沿海城市生態(tài)安全演練和仿制模擬
——以A市為例

趙亞娟，張 旭，李笑晨，濮 誠，陳瑞騰

(天津水保工程咨詢有限公司，天津 300150)

1 引言

在人類活動加劇、生態(tài)海洋開發(fā)越來越深入的情況下，海洋及海岸生態(tài)系統(tǒng)都受到了重大影響。在我國，沿海城市作為經(jīng)濟、社會和城市化發(fā)展都比較先進的地區(qū)，沿海生態(tài)安全問題需要得到足夠的重視，這與整個國家的經(jīng)濟社會穩(wěn)定都息息相關。因此，基于現(xiàn)代技術和生態(tài)保護理念，對沿海城市生態(tài)安全演變歷程和特點進行研究，并對各類問題進行仿真模擬十分必要。

2 生態(tài)安全概念分析

2.1 生態(tài)安全概念

在目前國內外比較主流的看法中，生態(tài)安全是指人類社會和自然生態(tài)作為一個整體在免受不利因素危害時的保障條件。從本質角度來講，生態(tài)安全是基于自然生態(tài)本身的脆弱性和風險性而存在的概念，對生態(tài)安全的研究和管理，主要是進行脆弱性分析，然后通過相關方法來改善生態(tài)的脆弱性，避免生態(tài)風險。在地球整個生態(tài)圈當中，任何一個地方的生態(tài)失衡和發(fā)生災難性事件，都會導致全球生態(tài)安全受到影響。因此，作為世界大國，我國需要主動承擔起保障生態(tài)安全的責任[1]。

海洋面積在地球總面積中占比較大，海洋生態(tài)也是地球生態(tài)中占據(jù)重要比例的部分，而沿海地區(qū)作為陸地生態(tài)和海洋生態(tài)的交界處，具備著復雜性和風險多樣性的特點。尤其在我國沿海地區(qū)城市帶分布交廣、人口密度大、經(jīng)濟發(fā)展較快的情況下，沿海生態(tài)安全更需要引起足夠的重視。

2.2 生態(tài)安全評價指標

目前全球各國和地區(qū)通行的生態(tài)安全評級指標是“壓力-狀態(tài)-響應”概念框架模型，簡稱為P-S-R生態(tài)安全評價指標體系[2]。在該體系當中，“壓力”主要是指人類活動對自然生態(tài)產(chǎn)生的影響，包括廢氣排放、人造垃圾等，用壓力因子代表，“狀態(tài)”則是指一個地區(qū)當前的生態(tài)環(huán)境狀態(tài)，評價指標包括空氣污染物含量、物種多樣性等，“響應”主要是指人類的活動政策，包括針對生態(tài)安全保護的有利政策和不利政策。

2.3 生態(tài)安全評價方法

目前我國主要用到的生態(tài)安全評價方法是基于P-S-R體系進行的，但是像主成分投影法、灰色關聯(lián)法等傳統(tǒng)評價方法在實際實施中都具有一定局限性，無法滿足更全面的生態(tài)安全評價和管理需求。而在當代GIS系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術、信息模擬技術不斷成熟的情況下，很多城市開始著手使用更加先進的生安全評價方法，意味著我國城市、地區(qū)和國家生態(tài)安全管理前景很值得期待[3]。

3 沿海城市生態(tài)安全演變研究——以A市為例

A市位于我國渤海經(jīng)濟區(qū)，是一個靠造船等重工業(yè)發(fā)展起來的現(xiàn)代化城市，經(jīng)過對該市2006～2017年各項生態(tài)安全指數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)其生態(tài)安全等級總體呈逐漸好轉的趨勢。這主要得益于A市在近十年來保持較高的環(huán)境污染治理力度，據(jù)相關數(shù)據(jù)，該市2015年環(huán)保投資占比相比2005年增長了37%。同時，A市自2008年開始著手將該市建成宜居生態(tài)旅游城市的戰(zhàn)略計劃，并取得了不錯的成績。

3.1 A市的生態(tài)安全動態(tài)仿真模型建設

A市于2005年專門成立的生態(tài)安全模擬研究機構選定以SD為基礎構建生態(tài)安全評價和模擬，從2006年開始進行模擬，模擬年限為2006～2025年。主要采用系統(tǒng)動力學專用軟件來構建該市生態(tài)安全系統(tǒng)動力學模型，在該模型當中，著重分析了壓力、狀態(tài)和響應3個變量。而在沿海城市當中，關乎生態(tài)安全的因素主要包括社會、經(jīng)濟和自然，所以該市在系統(tǒng)中加入了人口密度、國民生產(chǎn)總值、海洋自然災害頻率及環(huán)境污染治理投資額等變量。

