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三峡库区移民环境容量评价模型
三峡库区移民环境容量评价模型
摘要:
传统考虑单因素的移民环境容量分析已不能满足移民环境容量分析工作的需要。
以“自然-社会-经济”复合系统理论为依据,从三峡库区及移民自身特点出发,构建考虑社会、自然环境、经济、资源因素的移民环境容量综合评价模型,并应用初步开发的决策支持软件系统对兴山县峡口镇居委会进行了实证研究。
关键词:
库区移民;环境容量;评价模型;功效函数;实证
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文章编号:
1引言
三峡库区在人多地少、自然条件较恶劣的环境下实现了“搬得出,初步稳定”的移民搬迁安置目标,但能否真正安稳致富,库区环境容量是制约这个目标实现的关键因素之一。
为及时监测评价库区移民环境容量,构建其评价模型就显得尤为重要。
本文在相关文献的基础上,紧密结合三峡工程后续工作规划,探讨了三峡库区移民环境容量的内涵、采用“自然-社会-经济”复合系统思想和方法,构建移民环境容量概念模型和数学模型,建立评价指标体系,并用FAHP法计算指标权数,改进型的指数功效函数法对指标原始值标准化处理,采用几何加权平均模型研究移民环境容量等级指数。
由于移民环境容量具有动态性、区域性和极值性特点,过去我国水库移民中往往对移民的复杂性认识不足,政策制度配置不完善,没有在系统分析移民环境容量的基础上,做好移民安置规划工作。
通过移民环境容量评价模型,能动态监测评价环境容量变化发展状况,为移民管理机构的政策供给、制度建设及资源配置提供决策支持。
2移民环境容量概念及内涵
环境容量概念源于比利时数学家弗胡斯特(Verhast)于1838年提出的逻辑斯谛(logistic)方程,后经美国人口学家Pearl和Read再度提出而逐渐成为生态学描述生物与环境相互关系的重要方法,表示生物总数增长可资利用的环境条件及程度。
1968年美国学者麦都(D.Meddews)等人设计出“世界模型”,研究人类发展及其遭遇的环境阻力,其含义与“环境容量”概念相同,均指区域的整个环境系统,包括自然资源、社会资源和经济资源能容纳人口的能力。
移民环境容量是我国在20世纪80年代在论证和规划三峡工程的生态环境和移民专题的时候提出来的,是适度人口理论和土地人口承载能力理论的派生,是考虑资源、社会、经济等多因素的系统。
移民安置环境容量应为一个区域在特定的时间跨度内,在保证自然生态向良性循环演变,并保证一定的生活水平和环境质量的条件下,该区域社会经济发展所能吸纳并且持续供养的具有一定生活质量水平的移民数量。
其具体内涵为:
(1)移民环境容量中的环境是以移民为主体、与移民生存和发展相关的一切外部环境。
移民环境容量的影响因素包括自然环境、社会环境和经济环境。
对移民安置区来说,安置区域土地面积的大小、自然条件的优劣、资源禀赋的贫富、区位优势的高低、区域经济发展的快慢。
安置区人口素质的高低、物质技术投入的多少、社会经济制度及移民政策的支持力度等都是移民环境容量的影响因素。
同时这些因素之间的关系错综复杂、相互影响、相互制约,共同构成了水库移民安置区的环境容量。
(2)移民环境容量是以保护和改善生态环境为前提的环境容量。
由于移民的迁入,移民安置区各种资源的消耗速度必然加快,安置区原有的生态系统的相对平衡可能就此打破。
而移民环境容量的研究与测算,必须考虑移民迁入因素的影响,必须考虑到保证安置区自然生态系统实现的新的良性循环与动态平衡所能承受的人口容量限度。
(3)移民环境容量是区域的适度人口容量。
