湖南省生态环境承载力研究

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1 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 分 析 长 沙 理 工 大 学 田 学 朱 福 利 王 红 飞 摘 要 随 着 湖 南 省 经 济 的 快 速 发 展, 同 时 也 伴 随 着 严 重 生 态 环 境 问 题, 然 而, 可 持 续 发 展 已 经 成 为 保 障 社 会 和 谐 发 展 的 方 向, 加 强 对 生 态 环 境 承 载 力 的 研 究 有 助 于 可 持 续 发 展 理 论 的 发 展 及 完 善 因 此 本 文 对 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 研 究 具 有 非 常 重 要 的 意 义 本 文 利 用 统 计 学 原 理 对 生 态 环 境 承 载 力 的 数 据 进 行 分 析, 得 到 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 分 析 模 型, 其 中 主 要 分 为 以 下 五 个 部 分 第 一 部 分 主 要 介 绍 了 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 研 究 的 必 要 性, 全 面 的 阐 述 了 该 研 究 的 背 景 和 意 义 第 二 部 分 主 要 对 湖 南 省 生 态 环 境 现 状 进 行 分 析, 结 合 湖 南 省 的 实 际 情 况, 考 察 大 气 环 境 和 水 环 境, 分 析 指 标 具 有 较 强 代 表 性 第 三 部 分 建 立 了 基 于 主 因 子 分 析 的 生 态 环 境 承 载 力 分 析 模 型 本 文 按 照 科 学 性 完 备 性 区 域 性 和 可 操 作 性 原 则 从 经 济 环 境 资 源 三 个 方 面 进 行 指 标 的 选 取, 数 据 均 来 源 于 湖 南 省 统 计 年 鉴 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 等 在 数 据 标 准 化 的 过 程 中, 针 对 环 境 问 题 的 测 定 项 目 的 不 断 完 善, 必 定 会 存 在 一 些 数 据 的 缺 失, 将 原 始 数 据 大 量 删 除 是 不 合 理 的, 因 此 利 用 SAS 进 行 缺 失 数 据 查 找, 并 利 用 SPSS 21.0 采 用 EM 算 法 对 于 未 进 行 录 入 ( 缺 失 值 ) 的 数 据 进 行 估 计, 完 善 数 据 ; 然 后 利 用 主 因 子 分 析 将 选 取 的 25 个 指 标 提 取 出 主 因 子 ; 再 利 用 MATLAB 运 用 熵 值 法 对 主 因 子 得 分 进 行 权 重 确 定, 计 算 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分, 同 时 给 出 评 价 标 准, 结 果 发 现 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 已 经 处 于 警 告 程 度, 需 要 严 重 重 视 第 四 部 分 建 立 了 基 于 时 间 序 列 ARIMA 预 测 模 型, 首 先 利 用 Eviews 6.0 对 年 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分 进 行 拟 合, 得 到 模 型 拟 合 较 好 ; 然 后 利 用 模 型 预 测 年 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分, 再 利 用 2010 和 2011 年 已 知 的 数 据 跟 预 测 值 对 比 得 到 模 型 的 短 期 预 测 精 度 较 高 同 时 也 表 明 该 模 型 预 测 的 年 的 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分 的 可 信 度 较 高, 可 为 环 境 部 门 提 供 参 考 第 五 部 分 针 对 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 的 现 状 分 析 和 评 价, 提 出 具 体 改 善 环 境 承 载 力 政 策 性 建 议, 对 实 现 湖 南 省 经 济 和 生 态 环 境 的 可 持 续 发 展 具 有 重 要 意 义 关 键 词 : 生 态 环 境 承 载 力 ; 可 持 续 发 展 ;EM 算 法 ; 主 因 子 分 析 ; 熵 值 法 ;ARIMA I

2 预 测 模 型 II

3 The Analysis of Ecological Environmental Carrying Capacity in Hunan Province Abstract With the rapid economic development of Hunan Province, accompanied by serious ecological environment problems at the same time, sustainable development has become a direction of the harmonious development of society. To strengthen the research of ecological environmental bearing capacity is helpful to the development and improvement of the theory of sustainable development. This article researches on ecological environmental bearing capacity of human province has a very important significance. In this paper it can get the ecological environmental bearing capacity analysis model of Hunan Province by analyzing the data of the ecological environment bearing capacity based on the statistics theory, mainly divided into the following five parts. The first part mainly introduces the necessity of researching on the ecological environment bearing capacity, and comprehensive elaborates the research background and significance. The second part mainly carries on the analysis about the present situation of ecological environment in Hunan Province, combined with the actual situation of Hunan Province, and atmospheric environment and water environment. Analysis indicators has strong representative. The third part establishes the model of ecological environmental bearing capacity analysis based on principal factor analysis. In this paper, according to the scientific nature, completeness, regional and operability principles from economic, environmental, resources selection, data are come from Hunan Province statistical yearbook, environmental conditions of Hunan Province gazette, etc. In the process of standardization of the data, for the continuous improvement of the environment problem determination of the project, is bound to the existence of some data s missing, a lot of the original data deletion is not reasonable, so using SAS to find the missing data, and SPSS 21.0 EM algorithm to estimate and improve the data of not to input; Then using principal factor analysis to extract 25 indexes of the main factors; determine the weight using MATLAB in entropy method of main factor score and calculate comprehensive score. Ecological environmental bearing capacity evaluation standard is given at the same time, the results found that the ecological environmental bearing capacity is already in a warning level and needs serious attention. The fourth part is established based on time series ARIMA predictive mode. First use the Eviews 6.0 to fit the composite scores of ecological environmental bearing capacity of Hunan Province in , the result model is good fitting; Then using models to predict the composite scores of ecological environmental bearing capacity of Hunan Province in , reusing data from 2010 and 2011, find that predictive value for short-term forecasting precision of the model is higher. Also shows that the credibility of the model prediction of Hunan Province from 2012 to 2015 ecological environmental bearing capacity of composite score is high, and it can provide reference for environmental department. The fifth part analyses and evaluates the present situation of the ecological environment bearing capacity in Hunan Province, put forward specific policy suggestions and improve the environment bearing capacity to realize the sustainable development of economy and ecological environment in Hunan Province is of great significance. Key words: Ecological environmental bearing capacity; Sustainable development; EM algorithm; The main factor analysis; Entropy method; ARIMA predictive model III

4 目 录 摘 要... I Abstract... III 一 研 究 背 景 及 意 义 研 究 背 景 研 究 意 义 理 论 意 义 实 际 意 义 二 湖 南 省 生 态 环 境 现 状 分 析 大 气 环 境 污 染 物 排 放 状 况 空 气 环 境 质 量 水 环 境 污 染 物 排 放 状 况 水 环 境 质 量 三 基 于 主 因 子 分 析 生 态 环 境 承 载 力 分 析 模 型 原 理 因 子 分 析 [5-6] 熵 值 法 [7-8] 模 型 基 本 假 设 模 型 指 标 选 取 指 标 选 取 的 基 本 原 则 指 标 的 选 取 数 据 预 处 理

5 3.5 变 量 相 关 性 检 验 主 因 子 提 取 因 子 得 分 熵 值 法 求 权 重 四 基 于 ARIMA 模 型 的 生 态 环 境 承 载 力 预 测 [11-12] 4.1 ARIMA(p,d,q) 模 型 原 理 ARIMA(p,d,q) 模 型 序 列 平 稳 化 检 验 模 型 识 别 及 定 阶 模 型 参 数 估 计 及 拟 合 模 型 残 差 检 验 及 预 测 模 型 评 价 五 生 态 环 境 承 载 力 提 升 建 议 六 模 型 的 优 缺 点 及 改 进 方 向 参 考 文 献 附 录 一 本 文 运 用 的 程 序 包 源 代 码 数 值 型 变 量 异 常 值 检 验 SAS 源 程 序 字 符 型 变 量 异 常 值 检 验 SAS 源 程 序 熵 值 法 计 算 权 重 及 计 算 综 合 得 分 MATLAB 源 代 码 附 录 二 原 始 数 据 附 录 三 EM 算 法 插 补 数 据 之 后 标 准 化 数 据 附 录 四 相 关 矩 阵 附 录 五 因 子 得 分 系 数

