劉佰瓊, 徐 敏, 劉 晴

(1.南京師范大學 虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室, 江蘇 南京 210023; 2.南京師范大學 地理科學學院,江蘇 南京 210023)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及城市化進程的加快,沿海地區(qū)對土地的需求量不斷增加, 圍填海是緩解人地矛盾、增強食物安全保障、拓展發(fā)展空間、促進經(jīng)濟發(fā)展的重要手段[1-2]。目前, 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和土地需求量的激增, 圍填海的面積、規(guī)模和強度有著逐漸增大的趨勢[3-4], 圍墾類型從高灘圍涂發(fā)展到中、低灘圍涂和促淤圍涂等多種類型, 開發(fā)利用方式也從傳統(tǒng)的種植、養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)用地發(fā)展到港口、臨港工業(yè)、城鎮(zhèn)建設等工業(yè)用地和城市建設用地。港口及臨港工業(yè)圍填海具有較強的產(chǎn)業(yè)關聯(lián)性, 能夠有效帶動倉儲、運輸、物流、金融、保險等相關服務業(yè)的發(fā)展[5-7], 通過產(chǎn)業(yè)聚集、擴散和輻射效應,較好地促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。合理的港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模, 是指海洋環(huán)境可承載、資源利用可持續(xù)、與社會經(jīng)濟條件相適應的圍填海規(guī)模, 能夠最大限度地協(xié)調(diào)圍填海與海洋資源環(huán)境保護的關系[8-9]。

劉大海[10]、于永海等[11]對圍填海適宜性評估方法進行了研究, 解決了海岸是否適宜開展圍填海的科學問題。王靜[12]、徐敏等[13]構建了適宜圍填規(guī)模決策模型, 研究了淤長型潮灘的適宜圍填規(guī)模。但上述研究對于所有的圍填海類型, 均采用同一套指標體系進行評價, 針對性不強。對于港口及臨港工業(yè)圍填海而言, 不僅需要考慮自然環(huán)境和社會經(jīng)濟影響等一般因素, 還需考慮該海域是否滿足建港條件的要求, 亟需制定針對性較強的圍填海規(guī)模評價指標體系。本文鑒于圍填海用于港口及臨港工業(yè)開發(fā)的趨勢, 為了促進海洋空間資源的可持續(xù)利用, 以系統(tǒng)工程理論、多目標決策理論和統(tǒng)計理論為基礎, 借鑒有關數(shù)學模型建立的方法, 綜合考慮圍填海所在區(qū)域的自然條件和社會經(jīng)濟發(fā)展條件, 以及圍填海對海洋資源環(huán)境、社會發(fā)展和經(jīng)濟效益的影響, 構建港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模綜合評價模型, 對可能實施的圍填海方案進行合理評價, 以確定圍填海規(guī)模的適宜程度和適宜等級, 從眾多方案中篩選出最佳的港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模。

1 圍填海規(guī)模評價模型框架

為了科學合理地開發(fā)利用海洋資源, 采用多目標決策理論與方法, 構建港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模綜合評價模型, 對圍填海規(guī)模進行合理評價。首先,綜合考慮圍填海所在海域的自然資源條件和社會經(jīng)濟條件, 以及圍填海后可能帶來的社會經(jīng)濟效益和資源環(huán)境影響, 構建圍填海規(guī)模評價指標體系; 其次, 全面搜集數(shù)據(jù)資料, 定量計算不同圍填海規(guī)模方案下各評價指標因子的屬性值, 并且運用標準化方法對各指標因子的屬性值進行標準化; 同時根據(jù)標準化后的指標因子值運用主客觀綜合賦權法計算指標權重; 最后運用加權和法計算圍填海規(guī)模的綜合評價值, 確定圍填海規(guī)模所屬的評價等級。圍填海規(guī)模綜合評價模型框架如圖1所示。

圖1 港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模綜合評價模型框架Fig.1 The Framework of sea reclamation scale comprehensive evaluation model

2 圍填海規(guī)模評價方法

2.1 評價指標體系

本文在圍填?？刂凭€范圍內(nèi), 確定一個區(qū)域的港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模是否適宜, 圍填?？刂凭€主要采用數(shù)值模擬的方法, 確定不改變海域動力格局和水道穩(wěn)定性的最大圍填外包絡線[13]。首先需考慮該區(qū)域自身的發(fā)展現(xiàn)狀, 包括自然條件和社會經(jīng)濟條件, 其次需考慮圍填海后可能帶來的影響,包括對資源環(huán)境的影響以及圍填海效益評估。由此構建港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模綜合評價指標體系,共包括2類評價因子、4種評價要素和15個評價指標, 如表1所示。

