環(huán)渤海海岸帶陸海統(tǒng)籌功能區(qū)劃研究

馬振剛,許學工,李黎黎，楊 友

(1.張家口學院 旅游與環(huán)境學院,河北 張家口 075000；2.北京大學 城市與環(huán)境學院地表過程分析與模擬教育部重點實驗室,北京 100871；3.河北北方學院 經(jīng)濟管理學院，河北 張家口 075000)

地理區(qū)劃是根據(jù)區(qū)域差異性進行的區(qū)域劃分，是揭示某種現(xiàn)象在區(qū)域內(nèi)的共同性和區(qū)域之間的差異性的手段。其中功能區(qū)劃是基于不同區(qū)域的資源環(huán)境承載力、現(xiàn)有開發(fā)強度和發(fā)展?jié)摿Φ?大基本要素而進行的區(qū)域功能定位[1]。地域功能具有屬性上的多樣構(gòu)成、空間上的相互作用、功能上的空間尺度變異、時間演變和主觀認知等特征[2]。地域功能類型的確定除受地理適宜性制約外，還受目標導向、問題導向、空間尺度效應和不同層級政府職責的影響[3]，所以區(qū)劃結(jié)果均具有較明顯的價值取向。從區(qū)劃技術(shù)方面看，區(qū)劃結(jié)果受數(shù)據(jù)源、運算方法、粒度單元等因素影響。目前區(qū)分方法有由專家解釋性識別向數(shù)量模式識別、多種并行信息源疊加向無縫融合使用和由靜態(tài)區(qū)劃向動態(tài)區(qū)劃發(fā)展的趨勢[4]。當前中國開展的功能區(qū)研究多以行政區(qū)劃為空間尺度，以縣域為基本單元，以離散的空間和非空間采樣數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，以參數(shù)型統(tǒng)計方法為手段進行的。

海岸帶不同于單一陸地環(huán)境或者海洋環(huán)境，它是海洋和陸地相互作用的地帶，具有特殊的地理位置和組成結(jié)構(gòu)。其陸地一側(cè)在距海岸線200 km以內(nèi)的區(qū)域大約居住了30億人，貢獻了世界70%的GDP[5]；而在海洋一側(cè)提供了90%以上的海洋水產(chǎn)資源和其它有價值的生物資源[6]。所以，海岸帶既是人類活動最為主要的地區(qū)，也是人地矛盾最為突出的區(qū)域[7-8]。當前各類國土規(guī)劃多為針對單一陸域或海域制定，易產(chǎn)生相鄰陸海之間的功能沖突，難以有效銜接。海岸帶區(qū)劃是陸海統(tǒng)籌調(diào)控的頂層設(shè)計，需要在借鑒傳統(tǒng)的陸地或海洋地理區(qū)劃方法的基礎(chǔ)上，積極探索基于陸海一體的功能區(qū)劃。渤海是一個半封閉海域，對海岸帶上的3省1市區(qū)域影響顯著。本文以環(huán)渤海海岸帶38個縣為研究區(qū)，參照主體功能區(qū)劃的基本思路，統(tǒng)籌陸海兩方面因素，打破行政界線，使用適宜性分析、SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析和專家法，對環(huán)渤海地區(qū)進行陸海統(tǒng)籌功能區(qū)劃，以期對傳統(tǒng)區(qū)劃方法進行拓展，為環(huán)渤海海岸帶地區(qū)空間發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)范圍及3省1市主體功能區(qū)劃圖