在构成移民环境容量的各个环境因素中,尽管各个因素都起着重要的作用,但最差的因素将起到决定性作用或控制性作用,因此,在分析某个区域的环境容量时,必须找出该区域的“短板”因素,进行重点分析。
(4)移民环境容量是移民安置区域环境容量的“增量”移民安置环境容量可采用一个区域的总环境容量减去现有人口所得的差值,即一个区域可以用来安置移民人口数量的表现形式。
(5)理论分析的移民环境容量与实际移民容量具有差异性。
对移民而言,存在着安置区的自然条件、社会条件、生产方式和生活方式等能否为自己所接受的问题,理论分析的移民环境容量和实际环境容量的差异性,实际上表明了移民安置具有双向选择。
3移民环境容量评价概念模型
3.1环境容量的约束条件
(1)移民安置区自然生态环境
自然生态环境的优劣程度是制约移民环境容量的基础性约束因素,主要包括区域的地形、气候、资源等。
一定的生态环境对人口的承载力是有限的,而人口在一定生态环境中的生存是以资源的消耗和利用为前提的。
当人口发展过快,规模过大,就会破坏生态环境的稳定性。
这时,环境容量往往并不是首先表现在食品的短缺,而是表现在环境恶化的加剧,再生资源的再生性减弱和不可再生资源的过度开采。
值得注意的是,水库淹没对移民带来的最大负面影响是土地资源的约束,或土地数量的减少,或耕地质量的下降,或两者兼有,因此,应该重点考虑土地资源的约束。
(2)移民安置区社会习俗差异性
首先移民安置区的自然条件、生产方式能否为水库移民所接受和适应,是确定环境容量的前提条件;另一方面,原有住民与移民的文化习俗和生活习惯不同,容易造成双方的摩擦,从而给移民生产生活带来压力。
因此在分析库区移民环境容量的时候,必须将这些条件作为基本内容进行剖析,才能确定该区域的移民环境容量。
(3)移民安置区经济发展水平
随着经济的增长,在传统的科技经济条件下日趋增大的人口压力将会对当地的资源环境系统产生极大的负面影响,可能削弱原有的潜在优势,特别是在人口过载情况下,传统技术经济系统能否为资源开发和环境保护提供支持,是环境容量能否提高的关键。
而现代科技经济条件有助于将库区的潜在优势转化为现实的生产力和环境容量,从而可以从根本上缓解该区域的人口压力与现实环境容量之间的矛盾。
因此,在确定移民环境容量时,应该考虑现代科技进步对库区的生产能力和资源利用水平的作用。
(4)移民安置区发展潜力
要保证水库移民的发展显然不仅仅是吃饭问题,而是可持续发展问题。
例如,在一定区域内,过度开发自然资源,虽然就短期而言,暂时的过度开发能够满足人们的需要,但是从长期来看,这些资源将难以为继,这样就不利于移民的可持续发展。
因此,在确定水库移民环境容量时,应充分考虑和保证移民安置区的发展潜力。
3.2移民环境容量概念模型
运用“自然-社会-经济”复合系统理论,深入研究环境容量已有的文献资料,我们认为移民环境容量包括社会、经济、自然、资源四个子系统。
(1)社会环境指标。
移民安置区居民均有自己的民族风俗习惯,从社会学方面来讲,如果移民安置区社会环境条件不恰当,跨行政区域搬迁居民有可能在宗教信仰、生活习惯、传统文化、风俗习惯等方面不适应,移民不能很好的融入移民安置区,会导致安置区的不稳定、不和谐,因此,社会因素是必须要考虑的因素之一。
(2)自然环境指标。
适宜的自然环境是移民安置的必要条件,移民安置应考虑人与自然和谐相处以及与经济、社会、环境协调发展的因素。
移民安置后如不能适应安置区的自然环境,或者安置区的安置人数超过了该区域的自然环境承载量,可能导致当地生态破坏,环境恶化,出现移民返迁或二次搬迁,造成国家财力、人力、物力上的浪费。
(3)经济环境指标。
经济发展水平在安置移民时亦是很重要的考虑因素,经济越发达、基础设施和社会服务完善的地方,可接纳移民数量就越多。
