長島縣海島開發(fā)活動的環(huán)境效應(yīng)評價(jià)

孔 梅, 黃海軍 , 高興國, 馬立杰, 劉艷霞

(1. 中國科學(xué)院 海洋研究所, 山東 青島266071; 2. 中國科學(xué)院 研究生院, 北京100049; 3. 山東省土地勘測規(guī)劃院, 山東 濟(jì)南 250014; 4. 山東電力工程咨詢院有限公司, 山東 濟(jì)南 250013)

長島縣海島開發(fā)活動的環(huán)境效應(yīng)評價(jià)

孔 梅1,2,3, 黃海軍1, 高興國4, 馬立杰1, 劉艷霞1

(1. 中國科學(xué)院 海洋研究所, 山東 青島266071; 2. 中國科學(xué)院 研究生院, 北京100049; 3. 山東省土地勘測規(guī)劃院, 山東 濟(jì)南 250014; 4. 山東電力工程咨詢院有限公司, 山東 濟(jì)南 250013)

根據(jù)“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(P-S-R)指標(biāo)體系模型, 探討了長島縣海島開發(fā)活動的環(huán)境效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系, 應(yīng)用熵值法計(jì)算了海島各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重, 并應(yīng)用計(jì)算得到的綜合指數(shù)對海島開發(fā)活動的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了綜合評價(jià), 為海島資源環(huán)境管理和可持續(xù)發(fā)展決策提供基礎(chǔ)依據(jù)。

海島; 開發(fā)活動; 環(huán)境效應(yīng); 指標(biāo)體系

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步, 海島的開發(fā)活動越來越多。在海島經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí), 由于開發(fā)過程中不尊重海島自然特征屬性、忽視生態(tài)平衡、海島開發(fā)活動無法可依、開發(fā)利用活動缺少規(guī)劃的指導(dǎo)等原因, 海島的資源開發(fā)和生態(tài)保護(hù)中出現(xiàn)了很多問題, 主要體現(xiàn)在海島資源退化、生態(tài)環(huán)境破壞、部分海島生態(tài)功能喪失、島陸及周邊水域環(huán)境惡化、傳統(tǒng)捕撈業(yè)空間喪失、珍稀生物資源減少等方面。針對于此, 國際教科文組織于1992年出版了《島嶼》期刊, 專門探討海島資源保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的問題;Gourbesville 等[1]針對熱帶海島提出了可持續(xù)用水的評價(jià)方法; 2000年, 中國學(xué)者楊文鶴[2]主編了《中國海島》一書, 系統(tǒng)、完整介紹了中國海島的自然環(huán)境概況、環(huán)境質(zhì)量狀況、社會經(jīng)濟(jì)狀況、開發(fā)利用現(xiàn)狀、海島的保護(hù)和管理等。與此同時(shí), 國內(nèi)許多學(xué)者和專家從不同專業(yè)視角對中國海島環(huán)境展開了相關(guān)研究和探索, 肖佳媚等[3]利用 P-S-R(壓力-狀態(tài)-響應(yīng))指標(biāo)體系模型對海島生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià), 陳彬[4]、肖風(fēng)勁[5]對海島生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合評價(jià), 高俊國[6]、韓增 林[7]、任海[8]對海島的管理進(jìn)行了分析研究。但這些研究都沒能充分體現(xiàn)海島環(huán)境與開發(fā)的關(guān)系。本研究以山東省長島縣為例, 針對海島開發(fā)過程中的諸多問題, 建立了海島開發(fā)活動的環(huán)境效應(yīng)評價(jià)方法和指標(biāo)體系, 客觀評價(jià)了開發(fā)活動的環(huán)境效應(yīng), 為海島資源環(huán)境管理和可持續(xù)發(fā)展決策提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究區(qū)環(huán)境及開發(fā)概況

長島(120°35′～120°56′E, 37°53′～38°23′N)又稱廟島群島, 位于山東半島與遼東半島之間, 黃海、渤海交匯處, 由大小32個(gè)島鏈?zhǔn)椒植嫉暮u組成。長島縣屬山東省煙臺市所轄, 自北至南主要海島有北隍城島、南隍城島、小欽島、大欽島、砣磯島、高山島、小高山島、車由島、猴磯島、大竹山島、小竹山島、北長山島、南長山島、廟島、大黑山島、小黑山島、南坨子島, 主要特征見表1。陸地總面積為53.806 km2。海域面積8 700 km2, 海岸線長169.71 km, 是山東省唯一的海島縣。長島縣最大的島嶼是南長山島, 面積13.2 km2。

