李玉杰,趙 晟

(浙江海洋大學(xué) 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,浙江 舟山 316022)

引 言

隨著海洋經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,海島城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快,不少沿海地區(qū)開展的海島資源開采、海島放牧、海島旅游等一系列活動加快了地區(qū)發(fā)展[1],導(dǎo)致海島水資源大大減少、周邊水域水質(zhì)下降、生物棲息地被破壞、漁業(yè)資源衰退,海島經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境和資源之間的矛盾突出,海島有限的資源難以承受人們無限制地開發(fā)與利用[2]。原國家海洋局對海島進(jìn)行的調(diào)查也表明:我國海島生態(tài)環(huán)境日益惡化,加上海島本身的脆弱性,一旦造成破壞,就很難恢復(fù);2018年自然環(huán)境部通報(bào)8起海島開發(fā)的違法活動,嚴(yán)厲批評違法圍填海事件,共罰款54.67億元;中央政府非常重視我國海島保護(hù)工作,多次提出海島保護(hù)規(guī)劃舉措,科學(xué)評估海島可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r對保護(hù)海島生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義[3]。本文借鑒已有研究的可持續(xù)發(fā)展思路,結(jié)合海島生態(tài)環(huán)境狀況,從經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會和資源四個(gè)方面選取指標(biāo),構(gòu)建海島可持續(xù)發(fā)展評價(jià)模型,對海島可持續(xù)性進(jìn)行評價(jià)。

在多要素的綜合評價(jià)過程中,指標(biāo)參數(shù)的選擇及權(quán)重的確定往往是評價(jià)工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)[4],如何提高指標(biāo)權(quán)重計(jì)算的客觀性,最大程度地保證評價(jià)工作的合理性,是多要素評價(jià)的關(guān)鍵。在進(jìn)行區(qū)域可持續(xù)評價(jià)工作時(shí),通常使用定性或定量評價(jià)的方法[5]。定性評價(jià)是根據(jù)評價(jià)對象的特征、狀態(tài)直接對其進(jìn)行評價(jià);定量評價(jià)是通過使用數(shù)學(xué)的方法,對評價(jià)對象進(jìn)行量化處理分析后進(jìn)行的評價(jià)。國內(nèi)外有關(guān)可持續(xù)發(fā)展理論的研究較多,很多專家對可持續(xù)發(fā)展評價(jià)體系進(jìn)行了深入研究,目前國外的研究主要集中分析當(dāng)?shù)卣褜?shí)施的政策對海島可持續(xù)的影響,并將影響可持續(xù)發(fā)展的問題納入政策,探討實(shí)現(xiàn)海島可持續(xù)發(fā)展的方法[2,6];國內(nèi)研究主要集中在從經(jīng)濟(jì)、社會、資源、生態(tài)環(huán)境、海島脆弱性等方向出發(fā),構(gòu)建海島可持續(xù)評價(jià)指標(biāo)體系,對海島可持續(xù)狀況進(jìn)行定性和定量的綜合分析[7-9]。本文采用的熵值法與主成分分析法(Principal Component Analysis, PCA)屬于定量評價(jià)。先使用PCA方法將篩選得出的評價(jià)指標(biāo)通過經(jīng)正交轉(zhuǎn)化后形成互不相關(guān)的綜合指標(biāo)[10],即將所有指標(biāo)打亂,經(jīng)過降維處理,形成3-5個(gè)主要的綜合指標(biāo),指標(biāo)內(nèi)的分指標(biāo)各不相關(guān),避免了人為進(jìn)行指標(biāo)分類造成數(shù)據(jù)分類的重復(fù)計(jì)算;在指標(biāo)重新分類后,采用熵值法計(jì)算各指標(biāo)的客觀權(quán)重;最后以浙江舟山為研究對象,對舟山2003—2017年的可持續(xù)狀況進(jìn)行綜合評價(jià)。將PCA和熵值法結(jié)合綜合計(jì)算區(qū)域可持續(xù)情況,以期為海島可持續(xù)發(fā)展研究提供思路。