6 一 研 究 背 景 及 意 义 1.1 研 究 背 景 改 革 开 放 以 来, 我 国 经 济 获 得 了 迅 猛 的 发 展, 综 合 国 力 不 断 增 强, 人 民 生 活 水 平 不 断 提 高, 但 经 济 发 展 必 然 会 对 资 源 和 环 境 产 生 一 定 影 响 盲 目 的 追 求 经 济 发 展, 超 负 荷 的 经 济 活 动, 对 资 源 和 环 境 的 过 度 索 取 和 开 发, 严 重 破 坏 人 与 自 然 的 平 衡, 使 得 环 境 危 机 频 频 爆 发, 并 带 来 巨 大 的 经 济 损 失 [1] 如 今 环 境 承 载 力 面 临 严 重 挑 战, 大 气 污 染 水 环 境 污 染 垃 圾 的 白 色 污 染 土 地 荒 漠 化 水 土 流 失 [2] 海 洋 资 源 破 坏 生 物 多 样 性 破 坏 等 问 题 不 断 显 现, 环 境 问 题 已 经 逐 渐 开 始 制 约 我 国 经 济 发 展 中 国 作 为 最 大 的 发 展 中 国 家, 在 追 求 经 济 快 速 发 展 的 同 时, 必 须 要 考 虑 到 资 源 与 环 境 可 持 续 利 用 问 题 的 严 重 性 目 前 我 国 已 经 正 式 提 出 科 学 发 展 观, 坚 持 以 人 为 本, 树 立 全 面 协 调 可 持 续 的 发 展 战 略, 促 进 经 济 社 会 和 人 的 全 面 发 展, 保 护 环 境 和 合 理 利 用 资 源 是 其 中 一 项 长 期 而 艰 巨 的 任 务 在 实 施 科 学 发 展 的 过 程 中, 由 于 环 境 承 载 力 从 宏 观 上 描 述 了 环 境 资 源 对 人 类 经 济 社 会 活 动 的 承 受 能 力, 因 而 环 境 承 载 力 是 必 须 要 重 点 关 注 的 对 象 但 环 境 承 载 力 方 面 的 研 究 尚 未 成 熟, 以 至 于 环 境 污 染 问 题 仍 没 有 在 人 民 的 日 常 生 活 中 引 起 广 泛 的 重 视, 非 可 持 续 经 济 活 动 仍 不 断 发 生 湖 南 省 位 于 我 国 中 南 部, 属 于 长 江 中 游 地 区, 是 著 名 的 鱼 米 之 乡, 省 境 依 江 畔 湖, 风 景 秀 丽 湖 南 是 中 西 部 经 济 发 展 最 活 跃 的 省 区 之 一, 尤 其 文 化 产 业 走 在 全 国 的 前 列 湖 南 省 经 济 发 展 水 平 也 在 不 断 提 高,2012 年 湖 南 省 的 地 区 生 产 总 值 达 到 亿 元, 同 比 增 长 11.3%; 全 省 城 镇 居 民 人 均 可 支 配 收 入 为 元, 同 比 增 长 13.1%; 农 村 居 民 人 均 纯 收 入 7440 元, 同 比 增 长 13.3% 在 经 济 迅 猛 发 展 的 背 后, 人 们 也 越 来 越 感 受 到 身 边 环 境 和 资 源 的 变 化 湖 南 省 三 废 排 放 量 不 断 增 加, 大 气 污 染 水 污 染 问 题 严 重, 可 用 耕 地 面 积 水 资 源 矿 产 资 源 等 生 态 资 源 逐 渐 减 少, 有 些 资 源 已 经 出 现 匮 乏 的 情 形, 生 态 破 坏 和 环 境 污 染 问 题 尤 为 突 出 因 此, 在 关 注 经 济 快 速 增 长 的 同 时, 理 应 注 意 资 源 和 环 境 的 保 护 研 究 湖 南 省 环 境 承 载 力 问 题, 对 湖 南 经 济 资 源 环 境 协 调 发 展 的 政 策 制 定 有 重 要 的 指 导 意 义, 对 湖 南 的 可 持 续 发 展 具 有 重 要 的 战 略 意 义 1.2 研 究 意 义 随 着 环 境 问 题 的 凸 显, 环 境 承 载 力 理 论 应 运 而 生, 作 为 可 持 续 发 展 的 客 观 判 断 依 据, 加 强 对 生 态 环 境 承 载 力 的 研 究 有 助 于 推 动 可 持 续 发 展 理 论 的 发 展 及 完 善, 因 此 本 文 对 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 研 究 具 有 非 常 重 要 的 理 论 意 义 与 现 实 意 义 - 1 -

7 1.2.1 理 论 意 义 目 前, 有 关 环 境 承 载 力 的 研 究 是 当 前 学 术 界 广 泛 讨 论 的 热 点 之 一, 其 研 究 也 取 得 较 大 进 展, 但 仍 未 形 成 系 统 的 理 论 体 系, 具 有 较 大 的 发 展 空 间 大 部 分 学 者 致 力 于 环 境 承 载 力 量 化 方 法 的 讨 论, 试 图 从 评 估 方 法 上 有 所 创 新, 很 少 有 学 者 在 研 究 内 容 上 进 行 突 破 研 究 内 容 的 相 对 狭 窄 已 经 成 为 环 境 承 载 力 研 究 的 瓶 颈 问 题 实 际 意 义 本 文 通 过 大 量 关 于 环 境 承 载 力 的 研 究, 结 合 湖 南 省 的 实 际 情 况, 考 察 环 境 系 统 中 的 大 气 环 境 和 水 资 源 环 境, 评 估 指 标 具 有 较 强 代 表 性 从 经 济 环 境 资 源 三 个 方 面 建 立 科 学 合 理 的 评 价 体 系, 对 环 境 承 载 力 评 价 有 着 积 极 意 义 本 文 的 研 究 重 点 为 环 境 承 载 力 问 题 的 量 化, 在 数 据 标 准 化 的 过 程 中, 针 对 环 境 问 题 的 测 定 项 目 的 不 断 完 善, 必 定 会 存 在 一 些 数 据 的 缺 失, 将 原 始 数 据 大 量 删 除 是 不 合 理 的, 因 此 利 用 EM 算 法 对 于 未 进 行 录 入 的 数 据 进 行 估 计, 完 善 数 据, 对 于 后 续 问 题 研 究 有 较 大 帮 助 ; 将 主 因 子 分 析 与 熵 值 法 相 结 合, 应 用 到 权 重 的 确 定 中, 计 算 综 合 得 分 ; 并 利 用 时 间 序 列 分 析 ARIMA 模 型 预 测 模 拟 湖 南 省 2012~2015 年 的 环 境 承 载 力, 为 环 境 承 载 力 的 量 化 提 供 一 种 新 的 思 路 通 过 对 环 境 承 载 力 量 化 的 结 果 分 析, 得 出 湖 南 省 的 环 境 承 载 状 况, 提 出 具 体 改 善 环 境 承 载 力 的 经 济 政 策 和 环 境 保 护 政 策, 对 实 现 湖 南 省 经 济 环 境 的 可 持 续 发 展 具 有 重 要 意 义 二 湖 南 省 生 态 环 境 现 状 分 析 2.1 大 气 环 境 湖 南 省 大 气 环 境 中 的 主 要 污 染 物 是 可 吸 入 颗 粒 物 PM 10 二 氧 化 硫 SO 2 和 二 氧 化 氮 NO 2 根 据 环 境 空 气 质 量 标 准 (GB ) 进 行 评 价, 城 市 空 气 质 量 总 体 处 于 良 好, 环 境 空 气 质 量 达 到 国 家 二 级 标 准, 最 主 要 的 污 染 物 为 PM 10 和 SO 2, 酸 雨 情 况 依 然 严 峻, 其 中 硫 化 物 的 超 标 污 染, 造 成 了 酸 雨 情 形 的 不 断 恶 化 根 据 国 家 统 一 安 排, 从 2013 年 起 湖 南 省 将 逐 步 开 展 细 颗 粒 物 PM 2.5 臭 氧 O 3 和 一 氧 化 碳 CO 的 监 测 工 作 [3] 污 染 物 排 放 状 况 湖 南 省 十 一 五 期 间 SO 2 排 放 总 量 为 万 吨, 其 中 工 业 源 排 放 万 吨, 占 80.55%, 生 活 源 排 放 万 吨, 占 19.45%; 烟 尘 排 放 总 量 为 万 吨, 其 中 工 业 源 排 放 万 吨, 占 81.77%, 生 活 源 排 放 万 吨, 占 18.23%; 粉 尘 排 放 总 量 为 万 吨 工 业 源 污 染 物 排 放 占 有 极 大 比 重, 需 要 重 点 进 行 防 控, 工 业 污 染 的 严 重 性 应 该 广 泛 的 引 起 社 会 各 界 的 广 泛 关 注 湖 南 省 十 一 五 期 间 各 大 气 污 染 物 排 放 总 量 及 趋 势 见 图

8 数 据 来 源 : 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 图 2-1 湖 南 省 十 一 五 期 间 大 气 污 染 物 排 放 变 化 趋 势 十 二 五 环 境 统 计 污 染 指 标 在 十 一 五 工 业 源 生 活 源 集 中 式 污 染 治 理 设 施 基 础 上 增 加 了 农 业 源 机 动 车 调 查 数 据 [4] 2012 年, 湖 南 省 SO 2 排 放 总 量 为 万 吨, 比 上 年 下 降 5.91%, 氮 氧 化 物 排 放 总 量 为 万 吨, 比 上 年 下 降 8.87% 2011 年 与 2012 年 废 气 污 染 物 排 放 状 况 见 表 2-1 表 年 与 2012 年 废 气 污 染 物 排 放 状 况 对 比 单 位 : 万 吨 二 氧 化 硫 氮 氧 化 物 总 量 工 业 源 生 活 源 总 量 工 业 源 生 活 源 机 动 车 2011 年 年 增 减 率 (%) 数 据 来 源 : 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 空 气 环 境 质 量 湖 南 省 十 一 五 期 间 以 及 十 二 五 的 前 两 年 的 空 气 环 境 质 量 总 体 较 好, 基 本 达 到 国 家 二 级 标 准, 主 要 污 染 物 为 PM 10 和 SO 2, 各 项 污 染 物 污 染 等 级 分 别 执 行 大 气 环 境 质 量 标 准 见 表 2-2 表 2-2 大 气 环 境 质 量 标 准 单 位 :mg/m 3 ( 标 准 状 态 ) 浓 度 限 值 污 染 物 名 称 一 级 二 级 三 级 SO PM 数 据 来 源 : 中 华 人 民 共 和 国 环 境 空 气 质 量 标 准 (GB ) 2006 年 以 来 环 境 监 测 部 门 对 PM 10 的 浓 度 监 测 如 图 2, 根 据 大 气 环 境 质 量 标 准, 该 监 测 数 据 显 示, 近 年 来 全 省 14 个 城 市 PM 10 的 浓 度 限 值 均 值 都 处 于 二 级 标 准, 2006~2009 年 PM 10 的 最 高 浓 度 限 值 均 在 0.1 mg/m 3 以 上, 为 三 级 标 准, 而 2010 年 以 来, 随 着 人 们 对 环 境 污 染 的 问 题 的 日 益 重 视,PM 10 的 浓 度 限 值 都 在 0.1 mg/m 3 以 下, 为 二 级 标 准, 同 时 浓 度 限 值 的 最 高 值 在 逐 年 的 降 低 - 3 -