渤海是中國東部由遼東半島與山東半島圍繞而成的近封閉淺海，通過渤海海峽與外海相連，屬于中國的內(nèi)海，在遼寧省、河北省、山東省、天津市3省1市之間。環(huán)渤海海岸從遼東半島南端老鐵山角起至山東半島北岸蓬萊角止，海岸線長約2 668 km，海域面積77 284 km2，平均海深18 m，最大海深78 m，其內(nèi)環(huán)抱北部的遼東灣、西部的渤海灣以及南部的萊州灣，沿岸有遼河、灤河、海河、黃河等大河注入，形成3大海灣生態(tài)系統(tǒng)。環(huán)渤海地區(qū)與珠江三角洲、長江三角洲共同組成中國東部沿海3大經(jīng)濟發(fā)展中心，其中海岸帶地區(qū)的開發(fā)與保護在整體發(fā)展中占有重要地位。本文以環(huán)渤海沿海38個區(qū)縣作為海岸帶的研究范圍，包括濱海新區(qū)在內(nèi)的大部分優(yōu)化開發(fā)、重點開發(fā)地區(qū)，以及黃河三角洲等具有重要生態(tài)功能的地區(qū)和農(nóng)產(chǎn)品保障地區(qū)。隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的快速發(fā)展和海洋經(jīng)濟的不斷加強，需要一種具有陸海統(tǒng)籌理念，能夠指導和管控開發(fā)與保護具體項目布局的功能區(qū)劃圖，這將對現(xiàn)有的以省級行政單位為區(qū)劃主體的、以縣區(qū)為基本區(qū)劃單元的主體功能區(qū)劃(圖1)是一種補充。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)源

數(shù)據(jù)選擇參考國家主體功能區(qū)劃標準，突出資源環(huán)境承載力、現(xiàn)有開發(fā)強度和未來發(fā)展?jié)摿?個方面。本文數(shù)據(jù)源有3套體系，分別為適宜性分析數(shù)據(jù)源、SOMF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)據(jù)源和專家評價數(shù)據(jù)，其中前兩項數(shù)據(jù)源主要用于進行陸地部分的功能分區(qū)。

適宜性分析所使用的5項數(shù)據(jù)：反映現(xiàn)有開發(fā)強度的2010年土地利用程度數(shù)據(jù)，反映資源環(huán)境承載力的植被類型數(shù)據(jù)和坡度數(shù)據(jù)，反映發(fā)展?jié)摿Φ娜司鵊DP數(shù)據(jù)和人口數(shù)據(jù)。

SOMF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析選擇6項指標，均為空間分布公里網(wǎng)格數(shù)據(jù)，網(wǎng)格大小為1 km×1 km。其中3項表示狀態(tài)型指標，包括2010年網(wǎng)格單元的人口、GDP和土地利用程度；另3項為變化型數(shù)據(jù)，分別為2000—2010年網(wǎng)格單元的人口、GDP和土地利用程度的變化量。數(shù)據(jù)選擇基于以下考慮：人口的聚集程度是人類對環(huán)境適宜性歷史選擇的結(jié)果，一定程度上區(qū)域單元的人口數(shù)量代表著區(qū)域環(huán)境的優(yōu)劣及承載力；土地利用程度和GDP值能夠反映區(qū)域開發(fā)強度和發(fā)展?jié)摿Γ粡?000—2010年3項指標的變化率能夠體現(xiàn)區(qū)域的發(fā)展?jié)摿?。?shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)。

專家評價所參考數(shù)據(jù)：3省1市海洋功能區(qū)劃數(shù)據(jù)、主體功能區(qū)數(shù)據(jù)、2020年土地利用規(guī)劃圖、生態(tài)紅線數(shù)據(jù)和自然保護區(qū)數(shù)據(jù)等。海洋與陸地的重合部分以海洋功能區(qū)劃為準。

2.2 研究方法

本文使用的方法包括適宜性分析法、SOMF網(wǎng)絡(luò)分析法和專家評價法。其中適宜性分析法和SOMF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析均用于陸域部分功能區(qū)劃，二者為互補關(guān)系。

適宜性分析方法包括數(shù)據(jù)預處理、地圖代數(shù)運算和分類后處理3部分。將所使用的5類數(shù)據(jù)分為7個級別，級別越高代表適宜性越強。其中土地利用程度根據(jù)土地類型進行賦值，人口和GDP根據(jù)等間隔分類法分類，坡度通過DEM數(shù)據(jù)求得后分級。

