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1、资源开发与市场Resource DevelopmentMarket 2017 33(12) 资源与环境doi：103969jissn。10058141201712005基于熵权可拓模型的土地利用规划环境影响评价以黄河三角洲高效生态经济区为例盛中华，董会忠，殷秀清，吴 朋，张 帅(山东理工大学管理学院，山东淄博255012)摘要：土地利用规划环境影响评价对配置土地资源起到显著的优化作用，可为新一轮的土地利用规划修编提供科学基础。针对黄河三角洲高效生态经济区土地开发与利用状况，运用DPSIR(DrivingPressureStateImpactResponse)模型构建土地利用规划环境影响评价指标
2、体系，结合熵权法和可拓学理论构建土地利用规划环境影响评价模型，分析自规划实施以来(2006-2015年)该区域土地利用与环境质量的变化过程。基于分析结果，对该地区规划目标年(2020年)的土地利用程度和环境质量水平进行了预测。结果表明：自新一轮土地利用规划实施以来，黄河三角洲高效生态经济区的自然环境质量整体上呈正向发展趋势，但人均水资源量、人均耕地面积、人均工业废气排放量等指标是影响该地区环境质量进一步改善的主要短板因素。关键词：土地利用规划；熵权可拓模型；环境影响评价；黄河三角洲中图分类号：F3012 文献标志码：A 文章编号：10058141(2017)12143306Environmen
3、tal Impact Assessment of Land Use Planning Based on Entropy Weight and Extension Model。_。_。A Case Study in YeHow River Delta Efficient Ecoeconomic ZoneSHENG Zhonghua，DONG Huizhong，YIN Xiuqing，WU Pang，ZHANG Shum(Business School，Shandong University of Technology，Zibo 255022，China)Abstract：EIA of land
4、use planning that was conducive to optimize the allocation of land resources，which could provide the scientific researchbase for integrated a new round of land Use planningAccording to the land development and utilization extent of YeUow River Delta Efficient Eeoeconomic Zone based on DPSIR(DrivingP
5、ressureStateImpactResponse)model，this paper established EIA index system of land use planning and EIA of land use planning model with entropyweighted extension and matter-clement theory to analyze the process of land use and environmentM quality change since the implementation of this round land use
6、 planning(20062015)Finally，EIA of land use planning of this area earfled on，and the predictions ofdata in target planning year(2020)The results indicated that since the implementation ofnew round land USe planning，there was an overall improvement in the natural environmental quality in YeHow River D
7、elta Efficient Ecoeconomic ZoneHowever，the main shorthoard factors like amount of water resources per capita，arable land per capita，industrial waste gas emissions per capita，affected the quality of the environment to further improveKey words：land use planning；entropy weight and extension model；envir
