情况，构建河北省生态环境质量评价指标体系。以河北省生态环境质量为目标层，经济发展、社会环境、环境保护为准则层，选取河北省生态环境质量研究中的人均地区生产总值、城市用水普及率、能源消费总量、城镇化率、城镇居民人均可支配收入、农村人均可支配收入、造林总面积、化学需氧量排放量、累计治理水土流失面积、耕地面积、二氧化硫排放量、治理废水项目完成投资、城市绿地面积等16个重要指标为指标层，具体河北省生态环境质量评价指标体系（见表1）。

表1  河北省生态环境质量评价指标体系

1.3 构造判断矩阵

在确定每个层次上各指标的相对权重时，为减小误差，首先由专家对判断矩阵中每一层次的各个指标相对重要性进行两两比较，并赋予相应的分值。为提高准确度，利用萨蒂提出的1-9尺度（见表2），对每一层的各指标分级量化，经过专家多次讨论，多次反馈，最终确定构造判断矩阵。借助MATLAB R2020a软件求得判断矩阵的最大特征值和特征向量。

表2  标度及其描述

1.4一致性检验

对于判断矩阵是否存在显著性差异，需要对判断矩阵进行一致性检验。定义一致性指标为：

                                                          (1)

如果的值较小，说明判断矩阵更接近于完全一致性，其效果越好。如果=0，则判断矩阵具有完全一致性；为检验判断矩阵的一致性，引入平均随机一致性指标值（见表3）。

表3  一致性检验值

计算随机一致性比率：

                                                           （2）                              

当时，可以认为判断矩阵通过一致性检验；当时，就需要修正判断矩阵，然后重新进行一致性检验，直到判断矩阵通过一致性检验为止。

经检验，河北省生态环境质量评价指标体系中，经济发展层面的一致性比率为0.06，社会环境层面的一致性比率为0.04， 环境保护层面的一致性比率为0.1，满足一致性要求。

1.5层次总排序的一致性检验

层次总排序是所有层次单排序的加权组合，计算某一层次所有因素对于最高层（总目标）相对重要性的权重。在此原则下计算河北省生态环境综合评价指标数据权重(见表4)。经检验，总的一致性比率，满足一致性要求。

表4  河北省生态环境质量评价指标的权重

由表4可知，影响河北省生态环境质量的主要指标按重要性排序依次为：人均地区生产总值(权重为0.2321)、累计治理水土流失面积(权重为0.1009)、城市用水普及率(权重为0.0942)、化学需氧量排放量(权重为0.0885)、治理废水项目完成投资(权重为0.0884)、城镇居民人均可支配收入(权重为0.0627)、第三产业贡献率(权重为0.0627)、耕地面积(权重为0.0473)等。在前8项主要指标中，有4项是环境保护层面的。其中，化学需氧量排放量和治理废水项目完成投资这两项指标客观反映了河北省生态环境遇到的废水排放问题。

2.结果与讨论

2.1数据标准化处理

本文中指标的实际值取自《河北统计年鉴》，以及国家统计局、河北统计局提供的大量数据资料。收集到的数据一般都具有自身的量纲和分布区间，无法直接进行比较和运算，需要对数据进行标准化处理，采用极差法进行标准化处理，即：

正向指标：

                                                      （3）        

负向指标：

                                                    （4）

其中，为的无量纲值；为第个评价单元某个指标的原始值；为第 个评价单元某个指标的最小值；为第个评价单元某个指标的最大值；为各评价单元的序号，。

2.2环境质量综合指数模型构建与计算

某个因素的单元评价分值等于各因子指标分值加权之和，即：

                                                               （5）              

其中：为因素的评分值；为的无量纲值；为因子的权重值。生态环境质量综合指数的计算式为[3]：

                                                                 （6）           

其中：为生态环境质量综合指数；为因素的权重值。按照上述计算方法首先算出各个因素的分值，然后再计算出系统生态环境质量的综合得分。

2.3生态环境质量综合评价结果

基于上述评价指标及各指标权重，利用生态环境质量综合指数模型，计算2017—2021年河北省生态环境质量综合评价结果（见表5）。

表5  河北省生态环境质量评价结果

由表5可知，河北省生态环境综合水平由2017年的23.84分上升到2021年的91.33分，呈现出良好的发展趋势。其中，社会环境方面主要对河北省生态环境质量影响较大。社会、经济、环境系统三者相互依赖、相互制约，有机结合为一个生态环境系统[4]。根据表5，得到河北省生态环境质量的变化趋势（如图1所示）。