長島位于半濕潤的華北地區(qū)東北部, 屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候, 具有冬暖夏涼的特點(diǎn), 年平均氣溫11.9 ℃, 年平均降水量為560 mm。潮汐為正規(guī)半日潮, 潮高 143 cm, 潮差 119 cm, 海流主要受黃渤海交換流的影響。該區(qū)島嶼全為基巖島, 巖性多為變質(zhì)巖或巖漿巖, 海岸陡峭, 潮間帶狹窄, 多為礫石灘,水深較大。地質(zhì)構(gòu)造形跡主要表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造或單斜構(gòu)造; 地層屬于魯東地層分區(qū), 位于膠北隆起、膠萊坳陷等構(gòu)造單元邊緣地帶。島陸地貌多為低山丘陵, 基巖坡和沖溝; 海岸地貌以海蝕地貌為主。

長島森林覆蓋率為53.2%, 植物資源豐富, 覆蓋度一般在95%以上, 植物種類以菊科、豆科、十字花科等居多, 樹木以黑松、刺槐林為主。獨(dú)特的地理位置和優(yōu)越的自然條件, 使之成為候鳥遷徙的必經(jīng)之地, 每年途經(jīng)的候鳥有200余種, 百萬只之多, 享有候鳥“驛站”的美譽(yù)。長島海域遼闊, 水質(zhì)肥沃, 是中國海珍品主要產(chǎn)地之一, 自然生長的貝、藻類160多種, 其中, 扇貝、鮑魚、海參、海膽、赤貝、蝦夷貝等海珍品享譽(yù)海內(nèi)外。長島被譽(yù)為“海上仙山”, 資源豐富、環(huán)境優(yōu)美, 截至 2005年, 長島已經(jīng)擁有中國海帶之鄉(xiāng)、中國鮑魚之鄉(xiāng)、中國扇貝之鄉(xiāng)、國家級風(fēng)景名勝區(qū)、國家級自然保護(hù)區(qū)、國家森林公園、國家地質(zhì)公園、國家首批農(nóng)業(yè)旅游示范點(diǎn)、中國最佳避暑勝地和中國十大最美海島10張國字號金名片。

表1 長島縣主要海島特征統(tǒng)計(jì)表Tab. 1 Statistics on the features of Changdao islands

長島淡水資源嚴(yán)重匱乏, 人均水資源占有量僅為全國人均占有量的 1/3, 嚴(yán)重制約了海島經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展。中國最大的海水淡化飲用水工程——山東省長島縣南長山島日產(chǎn) 1 000 t淡化水工程于 2000年正式動工, 大大緩解飲用水緊張的局面。長島蘊(yùn)藏著巨大的風(fēng)能資源, 其特殊的地理位置有利于風(fēng)速的增強(qiáng), 是我國風(fēng)能最豐富的地區(qū)之一。

2 評價(jià)模型

目前, 不同學(xué)者以“自然-經(jīng)濟(jì)-社會”復(fù)合系統(tǒng)為研究對象, 提出了若干環(huán)境評價(jià)的指標(biāo)體系及其定量評價(jià)模型, 比較有代表性的有“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(P-S-R)模型、“驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)(D-P-S-I-R)”模型以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)等。但是針對海島開發(fā)活動環(huán)境效應(yīng)的卻沒有。

DPSIR模型, 層次分明, 關(guān)系明晰, 考慮了人與自然之間的關(guān)系, 可以深入表征待研究系統(tǒng)之間的反饋和負(fù)反饋機(jī)制, 但計(jì)算需要一定數(shù)據(jù)支持, 模擬相對不便; ANN雖能夠清晰且深入地表征研究系統(tǒng)的作用機(jī)制, 更深入體現(xiàn)可持續(xù)理論的內(nèi)涵, 然而此模型尚處在探索階段, 模擬復(fù)雜, 需要大量計(jì)算的支持, 在模擬時(shí)仍存在許多不確定因素。