8、onmental impact assessment；YeUow River Delta1 引言在整个生态系统中，土地起着举足轻重的作用。作为一种合理配置和利用土地资源的重要方式，土地利用规划与生态环境的保护和建设之间关系十分紧密。不合理的土地利用规划所造成的生态与环境的影响日益凸显，植被破坏、土壤污染、水土流失、湿地破坏、土地荒漠化等问题已严重威胁到自然生态环境的平衡发展和社会的可持续发展。土地利用规划环境影收稿日期：20171024；修订日期：20171117基金项目：国家自然科学基金项目“区域复合生态经济系统耦合效应与政策调控研究以黄河三角洲高效生态经济区为例”(编号：71371112)
9、；山东省自然科学基金项目“山东半岛蓝色经济区环境经济复合系统仿真与预警机制研究”(编号：ZR2012GM020)。第一作者简介：盛中华(1992一)，女，内蒙古自治区呼伦贝尔人，硕士研究生，主要研究方向为运营管理。通讯作者简介：董会忠(1968一)，男，山东省烟台人，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向为能源系统分析与工业生态化。响评价是以宏观结构调整为视角，对可能使生态与环境造成影响的各种因素进行预测性评估，这对避免因土地不合理利用而对生态环境与社会经济发展造成不利影响具有十分重要的意义忙J。随着当今社会经济日益发展，我国出台的政策、战略规划、计划实施等所造成的环境影响越来越不容小觑，诸多
10、方面的战略环境评价(SEA)已成为可持续发展的重大问题1。环境影响评价法的颁布与实施将我国的环境影响评价制度从单一的建设项目范畴提升到了规划指导范畴，并将土地利用规划视为“一地三域”的首要任务H。因此，我国对土地利用规划环境影响评价领域进行探索研究，对优化配置土地资源、实现土地系统可持续发展具有非常重要的科学价值与战略意义。许多国内外学者针对土地利用规划环境影响评价问题进行了一系列相关研究。Germtn Glarfa提出具有 1433万方数据资源与环境 资源开发与市场Resource DevelopmentMarket 2017 33(12)生态基础的土地规划可解决土地利用所产生的矛盾，对土地
11、适宜性和替代方案的系统分析是选择最佳实施方案的基础，且最佳方案应具有满足当今社会需求和未来可持续发展的特点b1。Zhenghong Tang通过对40份美国加利福尼亚州地区的土地利用规划环境影响报告(EIR)进行了质量评估和回归分析，认为影响当地土地利用规划环境影响的三大因素是规划人员数量、计划更新能力和发展压力1。针对土地利用规划环境影响评价常用的方法主要有生态系统服务价值模型，该方法对土地利用的方式和结构具有引导和控制作用81，但是存在不同研究区域之间的可比性较弱的问题；综合指数法归。是通过建立价值函数的数学模型并确定现象的优劣类型和排序过程，但该方法赋权时的主观性太强，难以准确地进行定量
12、分析；模糊综合评价法刮能有效地反映评价对象的模糊级别界限，相对客观地反映出评价对象的真实情况，但是过度侧重极值的作用，造成评价信息损失较多；生态承载力模型与生态足迹模型相结合的方法“，由于过度侧重生态可持续发展，忽视了社会经济的可持续发展，因此对生态足迹与社会经济之间的关系不能进行准确深入的分析，对市场供需关系与生态环境之间的影响不能有效地进行及时掌控；幕景分析法21虽然能较好地用于不确定性分析，但涉及的主观因素较多，影响评价的准确性；环境承载力分析法3 o反映了时间概念下的土地利用状况，提供机制用于检测剩余承载力的容许使用量，但要求数据较多，可能会出现多阈值的情况，评价结果会出现一定偏差；人
13、工神经网络模型141特别适合求解内部机制的复杂问题，在求解无标度方面具有明显优势，但一般由操作者的经验选择网络结构，影响模型的逼近能力，容易造成预测结果与实际不符；系统动力学方法51注重系统的开放性、层次性和动态性，但由于对评价精度要求不高以及自身的粗糙性和不严谨性，只能大概判断研究结果，可靠性不高；叠图法与GIS相结合的方法n刮能从空间角度清晰明了地表示累积效应的范围与样式，但自身具有局限性，无法进行量化分析。因此，目前通行的这些研究方法对土地利用环境的多层次、多因素和多维度方面的描述存在一定的弊端，因此有必要采用其他方法进行评价。本文采用熵权可拓模型分析土地利用规划环境影响评价，可较好地克
14、服上述模型和方法存在的局限性。目前，该方法在隧道塌方风险评价、航道水域通航环境安全评价、高速公路安全评价、供应链战略伙伴关系评价7“o等方面已有广泛应用。本文以黄河三角洲高效生态经济区为例，针对该区域的特点，结合熵权法与可拓理论，定量化分析了土地规划政策实施执行后1434(2006-2015年)对区域自然环境产生的影响，并对2020年的土地利用状况进行合理预测，提出可行的解决方案，为进一步准确评估、修编土地利用规划提供有价值的理论依据。2研究区域与数据来源21研究区域黄河三角洲高效生态经济区(简称“黄三角经济区”)位于山东省东北部，渤海湾南岸和莱州湾西岸，以利津为顶点，北到徒骇河口，南到小清河