9 数 据 来 源 : 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 图 年 PM10 的 浓 度 限 值 统 计 图 据 大 气 环 境 质 量 标 准,SO 2 浓 度 的 监 测 数 据 显 示, 近 年 来 全 省 14 个 城 市 SO 2 的 浓 度 限 值 均 值 都 处 于 二 级 标 准,2006~2009 年 SO 2 的 浓 度 限 值 都 在 0.06~0.10 mg/m 3 之 间, 均 为 三 级 标 准, 而 2009 年 以 来 SO 2 的 浓 度 限 值 都 在 0.06 mg/m 3 以 下 均 为 二 级 标 准, 监 测 的 最 高 值 呈 现 逐 年 下 降 的 趋 势 2006 年 以 来 环 境 检 测 部 门 对 SO 2 的 浓 度 监 测 数 据 见 图 2-3 数 据 来 源 : 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 图 年 SO2 的 浓 度 限 值 统 计 图 2006~2010 年 以 来 湖 南 省 酸 雨 发 生 频 率 在 逐 年 降 低, 酸 雨 的 PH 最 高 值 在 逐 渐 增 大, 已 经 逐 渐 呈 碱 性 2006~2010 年 酸 雨 情 况 统 计 表 见 表 2-3 表 年 酸 雨 情 况 统 计 表 年 份 PH 最 低 值 PH 最 高 值 频 率 (%) 数 据 来 源 : 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 2011 年 全 省 14 个 城 市 的 降 水 平 均 PH 值 为 4.78, 酸 雨 平 均 发 生 率 54.8% 与 上 - 4 -

10 年 相 比,14 个 城 市 的 降 水 平 均 酸 度 略 有 下 降, 而 酸 雨 平 均 发 生 率 基 本 持 平, 重 酸 雨 平 均 发 生 率 下 降 5.9% 2012 年 全 省 14 个 城 市 酸 雨 的 发 生 频 率 为 68.50%, 比 上 年 有 明 显 增 加,PH 的 均 值 为 4.65 比 2011 年 低 水 环 境 湖 南 省 水 环 境 中 的 主 要 污 染 物 有 高 锰 酸 盐 氨 氮 挥 发 酚 亚 硝 酸 盐 六 价 铬 等 根 据 中 华 人 民 共 和 国 地 下 水 环 境 质 量 标 准 (GB/T ), 具 体 水 环 境 中 各 污 染 物 的 浓 度 阈 值, 可 以 发 现 水 环 境 质 量 总 体 较 好, 但 部 分 流 经 工 业 区 和 城 区 的 河 段 水 质 较 差 污 染 物 排 放 状 况 湖 南 省 十 一 五 期 间 废 水 排 放 量 为 亿 吨, 其 中 工 业 源 排 放 量 为 亿 吨, 占 38.07%; 城 市 生 活 源 排 放 量 为 亿 吨, 占 61.93% 2006~2010 年 湖 南 省 废 水 排 放 情 况 见 图 2-4 数 据 来 源 : 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 图 年 湖 南 省 废 水 排 放 情 况 2012 年, 全 省 共 排 放 化 学 需 氧 量 万 吨, 较 2011 年 下 降 3.21%, 其 中 工 业 农 业 城 镇 生 活 集 中 式 污 染 治 理 设 施 化 学 需 氧 量 排 放 量 依 次 为 万 吨 万 吨 万 吨 1.60 万 吨, 分 别 占 排 放 总 量 的 11.84% 44.91% 41.98% 1.27% 表 年 年 湖 南 省 废 水 中 主 要 污 染 物 排 放 情 况 年 份 化 学 需 氧 量 COD( 万 吨 ) 氨 氮 ( 万 吨 ) 总 量 工 业 生 活 总 量 工 业 生 活 2006 年 年 年 年 年 年 年 数 据 来 源 : 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 - 5 -

11 全 省 共 排 放 氨 氮 万 吨, 其 中 工 业 农 业 城 镇 生 活 集 中 式 污 染 治 理 设 施 氨 氮 排 放 量 依 次 为 2.58 万 吨 6.26 万 吨 7.14 万 吨 0.15 万 吨, 分 别 占 排 放 总 量 的 16% 38.81% 44.26% 0.93%, 较 2011 年 下 降 2.21%, 全 省 的 氨 氮 排 放 量 减 少 说 明 了 环 境 治 理 的 不 断 改 善 水 环 境 质 量 Ⅰ~Ⅲ 类 水 质 断 面 的 比 例 逐 年 提 高, 从 2005 年 的 71.3% 到 2012 年 的 92.9%,8 年 提 高 了 21.6 个 百 分 点, 同 时 全 省 地 表 水 的 监 测 点 也 在 增 多, 由 2005 年 的 73 个 增 加 到 2012 年 的 98 个 检 测 总 量 的 不 断 增 加, 密 度 不 断 加 大, 对 于 实 时 监 测 地 表 水 的 质 量 有 较 大 帮 助, 可 以 随 时 发 现 问 题 整 理 年 Ⅰ~Ⅲ 类 水 质 断 面 比 例 趋 势 如 图 2-5 所 示 数 据 来 源 : 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 图 年 Ⅰ-Ⅲ 类 水 质 断 面 比 例 趋 势 图 全 省 范 围 内 的 监 测 点 有 所 增 加, 而 随 着 Ⅰ~Ⅲ 类 水 质 断 面 比 例 不 断 升 高,Ⅳ 类 Ⅴ 类 Ⅵ 类 水 质 的 断 面 总 个 数 在 逐 年 减 少, 占 总 数 比 例 也 在 不 断 降 低, 2005~2012 年 Ⅳ 类 Ⅴ 类 Ⅵ 类 水 质 断 面 比 例 趋 势 如 图 2-6 所 示 数 据 来 源 : 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 图 年 Ⅳ 类 Ⅴ 类 Ⅵ 类 水 质 断 面 比 例 趋 势 图 湖 南 十 一 五 期 间, 城 市 饮 用 水 达 标 率 在 逐 年 增 加, 说 明 城 市 饮 用 水 污 染 情 况 有 很 大 改 善 情 况 2006~2010 年 城 市 饮 用 水 达 标 率 变 化 趋 势 图 见 图

12 数 据 来 源 : 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 图 年 城 市 饮 用 水 达 标 率 变 化 趋 势 图 2011 年 饮 用 水 达 标 率 最 低 值 为 96.5%, 同 比 呈 现 增 加 趋 势, 但 是 2012 年 城 市 饮 用 水 达 标 率 只 有 81.6%, 这 是 由 于 现 在 饮 用 水 评 价 标 准 发 生 改 变, 即 一 项 不 达 标, 总 体 就 是 不 达 标 除 长 沙 和 湘 潭 外, 其 它 12 个 城 市 的 达 标 率 为 100% 其 主 要 污 染 物 为 锰 铁 氨 氮, 未 出 现 重 金 属 汞 铅 镉 铬 砷 超 标 现 象 三 基 于 主 因 子 分 析 生 态 环 境 承 载 力 分 析 生 态 环 境 承 载 力 分 析 的 建 模 过 程 中, 需 要 收 集 大 量 表 现 系 统 特 征 的 数 据, 如 何 分 析 这 类 高 维 数 据 的 本 质 规 律, 准 确 描 述 并 且 评 价 生 态 环 境 状 况, 都 是 利 用 数 学 模 型 实 现 对 生 态 环 境 系 统 进 行 客 观 分 析 多 元 统 计 分 析 已 经 逐 渐 成 为 定 量 研 究 生 态 环 境 系 统 的 有 效 方 法 之 一, 其 中 因 子 分 析 方 法 在 该 领 域 有 一 定 应 用 本 文 试 图 通 过 对 生 态 环 境 承 载 力 指 标 体 系 进 行 主 因 子 分 析, 提 取 主 因 子, 然 后 利 用 熵 值 法 对 每 年 的 数 据 确 定 权 重, 得 到 综 合 承 载 力 得 分 3.1 模 型 原 理 [5-6] 因 子 分 析 因 子 分 析 是 通 过 挖 掘 隐 藏 在 数 据 下 得 一 组 更 为 基 本 但 是 无 法 观 察 的 变 量, 用 于 解 释 可 观 察 变 量 的 相 关 性 利 用 因 子 分 析 能 简 化 分 析 过 程, 对 模 型 的 解 释 更 强 因 子 分 析 除 了 可 以 排 除 次 要 因 素, 并 假 定 一 个 因 素 反 映 的 是 几 个 典 型 因 素 的 线 性 组 合, 而 且 用 这 些 因 子 便 能 替 代 原 来 众 多 的 变 量 设 原 始 变 量 为 X, X, 1 2 X k, 提 取 的 主 成 分 为 F, F, 1 2 Fp 则 模 型 的 形 式 为 : X 1 a F 11 1 a F 12 2 a F 1p p 1 X 2 a F 21 1 a F 22 2 a F 2 p p 2 X k a F a k1 1 k 2 F 2 a kp F p k - 7 -