P-S-R模型最初由加拿大統(tǒng)計(jì)學(xué)家 Rapport和Friend于 1979年提出, 后由經(jīng)濟(jì)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(jì)八九十年代用于研究環(huán)境問題(OECD, 2004)。此模型是基于人類活動會對環(huán)境產(chǎn)生壓力, 同時(shí)會改變自然資源的數(shù)量和狀態(tài)這樣一種因果關(guān)系建立的, 它揭示出了人類活動和環(huán)境之間的線性關(guān)系, 使用了“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”這一邏輯思維方式, 目的是回答發(fā)生了什么、為什么發(fā)生和人類如何做 3個(gè)問題。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),P-S-R模型應(yīng)用于環(huán)境類指標(biāo), 可以很好地反映出指標(biāo)間的因果關(guān)系。為了深入探討海島環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會之間的復(fù)雜關(guān)系, 摸清其中的作用過程以及彼此之間的因果關(guān)系, 本研究選取P-S-R模型(圖1)。

圖1 海島開發(fā)的P-S-R模型Fig. 1 “Pressure-state-response” model in island development

3 指標(biāo)體系的構(gòu)建

3.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建原則

建立海島開發(fā)活動的環(huán)境效應(yīng)指標(biāo)體系, 是以分析海島開發(fā)活動與生態(tài)環(huán)境變化之間的關(guān)系和提出海島開發(fā)建議為目標(biāo), 因此在構(gòu)建指標(biāo)體系時(shí),遵循“SMART”原則, 即針對性(Specific)、可衡量(Measurable)、可獲得性(Achievable)、現(xiàn)實(shí)性(Realistic)、有時(shí)間限制的(Time-bound)。

3.2 指標(biāo)的選取

壓力指標(biāo)主要是針對目前長島縣面臨的生態(tài)環(huán)境問題, 包括自然災(zāi)害和開發(fā)造成的生態(tài)環(huán)境問題。該區(qū)的自然災(zāi)害(如海冰、海水入侵等)不明顯, 因此文中不予討論。開發(fā)造成的環(huán)境問題, 主要為漁業(yè)資源下降、海水增養(yǎng)殖過度、工業(yè)和生活污水排放、海岸工程建設(shè)、赤潮等。

狀態(tài)指標(biāo)主要是指海島的環(huán)境質(zhì)量和自然資源狀況, 包括經(jīng)濟(jì)狀態(tài)、資源狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)。根據(jù)收集的資料和評價(jià)目的, 選擇了人均海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、海域面積、潮間帶生物狀況、沉積物污染狀況、植被覆蓋率等指標(biāo)。

響應(yīng)指標(biāo)主要考慮能夠反映維護(hù)、改善海島環(huán)境狀態(tài)的社會、經(jīng)濟(jì)和科技保障及管理能力。在選擇響應(yīng)指標(biāo)時(shí)可以從決策支持、制度建設(shè)、資金投入和科技支撐入手, 主要考慮工農(nóng)業(yè)污染防治、自然保護(hù)、環(huán)境管理及公共意識等方面。

在指標(biāo)選取時(shí)將正相關(guān)系數(shù)大于或等于 0.9的指標(biāo)(具有顯著的相關(guān)性)進(jìn)行合并。通過篩選比較,并結(jié)合海島社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境特征, 本文選定以下18個(gè)指標(biāo)構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系(表2)。

表2 構(gòu)建的指標(biāo)體系及計(jì)算所得的權(quán)重Tab. 2 The assessment index system and the weight

4 評價(jià)方法

4.1 評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

根據(jù)實(shí)際調(diào)查資料和海島狀況, 本文分3個(gè)時(shí)段 1992 ～1997 年、1997 ～2002 年、2002～2007 年(即j=1, 2, 3)研究長島縣的開發(fā)環(huán)境效應(yīng)。評價(jià)指標(biāo)體系包括i=1, 2, …, 18個(gè)指標(biāo), 則原始指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣為：