相反的,若移民安置区的经济发展水平低,移民接受的数量就偏少。
另外,移民迁出区和安置区在经济发展水平方面应基本相近,如安置区条件好于迁出区,移民迁入后可能一时不能适应当地的经济生活节奏,且会因生活成本的增长造成新的困难;反之,如安置区条件差于迁出区,移民一方面往往不愿意去,另一方面可能因迁入后经济条件衰落引发抱怨甚至社会不安定事件。
(4)资源环境指标。
移民安置区的资源越丰富,安置容量就越大,后备资源越多,可开发量越大,安置移民数量就越大。
尤其是土地资源和水资源是分析安置区时最主要的考虑因素,土地是农业的基础,而农业是国民经济的基础,这些因素是农业安置方式下起决定作用的因子。
4移民环境容量评价数学模型
4.1评价指标选取原则
移民环境容量是一个以经济效益为目标函数的复杂多元函数,与社会经济、自然资源都密切相关,我们需基于以下几个原则建立其评价指标体系。
(1)科学性原则。
评价指标体系要建立在科学的基础上,要充分考虑移民安置环境容量的内涵、外延及其运作机制,评价指标概念必须明确,测算方法标准,统计计算方法规范,具体指标能够度量和反映环境容量的特征,这样才能保证评估方法的科学性、评估结果的真实性和客观性。
(2)相对完备性原则。
评价指标体系所选的指标作为一个有机整体,应能全面地反映和测度环境容量的各个方面,既要有反映资源、环境、人口、经济、社会等各系统发展的指标,又要有反映以上各系统相互协调的指标。
(3)区域差异性原则。
环境容量所涉及的资源、环境和社会经济条件均具有明显的地域性,因而在衡量库区的移民安置环境容量所选用的评价指标体系应具有地域性,能代表研究区域环境方面的特性,反映库区环境容量的不同特征。
(4)可操作性原则。
评价指标体系所选的指标要尽可能的利用现有的统计资料或易于直接从有关部门(科研部门和技术部门)获得,指标要具有可测性和可比性,易于量化处理。
(5)相对独立性原则。
评价指标体系所选的指标应尽量避免指标间信息量的重复,尽可能选择具有相对独立性的指标,从而增加评价的准确性和科学性。
(8)动静统一原则。
环境容量一方面处于动态变化中,在一定时期内保持相对稳定性,所选取的指标必须能较好地描述、刻画与度量未来的发展和发展趋势,必须具有动态性与相对稳定性相结合的特点。
4.2指标选取方法
多指标综合评价结果是否客观准确,首先依赖于各个评价指标的信息是否准确和全面,因此,选取什么指标以及选取多少来刻画被评价事物,是多指标综合评价首先要考虑的问题。
移民环境容量评价指标选取有定性和定量两大类方法。
定量方法是从样本数据出发,用数理统计的方法选取一部分“代表”指标,具体有逐步判别分析法、极小广义方差法、系统聚类法、主成分分析法、极大不相关法、选取典型指标法。
定性方法是在相关理论和实际经验的指导下,从指标体系中分析这些指标之间的关系,找出一部分代表性强的指标。
在实践中,目前各类多指标综合评价基本上都是采用定性方法选取指标。
4.3指标权数确定
权重是以某种数量形式对比、权衡被评价事物总体中诸多因素相对重要的量值,在多指标综合评价中,权重系数的确定直接影响评价结果,权重数值的变动可能引起被评价对象优劣顺序的改变,科学的确定指标权重在多指标综合评价中有举足轻重的作用。
一般有专家群组构权法(又称德尔菲法)、主观经验法和模糊层次分析法(FAHP)。
我们选用FAHP来确定权重。
其具体步骤是:
1)明确问题;2)建立针对问题的递阶层次结构;3)建立两两比较的判断矩阵;4)层次单排序;5)层次综合排序。
4.3.1建立判断矩阵
在FAHP中,为使判断定量化,关键在于设法使任意两个方案对于某一准则的相对优越程
度得到定量描述。