表1 港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模評價要素和評價因子Tab.1 The Evaluation Features and Factors

(1) 自然條件

判斷圍填海規(guī)模是否適宜需綜合考慮區(qū)域的自然資源和環(huán)境承載力。若研究海域的自然資源環(huán)境條件良好, 滿足深水近岸的條件, 且海洋環(huán)境容量較大, 則能夠承載大規(guī)模的圍填海; 反之, 如果該海域的自然資源環(huán)境較為脆弱, 則適宜的圍填海規(guī)模較小。為反映自然條件對圍填海的承載能力, 選取深水近岸(10 m等深線離岸距離)、岸灘資源(0 m以淺的岸灘寬度)、宜建港口規(guī)模(航道水深)、海洋環(huán)境容量這4個評價指標。

(2) 社會經(jīng)濟條件

圍填海是沿海地區(qū)緩解土地供求矛盾、擴大發(fā)展空間的有效手段, 如果沿海地區(qū)土地較緊張, 則有進行圍填海建設的迫切需求, 相反, 如果區(qū)域的建設用地充足, 就無需開展大規(guī)模填海造地。此外,如果腹地經(jīng)濟水平和集疏運條件較好, 則能夠為區(qū)域圍填海提供良好的條件, 驅(qū)動大規(guī)模的港口及臨港工業(yè)圍填海。為反映社會經(jīng)濟條件對圍填海的支持和驅(qū)動, 選取港口腹地經(jīng)濟水平(單位土地面積GDP)、人均土地面積、基礎設施配套、集疏運條件4個評價指標。

(3) 資源環(huán)境影響

圍填海將對周邊海域的資源環(huán)境產(chǎn)生影響, 圍填海實施后對周邊岸灘及航道沖淤的影響, 主要在圍填?？刂凭€優(yōu)選時采用數(shù)值模擬的方法確定, 本文不再涉及。圍填海不僅會占用原有岸線, 建成后還會新增碼頭岸線, 新增的碼頭岸線越長, 則越有利于港口建設和開發(fā)。另外, 圍填海占用潮灘濕地, 破壞了海洋生物資源的生境條件, 將會造成潮間帶生物和底棲生物的損失。圍填海實施后, 進行港口及臨港工業(yè)開發(fā), 還會排放污染物入海, 降低海域的水環(huán)境質(zhì)量。為反映圍填海對周邊海域資源環(huán)境的影響, 選取的評價因子包括: 新增碼頭岸線長度、底棲生物損失量、占用海域面積、污染物年排放量 4個評價指標。

(4) 效益評估

圍填海形成后, 新增的土地面積可提供臨港工業(yè)發(fā)展用地, 除了圍填海自身有顯著的經(jīng)濟效益外,還可增加區(qū)域就業(yè)人口, 推動區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展。此外, 港口通過城市的中心帶動作用可有效推動區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展, 港口及臨港工業(yè)的規(guī)模越大, 對腹地經(jīng)濟的輻射帶動作用越強, 越有利于社會經(jīng)濟的發(fā)展。為反映圍填海對社會經(jīng)濟的綜合效益評估, 選取的評價因子包括: 圍填海經(jīng)濟效益、可增加的就業(yè)人口、對區(qū)域發(fā)展的帶動作用3個評價指標。

2.2 評價指標標準化

由于各評價指標間具有不可公度性, 為了消除不同量綱和數(shù)量級對評價結(jié)果的影響, 需對評價指標進行標準化處理, 常用的標準化方法有線性變換法、標準0–1變換法、曲線變換法、向量規(guī)范化法等[14-16]。對于固定型和成本型指標, 本文采用標準0–1變換法, 對于效益型指標則采用曲線變換法。各類型指標標準化方法如下。

效益型指標, 由于評價指標值隨著圍填海規(guī)模的改變而逐漸變化, 并非是突變的, 中期變化較快,而前后期相對較慢。采用升半正態(tài)性標準化方法, 該方法主要適合于指標中期值變化對事物發(fā)展總體水平影響較大的情況。標準化方法為:

其中,xij表示第j個目標方案xj在第i個評價指標fi下的屬性值,yij表示指標屬性值進行標準化后的標準化值, min表示各個指標屬性值的最小值, max表示各個指標屬性值的最大值,aj表示fj的最佳穩(wěn)定值,h表示標準化值隨著指標屬性值開始發(fā)生變化的臨界點,k表示變化比率。