指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后：

式中,X0為該項(xiàng)指標(biāo)的1992年的值。

標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)矩陣為：

4.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

在海島環(huán)境效應(yīng)評價(jià)中, 指標(biāo)權(quán)重的確定是一個(gè)很重要的方面, 其方法概括起來主要有主成分分析法、層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)度法、均方差法以及熵值法等, 雖然這些方法在一定程度上能滿足評價(jià)的要求, 但是均存在一些問題, 如： 層次分析法由于級別差異比較大, 往往不能滿足相對完善的指標(biāo)權(quán)重的合理賦值, 而且在評價(jià)過程中經(jīng)常要根據(jù)評價(jià)者主觀上對各指標(biāo)的重視程度來決定權(quán)重, 因此評價(jià)結(jié)果經(jīng)常趨于不穩(wěn)定; 灰色關(guān)聯(lián)度分析法由于考慮的問題不夠全面, 所以它的完善度不高。而熵值法由于基于信息有序度的混亂程度, 相對客觀地確定各影響因子的權(quán)重, 并在某種程度上可以解決以上各種方法出現(xiàn)的諸多問題?；谝陨峡紤], 本文選用熵值法。但是熵值法在極值或者負(fù)值的情況下也會有一定的缺陷。因此, 本文在已有研究的基礎(chǔ)上, 對熵值法進(jìn)行了一定的改進(jìn)。

4.2.1 熵值法的基本原理

假設(shè)在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力評價(jià)中有n個(gè)指標(biāo),m個(gè)年份, 這樣就形成了一個(gè)原始數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)m×n。對于某項(xiàng)指標(biāo)xj, 指標(biāo)值xij之間的差距越大, 則該指標(biāo)在區(qū)域綜合評價(jià)中所起的作用也就越大; 反之就越小。若某項(xiàng)指標(biāo)的指標(biāo)值全部相等, 則該指標(biāo)在區(qū)域綜合評價(jià)中不起作用。在信息論中, 有這樣一種函數(shù)關(guān)系：H(x)=-∑f(xj)ln(xj), 式中左邊的H(x)稱為信息熵, 是系統(tǒng)無序程度的度量; 右邊-∑f(xj)ln(xj)稱為信息, 是系統(tǒng)有序程度的度量, 二者絕對值相等。某項(xiàng)指標(biāo)xj的指標(biāo)值差異越大, 則信息熵H(xj)就越小, 該指標(biāo)的權(quán)重就越大; 反之就越小。

4.2.2 改進(jìn)的熵值法及計(jì)算步驟

根據(jù)熵值法的計(jì)算過程, 可以發(fā)現(xiàn)在熵值法的計(jì)算過程中運(yùn)用了對數(shù)和熵的概念。根據(jù)相應(yīng)的約束規(guī)則, 負(fù)值和極值不能直接參與運(yùn)算, 應(yīng)對其進(jìn)行一定的變換, 即應(yīng)該對熵值法進(jìn)行一些必要的改進(jìn)。其計(jì)算步驟為： (1)x′ij=(xij-xj)/sj, 式中x′ij為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值,xj為第j指標(biāo)的平均值,sj為第j指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差。(2)為了消除負(fù)值, 對標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值進(jìn)行坐標(biāo)平移, 即：x′ij=x′ij+p, 式中p為坐標(biāo)平移的幅度。(3)計(jì)算第j指標(biāo)下第i年的指標(biāo)值的比重。(4)計(jì)算第j指標(biāo)的熵值ej：ej=。(5)計(jì)算第j指標(biāo)的差異性系數(shù)gj, 即gj=1-ej。gj值越大, 指標(biāo)xj就越重要。(6)確定第j指標(biāo)的權(quán)重

4.2.3 權(quán)重值的確定

運(yùn)用上述改進(jìn)的熵值法, 計(jì)算了各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重(表 2)。18個(gè)指標(biāo)的權(quán)重之和為 1, 在開發(fā)時(shí)間段內(nèi)指標(biāo)變化越大, 權(quán)重越大。

4.3 綜合評價(jià)值的確定

式中Yij為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值,ai為各指標(biāo)的權(quán)重,api為各壓力指標(biāo)對壓力指數(shù)的權(quán)重,asi為各狀態(tài)指標(biāo)對狀態(tài)指數(shù)的權(quán)重,aRi為各響應(yīng)指標(biāo)對響應(yīng)指數(shù)的權(quán)重。根據(jù)公式(1)～(4), 以第一個(gè)開發(fā)時(shí)段1992～1997年為基準(zhǔn)值, 計(jì)算結(jié)果為表3。