13 写 成 矩 阵 形 式 为 : X AF, 其 中 X i 是 第 i 个 可 观 察 变 量 ( i 1 k ), F j 是 公 共 因 子 ( j 1 p ), 且 p k, i 是 残 差, 无 法 被 公 共 因 子 解 释 如 果 残 差 的 影 响 可 以 忽 略, 该 模 型 变 为 X AF 如 果 F 中 各 分 量 互 不 相 关, 则 形 成 特 殊 形 式 的 因 子 分 析, 即 主 因 子 分 析 一 般 情 况, 因 子 分 析 要 进 行 以 下 五 个 步 骤 : (1) 将 整 理 后 的 原 始 数 据 标 准 化, 按 公 式 (1)( 2) 消 除 标 量 纲 的 影 响 正 指 标 : 逆 指 标 : y( x i y( x i ) ) x x i i,max x i,min (3.1) x x i,min i,max x x x i,min i (3.2) i,min 其 中, y ( x i ) 为 某 指 标 的 标 准 化 值, x i 为 某 指 标 的 实 际 值, x 中 的 最 小 值, x 为 某 指 标 项 中 的 最 大 值 i, max i, min 为 某 指 标 项 (2) 建 立 标 准 化 数 据 相 关 系 数 的 矩 阵, 验 证 原 变 量 是 否 适 合 做 因 子 分 析 (3) 求 出 相 关 矩 阵 特 征 值 方 差 以 及 累 计 方 差 贡 献 率, 根 据 方 差 累 计 贡 献 率 不 低 于 85% 确 定 提 取 因 子 数 量 (4) 为 了 使 得 公 因 子 载 荷 系 数 向 更 大 或 更 小 的 方 向 变 换, 采 用 方 差 最 大 化 法 进 行 正 交 旋 转, 保 证 公 因 子 的 命 名 和 解 释 更 加 容 易 (5) 利 用 回 归 分 析 等 方 法 求 出 各 因 子 载 荷 的 得 分 及 综 合 得 分 将 原 始 数 据 代 入 线 性 表 达 式 求 出 公 共 因 子 得 分, 便 可 以 用 公 共 因 子 得 分 去 描 述 原 始 变 量 的 取 值, 提 取 的 公 共 因 子 在 每 个 指 标 值 上 的 估 计 值, 可 以 表 示 为 原 始 变 量 的 线 性 组 合, 如 公 式 (3) 所 示 : F i, k i 1x1 i2x2... i32x32 其 中 F, 为 因 子 k 某 一 年 的 因 子 得 分 i k [7-8] 熵 值 法 (3.3) 熵 是 信 息 论 中 的 对 于 不 确 定 的 一 种 度 量, 信 息 量 越 小, 不 确 定 性 就 越 大, 熵 也 就 越 大 ; 信 息 量 越 大, 不 确 定 性 就 越 小, 熵 也 就 越 小 熵 值 法 是 一 种 客 观 赋 值 方 法, 用 熵 值 来 判 断 某 个 指 标 的 离 散 程 度, 指 标 的 离 散 程 度 越 大, 该 指 标 对 生 态 环 境 承 载 力 的 影 响 越 大 熵 值 法 的 计 算 步 骤 如 下 : (1) 数 据 指 标 标 准 化 处 理 记 湖 南 省 i 年 的 第 j 个 影 响 因 子 的 值 为 F ij, 其 中 i , j 1 25 由 于 各 项 指 标 的 量 纲 不 同, 因 此 要 进 行 标 准 化 处 理, 同 - 8 -

14 时 为 避 免 求 熵 值 时 取 对 数 无 意 义, 根 据 (3.4) 式 进 行 非 负 化 处 理 F min( ) ' ij Fij F ij 1. (3.4) max( F ) min( F ) ij (2) 根 据 (3.5) 式 计 算 第 j 项 指 标 下 第 i 年 占 该 指 标 的 比 重 ij p ij n F i 1 ' ij F ' ij,( i 1 n, j 1 m). (3.5) (3) 根 据 (3.6) 式 计 算 第 j 项 指 标 的 熵 值 n e 1 j p ln( ), 0 ln( ) ij pij e n j. (3.6) i 1 (4) 根 据 (3.7) 式 计 算 第 j 项 指 标 的 差 异 系 数 g j 差 异 系 数 就 是 对 第 j 项 指 标, 指 标 值 的 差 异 越 大, 对 方 案 评 价 的 影 响 就 越 大, 熵 值 就 越 小 1 e m j g j,0 g j 1, g j 1. (3.7) m j 1 m e j 1 (5) 根 据 (3.8) 式 计 算 各 指 标 的 权 重 j w j m g j 1 j g j. (3.8) (6) 根 据 (3.9) 式 计 算 综 合 得 分 3.2 模 型 基 本 假 设 s i m j 1 w p i ij. (3.9) (1) 本 文 仅 考 虑 生 态 环 境 承 载 力 与 经 济 资 源 环 境 三 方 面 关 系, 其 余 因 素 不 予 考 虑 (2) 本 文 选 取 的 指 标 是 相 互 独 立 的 3.3 模 型 指 标 选 取 指 标 选 取 的 基 本 原 则 环 境 承 载 力 是 一 个 综 合 性 的 概 念, 建 立 一 套 科 学 的 评 价 体 系, 需 要 大 量 的 统 计 数 据, 在 评 价 体 系 中 选 择 指 标, 应 该 遵 循 以 下 几 个 原 则 [17] : (1) 科 学 性 原 则 指 标 选 取 必 须 建 立 在 科 学 的 基 础 上, 客 观 的 反 映 生 态 环 境 - 9 -

15 承 载 力, 得 到 的 结 果 才 真 实 有 效 (2) 完 备 性 原 则 环 境 承 载 力 研 究 体 系 是 一 个 有 机 整 体, 包 括 人 口 经 济 资 源 环 境 等 各 个 系 统 的 信 息, 要 从 各 个 层 面 选 取 有 代 表 性 和 综 合 性 的 指 标, 确 保 结 果 的 有 效 性 (3) 区 域 性 原 则 各 地 区 自 然 条 件 和 经 济 条 件 有 很 大 差 异, 为 了 体 现 评 价 的 针 对 性, 要 根 据 湖 南 省 的 实 际 情 况 选 取 适 当 指 标 (4) 可 操 作 性 原 则 环 境 承 载 力 研 究 目 前 还 没 有 现 成 指 标 体 系 可 以 直 接 参 考, 所 以 在 指 标 选 取 方 面 要 保 证 资 料 的 可 信 度 和 真 实 性, 要 易 于 计 算 和 分 析 指 标 的 选 取 根 据 指 标 选 取 应 遵 循 的 基 本 原 则, 同 时 参 考 现 有 的 环 境 承 载 力 评 价 体 系, 本 文 为 了 构 建 环 境 承 载 力 评 价 体 系, 选 取 经 济 资 源 和 环 境 三 个 方 面 共 25 个 指 标 : X1 恩 格 尔 系 数,X2 人 均 GDP( 元 ),X3 第 二 产 业 占 GDP 比 重 (%),X4 经 济 密 度 ( 亿 元 / 平 方 公 里 ),X5 人 口 密 度 ( 人 / 平 方 公 里 ),X6 森 林 覆 盖 率 (%),X7 年 平 均 降 水 量 (mm),x8 生 活 垃 圾 无 害 化 处 理 率 (%),X9 工 业 重 复 用 水 ( 万 吨 ),X10 工 业 企 业 污 水 排 放 量 ( 万 吨 ),X11 单 位 GDP 能 耗 指 标 值 ( 吨 标 准 煤 / 万 元 ),X12 单 位 GDP 电 耗 指 标 值 ( 千 瓦 时 / 万 元 ),X13 废 水 排 放 总 量 ( 万 吨 ),X14 化 学 需 氧 量 (COD) 排 放 量 ( 吨 ), X15 氨 氮 排 放 量 ( 吨 ),X16 工 业 废 水 排 放 达 标 率 (%),X17 二 氧 化 硫 (SO 2 ) 排 放 量 ( 万 吨 ),X18 烟 尘 排 放 量 ( 万 吨 ),X19 一 般 工 业 固 体 废 物 产 生 量 ( 万 吨 ),X20 一 般 工 业 固 体 废 物 综 合 利 用 率 (%),X21 人 均 日 生 活 用 水 量 ( 升 ),X22 城 市 用 水 普 及 率 (%), X23 城 市 用 气 普 及 率 (%),X24 污 水 处 理 率 (%),X25 煤 炭 消 费 量 ( 万 吨 ) 本 文 的 所 有 数 据 均 来 源 于 国 家 统 计 局 湖 南 省 统 计 局 湖 南 省 环 保 厅 等 相 关 部 门, 依 据 湖 南 省 统 计 年 鉴 湖 南 省 环 境 状 况 公 报 等 相 关 文 献 资 料, 进 行 数 据 整 理, 具 体 数 据 见 附 录 二 3.4 数 据 预 处 理 为 了 进 行 主 因 子 分 析, 要 保 证 数 据 的 完 整 性, 首 先 对 原 始 数 据 进 行 缺 失 值 查 找 并 填 补, 利 用 SAS 进 行 数 据 缺 失 值 查 找, 具 体 程 序 见 附 录 一, 其 中 2003 年 和 2004 年 的 四 个 变 量 X9 X10 X11 X12 中 存 在 缺 失 值, 根 据 国 家 发 展 改 革 委 国 家 能 源 办 和 国 家 统 计 局 联 合 印 发 的 关 于 建 立 GDP 能 耗 指 标 公 报 制 度 的 通 知 ( 发 改 环 资 号 ) 精 神, 湖 南 省 经 济 委 员 会 湖 南 省 统 计 局 关 于 建 立 GDP [28] 能 耗 指 标 公 报 制 度 的 通 知, 这 四 项 指 标 是 从 2005 年 开 始 进 行 监 测 的, 因 此 这 两 年 的 数 据 存 在 缺 失 对 于 缺 失 数 据 利 用 EM 算 法 对 缺 失 数 据 进 行 填 补, 得 到 完 整 的 数 据 EM 算 法 是 一 种 迭 代 方 法, 最 初 由 Dempster 等 提 出 [9], 主 要 用 来 求 后 验 分 布 的 众 数 ( 即 极 大 似 然 估 计 ), 它 的 每 一 次 迭 代 由 两 步 组 成 [10] : (1)E 步 ( 求 期 望 ) 根 据 原 始 序 列 的 均 值 估 计 第 一 个 缺 失 值