2.3 確定指標權重

在圍填海規(guī)模綜合評價決策的求解過程中, 指標權重的確定是一個非常重要的問題。常用的主觀賦權法有層次分析法(AHP法)、專家調(diào)查法(Delphi法)、G1法(序關系法)等[17-19], 常用的客觀賦權法主要有主成分分析法、熵權法、CRITIC法等[20-22]?？紤]到主觀賦權法主要依賴于決策者的經(jīng)驗和對評價指標的主觀重視程度, 而客觀賦權法確定的指標權重有可能與指標的實際重要性程度相悖[23], 本文采用主客觀綜合賦權法確定各評價指標的權重, 其目的是使指標權重同時反映主客觀程度。其中, 主觀權重的確定采用 G1法(序關系法), 客觀權重的確定采用CRITIC法。

(1) 主觀權重確定

采用 G1法[19](序關系法)確定各評價指標的主觀權重, G1法概念易懂, 計算簡便, 且無需像 AHP方法(層次分析法)一樣對評價目標的數(shù)量有要求且需要檢測矩陣的一致性, 具有較好的可操作性。

序關系法確定主觀權重系數(shù)的方法與步驟如下:

1) 若評價指標xi相對于某評價目標的重要性程度不小于xj時, 記為xi≥xj。若評價指標x1,x2,···,xm相對于某評價目標具有關系式時,稱此組評價指標建立了序關系。式中,指按照序關系排定后的第j個評價指標。

2) 計算評價指標xi的權重wi。設評價指標xt-1與xt的重要性程度之比為rt, 即wt–1/wt=rt(t=m,m–1,···, 2)。當m較大時,rt可取為1。Rt的賦值見表2。

表2 G1序關系法中rt取值表Tab.2 The value of rt in the method of G1

則可解得wm為:

根據(jù)公式wt-1=rtwt(t=m,m－1,···, 2)可求得各指標的權重系數(shù)。

(2) 客觀權重確定

CRITIC法[22](Criteria Importance Through Inter-criteria Correlation)是由Diakoulaki提出的一種客觀賦權方法, CRITIC法的特點是同時考慮了指標間的沖突性和指標變異性這兩個重要因素。指標間的沖突性是基于評價指標之間的相關性進行分析的,若兩個指標之間具有較強的負相關, 則表明這兩個指標在評價方案的優(yōu)劣上反映的信息有較大的不同,沖突性較大, 權重也較高; 反之, 若兩個評價指標之間具有較強的正相關, 則表明沖突性較低, 權重較小。指標變異性通過標準差來體現(xiàn), 以表明同一個評價指標在各評價方案之間取值的差異大小, 標準差越小表明各評價方案取值的差距越小; 當標準差一定時, 評價指標的沖突性越大, 則權重越大。

假設第j個指標與其他指標之間的沖突性用指標pj來量化, 計算公式為:

其中,rtj表示第j個指標和第t個指標之間的相關系數(shù),m表示指標個數(shù)。

第j個指標所包含的信息量Cj的計算公式為:

其中,σj為指標的標準差, 體現(xiàn)指標間的變異性。信息量Cj越大, 表示第j個指標所包含的信息量越大, 則該指標的相對重要性越大, 所賦權重也應越大, 第j個指標的客觀權重Wj′的計算公式為:

(3) 主客觀綜合賦權

獲得評價指標的主觀權重和客觀權重后, 有可能出現(xiàn)主、客觀權重沖突或相悖的情況, 采用下式計算歸一化的主客觀綜合權重, 計算公式為

Wj即為主客觀綜合賦權法確定的指標權重,Wj′為主觀權重,Wj′為客觀權重,α為主觀權重的歸一化指數(shù),β為客觀權重的歸一化指數(shù)。

2.4 評價決策

在對決策矩陣進行標準化處理和確定指標權重的基礎上, 可采用加權和法、加權積法、理想點法等方法[14,16]進行評價決策, 本文采用線性加權和法計算港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模的綜合得分。計算公式為:

其中,ICH為圍填海規(guī)模的綜合得分,m表示評價指標的數(shù)量,Ii為評價指標i的標準化值,wi為評價指標i的權重。

采用線性加權和法得到圍填海規(guī)模綜合得分為0~1的連續(xù)數(shù)值。對于港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模方案而言, 存在規(guī)模適宜、過大或過小三種情況, 根據(jù)本文構建的指標體系和賦值標準, 規(guī)模適宜的評價結(jié)果得分最高, 規(guī)模過大或過小得分均較低, 因此可根據(jù)圍填海規(guī)模的綜合得分, 確定圍填海規(guī)模的適宜等級。

