基于模糊綜合評價的基本功能岸段劃分方法研究

于永海， 王延章， 索安寧， 康敏捷， 張永華， 韓富偉

（1.大連理工大學(xué)管理與經(jīng)濟學(xué)部，遼寧大連 116024；2.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧大連 116023）

0 引 言

海岸資源是海洋資源的重要組成部分，是海洋經(jīng)濟發(fā)展的重要載體，也是海洋開發(fā)建設(shè)、圍填海的主戰(zhàn)場［1］.近年來，隨著海洋經(jīng)濟的發(fā)展，海岸資源利用的范圍和規(guī)模迅速擴大，一些地方隨意占用稀缺的海岸資源，大規(guī)模地開展填海造地活動，不僅造成海岸資源的嚴重浪費，而且給海岸自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)帶來了巨大的壓力［2、3］.

基本功能岸段是指為實現(xiàn)海岸資源開發(fā)、環(huán)境保護的有效管理，依據(jù)海岸的自然環(huán)境特征、開發(fā)利用現(xiàn)狀和社會經(jīng)濟發(fā)展需求等，人為劃定并確定其社會經(jīng)濟、自然保護的主要功能的某一海岸段.基本功能岸段劃分的作用在于對海洋功能區(qū)劃規(guī)定的海岸部分的功能區(qū)進行進一步的量化和細化，目的是通過科學(xué)確定海岸的基本功能，并依據(jù)每個基本功能岸段的功能定位，制定具體的、操作性較強的管理要求，建立以海岸基本功能管制為核心的海岸資源開發(fā)與保護管理機制，全面提升海岸資源管理的科學(xué)性和實效性.

基本功能岸段劃分要在搜集、整合大量基礎(chǔ)資料的基礎(chǔ)上，對海洋自然環(huán)境條件、開發(fā)利用現(xiàn)狀、社會經(jīng)濟發(fā)展需求、海洋功能區(qū)劃及相關(guān)涉海規(guī)劃等多方面進行綜合分析評價的基礎(chǔ)上才能確定.對于這種涉及多因素、多指標(biāo)的復(fù)雜性問題的綜合評價，采用傳統(tǒng)的定性評價方法往往具有較大的片面性.模糊綜合評判方法，是一種運用模糊數(shù)學(xué)原理分析和評價具有“模糊性”事件的系統(tǒng)分析方法，該方法通過模糊推理將定性與定量相結(jié)合、精確與非精確相統(tǒng)一，對處理難以用精確數(shù)學(xué)方法描述的復(fù)雜系統(tǒng)問題具有獨特的優(yōu)勢，已在許多學(xué)科領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［4、5］.地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）技術(shù)提供了強大的空間數(shù)據(jù)管理、處理、分析以及可視化功能，為具有空間屬性的海洋資源評價工作提供了強有力的支持.利用GIS技術(shù)可對海岸資源環(huán)境、開發(fā)利用需求與規(guī)劃的多方面、多學(xué)科海量數(shù)據(jù)進行綜合管理與評價，并借助其空間分析功能實現(xiàn)評價模型中多指標(biāo)的復(fù)雜計算和基本功能岸段單元的逐級確定［6］.

基本功能岸段劃分是海洋資源環(huán)境保護與利用規(guī)劃的重要內(nèi)容，為避免評價過程與海岸基本功能界定的主觀性、片面性，提高評價過程與結(jié)論的客觀性與科學(xué)性，本文以遼寧省基本功能岸段劃分為例，探討運用模糊綜合評判模型結(jié)合GIS技術(shù)實現(xiàn)基本功能岸段劃分的技術(shù)與方法，以期為全國基本功能岸段劃分和海岸保護與利用規(guī)劃提供理論與技術(shù)支撐.

1 遼寧省海岸概況

遼寧省海岸線東起鴨綠江口，西至老龍頭，岸線總長為2 920 km，其中大陸岸線2 296 km，總長度居全國沿海11個省、市、自治區(qū)的第5位，人均岸線長度僅次于廣東省.基巖海岸占大陸岸線總長的16.50%，集中分布于遼東半島南端，其中城山頭到黃龍尾岸段長391.86 km，平島到東嘴子岸段長166.88 km，岸線曲折，岬角、海灣廣布.沙礫質(zhì)海岸占大陸岸線總長的28.29%，分布在遼東灣東、西兩岸，東岸包括黃龍尾至平島和東嘴子至蓋州角兩段，西岸從小凌河口到遼冀分界處，黃海北部沙礫岸段僅有老鷹嘴至城山頭一段，海岸侵蝕和堆積作用并重，港址以近內(nèi)灣型、開敞型、河口港型、島港型為主.淤泥質(zhì)海岸占大陸岸線總長的33.84%，分布在鴨綠江口至大洋河口，蓋州角至小凌河口，大洋河口至老鷹嘴，堆積作用明顯，岸線以向海推進為主［7］.人工海岸線長度為1 491.7 km，海岸線開發(fā)利用率為71.60%.