16 (2)M 步 ( 极 大 化 ) 计 算 原 始 数 据 的 标 准 差 与 估 计 后 的 标 准 差, 将 期 望 的 极 大 值 求 出 本 文 利 用 SPSS 21.0 软 件, 采 用 EM 算 法 进 行 数 据 的 填 补, 保 证 数 据 的 完 整 化 EM 算 法 对 缺 失 数 据 的 填 补 值 见 表 3-1 表 3-1 EM 算 法 对 缺 失 数 据 的 填 补 值 X9 X10 X11 X 年 年 利 用 EM 算 法 得 到 的 8 个 缺 失 数 据 的 填 补 值 与 原 始 数 据 进 行 对 比, 可 以 知 道 原 始 序 列 与 经 过 EM 算 法 填 补 之 后 的 数 据 的 均 值 与 标 准 差 是 非 常 接 近 的, 因 此, 保 持 了 原 始 数 据 的 分 布 特 征 EM 算 法 与 原 始 序 列 的 均 值 和 标 准 差 比 较 见 表 3-2 表 3-2 EM 算 法 与 原 始 序 列 的 均 值 和 标 准 差 比 较 All Values EM Estimated Means Estimated Standard Deviations Estimated Means Estimated Standard Deviations X X X X 为 了 消 除 变 量 间 的 量 纲 关 系, 再 将 填 补 缺 失 值 后 的 完 整 数 据 进 行 标 准 化 处 理 直 接 利 用 SPSS 21.0 进 行 数 据 标 准 化 处 理, 本 文 采 用 的 是 Z 标 准 化, 即 保 证 均 值 为 0, 方 差 为 1 填 补 后 的 完 整 数 据 标 准 化 结 果 见 附 录 三 3.5 变 量 相 关 性 检 验 因 子 分 析 的 前 提 是 变 量 间 有 较 强 的 相 关 性 因 此, 为 确 定 变 量 是 否 适 合 做 主 因 子 分 析, 即 变 量 间 是 否 有 意 义 的 关 系, 首 先 需 要 对 25 个 变 量 进 行 相 关 性 分 析 相 关 性 矩 阵 结 果 见 附 录 四 相 关 性 矩 阵 中 的 相 关 系 数 值 越 大 表 明 两 变 量 间 相 关 性 越 强, 相 关 系 数 小 于 0.3 时 表 明 相 关 性 较 弱 由 附 录 四 可 知, 各 变 量 间 存 在 不 同 程 度 的 相 关, 其 中 ZX2 与 ZX3,ZX2 与 ZX5,ZX2 与 ZX8,ZX2 与 ZX24,ZX3 与 ZX8,ZX4 与 ZX5,ZX4 与 ZX8,ZX4 与 ZX24,ZX24 与 ZX5,ZX21 与 ZX3,ZX22 与 ZX23 等 都 具 有 较 强 相 关 性, 且 大 部 分 相 关 系 数 大 于 0.3, 可 以 判 定 变 量 间 有 较 强 的 相 关 性, 适 合 做 主 因 子 分 析 3.6 主 因 子 提 取 主 因 子 分 析 过 程 中 核 心 的 部 分 就 是 将 主 因 子 提 取 出 来, 结 合 碎 石 图 首 先 对 主

17 因 子 个 数 进 行 估 计, 通 过 图 3-1 可 以 看 出, 提 取 三 个 公 因 子 比 较 合 适, 因 为 到 第 四 个 公 因 子 时, 特 征 值 已 经 开 始 趋 于 平 稳 图 3-1 碎 石 图 为 了 使 公 因 子 上 的 载 荷 两 极 分 化, 保 证 各 个 因 子 上 的 载 荷 间 方 差 极 大 化, 确 保 其 含 义 更 容 易 解 释, 将 进 行 最 大 方 差 正 交 旋 转 法, 旋 转 前 后 总 方 差 因 子 贡 献 见 表 3-3 表 3-3 旋 转 前 后 总 方 差 因 子 贡 献 因 子 旋 转 前 载 荷 平 方 和 旋 转 后 载 荷 平 方 和 合 计 方 差 的 % 累 积 % 合 计 方 差 的 % 累 积 % F F F 由 表 3-3 可 知, 第 一 个 主 因 子 的 贡 献 率 达 到 %, 前 两 个 主 因 子 的 贡 献 率 达 到 %, 前 三 个 主 因 子 的 累 积 贡 献 率 达 到 了 %, 超 过 80% 达 到 模 型 要 求 为 了 清 楚 的 展 现 各 变 量 在 主 因 子 上 的 载 荷, 对 因 子 载 荷 进 行 最 大 方 差 旋 转, 旋 转 前 后 的 因 子 载 荷 矩 阵 见 表

18 表 3-4 旋 转 前 后 因 子 载 荷 矩 阵 初 始 因 子 载 荷 旋 转 后 的 因 子 载 荷 F1 F2 F3 F1 F2 F3 ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX 通 过 观 察 该 因 子 载 荷 对 比 表 可 以 发 现, 旋 转 前 各 因 子 代 表 的 意 义 不 清 楚, 经 过 因 子 旋 转, 可 解 释 性 增 强, 第 一 个 主 因 子 主 要 反 映 的 是 经 济 环 境 资 源 三 个 方 面 的 综 合 性 指 标, 因 此 命 名 为 综 合 型 因 子, 该 因 子 充 分 的 表 明 综 合 型 因 素 对 于 生 态 环 境 承 载 力 的 整 体 掌 握 情 况 ; 第 二 个 主 因 子 主 要 反 映 的 是 工 业 企 业 的 能 源 消 耗 情 况 及 城 镇 生 活 质 量, 因 此 命 名 为 能 源 型 因 子, 该 因 子 说 明 能 源 型 因 子 在 资 源 能 源 方 面 的 重 要 性 ; 第 三 个 主 因 子 主 要 反 映 的 是 自 然 降 水 与 污 水 排 放 的 指 标, 因 此 命 名 为 环 境 型 因 子, 该 因 子 说 明 生 态 环 境 承 载 力 在 环 境 方 面 的 重 要 程 度 为 了 更 清 晰 的 描 述 出 三 个 公 因 子 和 25 个 变 量 之 间 的 关 系 及 变 量 间 的 相 互 关 系, 描 绘 了 旋 转 因 子 后 的 散 点 图, 见 图

19 图 3-2 旋 转 因 子 后 的 散 点 图 3.7 因 子 得 分 通 过 主 因 子 分 析, 从 原 始 的 25 个 变 量 中 抽 取 了 3 个 主 因 子, 来 分 析 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 得 分 的 侧 重 点 四 个 主 因 子 分 别 为 :F1 综 合 型 因 子,F2 能 源 型 因 子,F3 环 境 型 因 子 因 此, 得 到 主 因 子 模 型 : X X 1.036F F F ; 2.052F F X X 0 F ; F F F ; F F F. 并 且 得 到 了 因 子 得 分 函 数 : F F 1.036X X X ; 2.156X X X ; F 0 X X X

20 最 后 为 了 计 算 每 年 的 综 合 评 分, 计 算 了 三 个 公 因 子 在 每 一 年 的 因 子 得 分, 主 因 子 得 分 矩 阵 见 表 3-5 表 3-5 主 因 子 得 分 矩 阵 F1 F2 F 年 年 年 年 年 年 年 年 年 熵 值 法 求 权 重 熵 值 法 是 一 种 客 观 赋 值 方 法, 为 了 客 观 评 价 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力, 本 文 采 用 熵 值 法 对 变 量 的 权 重 进 行 确 定 (1) 数 据 标 准 化 处 理 记 湖 南 省 i 年 的 第 j 个 影 响 因 子 的 值 为 F ij, 其 中 i , j 1 25 由 于 各 项 指 标 的 量 纲 不 同, 因 此 要 进 行 标 准 化 处 理, 同 时 为 避 免 求 熵 值 时 取 对 数 无 意 义, 根 据 (3.4) 式 进 行 非 负 化 处 理 (2) 根 据 (3.5) 式 计 算 第 j 项 指 标 下 第 i 年 占 该 指 标 的 比 重 (3) 根 据 (3.6) 式 计 算 第 j 项 指 标 的 熵 值 e j (4) 根 据 (3.7) 式 计 算 第 j 项 指 标 的 差 异 系 数 g j (5) 根 据 (3.8) 式 计 算 各 指 标 的 权 重 (6) 根 据 (3.9) 式 计 算 综 合 得 分 g j w j s 因 此, 利 用 熵 值 法 确 定 的 权 重, 可 以 得 到 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分, 为 了 更 清 楚 的 观 察 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 的 变 化 趋 势, 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合

21 得 分 图, 见 图 3-3 图 3-3 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分 图 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 得 分 的 评 分 标 准, 可 以 分 为 以 下 五 个 级 别, 优 秀 良 好 及 格 警 告 严 重 警 告 生 态 环 境 承 载 力 评 分 表, 见 表 3-6 表 3-6 生 态 环 境 承 载 力 评 分 表 级 别 优 秀 良 好 及 格 警 告 严 重 警 告 范 围 及 以 上 根 据 图 10 和 表 10,2003 年 的 生 态 环 境 承 载 力 评 价 为 优 秀,2004 年 2006 年 2007 年 2010 年 的 生 态 环 境 承 载 力 评 价 为 良 好,2005 年 2008 年 2009 年 的 生 态 环 境 承 载 力 为 及 格,2011 年 的 生 态 环 境 承 载 力 评 价 为 警 告 生 态 环 境 承 载 力 得 分 呈 现 上 升 趋 势, 生 态 环 境 情 况 不 断 恶 化 四 基 于 ARIMA 模 型 的 生 态 环 境 承 载 力 预 测 生 态 环 境 承 载 力 是 可 持 续 发 展 的 内 涵 之 一, 也 是 生 态 学 的 规 律 之 一 生 态 环 境 承 载 力 是 指 在 一 定 时 期 一 定 的 状 态 或 条 件 下, 在 维 持 区 域 生 态 环 境 系 统 结 构 不 发 生 质 的 变 化 生 态 环 境 功 能 不 遭 受 破 坏 的 前 提 下, 生 态 环 境 系 统 所 能 承 受 的 人 类 各 种 社 会 经 济 活 动 的 能 力 即 生 态 环 境 对 区 域 社 会 经 济 发 展 的 最 大 支 持 阈 值 当 外 来 干 扰 超 过 此 极 限 时, 生 态 环 境 系 统 就 会 被 损 伤 破 坏 乃 至 瓦 解 因 此, 本 文 利 用 ARIMA 模 型 对 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分 进 行 拟 合 预 测 具 有 了 重 大 的 现 实 意 义, 这 为 环 境 部 门 对 生 态 环 境 的 变 化 及 时 准 确 的 采 取 生 态 环 境 保 护 措 施 提 供 了 参 考 依 据 [11-12] 4.1 ARIMA(p,d,q) 模 型 原 理 ARIMA 是 自 回 归 移 动 平 均 结 合 (Auto Regressive Integrated Moving Average) 模 型 的 简 写 形 式, 用 于 平 稳 序 列 或 通 过 差 分 而 平 稳 的 序 列 分 析 ARMA(p,q) 模 型 是 建 立 在 AR(p) 和 MA(q) 的 模 型 基 础 上 的 对 于 平 稳 可 逆 的 模 型 来 说, 它 事 实 上 是 无 限 阶 的 AR 模 型 或 MA 模 型 的 等 价 形 式, 因 此 有 效 地 ARMA