1 研究區(qū)概況

舟山群島是我國最大的群島,陸域面積1 458.76 km2(包括灘涂面積144.91 km2),海域面積2.08萬 km2,海岸線長2 444 km[7,11]。地處長江口南側(cè),東瀕太平洋,南接象山縣海界,西臨杭州灣,位于杭州灣外緣的東海海域,北與上海隔海相望(圖1)。擁有豐富的漁業(yè)、旅游、礦產(chǎn)、石油資源以及風(fēng)能、波浪能、太陽能等可更新資源,具有非常重要的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義[12-13]。

圖 1 舟山市地理位置圖

舟山市2017年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公告顯示,到2017年底,全市總?cè)丝?16.8萬人,人口密度801人/km2,地區(qū)生產(chǎn)總值1 219.78億元,三次產(chǎn)業(yè)比例為11.5∶33.0∶55.5,農(nóng)林牧漁產(chǎn)業(yè)的比例為4.3∶0.1∶1.0∶94.6,屬于資源型經(jīng)濟(jì)。漁業(yè)經(jīng)濟(jì)包括海洋捕撈業(yè)、海水養(yǎng)殖業(yè)和淡水養(yǎng)殖業(yè),工業(yè)以重工業(yè)為主。2017年旅游人數(shù)5 507.16萬人,旅游綜合收入806.52億元。

舟山是浙江省的沿海城市,海島旅游業(yè)、港口建設(shè)、海島工業(yè)、海島房地產(chǎn)開發(fā)等行業(yè)火熱。受寧波、上海、杭州等大中城市的經(jīng)濟(jì)輻射的影響,舟山經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,不僅成為沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“龍頭”,一躍成為長江流域和長江三角洲對外開放的海上門戶,而且在對外貿(mào)易方面,與韓國、日本、新加坡、美國等國貿(mào)易頻繁,是重要的港口貿(mào)易城市,對沿海地區(qū)有重要的戰(zhàn)略意義。憑借優(yōu)越的區(qū)位及資源優(yōu)勢,以港口物流、臨港石化、海洋旅游、現(xiàn)代漁業(yè)、水產(chǎn)品加工等產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來。但隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,舟山出現(xiàn)了海洋污染、淡水短缺、水土流失、耕地質(zhì)量下降等一系列生態(tài)問題,舟山可持續(xù)發(fā)展相關(guān)問題的研究引起了多方關(guān)注。

2 研究方法與數(shù)據(jù)

本文運(yùn)用PCA方法篩選得出主成分并得到各成分分值,其次采用熵值法計(jì)算出主成分的權(quán)重,并將各成分的分值和權(quán)重綜合計(jì)算出各成分的分值,對比分析綜合分值。

研究的數(shù)據(jù)主要來源于《舟山統(tǒng)計(jì)年鑒》(2004—2018年)、《浙江省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《舟山市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》(2003—2017年)、《舟山市海洋環(huán)境公報(bào)》以及舟山氣象局、舟山統(tǒng)計(jì)局等官方網(wǎng)站公布的信息。

2.1 主成分分析法

PCA的原理是通過線性變換將多個(gè)雜亂無序指標(biāo)重新組合成新的幾個(gè)綜合變量,以便于分析[14-15]。在篩選數(shù)據(jù)過程中,為避免重復(fù)信息,盡可能將已有數(shù)據(jù)可能重復(fù)的信息刪去,并建立盡可能少的新指標(biāo),這樣就可以將復(fù)雜問題進(jìn)行簡化,分析少數(shù)指標(biāo)便可以達(dá)到研究的目的,提高分析效率[10]。使用PCA構(gòu)建指標(biāo)體系和確定分值的基本步驟見圖 2。

圖2 PCA評價(jià)過程

各主成分的分值公式如下:

Fk=a1i·ZX1+a2i·ZX2+…+ami·ZXm

(1)