2 基本功能岸段劃分方法

2.1 基本功能岸段類型

依據(jù)全國海岸保護與利用規(guī)劃試點技術(shù)方案，基本功能岸段可以劃分為7大類型.港口岸段：指適合港口建設(shè)的岸段，包括碼頭、防波堤、港池、航道、倉儲等建設(shè)的岸段；漁業(yè)岸段：指適合漁業(yè)生產(chǎn)和重要漁業(yè)品種保護的岸段，包括適合漁港和漁業(yè)設(shè)施基地建設(shè)，養(yǎng)殖、增殖、捕撈生產(chǎn)，以及重要漁業(yè)品種的產(chǎn)卵場、索餌場、越冬場和洄游通道等的岸段；礦產(chǎn)和能源岸段：指適合鹽業(yè)開發(fā)、油氣和固體礦產(chǎn)等各類礦產(chǎn)的勘探與開發(fā)、海洋能和風(fēng)能等開發(fā)利用的岸段，包括鹽田、養(yǎng)水池、鹽業(yè)碼頭、鹽業(yè)取排水口、油氣鉆采平臺、海砂開采、海洋能與海上風(fēng)能開發(fā)利用等的岸段；旅游岸段：指適合旅游娛樂的岸段，包括適合風(fēng)景旅游區(qū)、浴場、濱海娛樂休閑與景觀帶、游樂場、水上運動場及輔助設(shè)施等開發(fā)的岸段；建設(shè)岸段：指適合臨海工業(yè)和濱海城鎮(zhèn)建設(shè)的岸段；保護岸段：指需要保護的岸段，包括已劃定保護區(qū)或未劃定保護區(qū)但具有重要自然、人文和生態(tài)保護價值的岸段；其他岸段（保留岸段）：指具有特殊利用價值或功能尚未明確、有待通過科學(xué)論證來確定具體開發(fā)利用方向的岸段，包括適于軍事、污水達標(biāo)排放和傾倒及基本功能定位尚難確定的岸段.

2.2 基本功能岸段模糊綜合評價

由多因素決定的復(fù)雜系統(tǒng)，各因素之間的相互作用關(guān)系及各因素對主導(dǎo)功能的影響程度在量上是難以精確衡量的，即具有“模糊性”特征.這就要求評價者必須根據(jù)評價問題的性質(zhì)、目標(biāo)、要求等選擇適宜的評價模型和方法.模糊綜合評價方法正是解決這種多因素之間模糊復(fù)雜關(guān)系的一種評價方法［4］.

基本功能岸段評價需要對影響岸段功能的多個指標(biāo)進行評價，以適宜性評語集合來描述功能岸段的評價結(jié)果［5］.指標(biāo)體系可以用U＝｛u1，u2，…，u m｝來表示，評語集合可以用V＝｛v1，v2，…，vn｝來表示.如果著眼于第i個指標(biāo)u i，其單因素評價結(jié)果為R i＝（ri1ri2…rin），則m個因素的評判矩陣就是U到V上的一個模糊關(guān)系.

2.2.1 建立指標(biāo)體系 功能岸段評價的指標(biāo)體系是對功能岸段進行綜合評價的前提和基礎(chǔ).指標(biāo)體系設(shè)置得是否合理和準(zhǔn)確，直接影響著評價結(jié)果的科學(xué)性、可靠性和準(zhǔn)確性.功能岸段的指標(biāo)體系包括海洋自然環(huán)境條件、開發(fā)利用現(xiàn)狀、社會經(jīng)濟發(fā)展需求、海洋功能區(qū)劃及相關(guān)涉海規(guī)劃4類二級指標(biāo)和15個三級指標(biāo)，如圖1所示.

圖1 功能岸段評價指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of function coastline

海洋自然環(huán)境條件指標(biāo)包括海岸類型、岸線主要地理特征、海水水質(zhì)、海洋沉積物質(zhì)量、海洋生物質(zhì)量5項指標(biāo).海岸類型反映了海岸成因形態(tài)的差別，它是海岸最基本的屬性，是海岸開發(fā)利用的自然基礎(chǔ).岸線重要地理特征指標(biāo)反映了河口、海灣、喀斯特地貌、濕地、沙灘等重要的地理特征，體現(xiàn)了岸線在生態(tài)環(huán)境等方面的重要價值.海水水質(zhì)、海洋沉積物質(zhì)量和海洋生物質(zhì)量指標(biāo)綜合反映了環(huán)境承載力狀況.