22 模 型 可 以 弥 补 单 纯 用 AR 模 型 或 MA 模 型 导 致 的 参 数 过 多 问 题, 从 理 论 上 来 讲 能 够 较 大 地 提 高 估 计 的 精 度 并 且 节 省 计 算 量 ARMA 其 一 般 形 式 为 : y y y y e e e e t 1 t 1 2 t 2 p t p t 1 t 1 2 t 2 q t q 其 中, 等 式 的 左 边 是 模 型 的 自 回 归 部 分, 非 负 整 数 p 称 为 自 回 归 阶 数, 1, 2,, p 称 为 自 回 归 系 数 ; 等 式 右 边 是 模 型 的 移 动 平 均 部 分, 非 负 整 数 q 称 为 移 动 平 均 阶 数, 1, 2,, q 称 为 移 动 平 均 系 数 p 和 q 分 别 是 偏 自 相 关 函 数 值 和 自 相 关 函 数 值 显 著 不 为 零 的 最 高 阶 数 可 以 看 出, 当 p 0时, 模 型 为 纯 移 动 平 均 模 型, 记 为 MA(q); 当 q 0 时, 模 型 为 纯 自 回 归 模 型, 记 为 AR(p) ARMA(p,q) 模 型 可 用 较 少 的 参 数 对 序 列 进 行 较 好 的 拟 合, 其 自 相 关 和 偏 相 关 函 数 均 呈 现 拖 尾 性 表 4-1 是 上 述 模 型 的 相 关 图 特 征 列 表 通 过 观 察 相 关 图 并 结 合 该 表 可 以 大 胆 识 别 出 ARMA 模 型 的 阶 数 表 4-1 模 型 的 相 关 图 特 征 列 表 模 型 方 程 AR(p) MA(q) ARMA(p,q) 自 相 关 函 数 拖 尾 q 步 滞 后 截 尾 拖 尾 偏 自 相 关 函 数 p 步 滞 后 截 尾 拖 尾 拖 尾 ARMA 模 型 只 适 合 于 对 平 稳 序 列 的 分 析 实 际 应 用 中 的 时 间 序 列 并 非 平 稳 序 列, 不 能 直 接 采 用 ARMA 模 型 但 通 常 这 些 序 列 可 通 过 变 换 处 理 后 变 为 平 稳 序 列 对 它 们 的 分 析 一 般 采 用 自 回 归 移 动 平 均 结 合 ARIMA 模 型 ARIMA(p,d,q) 模 型 建 模 步 骤 : (1) 序 列 平 稳 化 ARIMA 模 型 是 建 立 在 平 稳 性 假 设 基 础 上 的, 因 此, 在 建 立 模 型 之 前, 要 检 验 该 数 据 序 列 的 平 稳 性 本 文 采 用 观 察 自 相 关 图 偏 自 相 关 图 和 单 位 根 (ADF) 检 验 相 结 合 的 方 法 来 判 断 序 列 是 否 平 稳 的 若 平 稳, 则 建 立 ARMA(p,q) 模 型 ; 若 非 平 稳, 则 需 对 数 据 序 列 进 行 差 分, 直 到 平 稳 为 止 然 后 建 立 ARIMA(p,d,q) 模 型 其 中 d 代 表 差 分 次 数 (2) 模 型 的 识 别 Box-Jenkins 的 模 型 识 别 方 法 是 根 据 样 本 自 相 关 偏 自 相 关 函 数 的 截 尾 拖 尾 性 初 步 判 断 序 列 所 适 合 的 模 型 类 型

23 1 若 平 稳 时 间 序 列 的 偏 自 相 关 函 数 在 p 步 截 尾, 而 自 相 关 函 数 是 拖 尾 的, 则 可 判 断 此 序 列 是 AR(p) 序 列 2 若 平 稳 时 间 序 列 的 自 相 关 函 数 在 q 步 截 尾, 偏 自 相 关 函 数 是 拖 尾 的, 则 可 判 断 此 序 列 是 MA(q) 序 列 3 若 平 稳 时 间 序 列 的 自 相 关 函 数 偏 自 相 关 函 数 均 是 拖 尾 的, 则 此 序 列 很 可 能 是 ARMA 序 列 (3) 模 型 的 定 阶 根 据 时 间 序 列 模 型 的 定 阶 准 则, 建 立 相 应 的 模 型 可 以 根 据 上 面 提 到 的 自 相 关 和 偏 自 相 关 函 数 性 质 确 定 模 型 的 阶 数, 也 可 以 根 据 最 佳 准 则 函 数 定 阶 法 本 文 采 用 自 相 关 和 偏 自 相 关 函 数 性 质 确 定 模 型 的 阶 数 (4) 模 型 的 检 验 及 预 测 模 型 检 验 阶 段 的 任 务 就 是 残 差 的 随 机 性 检 验, 即 检 验 残 差 项 是 否 为 白 噪 声 过 程 如 果 模 型 通 过 检 验, 则 可 以 进 行 预 测 4.2 ARIMA(p,d,q) 模 型 根 据 图 3-3 可 以 得 出 年 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分 数 据, 在 此 选 取 的 数 据 利 用 Eviews6.0 软 件 建 立 ARIMA 模 型,2010 和 2011 年 的 数 据 作 为 模 型 拟 合 预 测 的 检 验 然 后 再 预 测 出 年 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分 序 列 平 稳 化 检 验 首 先 根 据 图 3-3 可 以 看 到, 年 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分 数 据 的 序 列 呈 现 出 上 下 波 动 并 伴 有 轻 微 的 上 升 趋 势, 可 以 判 定 次 序 列 为 非 平 稳 序 列, 然 后 对 此 序 列 的 一 阶 差 分 序 列 进 行 单 位 根 检 验, 结 果 如 下 表 4-2 表 4-2 单 位 根 检 验 从 表 4-2 可 以 看 出 t t0.01 t0.05 t0.1, 表 明 原 序 列 一 阶 差 分 后 的 序 列 为 平 稳 序 列 然 后 作 原 序 列 一 阶 差 分 后 序 列 的 自 相 关 图 和 偏 自 相 关 图, 见 图

24 4.2.2 模 型 识 别 及 定 阶 图 4-1 一 阶 差 分 后 序 列 的 自 相 关 图 和 偏 自 相 关 图 由 图 4-1 可 以 看 出, 原 序 列 一 阶 差 分 后 的 序 列 值 都 在 两 倍 的 标 准 差 范 围 内, 并 且 是 随 机 变 化 的, 故 可 以 判 定 其 为 独 立 白 噪 声 序 列 因 此 可 以 判 定 p q 0, d 1, 即 模 型 为 ARIMA(0,1,0), 也 就 是 说 对 原 序 列 可 以 用 随 机 游 走 模 型 进 行 拟 合 模 型 参 数 估 计 及 拟 合 利 用 软 件 Eviews6.0 计 算 得 到 AR(1) 的 系 数 为 1.052, 与 1 非 常 接 近, 并 且 拟 合 2 优 度 R 0.703, 说 明 利 用 随 机 游 走 模 型 拟 合 该 序 列 比 较 合 理 此 外 还 得 到 原 序 列 的 拟 合 及 残 差 图 见 图 模 型 残 差 检 验 及 预 测 图 4-2 原 序 列 的 拟 合 及 残 差 图 首 先 作 出 残 差 序 列 的 自 相 关 和 偏 自 相 关 图, 如 图 4-3 图 4-3 残 差 序 列 的 自 相 关 和 偏 自 相 关 图

