基于PSR模型的圍填海對海洋資源影響評價方法研究*

于定勇,王昌海,劉洪超

(中國海洋大學(xué)工程學(xué)院,山東青島266100)

據(jù)統(tǒng)計,目前我國圍填海面積累計已達0.17億hm2,約占我國可耕地面積的12%以上[1],隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和對土地資源需求的快速持續(xù)增長,正掀起新一輪的大規(guī)模圍填海熱潮,比如已在進行的河北省曹妃甸圍填海項目,計劃2004—2020年期間在唐山市南部海區(qū)的曹妃甸淺灘填海造陸31 000 hm2修建曹妃甸工業(yè)區(qū)[2]。圍填海開發(fā)活動占用和損耗了極大的海洋資源,改變了海洋水動力條件,造成潮流動力減弱、水流攜沙能力降低、海底淤積加重,還減弱了港口航道功能,減少了天然濱海濕地面積,破壞了海洋生物棲息環(huán)境,造成生物多樣性降低等問題。

海洋資源的定義有狹義海洋資源和廣義海洋資源兩種說法。狹義上講,海洋資源是指與海水水體本身有著直接關(guān)系的物質(zhì)和能量。廣義上講,所有在一定時間內(nèi),能夠產(chǎn)生經(jīng)濟價值以提高當前和未來福利的海洋自然環(huán)境因素都稱作海洋資源。除了狹義定義的物質(zhì)以外,通常把港灣、海洋航線、水產(chǎn)資源的加工、海洋中的風能、海底地熱、海洋景觀、海洋空間以及海洋的納污能力等等都視為海洋資源[3]。

目前,國內(nèi)外已有研究者進行了圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響的研究。張珞平等[4]在《福建省海灣數(shù)模與環(huán)境研究—福清灣》一書中從各個角度評價了圍填海項目的影響,其中包括對海洋資源的影響分析。王靜等[5]綜合考慮圍填海對動力泥沙環(huán)境、海洋生態(tài)環(huán)境、資源綜合開發(fā)和社會經(jīng)濟影響,建立了圍填海適宜規(guī)模評價指標體系,構(gòu)建了適宜圍填規(guī)模評價決策模型。肖佳媚等[6]分析了PSR模型在海島生態(tài)系統(tǒng)評價中的應(yīng)用,并依據(jù)指標體系的建立原則提出了1套基于PSR模型的海島生態(tài)系統(tǒng)評價指標體系。謝挺等[7]根據(jù)舟山海域近幾年海洋環(huán)境質(zhì)量的發(fā)展趨勢,闡述了圍填海工程快速發(fā)展對舟山海域海洋環(huán)境所帶來的影響,并對如何預(yù)防和減輕圍填海工程快速發(fā)展帶來的不良影響提出了幾點對策。戴桂林等[8]基于海洋產(chǎn)業(yè)角度對圍填海開發(fā)活動影響進行了分析,從海洋漁業(yè)、海洋運輸業(yè)等海洋產(chǎn)業(yè)角度分析了圍填海與海洋產(chǎn)業(yè)之間的密切聯(lián)系,結(jié)果表明圍填海活動不同程度地影響了漁業(yè)和水產(chǎn)資源、港航資源、海洋空間資源以及旅游資源等,使原本就存在的海灣資源利用矛盾白熱化,加劇了資源的利用沖突和產(chǎn)業(yè)之間的矛盾。朱凌等[9]探討了圍海造地綜合效益的評價方法,提出評價圍海造地的綜合效益時宜采用模糊綜合評價的方法,綜合考慮圍海造地所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益、資源環(huán)境效益以及社會效益。H.Dalkmann等[10]分析了圍填海開發(fā)活動在海灣的疊加效益及其對海灣的長期累積性影響。本文從海洋資源受影響程度角度分析圍填海開發(fā)活動對其的影響,基于PSR模型分析圍填海開發(fā)活動對海洋資源的影響。

1 基于PSR模型的評價方法

該評價方法首先基于PSR模型構(gòu)建了圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響程度評價指標體系,根據(jù)PSR模型中的壓力、狀態(tài)和響應(yīng)子系統(tǒng)選擇合適的評價指標,利用判斷矩陣分析法對各個評價指標賦予不同的權(quán)重值,利用綜合指數(shù)法計算評價得分,最后根據(jù)評價結(jié)果定量評價圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響程度。