根据萨缔标度表,我们咨询了相关领域的5位专家,将环境容量指标体系的四个一级指标在
萨缔标度表的规则下两两对比,形成了判断矩阵,如表1所示。
表1一级指标的判断矩阵
B
社会
自然
经济
资源
社会
1
1/3
1/4
1/2
自然
3
1
1/2
1/2
经济
4
2
1
2
资源
2
2
1/2
1
将判断矩阵元素归一化处理
将判断矩阵的每一列元素作归一化处理,其元素的一般项为:
bij=bij/
(i,j=1,2,….n)。
判断矩阵归一化处理后的矩阵见表2,3。
表2判断矩阵归一化
B2
社会
自然
经济
资源
社会
0.10
0.06
0.11
0.13
自然
0.30
0.19
0.22
0.13
经济
0.40
0.38
0.44
0.50
资源
0.20
0.38
0.22
0.25
∑
10.00
5.33
2.25
4.00
表3向量W
B3
社会
自然
经济
资源
W
社会
0.10
0.06
0.11
0.13
0.40
自然
0.30
0.19
0.22
0.13
0.83
经济
0.40
0.38
0.44
0.50
1.72
资源
0.20
0.38
0.22
0.25
1.05
∑
4.00
对向量W=(W1,W2……Wn)t归一化处理:
Wi=Wi/
(i=1,2,….n)
W=(W1,W2……Wn)t
W即为所求的特征向量的近似解。
用和积法计算其最大特征向量为:
W=(W1,W2……Wn)t
=(0.10,0.21,0.43,0.26)t,即为所求的特征向量的近似解,也为一级指标的初始权重系数。
4.3.2判断矩阵一致性检验
判断矩阵中的bij是根据资料数据、专家的意见和系统分析人员的经验经过反复研究后确定。
应用层次分析法保持判断思维的一致性是非常重要的,为此,我们必须对判断矩阵进行完全的一致性检验。
max=1n(BW)i/nWi
=0.41/(4*0.10)+0.85/(4*0.21)+1.77/(4*0.43)+1.09/(4*0.26)
=4.118
C.I.=(max–n)/(n-1)=(4.118-4)/3=0.039;C.R.=C.I/R.I.=0.044;CR<0.10,判断矩阵具有可以
接受的一致性。
根据同样的方法,我们得出了环境容量评价其他指标的权重系数(见表4)
4.4无量纲化方法
无量纲化函数的选取,一般要求严格单调、取值区间明确、结果直观、意义明确、尽量不受指标正向或逆向形式的影响。
近20年来,多指标综合评价方法的理论研究和实践活动有了很大发展,评价方法也日趋复杂化、数学化、多学科化。
常用的评价方法有综合指数法、多元统计分析法、模糊综合评价法、灰色系统评价法、数据包络分析(DEA)评价法、人工神经网络(ANN)评价法、功效函数评价法等等。
经过分析比较,笔者认为功效函数更适合应用于我们初步的研究。
功效函数评价法有以下优点:
它不考虑指标间的相关作用;指标权数不由功效函数决定;对无量纲化方法没有限制;功效函数的评价结果是一个点值;指标阀值确定,无论处于哪个集合中,评价值都是唯一的;可以分层处理,从低层次向高层次依次综合,最后得到一个总评价值。
在功效函数多指标综合评价体系中,常见的有线性功效函数、指数型功效函数、对数型功效函数、幂函数型功效函数法等,这些方法的主要区别是函数形式不同。
由于移民环境容量这些指标实际值的等量变化在不同的发展阶段表示的意义是不同的,当某个指标值增加(或减少)到一定程度以后,再增加(或减少)就越来越困难,这类似于经济学中的边际收益递减规律。
因此,我们选择指数型功效函数法。
在参考了相应的资料后,我们选择了指数功效函数的改进模型,其数学形式是:
d=Ae(x-xs)/(xh-xs)B
