江蘇省長江岸線利用率影響因素分析

陳 達(dá)，鐘 菁，吳 騰，劉振沭，廖迎娣

(1.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098； 2.河海大學(xué)長江保護(hù)與綠色發(fā)展研究院，江蘇 南京 210098)

長江岸線是長江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的重要載體和基礎(chǔ)支撐，是區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境空間格局構(gòu)建的關(guān)鍵要素。2016年，習(xí)近平總書記提出“共抓大保護(hù)、不搞大開發(fā)”的長江大保護(hù)戰(zhàn)略，隨后，江蘇省在全面貫徹落實(shí)長江大保護(hù)國家戰(zhàn)略中，嚴(yán)格管控岸線利用，大力整治改造違規(guī)占用、不合理利用的岸線，恢復(fù)岸線生態(tài)，加強(qiáng)水資源保護(hù)，推動(dòng)服務(wù)長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。然而，由于歷史演變、發(fā)展觀念等多方面因素影響，導(dǎo)致部分沿江地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、岸線利用率高、岸線利用效率低等問題突出，亟須對(duì)岸線利用率的影響因素進(jìn)行跟蹤研究。

目前，國內(nèi)關(guān)于長江岸線利用問題的研究較多，但研究方法不盡相同。黃家柱等[1-2]基于衛(wèi)星遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)江蘇省長江岸線資源進(jìn)行了綜合調(diào)查評(píng)價(jià)，分析了岸線資源利用的特點(diǎn)和存在問題，為長江岸線資源合理開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。馬榮華等[3-4]對(duì)長江蘇州段岸線資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為長江岸線蘇州段的合理利用與開發(fā)提供對(duì)策和建議。朱紅云等[5-6]綜合分析了長江南京段岸線港口開發(fā)情況，指出岸線利用存在的問題，提出長江岸線港口合理布局的對(duì)策和方案。周玲霞等[7]基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)長江南京段岸線水源地進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到了初步評(píng)價(jià)結(jié)果。陳歡等[8]對(duì)江蘇中部3市岸線資源開發(fā)利用變化及驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行研究，得到了岸線發(fā)展變化的規(guī)律。陳誠[9]構(gòu)建了岸線利用類型轉(zhuǎn)移矩陣，對(duì)岸線利用時(shí)空變化特征進(jìn)行研究，并結(jié)合相關(guān)調(diào)研資料分析了岸線利用變化的影響因素，為泰州岸線利用政策的調(diào)整提供依據(jù)。梁雙波等[10-11]對(duì)長江岸線資源開發(fā)利用進(jìn)行了綜合評(píng)估分析，從岸線資源空間管控等方面提出建議，為長江經(jīng)濟(jì)帶岸線資源的規(guī)劃提供了重要的參考依據(jù)。

綜上所述，現(xiàn)有的研究主要集中在岸線利用問題與對(duì)策以及岸線資源評(píng)價(jià)與分析兩個(gè)方面，關(guān)于岸線利用率影響因素的研究相對(duì)較少，不利于制定針對(duì)性的岸線利用政策。為了落實(shí)長江大保護(hù)國家戰(zhàn)略，推動(dòng)江蘇長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展走在全國前列，本文利用2002—2018年江蘇省沿江地區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)岸線利用率的發(fā)展變化進(jìn)行研究，并運(yùn)用主成分分析法和敏感性分析法對(duì)可能影響江蘇省長江岸線利用率的若干影響因素進(jìn)行分析，以期為江蘇省長江岸線的發(fā)展提供參考。

1 江蘇省長江岸線利用率變化趨勢

長江岸線具有重要的生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能，摸清岸線利用率的變化趨勢對(duì)沿江地區(qū)乃至全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)生活以及水資源保護(hù)有重要的促進(jìn)和保障作用。為推進(jìn)長江大保護(hù)相關(guān)工作以及岸線精細(xì)化管理，國家和江蘇省先后出臺(tái)了《中華人民共和國長江保護(hù)法》《長江經(jīng)濟(jì)帶實(shí)施規(guī)劃》《長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展意見》以及多個(gè)專項(xiàng)規(guī)劃和政策文件，包括《市政府關(guān)于揚(yáng)州市長江岸線資源開發(fā)利用和管理的意見》《鎮(zhèn)江市長江岸線資源保護(hù)條例》《江蘇省長江岸線保護(hù)利用規(guī)劃指導(dǎo)意見》《關(guān)于進(jìn)一步組織開展長江岸線保護(hù)與開發(fā)利用專項(xiàng)整治工作的通知》《南京市長江岸線保護(hù)辦法》等，意在構(gòu)建以規(guī)劃為龍頭、年度任務(wù)為重點(diǎn)、專項(xiàng)行動(dòng)為抓手的落實(shí)體系，推動(dòng)服務(wù)長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。