開發(fā)利用現(xiàn)狀包括海域使用類型指標(biāo)與可利用岸線比率指標(biāo).海域使用類型反映了人類對海域開發(fā)利用的方式和方向，直接影響功能岸段劃分的地理范圍.可利用岸線比率反映了海岸開發(fā)利用強度與海岸開發(fā)利用潛力.

社會經(jīng)濟發(fā)展需求指標(biāo)包括區(qū)域人口增長率、人均GDP、旅游業(yè)產(chǎn)值、漁業(yè)產(chǎn)值4項指標(biāo).

海洋功能區(qū)劃及相關(guān)涉海規(guī)劃指標(biāo)主要考慮海洋功能區(qū)劃的符合性、港口岸線規(guī)劃用途及岸線利用率.

2.2.2 確定評語集合 根據(jù)評價決策的實際需要，功能岸段評價分為4個等級：很適宜、適宜、不適宜、很不適宜.即評語集合為

2.2.3 確定權(quán)重系數(shù) 常見的確定權(quán)重系數(shù)的方法有：（1）主觀經(jīng)驗判斷法；（2）專家調(diào)查法或?qū)＜艺髟兎ǎ唬?）評判專家小組集體討論投票表決法；（4）層次分析法.為了保證確定的權(quán)重系數(shù)的客觀性、公正性和科學(xué)性，常常可將上述幾種方法結(jié)合起來使用［8］.

基于層次分析法的基本原理，通過構(gòu)建各級判斷矩陣，確定各項指標(biāo)的相對重要性.首先構(gòu)建二級指標(biāo)的判斷矩陣，包括影響港口岸段、漁業(yè)岸段、礦產(chǎn)和能源岸段、旅游岸段、建設(shè)岸段、保護岸段和其他岸段類型的海洋自然環(huán)境條件、開發(fā)利用現(xiàn)狀、社會經(jīng)濟發(fā)展需求、海洋功能區(qū)劃及相關(guān)涉海規(guī)劃指標(biāo)判斷矩陣；其次構(gòu)建三級指標(biāo)判斷矩陣，包括構(gòu)成和影響以上四方面影響因素的子因素的指標(biāo)判斷矩陣.對各級影響因素進行兩兩重要性比較.采用1、3、5、7、9等級對評價指標(biāo)的重要性進行比較，1表示兩元素具有相同的重要性，3表示前者稍重要，5表示前者明顯重要，7表示前者強烈重要，9表示前者極端重要；2、4、6、8為上述判斷的中間值.

分別對各個功能岸段類型及影響因素構(gòu)建的判斷矩陣進行計算，經(jīng)過一致性檢驗后得到如下結(jié)果，見表1.

2.2.4 基于GIS技術(shù)的基本功能岸段模糊評價與劃分 基本功能岸段的劃分與評價過程要求處理與分析岸線數(shù)據(jù)并進行復(fù)雜的計算，這些工作可以通過GIS技術(shù)的空間數(shù)據(jù)處理與分析功能來完成.評價方法與GIS技術(shù)的結(jié)合主要體現(xiàn)在：基于GIS數(shù)據(jù)處理功能進行單指標(biāo)岸段分段；基于GIS空間分析功能確定評價單元；基于GIS數(shù)據(jù)模型的評價數(shù)據(jù)存儲，以及評價過程復(fù)雜計算的實現(xiàn).

表1 指標(biāo)權(quán)重結(jié)果Tab.1 Results of the index weight

首先以908最新修測結(jié)果岸線為基準(zhǔn)岸線，參考有關(guān)資料和數(shù)據(jù)［9］，確定指標(biāo)體系中各項指標(biāo)的取值，通過GIS軟件提供的數(shù)據(jù)處理功能，對岸線進行分段，并將指標(biāo)取值作為各岸段的屬性值進行存儲，形成單指標(biāo)岸線.

ArcGIS軟件提供了Identity疊加分析功能，它可以實現(xiàn)基于幾何要素的空間疊加，并將疊加要素的空間屬性賦予參加下一級運算的輸入要素［10］.在疊加分析的過程中，岸線被不斷地分割，同時具有更多的評價指標(biāo)屬性，最終形成具有所有評價指標(biāo)屬性值的評價單元.