SOMF網(wǎng)絡(luò)分析方法包括數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)運算和聚類后處理3部分。數(shù)據(jù)預處理包括對土地利用數(shù)據(jù)進行類型合并和分級，最終將土地利用程度分為7個級別，對應關(guān)系：未利用土地=1，水域=2，草地=3，林地=4，耕地=5，農(nóng)村建設(shè)用地=6，城鎮(zhèn)建設(shè)用地=7；根據(jù)極差標準化對數(shù)據(jù)進行歸一化處理，并計算3項指標的變化率。數(shù)據(jù)運算主要利用MATLAB的SOMF模型進行，并利用ArcGIS實現(xiàn)空間化變換。輸入樣點數(shù)為62 560，經(jīng)反復測試，訓練次數(shù)為5 000次，確定類別數(shù)量為4類，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為2*2。聚類后處理包括在ArcGIS中合并小斑塊，最小斑塊取值為5 km2；因SOFM聚類是一種類型劃分方法,它綜合判定各個數(shù)據(jù)點之間相似性,類別的界線不一定就是分區(qū)的界線[9],所以在得到聚類結(jié)果后，需要根據(jù)專家經(jīng)驗對結(jié)果進行判定調(diào)整。

圖2 技術(shù)路線圖

圖3 環(huán)渤海海岸帶SOFM聚類結(jié)果圖

專家評價法主要依據(jù)現(xiàn)有研究成果和已有經(jīng)驗，統(tǒng)籌考慮陸海功能區(qū)調(diào)整優(yōu)化。

具體研究路線如圖2所示。

3 環(huán)渤海海岸帶陸域國土利用強度

3.1 SOFM聚類結(jié)果分析

經(jīng)過SOFM聚類分析，得到反映開發(fā)強度的4類區(qū)域(圖3)。一類區(qū)域主要分布在渤海灣、萊州灣沿海岸地區(qū)及天津市和營口市，其他散布在各區(qū)縣建成區(qū)內(nèi)；二類區(qū)域面積最少，主要分布在大連市、秦皇島市、盤錦市和天津市周邊區(qū)域；三類區(qū)域分布最為廣泛，占據(jù)河北省、山東省絕大部分區(qū)域，在遼寧省和天津市占有約一半?yún)^(qū)域；四類區(qū)域集中分布在遼寧省。將聚類結(jié)果圖與相應地區(qū)土地利用圖和規(guī)劃圖進行比較，可以發(fā)現(xiàn)：一類區(qū)和二類區(qū)主要為城市化和工業(yè)化區(qū)域、三類區(qū)主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域、四類區(qū)主要為生態(tài)安全區(qū)域。

圖4 環(huán)渤海海岸帶土地適宜性分級圖

3.2 適宜性分析結(jié)果

考慮到SOFM網(wǎng)絡(luò)作為一種非監(jiān)督型的模式識別技術(shù)，操作具有黑箱性質(zhì)，研究者并不知道要處理的數(shù)據(jù)集中包含幾個類別,向計算機要求不同的類別數(shù),計算機都能給出一個結(jié)果[9]。為此，在進行SOFM運算時，通過連續(xù)增加類別數(shù),尋找最優(yōu)聚類結(jié)果,以期找到區(qū)域的實際分類數(shù)。同時，為保證分區(qū)結(jié)果更加科學，本研究采用了適宜性分析方法進行補充，從資源環(huán)境承載力、現(xiàn)有開發(fā)強度和發(fā)展?jié)摿?個方面選取了5類數(shù)據(jù)，進而得到適宜性分區(qū)結(jié)果。分值越高，表示越適宜開發(fā)，分值越小，表示越不適宜開發(fā)(圖4)。

4 環(huán)渤海海岸帶陸海統(tǒng)籌國土利用功能分區(qū)