25 从 图 4-3 中 可 以 看 出 模 型 的 残 差 序 列 的 自 相 关 和 偏 自 相 关 函 数 值 都 在 两 倍 的 标 准 差 内, 并 且 呈 现 出 随 机 变 化 的, 说 明 模 型 的 残 差 序 列 为 独 立 白 噪 声 序 列 故 模 型 拟 合 合 理, 可 以 利 用 该 模 型 进 行 预 测 预 测 结 果 见 表 4-3 表 4-3 预 测 结 果 年 份 实 际 值 预 测 值 相 对 误 差 年 份 实 际 值 预 测 值 相 对 误 差 % % 模 型 评 价 基 于 ARIMA 模 型, 利 用 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分 序 列 变 化 的 实 际 数 据 作 为 原 始 数 列 建 立 ARIMA(0,1,0) 模 型, 从 对 湖 南 省 生 态 环 境 承 载 力 综 合 得 分 序 列 变 化 的 拟 合 预 测 结 果 来 看,ARIMA(0,1,0) 模 型 能 较 好 的 拟 合 原 序 列, 但 在 预 测 方 面,ARIMA(0,1,0) 模 型 的 短 期 预 测 效 果 优 于 长 期 预 测 原 因 在 于 其 模 型 是 基 于 过 去 时 间 序 列 数 据 建 立 的, 并 没 有 考 虑 预 测 期 相 应 时 间 内 外 界 环 境 变 化 的 随 机 性 和 波 动 性 以 及 政 府 采 取 的 措 施 等 因 素, 随 着 预 测 期 的 增 长, 预 测 效 果 自 然 会 变 差 故 利 用 ARIMA 模 型 对 原 序 列 预 测 时 更 适 合 进 行 短 期 预 测 五 生 态 环 境 承 载 力 提 升 建 议 湖 南 省 作 为 西 部 开 发 的 先 导 城 市, 近 年 来 经 济 一 直 高 速 发 展, 但 这 种 粗 放 的 经 济 增 长 模 式 与 资 源 环 境 之 间 的 矛 盾 也 日 益 突 出 如 若 不 加 以 治 理, 水 土 资 源 严 重 偏 离 供 需 平 衡 点, 人 口 急 剧 增 长 高 污 染 排 放 将 导 致 经 济 发 展 后 劲 不 足 如 何 突 破 瓶 颈 限 制, 将 有 效 益 的 速 度 和 有 速 度 的 效 益 有 机 结 合, 并 最 终 实 现 可 持 续 健 康 发 展, 必 须 着 眼 于 战 略 高 度, 反 思 以 往 的 发 展 模 式, 走 出 一 条 经 济 发 展 与 资 源 环 境 双 赢 之 路 下 面 就 资 源 环 境 和 经 济 发 展 协 调 发 展 给 出 几 点 建 议 一 健 全 规 划 实 施 与 管 理 机 制 从 而 落 实 生 态 文 明 的 理 念 要 将 人 居 环 境 作 为 地 区 发 展 和 宏 观 调 控 的 关 键 因 素, 制 定 人 居 环 境 发 展 规 划, 明 确 人 居 环 境 发 展 战 略 发 展 目 标 和 政 策 措 施, 建 立 基 于 资 源 承 载 力 和 环 境 容 量 的 居 民 经 济 体 系 和 城 市 规 划 布 局, 实 现 国 民 经 济 和 社 会 发 展 规 划 城 市 总 体 规 划 与 人 居 环 境 发 展 规 划 的 衔 接 平 衡 二 优 化 产 业 结 构, 降 低 资 源 环 境 的 承 载 力 负 荷 湖 南 省 现 有 的 产 业 结 构 无 法 适 应 经 济 持 续 发 展 的 要 求, 为 了 实 现 经 济 的 快 速 健 康 发 展, 产 业 结 构 调 整 与 优 化 势 在 必 行 要 通 过 对 产 业 提 升 与 结 构 转 换, 实 施 产 业 人 口 和 布 局 的 联 动 调 整, 推 进 资 源 节 约 和 节 能 降 耗, 加 快 形 成 以 循 环 经 济 为 特 征 的 经 济 发 展 新 模 式, 转 变 增 长 模 式 降 低 承 载 力 负 荷 ; 要 建 立 环 境 负 荷 最

26 小 的 现 代 产 业 体 系 ; 优 化 产 业 结 构 与 布 局 ; 建 立 行 业 退 出 准 入 机 制 三 严 格 保 护 生 态 用 地 高 质 量 的 生 态 环 境 是 地 区 发 展 的 目 标, 人 口 持 续 增 长, 建 设 用 地 跟 随 增 长, 城 市 生 态 环 境 持 续 恶 化, 严 重 影 响 城 市 社 会 经 济 的 可 持 续 发 展, 为 保 证 高 质 量 的 生 活, 应 严 格 保 护 生 态 用 地 四 增 加 生 态 环 境 用 水 量 就 全 国 现 状 来 讲 我 国 淡 水 资 源 缺 乏, 人 民 日 常 生 活 用 水 还 不 充 裕, 在 用 水 方 面 要 做 到 : 开 源 节 流, 增 加 生 态 环 境 用 水 量, 保 证 饮 用 水 源 河 流 和 近 岸 水 质 达 标 率, 持 续 改 善 城 市 生 态 环 境 五 加 大 环 境 基 础 设 施 建 设 加 大 环 保 投 入 力 度, 尤 其 是 加 大 对 污 水 处 理 设 施 的 建 设 与 投 资 力 度, 减 少 COD 排 放, 严 控 环 境 污 染, 维 护 环 境 安 全, 改 善 河 流 水 质, 提 高 水 环 境 质 量, 强 化 治 理, 控 制 减 排, 预 防 事 故, 降 低 环 境 承 载 压 力 六 提 高 资 源 能 源 利 用 效 率 湖 南 省 现 有 的 发 展 模 式 对 资 源 能 源 的 依 赖 性 过 强, 而 全 国 范 围 内 资 源 能 源 短 缺 现 象 日 益 严 峻, 随 着 经 济 发 展 步 伐 的 加 快, 不 能 使 资 源 供 需 平 衡, 必 须 充 分 挖 掘 资 源 利 用 潜 力, 以 提 升 资 源 能 源 承 载 力 水 平 要 提 高 地 区 单 位 土 地 经 济 效 益, 集 约 紧 凑 利 用 土 地 ; 提 倡 清 洁 能 源 和 新 型 能 源 开 发, 降 低 能 耗 及 其 污 染 七 建 立 健 全 保 障 机 制 完 善 适 应 地 区 经 济 社 会 转 型 和 可 持 续 发 展 要 求 的 城 市 人 口 和 用 地 规 模 管 理 机 制 ; 建 立 资 源 节 约, 环 境 友 好 的 激 励 和 约 束 机 制 ; 强 化 合 作 交 流 机 制 ; 强 化 公 众 参 与 机 制 提 高 公 众 危 机 意 识 六 模 型 的 优 缺 点 及 改 进 方 向 生 态 环 境 承 载 力 分 析 模 型 指 标 体 系 需 要 建 立 完 备 的 指 标 体 系, 合 理 处 理 高 维 复 杂 数 据, 本 文 采 用 的 主 因 子 分 析 方 法 对 高 维 数 据 进 行 了 适 当 的 降 维, 同 时 熵 值 法 确 定 权 重 也 是 客 观 的, 而 且 利 用 ARIMA 模 型 进 行 拟 合 预 测 模 型 的 主 要 优 点 是 :(1) 对 于 缺 失 值 得 处 理 采 用 EM 算 法, 避 免 了 大 量 数 据 的 浪 费, 能 更 多 的 利 用 原 始 数 据 进 行 分 析 问 题 ;(2) 合 理 处 理 高 维 复 杂 数 据, 采 用 的 主 因 子 分 析 方 法 对 高 维 数 据 进 行 了 适 当 的 降 维, 对 于 后 面 进 行 评 估 有 很 好 的 作 用 ;(3) 确 定 权 重 是 客 观 的, 熵 值 法 确 定 的 权 重 忽 略 了 主 观 对 于 评 价 的 作 用, 对 于 模 型 的 评 价 有 很 好 的 解 释 作 用 ;(4) 预 测 结 果 的 准 确, 利 用 ARIMA 模 型 拟 合 预 测 到 2015 年 的 数 据 具 有 较 好 的 预 测 精 度, 可 信 度 较 高 同 时 它 也 具 有 一 定 的 局 限 性 :(1)EM 算 法 在 处 理 数 据 过 程 中 只 是 单 独 的 考 虑 每 个 变 量 自 身 的 关 系, 没 有 考 虑 到 各 变 量 间 的 相 关 性 ;(2) 在 数 据 标 准 化 时 将 各 个 指 标 的 方 差 都 变 为 1, 在 消 除 量 纲 的 同 时, 也 消 除 了 各 指 标 的 差 异 程 度, 而

27 仅 仅 保 留 了 各 变 量 间 相 互 影 响 程 度 的 相 关 信 息, 这 在 一 定 程 度 上 不 能 有 效 反 映 生 态 环 境 系 统 中 原 始 数 据 中 包 含 信 息, 直 接 影 响 方 法 的 降 维 效 果 ;(3) 主 因 子 分 析 用 于 多 指 标 评 价, 是 利 用 原 始 数 据 中 包 含 的 方 差 量 大 小, 对 其 进 行 客 观 复 制, 没 有 考 虑 原 始 指 标 评 价 对 评 价 问 题 中 的 重 要 性 差 异, 对 于 生 态 环 境 系 统 综 合 评 价 问 题, 评 价 指 标 有 重 要 性 的 差 异 ;(4) 时 间 序 列 分 析 ARIMA 模 型 对 于 数 据 的 拟 合 有 一 定 的 时 滞 性 本 文 的 改 进 方 向 可 以 从 以 下 几 个 方 面 考 虑 : 第 一 指 标 的 选 取 更 广 泛, 因 本 文 主 要 针 对 湖 南 省 得 生 态 环 境 承 载 力, 仅 根 据 指 标 选 取 原 则 选 取 部 分 指 标, 指 标 的 选 取 体 系 可 以 更 完 善 ; 第 二 不 同 情 景 的 模 拟, 可 以 确 定 三 种 不 同 的 方 案, 根 据 生 态 环 境 承 载 力 模 型 进 行 计 算 各 自 的 得 分 情 况, 对 于 政 府 制 定 措 施 会 有 更 大 帮 助