15、口，呈扇状三角形；黄河三角洲地域范围包括东营和滨州两市以及潍坊北部的寒亭区、寿光市、昌邑市，德州的乐陵市、庆云县，淄博的高青县和烟台莱州市，共涉及6个设区市的19个县(市、区)，总面积2。65万km2，占全省幅员面积的16。该区域是世界造陆面积最快的河口三角洲之一，微地貌形态复杂，处在各种生态系统交错带，是典型的生态敏感区，被誉为我国“最具有开发潜力的三角洲”。2009年，由于黄三角经济区的快速发展，该地区逐步成为国家区域生态经济规划中的焦点之一，对指导国家区域协调发展战略具有重要意义。但随着城镇化和工业化进程加快和人I：1的增长，黄三角经济区的土地被大量无序开发，导致该区域地力下降，土地盐渍
16、化严重，造成“开发一撂荒一再开发”的恶性循环，土地的可持续利用成为亟待解决的现实问题。22数据来源由于东营市、滨州市是黄三角经济区开发建设的核心区域，因此本文主要收集整理东营和滨州二市的相关数据作为研究的基本数据。以东营市和滨州市新一轮土地规划(2006-2020年)为例，以2010年作为规划近期目标年、2020年为规划目标年，规划范围包括东营市和滨州市的全部行政辖区，总面积达174万hm2左右。本研究指标的原始数据资料主要参考了相关年份的山东省统计年鉴、东营市统计年鉴、滨州市统计年鉴等；大气环境状况、水资源与森林资源、区域污染物排放情况、土地利用状况等相关数据主要参考了相关年份的东营市统计年
17、鉴、滨州市统计年鉴。此外，土地利用的相关资料主要来源于相关年份的中国国土资源年鉴、东营市国土资源公报和东营市、滨州市国土资源局相关土地利用变更数据与调查结果等。3研究方法31熵权法万方数据资源开发与市场Resource DevelopmentMarket 2017 33(12) 资源与环境目前多采用德尔非法、两两比较法、层次分析法、熵权法等来确定土地利用规划环境影响评价指标权重。其中，德尔非法和层次分析法确定权重时的主观影响因素过多。因此，为了提高指标权重的精度和评价结果的准确性，本文选用客观赋权法中的熵权法来确定各评价指标的权重；设立土地利用系统为总系统，其子系统建立各项评价指标，并作为信息
18、源；各项评价指标数值对应于相应子系统可能出现的取值，根据取值的波动范围可确定对应概率的大小，则可计算出各项指标的熵权，即根据各项评价指标构成的判断矩阵得出指标熵权。设有n个子系统，m个评价指标，计算步骤为：对各项评价指标数据进行标准换算，定义各项评价指标的信息熵：e，=一KP“In(P#)(1)P。，=L(2)。蚤并。K=志(3)式中，Pii为第i个子系统在第j个评价指标下的特征比重；xi(i=1，2，11；j=1，2，m)为第i个子系统中第J项评价指标的标准化值。为了使lnPii有意义，一般定义：当Pii=0时，PijlnPii=0。计算各项评价指标间的差异系数Si：si=1一e， (0ei
19、1)(4)定义各项评价指标的熵权COi：i：毒!L(5)=【5)S=l式中，咄表示第j项指标的熵权，即权重值，且=1，咄0，1。J=132可拓学理论物元可拓包括物元模型、可拓集合和关联函数心1|。以事物N、特征c、事物的特征值V为基本三要素，三者构成有序三元组R：(N，C，V)来描述事物的物元。物元模型是用来解决复杂矛盾和不相容的问题，也是解决矛盾的基本模型，并适用于多因子评价。物元模型改变了解决问题的切人角度，将研究数量关系和空间形式的数学模型这一单一解决问题的方式向特征和量值相结合的物元构成模型转化恤。因此，将物元模型应用于该评价中，再通过对单项评价指标关联度的计算来确定单项指标质量的关联
20、水平。经过模型集成，可掌握多项指标综合质量的关联水平，这样就能将区域土地利用规划环境质量评价等级的变化过程定量地表示出来，以此处理单项指标评价结果不兼容的问题。确定区域环境影响评价物元：评价目标Z、目标特征C和z关于c的特征量值v，三者共同构成区域环境影响评价物元。设Z具有多个特征值，以t个特征C，C：，C。和相应的特征量值v，v：，vt来描述，可表示为：R=(Z，c，秽)=Z CI ”】C2 移2 ： ：CI 秽RlR2：R。(6)式中，R为n维区域土地利用规划环境影响评价物元，可简记为R=(Z，C，v)。确定区域环境影响评价节域与经典域：区域土地利用环境影响评价经典域物元R0j和节域物元R