在該模型當中，對“壓力”的變量觀測對象主要包括該市生活污水及垃圾排放量、工業(yè)廢水及廢氣排放量、工業(yè)垃圾排放量、GDP能耗等，這些被觀測的變量主要反映了該市經(jīng)濟發(fā)展和社會活動對生態(tài)安全的影響。針對“響應”的變量觀測，主要包括該市生活污水處理率、工業(yè)廢氣排放達標率、科學教育支出、生活垃圾分類無害處理率等，這些指標主要反映該市通過環(huán)境保護投資、教育投資而對生態(tài)安全保護產(chǎn)生的積極影響。針對“狀態(tài)”變量的監(jiān)測，主要對象包括該市空氣質量指標、綠化率、沿海地區(qū)海洋水質等，該變量的動態(tài)變化，直接反映該市生態(tài)環(huán)境保護和環(huán)境治理取得的成果，也有助于分析該市未來生態(tài)環(huán)境質量的發(fā)展趨勢[4]。

3.2 模型檢驗

A市在構建了這一套生態(tài)安全動態(tài)仿真模型之后，對各類變量的獲取路徑、影響效果進行了核查和追蹤，并通過數(shù)據(jù)測算和檢驗，證明了該模型可以真實地反映該市生態(tài)安全系統(tǒng)的發(fā)展狀態(tài)和實時情況。

4 沿海城市生態(tài)安全系統(tǒng)的仿真模擬

4.1 發(fā)展預測

通過對以上A市生態(tài)安全動態(tài)仿真模型的研究和分析，進行仿真模擬，是進一步評估和預測該市生態(tài)安全狀態(tài)和發(fā)展趨勢的關鍵。在仿真模擬的具體實施過程中，根據(jù)該市收集和監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，擬定各個變量數(shù)值，然后基于該模型進行仿真模擬驗算。可以發(fā)現(xiàn)，在模型建立之初，即2006年，該地區(qū)生態(tài)安全值是0.736，在仿真模擬的第五年，該值變?yōu)?0.398，自第五年開始，每年的相關數(shù)值都是負數(shù)，這說明了自2011年開始，A市生態(tài)安全狀況一直維持在比較良好的水平，該市生態(tài)保護和發(fā)展政策(響應)起到了很好的積極作用，并且能夠抵消和覆蓋該市社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生的負面影響。

4.2 主要影響因素

基于A市的生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模擬的結果，進一步分析環(huán)境污染治理投資額、第三產(chǎn)業(yè)GDP占比等變量，有利于進一步分析在沿海城市生態(tài)安全動態(tài)管理中，哪些因素的影響較大。

4.2.1 工業(yè)產(chǎn)值

A市工業(yè)產(chǎn)值占GDP比率約為35%，在模擬仿真過程中，將該數(shù)值下調至25%，可以發(fā)現(xiàn)該市生態(tài)安全狀況逐漸好轉，并且于仿真模擬的第5年轉變?yōu)?0.263。所以可以得出結論，沿海城市積極降低傳統(tǒng)工業(yè)比例，可以在降低能耗、減少污染物排放之后，很大程度上減緩生態(tài)安全惡化趨勢，并且有利于改善這一狀態(tài)[5]。

4.2.2 第三產(chǎn)業(yè)占GDP比率

從第三產(chǎn)業(yè)角度來講，2012年，A市第三產(chǎn)業(yè)占GDP比率約為41%，而將該比率調整至50%進行仿真模擬，可以發(fā)現(xiàn)在第三年時，該市生態(tài)安全狀態(tài)明顯好轉，尤其是到2018年時，該市生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)達到了-3.251，明顯比其他第三產(chǎn)業(yè)占比較少的沿海城市好。

4.2.3 能耗指數(shù)

在當前社會環(huán)境下，能耗指數(shù)主要受到兩方面因素的影響，其一是城市工業(yè)、經(jīng)濟發(fā)展中采用的相關技術先進性，其二是城市工業(yè)占比。目前一般使用的能耗指數(shù)是單位GDP能耗指數(shù)，主要是指城市每產(chǎn)生一個單位的GPD而消耗的能源值。例如，我國當前沿海城市主流的GDP能耗指數(shù)為0.807t標準煤，本文將該數(shù)值帶入A市生態(tài)安全評價系統(tǒng)進行仿真模擬，可以發(fā)現(xiàn)該市生態(tài)安全狀況在第四年開始好轉。所以可以發(fā)現(xiàn)，積極推進節(jié)能減排技術的研究和推廣，并加強排放管理，有助于城市生態(tài)安全管理[6]。

5 結語

沿海城市作為地球海洋生態(tài)、陸地生態(tài)交界的地區(qū)，其生態(tài)安全狀況存在著多種影響因素。在我國社會經(jīng)濟飛速發(fā)展且社會生態(tài)環(huán)保意識逐漸建立的大環(huán)境下，生態(tài)安全管理成為重要工作之一。包括沿海城市在內的各個城市和地區(qū)，都應當積極采用科學方法，對當?shù)厣鷳B(tài)安全狀態(tài)進行評估，并通過仿真模擬，找到影響生態(tài)安全的主要因素，在后續(xù)發(fā)展中采取針對性措施，為人們創(chuàng)造更加舒適健康的生存環(huán)境，保證城市和社會發(fā)展可持續(xù)發(fā)展。