岸線利用率是岸線利用長度與岸線總長度的比值，能反映長江岸線保護(hù)和開發(fā)利用的現(xiàn)狀以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)岸線開發(fā)利用的要求，計(jì)算公式為

(1)

式中：B為岸線利用率，%；LP為岸線保護(hù)范圍內(nèi)開發(fā)利用區(qū)域?qū)Π毒€的投影長度，km；L為岸線總長度，km。

基于岸線利用率定義，統(tǒng)計(jì)了2002—2018年岸線利用率隨時(shí)間的變化情況(圖1)。從圖1可以看出，江蘇省長江岸線利用率隨時(shí)間逐漸增大，岸線利用率變化可以分為兩個(gè)階段。第一階段(2002—2015年)為岸線利用率快速發(fā)展期，該階段由于江蘇省長江岸線資源開發(fā)利用加快，岸線利用率增長迅速；第二階段(2016—2018年)為岸線利用率緩慢增長期，該階段由于江蘇省長江大保護(hù)戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)，加快落后產(chǎn)能淘汰，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，岸線利用率增長趨緩。

圖1 江蘇省岸線利用率和GDP隨時(shí)間變化情況

為了分析岸線利用率的變化規(guī)律，搜集了部分經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和水資源相關(guān)數(shù)據(jù)。從圖1可以看出，2002—2018年江蘇省第一、二、三產(chǎn)業(yè)GDP均隨時(shí)間逐漸增長，其中第二、三產(chǎn)業(yè)增幅基本相當(dāng)，顯著高于第一產(chǎn)業(yè)。從趨勢上看，岸線利用率和GDP均隨時(shí)間增大，體現(xiàn)出兩者之間的關(guān)聯(lián)性。特別是2016年以前，岸線利用率隨GDP增長迅速，說明岸線利用率的增長對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有明顯的支撐作用；2016年以后，GDP仍保持較快的增長趨勢，但是岸線利用率增長緩慢，岸線利用主要以提高效率為主。

圖2為2002—2018年江蘇省用水總量和工業(yè)廢水排放量隨時(shí)間變化情況，可以看出2005年以后，工業(yè)廢水排放量逐年減少；2012年以后，用水總量呈現(xiàn)下降趨勢，但總體基本保持穩(wěn)定，說明隨著環(huán)境保護(hù)等相關(guān)政策的實(shí)施，江蘇省用水總量趨于穩(wěn)定，工業(yè)廢水排放量明顯減少。對(duì)比圖1和圖2發(fā)現(xiàn)，提高岸線利用率對(duì)用水總量沒有太大的影響，表明岸線利用率的變化可能主要受社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響，需要進(jìn)一步研究分析。

圖2 用水總量和工業(yè)廢水排放量隨時(shí)間變化情況Fig.2 Changes in total amount of water consumption and industrial wastewater discharge with time

2 研究方法

2.1 主成分分析法

主成分分析法是通過線性變換從多個(gè)變量中選出少數(shù)重要變量的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，是常用的降維方法之一[12]。本文采用主成分分析法對(duì)江蘇省長江岸線利用率影響因素進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。將影響因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，模型建立的具體步驟如下：

a.收集相關(guān)資料，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)。

b.原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，消除量綱影響。本文采用Z-score法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理:

c.建立評(píng)價(jià)指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)矩陣R，求出R的特征值和特征向量[13]。相關(guān)系數(shù)矩陣為

(3)

d.計(jì)算方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，選取主成分?jǐn)?shù)量。當(dāng)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率超過95%時(shí)，取前m(m

(4)

式中λl為第l個(gè)主成分的特征值。

e.計(jì)算原始評(píng)價(jià)指標(biāo)在不同主成分線性組合中的系數(shù):

(5)

式中：Llj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在第l個(gè)主成分線性組合中的系數(shù)；elj為第l個(gè)主成分對(duì)第j個(gè)原始評(píng)價(jià)指標(biāo)的載荷數(shù)[15]。

f.計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合指標(biāo)權(quán)重。由式(6)可得第j個(gè)原始評(píng)價(jià)指標(biāo)在綜合模型中的系數(shù)dj，由式(7)可得綜合指標(biāo)權(quán)重wj。

(6)

(7)

g.計(jì)算綜合主成分得分：

(8)

(9)

式中：Fkl為第l個(gè)主成分在k時(shí)段的得分；Clj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在第l個(gè)主成分中的得分系數(shù)[16]；Fk為k時(shí)段的綜合主成分得分；al為第l個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率。