21、。的矩阵表示为：R巧=(乙，c耐，口。口)=乙c。， (口彬b。，)c。2 (口舻，b啦)! ：c。 (a咖，b叩)Rp=(乙，Ci，)=(abpl)(口P2bp2)(a，bpI)(8)式中，R面为区域土地利用环境影响评价的经典域；zoj为所划分的第j个评价等级，j=(1，2，t)；ci为第i个评价指标i=(1，2，s)；v 0ij=(aoboij)为对应评价等级j的量值范围，j=(1，2，t)；Z。为区域土地利用环境影响评价的主体；Vp=(a即，b，)是指z，关于评价指标C；所取的量值范围，即为区域土地利用环境影响评价的节域。确定待评物元模型：将P0表示为待评对象w。的待评物元：Wo=(Po
22、，ci，秽。)=t，1V2：移s确定关联函数及关联度：关联函数和关联度的具体表达式为： K，(。)：f；xIij；l口(”，I，审)一lD(”i，矿崎)。K如。)：iD()一P(吩，)小一叫”州膊”L一_iD(q，VoF)一1 p(v；，)一10(F；，k)=o(10)1435万方数据资源与环境 资源开发与市场Rcsource DevelopmentMarket 2017 33(12)式中，K(v；)表示j个评价指标关于各等级的关联度；p(v。，V0ij)为点v。与有限区间V。“=(aoij，b。ij)的距离；p(V，V，)为点vj与有限区间V，=(aPlb，。)的距离，其中vi为评价指标的实
23、际值；V州=(aoij，b。ii)为经典域；Vpl=(apIb，。)为节域，其中P(x)=x一粤竽I一生。关联度Kj(，i)表示评价对象的各 二 二评价指标的j(j_1，2，t)个等级的关联程度，若K(v，)=maxK(vi)，则评价对象v，隶属于评价等级i。确定综合关联度和评定评价等级：评价对象W。关于评价等级i的综合关联度：fK(Wo)=三60，K(口i)(11)式中，K；(vi)表示评价对象w。中第i个评价指标关于评价等级i的单指标关联度；COi表示各项评价指标的熵权值。关联度K(W0)表示评价对象的各评价指标关于评价等级J(j=1，2，t)的关联程度，若K(w。)=maxKj(W。)，
24、则评价对象w。隶属于评价等级i。当K(wo)0时，说明评价对象隶属于此评价等级且值越大，在此等级的稳定性越强。4指标体系构建与评价过程41 土地利用环境影响评价指标体系的构建DPSIR模型是在PSR框架和DSR框架的基础上发展而来的，用来描述分析环境与社会经济以及人类活动之间密切的因果关系和相关指数的框架。其中，驱动力指标是指在社会进步、经济发展、人口增长和产业创新下或基于上述改变而引起人类生活、生产方式与消费模式的连锁改变，作为导致环境变化的潜在因素；压力指标是指自然环境在人类活动下所受到的影响，主要体现在资源和能源的消耗能力上与废物排放能力上；状态指标是指在社会环境和人文环境日益变化的状况
25、下，该区域空气、水质和土壤环境是否污染及其污染情况；影响指标是指社会、经济、环境三者与土地利用规划之间的相互作用和影响；响应指标是指为应对环境的各种变化和影响，人类所采取的对策和制定的积极方案。本文按照指标体系建立的科学性、系统性、综合性、层次性、区域性、动态性等原则，综合了黄三角经济区的环境影响因子识别与土地利用规划的环境影响识别，构建了以目标层A、准则层B、因素层C、指标层D及21个评价指标为评价标准的体系。同时，利用熵权法根据式(1)和式(5)确定指标权重，具体结果及指标权重见表1。表I 黄三角经济区土地利用规划环境影响评价指标体系和权重42确定评价等级本文将黄三角经济区土地利用规划环境
26、的质量等级划分为以下5个等级：I级(优)、级(良)、级(中)、tV级(差)、V级(极差)，等级划分主要参考了国家、地区、相关行业的环境质量标准对评价指标的经典域和节域范围进行确定，并结合研究区域的实际情况和参考相关文献成果协。引确定了相应的数值的范围，其经典域RI、R、R、R、R。和节域R，的取值范围见表2。表2土地利用规划环境影响评价指标经典域和节域取值范围万方数据资源开发与市场Resource Devel。pment&M出2017 33(12) 资源与环境(续表2)_-_-_，_l_-_-_-_h-_-r_-_-_-，h_-H-_-_-_，-_-_-H-_-_H_一 评价指标i_1i百i堕
27、堕堕旦iFi了F5 结果分析51 2006-2015年土地利用规划环境影响评价根据K(Vo)= max Ki(v0)原则，结合式(9)、i61，2，tt式(10)，计算单个评价指标对不同质量级别的关联度和综合关联度Ki(Vo)，结果见表3。表3黄三角经济区土地利用规划环境影响评价结果由计算结果可知，黄三角经济区在2006-2015年期间土地利用规划环境影响情况整体呈正向发展趋势；在2006-2010年期间，土地利用规划环境影响的质量水平为“差”等级，处于不理想的状态，但在2010年呈现向“中”等级转换的趋势。2010-2013年期间，处于“中”等级水平，实现了由“差”等级到“中”等级的关键性转