图1  河北省生态环境质量的变化趋势

由图1可知，2017-2021 年河北省生态环境综合发展水平呈上升趋势，2017年为研究时段最小值23.84，2021年为研究时段最大值91.33，其较2017年增加了67.49。经济发展、社会环境、环境保护的发展水平存在差异。2017-2021 年经济发展与社会环境方面取得了稳定的发展，各项指标均呈现良性发展的态势，且经济发展水平涨幅比社会环境发展水平要高。2020-2021年社会环境发展水平呈现明显上升的趋势，究其原因主要是城市用水普及率比上年大幅度增加。2017-2019年环境保护水平由 16.59 上升到 28.65，但是在 2019 - 2021年的三年内出现了一定幅度的下降。分析其原因主要是2019年河北省化学需氧量排放量比上年有所增加，导致水生态环境较为薄弱，同时水环境质量改善力度不够，防治水污染的治理能力没有跟上。

3.结论与对策

由河北省生态环境质量评价结果可知，在环境保护方面仍有不足，为了使河北省生态环境持续性改善，提出以下对策：

（1）针对化学需氧量排放量的增加，水环境薄弱的问题：以行政区划为基本单位划分控制区域，严格限制控制区域内水污染物的排放，推进固定污染源综合整治，深化工业污水和入河排污口综合治理，持续推进雄安新区水环境综合整治，提升白洋淀流域水质。同时，加大技术造力度，加强资金扶持，着重对重点污染领域、污染企业进行治理，重点推进钢铁、水泥等传统重化工业的绿色化升级改造，加大技改引导力度，加强资金引导和支持。有序推进农村清洁取暖改造，加强城市污水收集处理设施建设。

（2）针对土地过度开发、污染、水土流失、土壤沙化盐碱化等问题：河北省地处京津，近年来一直出现土壤污染、水土流失、土地沙漠化等生态破环问题[5] 。河北省相关部门应合理调配资源，集约高效利用水、土地、森林等自然资源。制定并实施多项林业生态工程计划，提高森林覆盖率，增强森林的生态服务功能。研制节水型技术工业，提高水资源的优化配置和高效利用，加大污水的深度处理率。深入推进河北省水土流失综合治理，重点支持太行山、燕山、坝上等地区的重要水源地上游的水土流失治理。在重点地区增加耕地面积，提高蓄水保土能力，发挥土地整治的生态功能。

（3）针对二氧化硫排放等大气污染的问题：加强大气污染综合治理，多错并举改善大气环境质量。加快扭转部分地区“一钢独大”的产业结构，以唐山市乐亭钢铁公司、邯郸市新金钢铁公司为例，加强地区钢铁企业整合重组，引进先进工艺技术及污染治理技术，推进产业技术创新和升级改造。借力京津冀一体化发展的契机，培育壮大高新技术产业，以科技创新支撑产业高质量发展。开展碳达峰和空气质量达标协同管理，统筹推进能源结构绿色低碳转型，打造清洁能源体系，以科技支撑减少煤炭的燃烧，推进煤炭清洁高效利用。

参考文献：

[1]宋剑，李志红，李洁. 河北省经济发展与生态环境耦合协调发展测度研究[J]. 工业技术与职业教育，2022，20(4):106-112.

[2]朱发昇. 层次分析法在石羊河流域生态环境现状评价中的应用[J]. 甘肃水利水电技术，1999，1: 66-68.

[3]李崧，邱微等. 层次分析法应用于黑龙江省生态环境质量评价研究[J]. 环境科学，2006，27(5): 1031-1034.

[4]姚建.  AHP法在县域生态环境质量评价中的应用[J]. 重庆环境科学，1998，20(2): 11-14.

[5]季文光，张坤.京津冀协同发展视阈下河北省国土空间生态风险评价探讨[J]. 南方农业，2021，15(31):112-116.

基金项目：河北省高等学校科学技术研究项目资助（编号：ZC2022014）

[1] 作者简介：王欣娜（2002—），女（汉），河北张家口人，本科生，17331373773，2099554694@qq.com，联系人：王欣娜  研究方向：应用统计学。