其中,Fk為第k項(xiàng)成分的分值,i=1, 2, …,p(k

2.2 熵值法

熵值法通過數(shù)據(jù)本身的特征來確定客觀權(quán)重,其基本思路是通過各項(xiàng)指標(biāo)的變異程度計(jì)算出指標(biāo)權(quán)重。通過判斷指標(biāo)間的差距來判斷指標(biāo)的作用[10,13],其計(jì)算步驟如下:

(1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理:主成分分析得到的標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)存在負(fù)值,因此,通過將指標(biāo)Xij經(jīng)過坐標(biāo)平移來消除負(fù)值。(本文采取標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)的最小值的最大整數(shù)值作為平移值);

(2)構(gòu)建各年份評價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣P矩陣:

(2)

(3)計(jì)算指標(biāo)信息熵Ej:

(3)

(4)計(jì)算指標(biāo)值的差異性系數(shù)Dj:

Dj=1-Ej

(4)

(5)計(jì)算權(quán)重Wj:

(5)

式中,Xij為第i年份的第j項(xiàng)指標(biāo);k=1/lnm;m為評價(jià)年數(shù);n為指標(biāo)數(shù)。

2.3 綜合評價(jià)分值

將PCA和熵值法相結(jié)合,綜合算出海島可持續(xù)性評價(jià)結(jié)果,計(jì)算如下:

(6)

3 結(jié)果與分析

3.1 PCA計(jì)算分值

舟山是一個(gè)經(jīng)濟(jì)繁榮、交通發(fā)達(dá)、人口眾多的海島,由于經(jīng)濟(jì)與人口高速增長引起資源過度消耗,導(dǎo)致污染急劇增加和資源快速短缺。因此,僅從自然因素的角度來看,對舟山海島環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)是不夠的,需要從社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境污染等多個(gè)角度進(jìn)行考慮。本研究從海島的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)出發(fā),詳細(xì)分析影響生態(tài)環(huán)境的主要因素,廣泛參考已有研究選取的指標(biāo)[7,16-21],篩選出24項(xiàng)指標(biāo),建立海島可持續(xù)評價(jià)指標(biāo)體系,見圖3。

圖3 海島可持續(xù)評價(jià)模型

為簡便計(jì)算過程,本文采用SPSS軟件對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA分析[18-20],得出解釋的總方差(表 1),根據(jù)累積貢獻(xiàn)值達(dá)到86.12%(達(dá)到85%即可),得到有4個(gè)主成分,即4個(gè)主成分包含的原始信息的信息量高達(dá)86.12%,符合提取原則。同時(shí),PCA分析過程中的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果將應(yīng)用于之后的熵值法。

根據(jù)SPSS分析得出特征向量矩陣,根據(jù)特征值大小進(jìn)行排序,這4個(gè)主成分命名為經(jīng)濟(jì)成分、生態(tài)成分、社會成分和資源成分,建立海島可持續(xù)評價(jià)模型(見圖3),利用公式(1),對特征向量值與各成分值進(jìn)行求和,計(jì)算得出各成分分值(表2)。

表1 解釋的總方差

表2 成分分值

3.2 確定權(quán)重

采用熵值法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重值,首先是進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理,使用PCA過程中得到的標(biāo)準(zhǔn)化后的值,對其進(jìn)行非負(fù)化處理,將數(shù)據(jù)向右平移4個(gè)單位(采用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)中最小值的最大整數(shù))得出。再根據(jù)公式(2—5)進(jìn)行計(jì)算,得出指標(biāo)的權(quán)重值,其中經(jīng)濟(jì)成分為0.26、生態(tài)成分為0.24、社會成分為0.22、資源成分為0.32。海島可持續(xù)發(fā)展是社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境和資源可持續(xù)共同構(gòu)成,這個(gè)賦值的結(jié)果與舟山海島的特征較為符合,海島自身面積小、資源短缺,抗風(fēng)防災(zāi)能力較差,居住其中的人類進(jìn)行的植樹造林、防沙固堤、房屋建筑等活動,在一定程度上對海島起到了保護(hù)作用。相關(guān)海洋捕撈業(yè)政策也使舟山的漁業(yè)資源總量得到控制。