28、换；2013-2015年期间，完成了从“中”等级向“良”转换过程，但K。(V删)=一025073K(V那)=一026954，2015年的土地利用规划环境影响的质量等级出现向“中”等级衰退趋势。2006-2015年期间黄三角经济区的土地利用规划环境影响情况不断得到改善，土地资源规划和布局较为合理，但是该区域环境影响评价水平并未达到“优”等级，土地资源未得到最优化配置。研究结果与黄三角经济区土地利用规划的实际情况基本一致，表明基于熵权可拓模型构建的土地利用规划环境影响评价模型是科学有效的，能够用来预测未来年份的土地利用规划环境影响评价。52土地利用规划环境预测本文通过灰色预测模型对黄三角经济区的评
29、价指标值进行了关联预测，将所得数据带入评价模型，得出2020年黄三角经济区环境质量评价等级，计算结果见表4。表4 2020年黄三角经济区土地利用规划环境影响评价指标关联度根据：警。Kj(V2020)=K(Vz02D)=0049l可知，2020年黄三角经济区的环境质量水平为“良”。由K=(P蚴)=一02473Kl(P2020)=一0265可知，环境质量有向“优”等级转换的趋势。通过各项评价指标预测数据可知，影响研究区域环境质量的主要限制因1437万方数据资源与环境 资源开发与市场Reurce DevelopmentMarket 2017 33(12)素是人均用水量、人均耕地面积、人均工业废气排放
30、量，主要属于水资源环境、大气环境和环境保护方面。但人均污水排放量、土地垦殖率具有由“中”等级向“差”等级转换的趋势，主要属于水资源环境、大气环境和环境保护方面。其中，人均用水量( max KiEiInVl(V。)=IV=00017)、人均耕地面积( max Ki(V】3)JI，11，”，V=00029)、人均工业废气排放量( max K；jC-l I，11，V。(V，。)=IV=0001)处于“差”等级，严重影响到区域的环境质量水平。从上述结果可知，黄三角经济区人地系统严重失衡，水资源短缺，土地退化等问题严重威胁着土地环境。因此，政府和相关部门应采取因地制宜地构建发展模式，加强水源地保护，节约
31、水资源，遏制水域向建设用地和耕地转化，落实好退耕还林政策，加大土地整治项目的资金和技术的投入，优化产业结构，促进工业循环经济区建设，减少工业废弃排放量等措施用来改良和保护土地资源。6结论通过建立DPSIR模型，本文将人口、经济、环境与资源结合起来，通过分析各因素之间的关系，准确反映出黄河三角洲高效生态经济区的土地利用规划环境影响情况；利用可拓模型将影响土地利用规划环境的指标定义为物元，利用熵权法与可拓模型相结合的方法更加客观、合理地确定了指标权重、隶属度、综合关联度等数据。结合研究区域实际情况可得出：自本轮土地规划实施以来，区域整体环境情况逐渐向优良方面转换。同时，本轮土地利用规划对打造“生态
32、和谐、互惠共存”的环境起到了一定的推进作用，并预测了规划目标年的环境变化趋势，指出影响研究区域环境质量情况的限制因素，给出了相应的解决对策。因此，本研究不但从理论方面对土地利用规划环境影响评价提供了科学可靠的分析解决依据，而且从实际工作方面提供了一定的实践可能性。但是由于自身系统的复杂性和不确定性，以及获取评价体系中所需数据的局域性和有限性，所得出的评价指标尚不完善，后续研究体系有待进一步改善。参考文献：1贾克敬，谢俊奇，郑伟元，等土地利用规划环境影响评价若干问题探讨J中国土地科学，2003，17(3)：15202谢花林，李秀彬，陈瑜琦，等土地利用规划环境影响的生态安全评价方法初探以内蒙古翁牛
33、特旗为例J资源科学，2010，32(1)：57633蔡玉梅，郑伟元，张晓玲，等土地利用规划环境影响评价J地理科1438学进展，2003，22(6)：5675754蔡玉梅，李天威，王吴中国和欧盟土地利用规划环境影响评价对比研究J地理科学进展，2008，27(3)：75795German Glarfa，AngelCeCal MLand Use Allocation and En、rimnmentalImpact Assessment in Land PlanningJRural Planning from all Endmnmental Systems Perspective，1999，(I)：2
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37、拓决策研究D西安：西安建筑科技大学硕士学位论文，200821蔡文物元模型及其应用M北京：北京科学技术文献出版社，199422蔡文可拓论及其应用J科学通报，1999，44(7)：67368223刘春雨，董晓峰，刘英英，等县域土地利用规划环境影响评价以民乐县为例J干旱区资源与环境，2013，27(11)：13514124路正，陈英，魏苹，等基于熵权可拓物元模型土地利用系统健康诊断以河西走廊为例J干旱地区农业研究，2017，35(1)：25826325刘畅，师学义，高奇基于熵权物元模型的土地利用规划环境影响跟踪动态评价J环境科学学报，2015，35(8)：2641264726郑华伟，张锐，刘友兆基于物元分析的土地利用系统健康诊断J中国土地科学，2012，26(11)：3339万方数据