上述分析得到陸域功能分區(qū)的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)渤海海洋功能區(qū)劃，進行陸海統(tǒng)籌區(qū)劃分析。將陸域功能區(qū)劃類型和海洋功能區(qū)劃類型分別轉(zhuǎn)換為國土利用程度，對國土利用程度進行分級。分級方法借鑒土地利用程度的思路和方法，分別對環(huán)渤海海岸帶陸地17種土地利用類型和13種海洋功能區(qū)劃類型進行利用程度分級并賦值(表1)。

表1 海岸帶國土利用程度分級賦值

將聚類結(jié)果圖(圖3)土地適宜性分級圖(圖4)、海洋功能區(qū)劃圖(圖5)、生態(tài)紅線和保護區(qū)圖(圖6)進行疊置分析，并對結(jié)果進行剔除小斑塊、融合處理等，在綜合專家意見的基礎(chǔ)上，得到了環(huán)渤海陸海統(tǒng)籌功能分區(qū)圖(圖7)。

陸海統(tǒng)籌功能分區(qū)，將環(huán)渤海劃分為4個一級區(qū)、8個二級區(qū)、85個區(qū)塊。其中優(yōu)化開發(fā)區(qū)包括22個區(qū)塊，合計面積10 510 km2；重點開發(fā)區(qū)分為港口型、港城型和城鎮(zhèn)型，共計31個區(qū)塊，合計面積7 222 km2；限制性開發(fā)區(qū)分為農(nóng)耕型、生態(tài)型和漁鹽型，共計21個區(qū)塊，合計面積68 957 km2；優(yōu)化保護區(qū)包括自然保護區(qū)和海洋保護區(qū)，共計11個區(qū)塊，合計面積13 152 km2(表2)。

圖5 環(huán)渤海海岸帶海洋功能區(qū)劃圖 圖6 環(huán)渤海海岸帶保護區(qū)分布圖

圖7 環(huán)渤海海岸帶陸海統(tǒng)籌功能分區(qū)圖

表2 環(huán)渤海海岸帶陸海統(tǒng)籌功能分區(qū)位置與特征

續(xù)：表2

續(xù)：表2

5 分區(qū)管控策略

做好分區(qū)管控是陸海一體化功能分區(qū)的落腳點。針對不同分區(qū)，要統(tǒng)籌考慮陸、海兩系統(tǒng)作用之因，人、地兩系統(tǒng)呈現(xiàn)之果，做到陸域和海域互通、互建、互享、聯(lián)防、聯(lián)控、聯(lián)治，實施更加科學的管控措施。

優(yōu)化開發(fā)區(qū)主要集中在工業(yè)與城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)和港口航運區(qū)。該類區(qū)域開發(fā)適宜性最高且現(xiàn)有開發(fā)強度也最大，表現(xiàn)為人地關(guān)系矛盾集中。策略方面，需統(tǒng)籌陸海系統(tǒng)的綜合承載力，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局。一方面要保育好固有的適宜性陸海生態(tài)環(huán)境，科學開發(fā)陸海資源，提高環(huán)境承載支撐力；另一方面，要降低人為壓力，防止重大海岸、海洋工程污染海域環(huán)境，配套建設(shè)區(qū)污水收集管網(wǎng)及污水集中處理設(shè)施，嚴格控制近岸礦產(chǎn)與能源開發(fā)強度，形成由點工程、線流域、面開發(fā)的系統(tǒng)性降低承載壓力的體系。

重點開發(fā)區(qū)分為港口、港城和城鎮(zhèn)型，主要集中港口航運區(qū)、旅游休閑娛樂區(qū)和城鎮(zhèn)區(qū)。該類區(qū)域開發(fā)適宜性高，有較好的開發(fā)基礎(chǔ)，未來開發(fā)潛力較大。重點開發(fā)區(qū)內(nèi)的城鎮(zhèn)建設(shè)要堅持集約化，避免低密度蔓延；要加強港口和航道建設(shè)，提高陸?；ヂ?lián)互通能力，切實發(fā)揮好橋頭堡的作用。