3.3 綜合得分

基于熵值法與PCA結(jié)合的評價(jià)結(jié)果根據(jù)公式(6),將熵值法得出的指標(biāo)權(quán)重值與PCA得分相結(jié)合,得出海島可持續(xù)性的綜合得分,可持續(xù)分值從2003年的-5.83增至2017年的7.17。

分析各成分與總分值的動態(tài)變化(見圖4)可以發(fā)現(xiàn),2010年至今,各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到較高水平。經(jīng)濟(jì)成分的變化趨勢與總評價(jià)結(jié)果基本保持一致,說明當(dāng)前舟山的經(jīng)濟(jì)發(fā)展符合可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);而生態(tài)成分、社會成分和資源成分的分值都較低,其中社會成分分值下降,說明當(dāng)前社會發(fā)展?jié)M足可持續(xù)要求,對舟山環(huán)境可持續(xù)性威脅不大,這也與舟山新區(qū)的綠色生態(tài)政策吻合。

圖4 評價(jià)指標(biāo)綜合得分折線圖

4 結(jié)論

海島可持續(xù)發(fā)展對我國海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系都具有重要的社會和經(jīng)濟(jì)意義。本文應(yīng)用PCA與熵值法相結(jié)合的方法,開展舟山海島可持續(xù)狀況的評價(jià),結(jié)果表明舟山可持續(xù)的綜合得分從2003年的-5.83增至2017年的7.17,經(jīng)濟(jì)成分可持續(xù)得分從2003年的-5.9增至5.67,生態(tài)成分可持續(xù)得分從2003年的0.26增至1.4,社會成分可持續(xù)得分從2003年的0.52降至0.1,資源成分可持續(xù)得分從2003年的-0.7增至-0.001,通過分析得出的海島可持續(xù)性發(fā)展主要與資源成分有關(guān),與社會成分、生態(tài)成分和經(jīng)濟(jì)成分相關(guān)較小。社會成分可持續(xù)得分下降歸因于舟山人口的增加、生活污水排放量增多,臺風(fēng)等自然災(zāi)害也對舟山當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施及人民群眾造成巨大損失。資源成分可持續(xù)分值的提高得益于“休漁”政策,但其分值仍然較低,政府應(yīng)繼續(xù)對舟山捕撈政策進(jìn)行調(diào)控。舟山政府針對過度捕撈、漁業(yè)資源匱乏狀況實(shí)施的休漁、禁漁政策卓有成效。經(jīng)濟(jì)成分可持續(xù)得分持續(xù)增加表明在生態(tài)文明背景下舟山綠色發(fā)展也滿足可持續(xù)發(fā)展要求,增長的主要原因在于海島旅游文化發(fā)展比重不斷增加,經(jīng)濟(jì)中心從重工業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)向第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當(dāng)前,應(yīng)建議控制舟山人口的繼續(xù)增長,提高企業(yè)對城市生活污水處理項(xiàng)目工作的積極性;定期調(diào)查并維護(hù)防岸堤工程,對經(jīng)常受臺風(fēng)影響的堤岸及時(shí)修復(fù);在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),應(yīng)繼續(xù)加大第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展力度,提高旅游業(yè)發(fā)展質(zhì)量,結(jié)合海島特征,發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)旅游文化項(xiàng)目,加大對旅游景區(qū)的管理并定期對當(dāng)?shù)靥厣皡^(qū)進(jìn)行維護(hù),避免游客對景區(qū)環(huán)境造成污染、對景區(qū)造成破壞;降低重工業(yè)發(fā)展比重,同時(shí)積極尋找綠色清潔能源來替代煤炭等的使用。

利用這種分析方法,可以充分展示PCA與熵值法相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)。PCA大大簡化了可持續(xù)評價(jià)指標(biāo)體系,可以篩選出當(dāng)中的主要影響因素,而且操作簡單,可以廣泛使用;熵值法為客觀的權(quán)重分析方法,提高了評價(jià)結(jié)果的科學(xué)性,為評價(jià)海島可持續(xù)性提供新思路。