1.1 PSR模型

PSR(Pressure-State-Response),即壓力,狀態(tài),響應(yīng)。最初是由加拿大統(tǒng)計學(xué)家David J.Rappo rt和Tony Friend(1979)提出,后由經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)于20世紀八九十年代共同發(fā)展起來的用于研究環(huán)境問題的框架體系。在這個模型中,P代表人類活動帶來的壓力,指人類向自然的索取,包括各種資源、物質(zhì)等;S代表自然環(huán)境和資源的狀態(tài),比如空氣、水、土地資源的狀況及可再生、非可再生資源的存量狀況;R代表政府、企業(yè)以及消費者個體對環(huán)境狀態(tài)的反應(yīng),例如政策、稅收、補貼、抗議等[11]。

圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響程度評價的PSR模型見圖1,在此評價體系中,P代表圍填海開發(fā)活動對海洋資源的壓力,S代表海洋資源目前的存量及質(zhì)量狀態(tài),R代表管理者、生產(chǎn)者、消費者針對圍填海開發(fā)活動對海洋資源的影響作出的反應(yīng),根據(jù)壓力及響應(yīng)對海洋資源的影響,選取評價海洋資源現(xiàn)狀的指標,對圍填海開發(fā)活動對海洋資源的影響程度作出評價。

圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響評價體系的建立,是以圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響程度為總體目標,在分析影響因子的基礎(chǔ)上,充分考慮具體評價指標進行評價。基本框架由目標層、準則層、指標層構(gòu)成,目標層是確定圍填海開發(fā)活動對海洋資源的影響程度,準則層是評價指標達到預(yù)定目標的中間環(huán)節(jié),包括壓力層、狀態(tài)層、響應(yīng)層,指標層反映的是具有典型代表意義同時能反映圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響的特征指標。

1.2 評價指標的選取

參照PSR概念框架,圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響評價指標體系包括3個子系統(tǒng),即壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)。壓力指標描繪圍填海開發(fā)活動對海洋資源產(chǎn)生的影響,反映圍填海開發(fā)活動對海洋資源的消耗和破壞程度;狀態(tài)指標描繪海洋資源的存量情況;響應(yīng)指標描繪社會對海洋資源變化的響應(yīng),反映人們對海洋資源變化的關(guān)注程度及采取的相關(guān)措施。

圍填海開發(fā)活動對海洋資源的壓力子系統(tǒng)包括社會經(jīng)濟、資源利用和環(huán)境直接壓力3個層次,主要體現(xiàn)在占用港口航道資源、改變生物棲息地功能、破壞自然旅游景觀等;狀態(tài)指標是對現(xiàn)有海洋資源存量和質(zhì)量、服務(wù)功能的分析與描述,選取指標主要考慮海洋資源的可利用情況和質(zhì)量情況;響應(yīng)指標主要考慮能夠維護、改善海洋資源利用狀態(tài)的社會、經(jīng)濟和科技保障及管理能力,在選擇響應(yīng)指標時主要考慮管理制度、資金投入和科技支撐情況等。其中案例分析中福建省福清灣及海壇峽海域海洋資源評價指標體系見表1:

表1 福清灣及海壇峽海域海洋資源評價指標體系Table 1 Fuqing Bay and Haitan Strait marine resources evaluation system

1.3 評價指標的標準化處理

為了使評價指標之間具有可比性,需要將每個評價指標的原始數(shù)據(jù)進行歸一化處理,采用極差標準化方法將各評價指標值轉(zhuǎn)換成0～1之間的評價指數(shù),使評價指標無量綱化。

根據(jù)各個指標對海洋資源的影響效果,可分為效益型指標和成本型指標,其中效益型指標指有利于海洋資源利用的指標,數(shù)值越大越好;成本型指標指不利于海洋資源利用的指標,數(shù)值越小越好。根據(jù)兩類影響,對各種指標采用不同的標準化方法。

效益型指標標準化方法:

式中,Y為標準化評價指標值,X為原始評價指標值,Xmax為效益型評價指標的最大值,Xmin為效益型評價指標的最小值。

成本型指標標準化方法:

式中,Y為標準化評價指標值,X為原始評價指標值,Xmax為成本型評價指標的最大值,Xmin為成本型評價指標的最小值。標準化后所有評價指標取值在0～1。

1.4 評價指標權(quán)重的確定

評價指標權(quán)重aij的確定是評價關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。評價指標的權(quán)重集合Ai確定的恰當與否,直接影響評價的結(jié)果。Ai的確定方法有多種,常用的方法有:專家調(diào)查法、判斷矩陣分析法等,在此主要介紹判斷矩陣分析法。

以A表示目標,ui表示評價因素,ui∈U(i=1,2,…,m),uij表示ui對uj的相對重要性程度即標度(j=1,2,…,m)。判斷矩陣的標度值由專家打分法得出,標度值及其含義見表2。

表2 判斷矩陣標度及其含義Table 2 Judgementmatrix scale and its imp lication

由上述標度值的意義得判斷矩陣P(也稱之為A-U判斷矩陣):

由A-U矩陣,求出最大特征值所對應(yīng)的特征向量。所求單位特征向量即為各評價因素的權(quán)重,也就是所設(shè)定目標優(yōu)先等級的權(quán)重。本文采用和積法計算:

(1)將判斷矩陣每一列歸一化:

(2)每一列經(jīng)歸一化后的判斷矩陣按行相加:

即得所求權(quán)向量:w=(w1,w2,…,wm),則權(quán)重集合Ai=(w1,w2,…,wm)。

(4)計算最大特征值:

(5)對判斷矩陣進行一致性檢驗:

式中,CR為判斷矩陣的隨機一致性比率;CI為判斷矩陣的一般一致性指標;RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標,對于14階判斷矩陣,RI的值為1.58[12]。

檢測準則:當CR<0.10時,即認為判斷矩陣具有滿意的一致性,說明權(quán)重分配合理;否則,就需要重新調(diào)整判斷矩陣,直到具有滿意的一致性為止。

1.5 評價得分的計算與評價標準

評價得分計算公式為:

式中,I為圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響程度的定量化得分,Ai為各大類評價指標的權(quán)重為各大類評價指標標準值。

式中,Aj為各小類評價指標的權(quán)重為各小類評價指標標準值。

圍填海開發(fā)活動對海洋資源的影響評價比較理想的得分是0.8～1分,表示圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響很小,當圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響程度得分偏高或偏低時,很容易做出判斷,但當?shù)梅衷?.5分附近時就不易作出準確的評價了,為了得到更加準確的評價,當處于這個分數(shù)段時需要進一步評價。根據(jù)張宗書[13]、烏敦[14]等人的研究成果,提出了圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響評價標準,分為4個等級,評價標準分級如下表3。

表3 圍填海對海洋資源影響評價標準Table 3 Impact of reclamation on the marine resources evaluation criteria

2 案例分析

以福建省福清灣及海壇峽海域為例,選取評價指標如表1所示,其中評價指標計算所用統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自于《福建省海灣數(shù)模與環(huán)境研究》項目系列專著[15]。

2.1 評價指標值的計算

(1)淺海灘涂資源:收益還原法

計算公式如下:

式中,P表示被填海域產(chǎn)業(yè)開發(fā)的生產(chǎn)要素的價值,R表示產(chǎn)業(yè)開發(fā)的年總收入,I表示產(chǎn)業(yè)開發(fā)的年生產(chǎn)成本,T表示稅率,i表示還原利率,Sc表示產(chǎn)業(yè)開發(fā)面積,S表示被填海域的面積。

(2)港航資源:剩余法

計算公式如下:

式中,Phs表示被填海域作為港航部門的生產(chǎn)要素的價值,R表示港航部門利用海域的總收入,I表示港航部門的固定資產(chǎn)投資,O表示港航部門的運營成本,t1表示與海域價格無關(guān)的稅率,t2表示與海域價格有關(guān)的稅率,可以取0,ρ表示社會平均投資回報率,取20%,Shs表示港航部門使用的海域面積,S表示被填海域的面積。