其中,d为单项评价指标的评价值(即功效分值);x为单项指标的实际值;xs为不容许值(或不允许值);xh为满意值(或刚容许值)。
不容许值和满意值一般统称为阈值,也可称为合理的取值区间;A,B为正的待定参数。
该指数功效函数改进模型有如下性质:
(1)单调性
d′=AB*e(x-xs)/(xh-xs)B/(xh-xs)
对于正向指标,xh>xs,d′>0,d是关于x的单调上升函数;对于逆向指标,xh (2)凸性 d″=AB*e(x-xs)/(xh-xs)B/(xh-xs)2>0 对于正向指标,d是关于x的下凸函数;对于逆向指标,,d也是关于x的下凸函数。 从性质可以看出,指数功效函数改进模型具有以下优点: 1)从单调性性质来说,正指标的函数一阶导数大于零;逆指标的函数一阶导数小于零;2)从凸性来看,对于正指标,二阶导数大于零;对于负指标,二阶导数大于零;3)正向指标与逆向指标具有统一的功效函数形式,,弥补了原有指数功效模型的缺点;4)它具有下凸性,很好地解决了正向指标和逆向指标越接近满意值,功效分值上升越快的问题;5)该无量纲化方法不受样本变动的影响,弥补了原有指数功效模型的缺点;6)对于互补型的指标,其正向形式和逆向形式均具有统一的功效函数形式。 我们可以通过临界点定分来确定A和B的值,当x=xs时,表示x达到了“不允许值”,根据直线型功效函数法的做法,定d=60,有A=60。 当x=xh时,表示x达到了“满意值”,这d=100,有100=AeB,得出B=-ln0·6 从而,指数功效函数改进模型可以写成: d=60e-(x-xs)/(xh-xs)ln0·6 关于环境容量评价指标取值阀值的确定,我们参考了大量的统计资料,做了如下处理: 对于正向指标,取值区间的最大值为满意值xh,最小值为不容许值xs,对于逆向指标,取值区间的最小值为满意值xh,最大值为不容许值xs。 移民环境容量评价指标及阀限见表5。 表5移民环境容量评价指标体系、权数及阀限 指标 分类 权数 指标分级 取值阀 (量化标准) 备注 一级 指标 权数 二级指标 权数 三级指标 权数 社 会 环 境 指 标 0.12 人口 0.82 人口密度(人/km2) 0.61 (15,100) 世界为33,中国为104 成人文盲率(%) 0.27 (2,10) 根据《社会科学报》的中国人力资源现状的统计数据 大专以上文化比率(%) 0.12 (0,10) 民族 特点 0.18 独特的民族习惯 1.00 (0,1,2) 0表示没有,1表示一般,2表示表示明显 自 然 环 境 指 标 0.21 适宜性 0.20 居住适宜性 0.60 (1,2,3,4) 1表示不适宜,2表示一般,3表示较适宜,4表示适宜。 种植适宜性 环境 质量 0.60 水土流失面积比率(%) 0.54 (0,30) 《中国水土流失现状》,按照国家标准,地表水分为五个等级: 1类水质最好,3类水为合格,4类、5类水为污水。 水环境质量 0.34 (1,2,3,4,5) 空气污染指数(API) 0.12 (0,300) 地方流行病 0.20 流行病综合发病程度 1.00 (1,2,3,4) 1表示无,2一般,3较严重,4表示严重。 经 济 环 境 指 标 0.39 基 础 设 施 及 社 会 服 务 0.31 三通一平 0.65 等级公路通村率(%) 0.30 (1,100) 用是否通等级公路来计算。 用水条件 0.41 (0,1,2,3) 0表示差,1表示中,2表示良,3表示好。 