為了科學合理評價圍填海規(guī)模, 咨詢海洋工程和海洋資源環(huán)境領域?qū)＜业囊庖? 采用專家咨詢和專家打分法確定圍填海規(guī)模的評價等級, 將 0~1的連續(xù)數(shù)值劃分為三份, 即 0~0.4、0.4~0.7、0.7~1分別對應不適宜、較適宜、適宜三種狀態(tài)。港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模綜合評價等級劃分標準見表3。

表3 港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模評價等級劃分標準Tab.3 The criterion of classification about sea reclamation scale evaluation

將各圍填海規(guī)模方案的綜合得分與評價等級劃分標準進行比較, 確定圍填海規(guī)模綜合得分所屬的評價等級。若有1個以上的方案位于“適宜”區(qū)間, 則將綜合得分按照從大到小的順序進行排列, 選取綜合得分最大的方案作為最適宜的圍填海規(guī)模。若圍填海規(guī)模綜合評價得分均較小, 位于“適宜”區(qū)間的方案為0, 則依據(jù)各評價指標的屬性值遴選對評價結(jié)果影響較大的指標, 從而有針對性地對圍填海方案進行優(yōu)化, 直至圍填海規(guī)模綜合評價模型計算得到的結(jié)果較佳為止。

3 腰沙港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模評價

以江蘇輻射沙洲半島式淺灘——腰沙港口及臨港工業(yè)圍填海為例進行研究。腰沙是江蘇輻射沙洲南翼面積最大的沙洲, 周邊分布有小廟洪水道和三沙洪水道兩條潮汐汊道。根據(jù)本文所述的圍填海規(guī)模評價方法, 各圍填海規(guī)模方案下(圖2)各評價指標的屬性值如表4所示。

表4 腰沙港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模方案評價指標屬性值Tab.4 The attribute values of evaluation factors about various schemas

圖2 腰沙港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模方案Fig.2 The sea reclamation scale scheme of YaoSha

采用 G1序關系法確定的主觀權重向量為:w′=(0.106, 0.051, 0.065, 0.080, 0.054, 0.046, 0.032,0.068, 0.068, 0.042, 0.034, 0.056, 0.109, 0.085,0.102)。采用 CRITIC法確定的客觀權重向量為:w′=(0.077, 0.182, 0.073, 0.049, 0.033, 0.039, 0.042,0.044, 0.058, 0.055, 0.040, 0.063, 0.064, 0.084,0.097)。在此基礎上, 采用主客觀綜合賦權法, 最終確定的腰沙港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模評價權重向量為:W=(0.091, 0.117, 0.069, 0.065, 0.044, 0.042, 0.037,0.056, 0.063, 0.048, 0.037, 0.060, 0.087, 0.085, 0.100)。

采用線性加權和法計算圍填海規(guī)模的綜合得分,如表5所示。根據(jù)港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模評價等級劃分標準, 理論基面+3.0 m方案處于0.7~1的區(qū)間, 屬于適宜圍填, 由此確定理論基面+3.0 m 方案為圍填海的最優(yōu)方案。經(jīng)分析可知, 理論基面+3.0 m方案下, 圍填海面積為90.1 km2, 圍填海寬度為17.3 km,而腰沙海域0 m以淺的岸灘寬度為16.5 km, 該方案能夠最大限度的合理利用岸灘資源, 且與當前的社會經(jīng)濟發(fā)展水平相適應, 圍填海后的社會經(jīng)濟效益顯著, 采用本文方法確定理論基面+3.0 m為圍填海的最優(yōu)方案是合理的。

表5 腰沙港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模方案綜合得分Tab.5 The synthesis score of various sea reclamation schemas

4 結(jié)語

本文針對目前圍填海主要用于港口及臨港工業(yè)開發(fā)的趨勢, 構建了港口及臨港工業(yè)圍填海規(guī)模綜合評價模型, 提出了完整的圍填海規(guī)模綜合評價方法體系。計算表明, 腰沙海域港口及臨港工業(yè)的最佳圍填海規(guī)模為理論基面+3.0 m。本文提出的指標體系主要是針對開敞型海域的特點建立的, 具有一定的適用范圍, 如何根據(jù)海灣型海域的特點構建針對性較強的評價指標體系, 是下一步研究的方向。在今后的工作中, 可選取城鎮(zhèn)建設、農(nóng)業(yè)圍墾等類型的圍填海開展研究, 完善圍填海規(guī)模評價指標體系。

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