構(gòu)建評價數(shù)據(jù)存儲模型用來支持評價過程中復(fù)雜計算過程.評價數(shù)據(jù)通過4個數(shù)據(jù)表來存儲，分別是評價單元數(shù)據(jù)表、指標(biāo)權(quán)重數(shù)據(jù)表、指標(biāo)值評價數(shù)據(jù)表及模糊綜合評價數(shù)據(jù)表.評價數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)字典定義如下：

評價單元數(shù)據(jù)表（評價單元Id，指標(biāo)1，指標(biāo)2，…，指標(biāo)n）

指標(biāo)值評價數(shù)據(jù)表（指標(biāo)值，v1，v2，v3，v4，基本功能）

模糊綜合評價數(shù)據(jù)表（Id，指標(biāo)名稱，v1，v2，v3，v4，基本功能）

指標(biāo)權(quán)重數(shù)據(jù)表（Id，指標(biāo)1，指標(biāo)2，指標(biāo)3，…，指標(biāo)n，基本功能）

評價單元數(shù)據(jù)表存儲了岸線的幾何要素以及各評價指標(biāo)的取值.指標(biāo)權(quán)重數(shù)據(jù)表存儲了各指標(biāo)在各項基本功能適宜性評價中的權(quán)值.指標(biāo)值評價數(shù)據(jù)表存儲了指標(biāo)值各評語集合的專家打分結(jié)果.模糊綜合評價數(shù)據(jù)表是用于模糊綜合評價進行復(fù)雜計算時使用的一個容器.以指標(biāo)值作為關(guān)鍵字可以建立評價單元數(shù)據(jù)表與指標(biāo)值評價數(shù)據(jù)表的關(guān)聯(lián).通過鏈接查詢填充模糊綜合評價數(shù)據(jù)表進行模糊綜合評價計算.

3 基本功能岸段評價與劃分結(jié)果

遼寧省基本功能岸段劃分結(jié)果見圖2，各功能岸段的數(shù)量及占岸線長度比分別見圖3、4.可以看出，漁業(yè)岸段與旅游岸段的數(shù)量和長度都較多，表明了遼寧省海岸漁業(yè)與旅游業(yè)兩類功能的開發(fā)利用潛力分布最廣；其次為建設(shè)與港口岸段，反映遼寧省較為優(yōu)越的港口岸線資源，同時也體現(xiàn)了遼寧省“五點一線”沿海經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略實施的堅實海岸資源基礎(chǔ)；其他（保留）類岸段數(shù)量最少，其次為保護岸段，說明遼寧省總體來說功能不明確的岸段數(shù)較少.依據(jù)各基本功能岸段類型占岸線長度百分比的統(tǒng)計結(jié)果，漁業(yè)岸段不但數(shù)量多，占岸線的長度也最大，充分體現(xiàn)了第一海洋產(chǎn)業(yè)的海洋漁業(yè)在遼寧省近岸海洋基本功能中的地位；其次占用岸線長度較多的為建設(shè)岸段與旅游岸段，表明在落實沿海經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略的同時，應(yīng)多關(guān)注遼寧省海洋旅游業(yè)的開發(fā)利用；保護岸段雖然數(shù)量較少，但占用的岸線長度相對來說并不少，說明保護岸段的分布雖不廣泛，但較為集中.保護岸段的集中分布使局部區(qū)域的海洋經(jīng)濟開發(fā)受到一定約束，從而給保護岸段的未來保護與管理帶來壓力，需采取嚴格有效的保護措施.資源條件較差、社會經(jīng)濟發(fā)展需求較為強烈的岸線，多被劃分為建設(shè)、港口等岸段類型，用于滿足遼寧省沿海經(jīng)濟帶的發(fā)展.

圖2 遼寧省功能岸段評價結(jié)果圖Fig.2 Evaluation results of function coastlines in Liaoning Province

圖3 遼寧省各基本功能岸段類型數(shù)量比例Fig.3 The number ratio of basic functions coastlines in Liaoning Province

圖4 遼寧省各基本功能岸段占總岸線長度比Fig.4 Length ratio of basic functions coastlines in Liaoning Province

4 結(jié) 語

本文建立的基于模糊綜合評價的基本功能岸段劃分方法，劃分結(jié)果細致準(zhǔn)確，能夠明顯地體現(xiàn)出各項指標(biāo)的作用，避免了人為的主觀臆斷，達到了預(yù)期的評價目標(biāo)，充分體現(xiàn)了模糊綜合評價方法在處理多因素復(fù)雜問題方面的重要潛力.本文充分開發(fā)利用了GIS技術(shù)在基本功能岸段多源數(shù)據(jù)綜合評價與劃分方面的優(yōu)勢，實現(xiàn)了綜合評價過程、基本功能岸段劃分、成果輸出與圖件編繪的自動化，為全國其他沿海省（市）基本功能岸段劃分、海岸保護與利用規(guī)劃編制提供了一套方便、精確、可靠的技術(shù)方法.

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