2.2 敏感性分析法

敏感性分析是一種定量描述模型輸入變量對(duì)輸出變量重要性程度的方法[17]，一般應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、工程等領(lǐng)域。該方法通過對(duì)模型影響因素進(jìn)行分析，篩選出引起模型結(jié)果不確定性的主要影響因素。影響程度的大小用敏感性系數(shù)表示，敏感性系數(shù)越大，說明該因素對(duì)模型輸出的影響越大[18]。為了對(duì)比分析系統(tǒng)屬性對(duì)各個(gè)因素的敏感度，需對(duì)系統(tǒng)各因素進(jìn)行無量綱處理，本文引用平均敏感度[19]的概念對(duì)岸線利用率的影響因素進(jìn)行分析，第j個(gè)因素的平均敏感度表達(dá)式為

(10)

式中：savgj為第j個(gè)因素的平均敏感度；Bk、ΔBk分別為k時(shí)段岸線利用率及其變化量；ΔXkj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在k時(shí)段的變化值。

3 江蘇省長江岸線利用率影響因素分析

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

長江江蘇段擁有優(yōu)越的水運(yùn)和區(qū)位條件，岸線利用率影響因素較為復(fù)雜[20]。根據(jù)江蘇省長江岸線實(shí)際情況，參考在港口貨物吞吐量、資源承載力和城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系相關(guān)文獻(xiàn)中出現(xiàn)頻率較高的評(píng)價(jià)指標(biāo)[21-26]，依據(jù)《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》《江蘇省水資源公報(bào)》等，根據(jù)科學(xué)性原則，綜合選取2002—2018年可能影響江蘇省長江岸線利用率的若干影響因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)(表1)，包括：第一產(chǎn)業(yè)GDP(X1)、第二產(chǎn)業(yè)GDP(X2)、第三產(chǎn)業(yè)GDP(X3)、就業(yè)人數(shù)(X4)、內(nèi)河港口吞吐量(X5)、工廠數(shù)量(X6)、廢氣中SO2排放量(X7)、工業(yè)廢水排放量(X8)、用水總量(X9)、水資源總量(X10)、年降水量(X11)。其中，X1、X2、X3為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，根據(jù)前文分析可知，這些指標(biāo)與岸線利用率關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)；X4反映社會(huì)影響力；X5反映岸線利用效率的高低；X6反映岸線利用類型和政策實(shí)施的情況；X7、X8反映岸線利用與環(huán)境的關(guān)系；X9、X10、X11反映岸線利用與水資源的關(guān)系。采用式(2)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

3.2 KMO和Bartlett檢驗(yàn)

根據(jù)式(3)建立江蘇省長江岸線利用率評(píng)價(jià)指標(biāo)間相關(guān)性矩陣，如表2所示，各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)基本大于0.6，說明各評(píng)價(jià)指標(biāo)間存在較好的相關(guān)關(guān)系，主成分分析法可用于江蘇省長江岸線利用率影響因素的分析。

利用KMO檢驗(yàn)比較變量間的相關(guān)系數(shù)以判斷數(shù)據(jù)是否適合進(jìn)行主成分分析。經(jīng)計(jì)算，KMO值為0.629，大于0.6，說明整個(gè)樣本適合進(jìn)行主成分分析[27-28]。Bartlett球形檢驗(yàn)法是基于相關(guān)系數(shù)矩陣的檢驗(yàn)方法，用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否服從多元正態(tài)分布。經(jīng)計(jì)算，Bartlett球形檢驗(yàn)的顯著性為0.000，小于0.01，說明這11個(gè)變量間存在顯著相關(guān)性，需要進(jìn)行主成分分析，該結(jié)論與相關(guān)性矩陣結(jié)論相一致。

表1 2002—2018年江蘇省長江岸線利用率評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)性矩陣

3.3 主成分分析

表3為各主成分特征值和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，方差貢獻(xiàn)率反映每個(gè)成分對(duì)原始數(shù)據(jù)量的貢獻(xiàn)。本模型提取3個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到96.465%。

表3 各主成分特征值和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率

表4為主成分載荷矩陣，反映不同主成分對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的載荷數(shù)。從表4可以看出，第一主成分對(duì)第一產(chǎn)業(yè)GDP、第二產(chǎn)業(yè)GDP、第三產(chǎn)業(yè)GDP、就業(yè)人數(shù)、內(nèi)河港口吞吐量、廢氣中SO2排放量、工業(yè)廢水排放量、工廠數(shù)量這8個(gè)指標(biāo)的載荷較大，與廢氣中SO2排放量和工業(yè)廢水排放量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；第二、三主成分對(duì)用水總量、降水量、水資源總量這3個(gè)指標(biāo)的載荷較大?？梢哉J(rèn)為，第一主成分主要反映江蘇省社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)主成分；第二、三主成分主要反映江蘇省水資源情況，為水資源自然主成分。