用电普及率(%) 0.15 (0,95) 符合库区的指标 广电普及率(%) 0.08 电话普及率(%) 0.06 文化教育条件 0.20 适龄儿童入学率 0.70 (1,98) 人均教室面积(m2) 0.30 (0.5.3) 中小学建筑设计标准规定>1.12m2 医疗卫生 0.15 每万人病床数 0.30 (5,12) 重庆市镇各平均水平 每万人医生数量 0.70 (2,80) 中国平均27个,生态园林标准80 产业 结构 0.52 产值结构 0.49 第一产业比例(%) 0.40 <40% 最优化处理 第二、三产业比例(%) 0.60 >60% 最优化处理 从业结构 0.31 第一产业比例(%) 0.40 <50% 最优化处理 第二、三产业比例(%) 0.60 >50% 最优化处理 收入来源比例 0.20 农业(%) 0.25 <50% 最优化处理 种植业(%) 0.20 >50% 最优化处理 林业(%) 0.15 <50% 最优化处理 渔牧业(%) 0.15 <50% 最优化处理 第二、三产业(%) 0.20 <50% 最优化处理 经济发展水平 0.17 人均纯收入总量 0.40 >3500元 人均粮食占有量 0.40 >300公斤 人均GDP 0.20 >3500 资 源 环 境 指 标 0.28 土地 资源 0.52 人均耕园地面积 0.50 >1.5亩 人均林地面积 0.25 >1.6亩 人均草地面积 0.25 >5.2亩 水 资 源 0.48 人均占有水量 0.47 >2500立方米 用水资源总量来算 农业生产用水保障率 0.30 (60%,100%) 最优化处理 工业生产用水保障率 0.23 (60%,100%) 最优化处理 4.5移民环境容量指数合成模型 在多指标综合评价中,合成是指通过一定的算法,将多个指标对事物不同方面的评价值综合在一起,以得到一个整体性的评价。 可用于合成的数学方法很多,常见的有加权算术平均合成模型、加权几何平均合成模型,以及加权算术平均和加权几何平均联合使用的混合合成模型。 三种模型都各有特点和适用场合,没有优劣之分。 因此,选择合适的合成模型,就要根据被评价事物的特点,对合成模型的数学性质和特点进行分析。 综合比较三种合成方法之后,移民环境容量指数选用了加权几何平均合成模型,其中主要考虑到了该方法的如下特点: 加权几何平均合成模型适用于各指标间有较强关联的场合;一个指标在另一个指标的基础上,由此各指标的乘积表现为整个事物的综合水平,它强调被评价对象各指标评价值的一致性;要求被评价对象的各指标彼此之间差异要小,不容许任何一个指标的偏废。 此外,该模型对指标权数的精确要求程度不如加权算术平均合成模型明显;它突出了指标评价值较小的指标作用,强调地区内各指标发展水平的一致性;其对指标评价值变动的反映比加权算术平均合成模型更灵敏,更有助于拉开被评价对象的档次,综合评价的效度更高。 加权几何平均合成模型的公式如下: 其中: G为被评价事物的综合评价值;fi为被评价指标归一化后的权数;xi为单个指标的评价值;n为评价指标的个数。 加权算术平均评价模型的公式如下: d xi各观测值;wi各观测值的对应权数;d加权算术平均数(即预测值)。 通过以上的算法,一次可以求出三级、二级和一级指标的综合指数,最终可以得到移民安置环境容量指数(E)。 本文采用五级计分法来评价移民安置环境容量,即根据指标值的大小分设5个值: 15、35、55、75和95。 指数值的大小和环境容量的大小成正比,可以用表2-1-8所示的信号灯来表示E值。 表6综合加权后的环境容量指标体系的值 E值 15 35 55 75 95 信号灯 红灯 橙灯 黄灯 蓝灯 绿灯 当E>95时,亮绿灯,表示该区域的环境容量充足,移民有足够的空间发展生产生活;当7
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