28 参 考 文 献 [1] 陈 雪 莲. 我 国 环 境 保 护 与 可 持 续 发 展 问 题 浅 析 [J]. 经 济 师, 2004, 8(24): [2] Liu J, Diamond J. China's Environment in a Globalizing World [J]. Nature, 2005, 435(7046): [3] 2011 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报. 湖 南 省 环 保 厅.2012 年 6 月 5 日. [4] 2010 年 湖 南 省 环 境 状 况 公 报. 湖 南 省 环 保 厅.2011 年 6 月 3 日. [5] 于 秀 林, 任 雪 松. 多 元 统 计 分 析 [M]. 中 国 统 计 出 版 社, [6] 薛 薇, 统 计 学. 统 计 分 析 与 SPSS 的 应 用 [M]. 中 国 人 民 大 学 出 版 社, [7] 郭 显 光. 熵 值 法 及 其 在 综 合 评 价 中 的 应 用 [J]. 财 贸 研 究, 1994, 20(6): [8] 任 桂 镇, 赵 先 贵, 郝 鸿 忠. 基 于 熵 值 法 的 陕 西 省 可 持 续 发 展 能 力 动 态 研 究 [J]. 地 域 研 究 与 开 发, 2008, 27(2): [9] Dempster A P, Laird N M, Rubin D B. Maximum likelihood from incomplete data via the EM algorithm[j]. Journal of the Royal Statistical Society. Series B (Methodological), 1977: [10] 王 爱 平, 张 功 营, 刘 方. EM 算 法 研 究 与 应 用 [J]. 计 算 机 技 术 与 发 展, 2009, 19(9): [11] Wei W W S. Time series analysis[m]. Redwood City, California: Addison-Wesley, [12] 王 振 龙. 时 间 序 列 分 析 [M]. 中 国 统 计 出 版 社, [13] 黄 道 友, 彭 廷 柏, 陈 惠 萍, 等. 关 于 湖 南 省 生 态 环 境 建 设 的 思 考 [J]. 生 态 农 业 研 究, 2000, 8(4): [14] 陈 东, 李 琳, 王 良 健. 湖 南 经 济 增 长 与 环 境 质 量 演 进 实 证 研 究 [J]. Journal of Hunan Economic Management College, 2004, 1(15): 4. [15] 陆 虹. 中 国 环 境 问 题 与 经 济 发 展 的 关 系 分 析 : 以 大 气 污 染 为 例 [J]. 财 经 研 究, 2000, 26(10): [16] Smil V. China's environmental crisis: an inquiry into the limits of national development [M]. East Gate Book, [17] 徐 静 珍, 王 富 强. 统 筹 城 乡 发 展 目 标 及 其 评 价 指 标 体 系 的 建 立 原 则 [J]. 经 济 论 坛,2004(15): [18] 龙 腾 锐, 姜 文 超. 水 资 源 ( 环 境 ) 承 载 力 的 研 究 进 展 [J]. 水 科 学 进 展, 2003, 14(2): [19] 郭 秀 锐, 毛 显 强, 冉 圣 宏. 国 内 环 境 承 载 力 研 究 进 展 [J]. 中 国 人 口. 资 源 与

29 环 境, 2000, 10(3): [20] 陈 端 吕, 董 明 辉, 彭 保 发. 生 态 承 载 力 研 究 综 述 [J]. 湖 南 文 理 学 院 学 报 ( 社 会 科 学 版 ), 2005, 30(5): [21] 朱 一 中, 夏 军, 谈 戈. 西 北 地 区 水 资 源 承 载 力 分 析 预 测 与 评 价 [J]. 资 源 科 学, 2003, 25(4): [22] 姚 治 君, 王 建 华, 江 东, 等. 区 域 水 资 源 承 载 力 的 研 究 进 展 及 其 理 论 探 析 Ξ[J]. 水 科 学 进 展, 2002, 13(1) [23] 元 相 虎, 李 华, 陈 彬. 基 于 生 态 足 迹 模 型 中 国 可 持 续 发 展 动 态 分 析 [J]. 中 国 人 口. 资 源 与 环 境, 2005, 15(3): [24] 赵 雪 雁. 甘 肃 省 生 态 承 载 力 评 价 [J][J]. 干 旱 区 研 究, 2006, 23(3): [25] Postel S. Carrying capacity: Earth's bottom line[j]. Challenge, 1994, 37(2): [26] Arrow K, Bolin B, Costanza R, et al. Economic growth, carrying capacity, and the environment[j]. Science(Washington), 1995, 268(5210): [27] Foley P. Predicting extinction times from environmental stochasticity and carrying capacity[j]. Conservation Biology, 1994, 8(1): [28] Buckley R. An ecological perspective on carrying capacity[j]. Annals of Tourism Research, 1999, 26(3): [29] Lindberg K, McCool S F. A critique of environmental carrying capacity as a means of managing the effects of tourism development[j]. Environmental Conservation, 1998, 25(04): [30] Long T, Jiang W, He Q. Water resources carrying capacity: new perspectives based on eco-economic analysis and sustainable development[j]. Journal of Hydraulic Engineering, 2004, 1: [31] Huang Z, Li Y, Chen Y, et al. Water quality prediction and water environmental carrying capacity calculation for Three Gorges Reservoir[J]. China Water Power Press, Beijing, [32] Cao S, Chen L, Liu Z. Disharmony between society and environmental carrying capacity: A historical review, with an emphasis on China[J]. AMBIO: A Journal of the Human Environment, 2007, 36(5): [33] Simón F J G, Narangajavana Y, Marqués D P. Carrying capacity in the tourism industry: a case study of Hengistbury Head[J]. Tourism management, 2004, 25(2): [34] Zhu Y, Drake S, Lv H, et al. Analysis of temporal and spatial differences in eco-environmental carrying capacity related to water in the Haihe River Basins, China[J]. Water resources management, 2010, 24(6):

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31 附 录 一 本 文 运 用 的 程 序 包 源 代 码 : 1.1 数 值 型 变 量 异 常 值 检 验 SAS 源 程 序 : ods listing close; ods results off; ods output extremeobs=lg.num_extremeobs quantiles=l.num_quantiles; proc unicariate data=lg.develop_final1 ; weight weight; var &m1_num_var_filt1.; run; ods output close; ods results on; ods listing ; 1.2 字 符 型 变 量 异 常 值 检 验 SAS 源 程 序 : proc freq data=lg.develop_final1 ; weight weight; table location miss_char sex/missing; run; 1.3 熵 值 法 计 算 权 重 及 计 算 综 合 得 分 MATLAB 源 代 码 : clear; clc; x=[ ]; [n,m]=size(x);

32 %%%%%%%% 非 负 化 处 理 %%%%%%%%%% X=zeros(n,m); for j=1:m for i=1:n c=sort(x(:,j)); max=x(n,j); min=x(1,j); X(i,j)=(x(i,j)-min)/(max-min)+1; end end X %%%%%%%%%%%%%%% 计 算 第 j 项 指 标 下 第 i 年 占 该 指 标 的 比 重 p=[]; for j=1:m th=0; for t=(x(:,1))' th=th+t; end Ph=X(:,j)/th; p=[p Ph]; end p %%%%%%%%%%%%%% 计 算 第 j 项 指 标 的 熵 值 e=[]; k=1/log(n); for j=1:m eg=0; for i=1:n eh=-k*p(i,j)*log(p(i,j)); eg=eg+eh; end e=[e,eg]; end e %%%%%%%%%%%%%% 计 算 第 j 项 指 标 的 差 异 系 数

33 E=0; for j=1:m E=E+e(j); end g=[]; for j=1:m gh=(1-e(j))/(m-e); g=[g,gh]; end g %%%%%%%%%%% 求 权 重 Eh=0; for n1=1:m Eh=Eh+g(:,n1); end w=[]; for j=1:m wh=g(j)/eh; w=[w,wh]; end w %%%%%%%%%%% 计 算 综 合 得 分 s=[]; for i=1:n s1=0; s2=0; for j=1:m s1=w(j)*p(i,j); s2=s2+s1; end s=[s,s2]; end s

34 附 录 二 原 始 数 据 年 份 恩 格 尔 系 数 人 均 GDP( 元 ) 第 二 产 业 占 GDP 比 重 (%) 经 济 密 度 ( 亿 元 / 平 方 公 里 ) 人 口 密 度 ( 人 / 平 方 公 里 ) 森 林 覆 盖 率 (%) 年 平 均 降 水 量 (mm) 生 活 垃 圾 无 害 化 处 理 率 (%) 工 业 重 复 用 水 ( 万 吨 ) 2003 年 年 年 年 年 年 年 年 年 年 份 工 业 企 业 污 水 排 放 量 ( 万 吨 ) 单 位 GDP 能 耗 值 ( 吨 标 准 煤 / 万 元 ) 单 位 GDP 电 值 ( 千 瓦 时 / 万 元 ) 废 水 排 放 总 量 ( 万 吨 ) 化 学 需 氧 量 (COD) 排 放 量 ( 吨 ) 氨 氮 排 放 量 ( 吨 ) 工 业 废 水 排 放 达 标 率 (%) 二 氧 化 硫 (SO2) 排 放 量 ( 万 吨 ) 烟 尘 排 放 量 ( 万 吨 ) 2003 年 年 年 年 年 年 年 年 年 工 业 固 体 工 业 固 体 人 均 日 年 份 废 物 产 生 量 废 物 综 合 利 用 率 生 活 用 水 量 城 市 用 水 普 及 率 (%) 城 市 用 气 普 及 率 (%) 污 水 处 理 率 (%) 煤 炭 消 费 量 ( 万 吨 ) ( 万 吨 ) (%) ( 升 ) 2003 年 年 年 年 年 年 年 年 年

35 附 录 三 EM 算 法 插 补 数 据 之 后 标 准 化 数 据 2003 年 2004 年 2005 年 2006 年 2007 年 2008 年 2009 年 2010 年 2011 年 X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

36 附 录 四 相 关 矩 阵 ZX1 ZX2 ZX3 ZX4 ZX5 ZX6 ZX7 ZX8 ZX9 ZX10 ZX11 ZX12 ZX13 ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX

37 ( 续 表 ) ZX14 ZX15 ZX16 ZX17 ZX18 ZX19 ZX20 ZX21 ZX22 ZX23 ZX24 ZX25 ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX a. Determinant =.000 b. This matrix is not positive definite

38 附 录 五 因 子 得 分 系 数 F1 F2 F3 ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX ZX