在表 3中, 從P值來看, 與 1997年之前相比,1997年以后人口、社會、經(jīng)濟(jì)開發(fā)對環(huán)境的壓力越來越大; 從S值來看, 隨著開發(fā)強(qiáng)度、海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 資源環(huán)境持續(xù)惡化; 但令人欣慰的是,R值也隨之增大, 說明社會、政府對開發(fā)造成的環(huán)境破壞的響應(yīng)也在增強(qiáng)。I值大, 代表人類活動對海島環(huán)境的綜合影響趨向積極(響應(yīng)強(qiáng), 壓力弱)。從表 3中看到 I值呈倍數(shù)級增長, 說明人類對海島的開發(fā)不再像以前一樣盲目, 隨著開發(fā)活動的增強(qiáng), 對海島的保護(hù)也在增強(qiáng)。

表3 計(jì)算得到的各個(gè)評價(jià)指數(shù)Tab. 3 The calculated assessment index

5 結(jié)論

本研究從長島縣的實(shí)際情況出發(fā), 綜合考慮自然、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因子構(gòu)建了適用于長島縣海島開發(fā)的環(huán)境效應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系。采用定性與定量相結(jié)合的方法, 對長島縣海島開發(fā)的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了綜合評價(jià)。評價(jià)結(jié)果表明： 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 人類對海島資源的需求迅速增長, 而海島資源有限、環(huán)境脆弱, 這就要求人們以謹(jǐn)慎的態(tài)度開發(fā)、利用海島環(huán)境資源, 堅(jiān)持保護(hù)型開發(fā)原則, 在更高層次上應(yīng)對海島環(huán)境風(fēng)險(xiǎn), 不僅做到事前防范海島環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)、事后積極補(bǔ)救減損, 而且要求海島開發(fā)活動更好協(xié)調(diào)開發(fā)與保護(hù)二者的關(guān)系。使海島開發(fā)活動不僅實(shí)現(xiàn)投資者的經(jīng)濟(jì)利益, 而且以保護(hù)海島環(huán)境資源為第一位目的, 實(shí)現(xiàn)海島保護(hù)與開發(fā)的互利雙贏。

隨著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 對海島利用的深度和廣度也會進(jìn)一步加大。不同海島地區(qū), 其環(huán)境的影響因子及其權(quán)重各不相同。在研究具體海島開發(fā)的環(huán)境效應(yīng)時(shí), 應(yīng)因地制宜, 綜合考慮各地環(huán)境系統(tǒng)的特點(diǎn), 制定適合實(shí)際的評價(jià)指標(biāo)體系和評價(jià)模型。同時(shí),研究中應(yīng)充分利用最新的調(diào)查數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)資料, 以便更加科學(xué)合理地評價(jià)海島的生態(tài)環(huán)境狀況, 為海島經(jīng)濟(jì)發(fā)展、合理開發(fā)海島資源提供有力的技術(shù)支持。

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Assessment of the environmental impacts of Changdao Island development

KONG Mei1,2,3, HUANG Hai-jun1, GAO Xing-guo4, MA Li-jie1, LIU Yan-xia1
(1. Institute of Oceanology, the Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049,China; 3. Shandong Provincial Land Surveying and Planning Institute, Jinan 250014, China; 4.Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Corr,LTD., Jinan 250013, China)

Mar., 12, 2009

island; development activity; environmental effect; index system

In this paper, the environmental effect assessment index system of the island development was discussed based on the “pressure-state-response” index system model, and the comprehensive assessment of environmental effect of the island development activities was made by using the composite index method, which would provide fundamental basis for the environmental resource management and sustainable development decision-making of the islands.

P748

A

1000-3096(2010)10-0096-05

2009-03-12;

2010-08-03

山東省908專項(xiàng)(SD-908-01-03-01)

孔梅(1985-), 女, 山東曲阜人, 碩士, 研究方向： 海洋地質(zhì),電話： 0532-82898531, E-mail： km2003@163.com

(本文編輯： 劉珊珊)