限制性開發(fā)區(qū)分為農(nóng)耕、生態(tài)和漁鹽型，集中在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)、林草地和農(nóng)漁業(yè)區(qū)。該類區(qū)域開發(fā)適宜性中等，要以不損害生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和完整性為前提，有效控制開發(fā)強度。對于農(nóng)耕型開發(fā)區(qū)，在做好基本農(nóng)田的保護與管理的基礎(chǔ)上，突出科技興農(nóng)的作用，抓好污染的防范；對于漁鹽型開發(fā)區(qū)，要處理好漁業(yè)數(shù)量與質(zhì)量、眼前利益與長遠利益的關(guān)系，發(fā)展現(xiàn)代漁業(yè)，避免涸澤而漁，要提高鹵水鹽業(yè)的循環(huán)利用效益；對于生態(tài)型限制開發(fā)區(qū)，主要是恢復和保育好林地、草地、水域生態(tài)系統(tǒng)，加強濱海防護林建設(shè)與保護，發(fā)展休閑旅游產(chǎn)業(yè)，推進“綠水青山就是金山銀山”理念的落地生根。

優(yōu)先保護區(qū)包括自然保護區(qū)和海洋保護區(qū)。應嚴格執(zhí)行國家和地方自然保護區(qū)、海洋特別保護區(qū)等有關(guān)法律法規(guī)，大幅減少人為壓力，以自然恢復為主保育生態(tài)環(huán)境，加強對用海活動和土地利用的監(jiān)測監(jiān)督。

6 結(jié)論與討論

本文基于陸海一體化理論基礎(chǔ)，按照陸海統(tǒng)籌的思路，對環(huán)渤海海岸帶進行了功能區(qū)劃探索。區(qū)劃基于資源環(huán)境承載力、現(xiàn)有開發(fā)強度和未來發(fā)展?jié)摿?個方面標準，利用多源數(shù)據(jù)，綜合使用適宜性分析和SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析，將環(huán)渤海地區(qū)劃分優(yōu)化開發(fā)區(qū)、重點開發(fā)區(qū)、限制性開發(fā)區(qū)和優(yōu)先保護區(qū)4個一級區(qū)、8個二級區(qū)、85個區(qū)塊。與傳統(tǒng)區(qū)劃相比，本文在參照主體功能區(qū)劃的思路基礎(chǔ)上，增加了海陸一體化因素，打破了縣域行政界線，綜合使用了適宜性分析和SOFM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法，提高了區(qū)劃結(jié)果的一致性。

陸海統(tǒng)籌功能區(qū)劃目前還處于探索階段，未來應加強以下方面研究。一是陸海交互作用機理，從陸海之間物質(zhì)轉(zhuǎn)移、能量輸送與信息流方面開展研究，深化對陸海之間正負反饋作用的認識，以利于從作用機理層面指導規(guī)劃；二是深化人地、人海關(guān)系研究，地理學具有人地關(guān)系研究傳統(tǒng)，但人地關(guān)系研究多以陸域系統(tǒng)為主，對人海關(guān)系的研究相對薄弱，海洋具有不同于陸域的超大尺度均質(zhì)性和近岸區(qū)域人地作用強烈等特點，對于海岸系統(tǒng)的功能以及引起環(huán)境和生存系統(tǒng)改變的類型、速度和原因等方面的認識需要加強；三是區(qū)劃是一種協(xié)調(diào)人地關(guān)系的空間治理方法，要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的填海造陸等“改造自然”的習慣性做法，走以自然恢復為主的道路，在“如何使生態(tài)系統(tǒng)退化走上自然恢復的路徑”上加強研究[10]，深入對陸海統(tǒng)籌區(qū)劃的指導。