(3)旅游資源:費用支出法

采用費用支出法可以獲得旅游者的旅行花費:

旅行總費用=交通費用+食宿費用+門票費用+景區(qū)內(nèi)服務(wù)費+其他費用

(4)漁業(yè)資源:市場價值法

圍填海開發(fā)活動造成的漁業(yè)資源損失的價值可根據(jù)圍填海開發(fā)活動直接占用海域內(nèi)的漁業(yè)資源價值損失來計算。計算公式為:

其中,Ps為漁業(yè)資源價值損失,Si為第i類漁業(yè)資源養(yǎng)殖面積,Ci為第i類漁業(yè)資源的市場單價,Yi為第i類漁業(yè)資源的單位面積產(chǎn)量,Wi為生產(chǎn)第i類產(chǎn)品的成本投入。

(5)珍稀物種資源

圍填海開發(fā)活動破壞了海洋生物棲息環(huán)境,進而影響珍稀物種的維持。珍稀物種資源價值損失的計算公式為:

式中,Pd是珍稀物種資源價值損失,Cd是單位面積珍稀物種資源價值,目前珍稀物種資源的價值計算主要通過支付意愿法、自然保護區(qū)用于物種保護的經(jīng)費投入或參考國內(nèi)外相關(guān)研究成果來實現(xiàn),S為圍填海占用的對保護珍稀物種有貢獻的海域面積。

福清灣及海壇峽海域圍填海工程包括多種工況,將各種工況造成的海洋資源損失價值采用累加法累加起來,得到此海域圍填海工程造成的海洋資源損失價值。另外,海域未利用空間比例、未利用岸線比例通過圍填海開發(fā)海域占此海域面積、岸線長度分析獲取,淺海灘涂開發(fā)率通過圍填海占用的淺海灘涂海域面積比例獲取。海洋自然保護區(qū)比例通過福建省海洋功能區(qū)劃獲取。

2.2 評價過程

(1)確定指標原始值及標準值

根據(jù)2.1中的計算方法得到評價指標值。其中壓力子系統(tǒng)的評價指標均正向反映海洋資源所受的壓力,其值越大反映所受壓力就越強,這些評價指標均屬于成本型指標。狀態(tài)子系統(tǒng)的評價指標均屬于效益性型指標。響應(yīng)子系統(tǒng)的評價指標是為減少圍填海開發(fā)活動對海洋資源的影響所作的努力,也是效益型指標。采用評價指標標準化方法,得到評價標準化指標值如表4所示。

表4 福清灣及海壇峽海域海洋資源評價指標值列表Table 4 Fuqing Bay and Haitan Strait index value of marine resources evaluation factor

(2)確定指標權(quán)重

根據(jù)判斷矩陣分析法得出評價指標權(quán)重值如表5中所示,其中準則層及指標層判斷矩陣均具有滿意的一致性。

表5 福清灣及海壇峽海域海洋資源評價指標權(quán)重列表Table 5 Fuqing Bay and Haitan Strait target weight of marine resources evaluation facto r

(3)評價結(jié)果

通過計算得到評價參數(shù)I的分值為0.692。該結(jié)果表明福清灣及海壇峽海域圍填海開發(fā)活動對其海洋資源影響較小,該海域?qū)詈ｉ_發(fā)活動的影響尚處于可承受范圍,可以進行適度的圍填海開發(fā)活動。

3 結(jié)論

(1)利用PSR模型中壓力、狀態(tài)、響應(yīng)相互作用的關(guān)系闡述了圍填海開發(fā)活動對海洋資源的影響,基于壓力、狀態(tài)、響應(yīng)子系統(tǒng)確定并標準化處理了影響評價指標,根據(jù)判斷矩陣分析結(jié)果給出了指標權(quán)重,構(gòu)建了圍填海開發(fā)活動對海洋資源影響的評價體系。

(2)利用該評價體系進行了福建省福清灣及海壇峽海域圍填海開發(fā)活動對其海洋資源的影響分析,分析結(jié)果表明福清灣及海壇峽海域圍填海開發(fā)活動對其海洋資源影響較小。

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