表5為主成分得分系數(shù)矩陣，反映不同主成分對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分系數(shù)。進(jìn)一步分析可以得出，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)因素是江蘇省長江岸線利用率的主要影響因素，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，岸線利用率不斷增大。與此同時(shí)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，廢氣和廢水排放給岸線利用帶來負(fù)面影響，但是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和相關(guān)環(huán)境保護(hù)政策的實(shí)施，使產(chǎn)業(yè)布局進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)廢氣和廢水的處理能力得到明顯提升，岸線利用逐漸向提高效率方向發(fā)展。此外，在江蘇省水資源總量基本保持穩(wěn)定的情況下，降水量的補(bǔ)充和用水量分配模式的優(yōu)化在一定程度上促進(jìn)了岸線利用逐漸轉(zhuǎn)化為以提高效率為主，是江蘇省社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的保障。

權(quán)重反映各影響因素或評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要程度，指標(biāo)權(quán)重越大，該指標(biāo)對(duì)于整個(gè)樣本就越重要，對(duì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果全面性和合理性影響越大。由式(4)～(7)計(jì)算得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合指標(biāo)權(quán)重和排名，結(jié)果見表6?？梢钥闯?，指標(biāo)權(quán)重前三位為就業(yè)人數(shù)、工廠數(shù)量和內(nèi)河港口吞吐量。就業(yè)人數(shù)代表社會(huì)勞動(dòng)力，主要反映江蘇省社會(huì)狀況；工廠數(shù)量與環(huán)境保護(hù)政策相關(guān)，主要反映江蘇省環(huán)境政策實(shí)施情況；內(nèi)河港口吞吐量代表內(nèi)河港口經(jīng)營成果，主要反映江蘇省經(jīng)濟(jì)狀況。該結(jié)果表明，江蘇省岸線利用率主要受社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境政策因素的影響。促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，推動(dòng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)仍是江蘇省高質(zhì)量發(fā)展的主題。

由式(8)(9)計(jì)算得到綜合主成分得分和排名，如表7所示?？梢钥闯?，2002—2018年綜合主成分得分排名整體上呈現(xiàn)上升的趨勢，主要由社會(huì)經(jīng)濟(jì)主成分決定，說明江蘇省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高，岸線利用率受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響顯著。水資源自然主成分得分整體上呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，這與江蘇省長江岸線生態(tài)環(huán)境保護(hù)治理措施的效果有關(guān)，說明江蘇省生態(tài)保護(hù)政策的實(shí)施能夠優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和水資源分配模式，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3.4 敏感性分析

由式(10)得到的各指標(biāo)平均敏感度計(jì)算結(jié)果和排名見表8?？梢钥闯?，就業(yè)人數(shù)的平均敏感度最大，第三產(chǎn)業(yè)GDP的平均敏感度最小，說明在研究岸線利用率內(nèi)在機(jī)制時(shí)，就業(yè)人數(shù)的影響最強(qiáng)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

表4 主成分載荷矩陣

表5 主成分得分系數(shù)矩陣

表6 綜合指標(biāo)權(quán)重和排名

表7 綜合主成分得分和排名

表8 平均敏感度和排名

此外，本文通過分析綜合指標(biāo)權(quán)重和平均敏感度排名的變化情況來研究各因素對(duì)岸線利用率的影響程度。從表6和表8可以看出，就業(yè)人數(shù)的綜合指標(biāo)權(quán)重和平均敏感度排名未發(fā)生變化，第一產(chǎn)業(yè)GDP的排名變化值為1，有3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的排名變化值為2，分別為工廠數(shù)量、水資源總量和降水量，其余評(píng)價(jià)指標(biāo)排名變化較大。以綜合指標(biāo)權(quán)重為主，通過比較綜合指標(biāo)權(quán)重和平均敏感度排名，認(rèn)為就業(yè)人數(shù)、工廠數(shù)量和內(nèi)河港口吞吐量是目前影響江蘇省長江岸線利用率的最主要因素。

4 結(jié) 論

a.沿江岸線資源開發(fā)利用至今，由于長江大保護(hù)戰(zhàn)略的實(shí)施，江蘇省長江岸線利用率先快速增加后趨于穩(wěn)定。第一、二、三產(chǎn)業(yè)GDP對(duì)岸線利用率均有影響，岸線利用率的提高對(duì)用水總量的影響不大。

b.就業(yè)人數(shù)、工廠數(shù)量和內(nèi)河港口吞吐量是目前影響江蘇省長江岸線利用率最主要的因素。岸線利用率主要受社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境政策相關(guān)因素影響，大力發(fā)展沿江社會(huì)經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)是江蘇省高質(zhì)量發(fā)展的前提，優(yōu)化水資源分配體系是江蘇省社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的保障。

c.2002—2018年綜合主成分得分整體上呈現(xiàn)遞增趨勢，水資源自然主成分得分呈現(xiàn)先增加后減小趨勢，表明江蘇省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平穩(wěn)步提升，長江岸線生態(tài)保護(hù)政策對(duì)江蘇省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極作用。