廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變耦合協(xié)調關系研究*

黃麗華 姜 昀 林 齊 李天威# 陳 帆 王文燕

(1.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心，北京 100012;2.中國雄安集團生態(tài)建設投資有限公司，河北 保定 071700)

海岸帶自然資源豐富、環(huán)境條件優(yōu)越，但人地矛盾突出。港口開發(fā)、臨港城市發(fā)展、臨港產業(yè)開發(fā)等港口發(fā)展活動給海岸帶帶來了巨大的資源環(huán)境壓力，導致近岸海域污染，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況持續(xù)下降，潛在環(huán)境風險激增。其中，港口開發(fā)是直接壓力，臨港城市發(fā)展和臨港產業(yè)開發(fā)是間接壓力。尋求港口發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的良性耦合協(xié)調發(fā)展，對推動沿海港口經(jīng)濟、社會、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展至關重要。物理學中的系統(tǒng)耦合概念及相關模型已被運用到了各個學科研究中，其中以農業(yè)-經(jīng)濟-社會-生態(tài)系統(tǒng)耦合關系[1-2],[3]293、城市化-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合關系[4-7]等領域的應用最為成熟，區(qū)域經(jīng)濟-海洋生態(tài)系統(tǒng)耦合關系研究也已有涉及[8],[9]4，但具體到沿海港口發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的耦合協(xié)調關系定量分析還較為匱乏。

本研究借鑒區(qū)域經(jīng)濟-海洋生態(tài)系統(tǒng)耦合關系的有關研究成果，以我國沿海主要港口之一的廈門港為例，構建了港口發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變耦合協(xié)調關系定量分析技術體系，研究了二者的耦合發(fā)展軌跡，提出了基于良性耦合的廈門港發(fā)展對策建議，對實現(xiàn)港口社會、經(jīng)濟、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)概況

廈門港位于我國東南沿海的臺灣海峽西岸，于20世紀90年代形成“一灣兩港”的發(fā)展格局，2005年發(fā)展為八大港區(qū)，并成為我國沿海重要的主樞紐港和集裝箱干線運輸港。2015年廈門港吞吐量達到21 019萬t。伴隨著廈門港的快速發(fā)展，港口與海岸帶資源、環(huán)境的矛盾日益凸顯，如何實現(xiàn)社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調發(fā)展已成為廈門港面臨的新挑戰(zhàn)。本研究以1990、1995、2000、2005、2010、2015年廈門港社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)為基礎，分析港口發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的耦合協(xié)調關系。

2 廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變耦合協(xié)調關系分析

2.1 環(huán)境影響識別及作用機理剖析

廈門港發(fā)展主要包括港口集疏運及由此帶來的城市化和臨港產業(yè)開發(fā)，其對海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的影響要素主要為土地資源、岸線資源、水環(huán)境、大氣環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)等。港口發(fā)展主要通過空間利用、資源開發(fā)、污染物排放3種作用方式，對陸域(潮上帶)、潮間帶、近岸海域(潮下帶)產生生態(tài)環(huán)境影響。廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的作用機理見圖1。

圖1 廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的作用機理Fig.1 Function mechanism of Xiamen Port development and coastal eco-environment evolution

2.2 港口發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變耦合協(xié)調關系的指標體系

根據(jù)港口發(fā)展對陸域、潮間帶、近岸海域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)干擾的響應過程及響應機制，采用壓力-響應模型，構建壓力、響應系統(tǒng)表征指標，其中壓力系統(tǒng)包括港口集疏運、城市化發(fā)展、臨港產業(yè)開發(fā)和港口發(fā)展綜合壓力等指標，響應系統(tǒng)包括陸域、潮間帶、近岸海域生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指標。

基于針對性、全面性、獨立性、可比性、可操作性、可獲取性等原則，通過專家咨詢確定廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變耦合協(xié)調系統(tǒng)的指標體系(見表1)?？紤]到廈門港船舶靠港使用岸電，并強化了港口碼頭堆場、作業(yè)揚塵治理及流動機械尾氣控制，多年來大氣環(huán)境質量一直保持良好狀態(tài)，因此生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指標沒有考慮大氣環(huán)境。

表1 廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變耦合協(xié)調系統(tǒng)的指標體系

貨物吞吐量、GDP、城市化率數(shù)據(jù)來源于各年廈門港統(tǒng)計年鑒；葉綠素a、無機氮數(shù)據(jù)來源于各年廈門市環(huán)境質量公報，其中2000年葉綠素a數(shù)據(jù)通過其他年份的數(shù)據(jù)線性內插得到；圍海造地面積、生態(tài)用地面積、天然紅樹林面積、自然岸線長度數(shù)據(jù)來源于HJ、LANDSAT等多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)；1990、1995、2000、2005、2010年的中華白海豚遇見率數(shù)據(jù)分別來源于文獻[10]至[13]，2015年的數(shù)據(jù)通過其他年份的數(shù)據(jù)線性內插得到。各年指標數(shù)據(jù)匯總如表2所示。

表2 指標數(shù)據(jù)匯總

采用灰色關聯(lián)分析法，計算壓力系統(tǒng)指標和響應系統(tǒng)指標間的關聯(lián)度，發(fā)現(xiàn)兩系統(tǒng)的指標間兩兩關聯(lián)度均在0.63以上，說明篩選的指標可較好反映廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的相互作用關系，可作為廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變耦合協(xié)調關系的綜合評價指標。

2.3 耦合協(xié)調關系分析

耦合度可反映系統(tǒng)間的耦合關系，耦合協(xié)調度則可反映系統(tǒng)的演化速度、趨勢及整體協(xié)同效應等[14]。參考文獻[7]的指標無量綱化方法并通過專家打分方法確定指標權重，計算得到壓力系統(tǒng)綜合指數(shù)(見圖2)、響應系統(tǒng)綜合指數(shù)(見圖3)。根據(jù)BERTALANFFY[15]的一般系統(tǒng)理論，通過微分方程[9]33計算得到壓力系統(tǒng)演變速率和響應系統(tǒng)演變速率。再采用李奇睿等[3]294建立的耦合度模型和李明玉[9]33構建的耦合協(xié)調度模型分別計算壓力系統(tǒng)綜合指數(shù)與響應系統(tǒng)綜合指數(shù)的耦合度和耦合協(xié)調度。耦合度和耦合協(xié)調度計算結果見表3。

圖2 壓力系統(tǒng)綜合指數(shù)Fig.2 Stress system comprehensive index

圖3 響應系統(tǒng)綜合指數(shù)Fig.3 Response system comprehensive index

1990年廈門港處于發(fā)展建設高潮的起點，港口開發(fā)強度及臨港產業(yè)、城市化水平都相對較低，生態(tài)環(huán)境良好,廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變處于良性耦合的協(xié)調發(fā)展階段。

1990—1995年，隨著廈門港的第一輪港口規(guī)劃實施，廈門港進入了發(fā)展建設高潮期，港口壓力系統(tǒng)綜合指數(shù)呈上升趨勢，這主要是因為貨物吞吐量、GDP、城市化率大幅度增長，由此港口發(fā)展對生態(tài)環(huán)境產生不良影響，尤其是港區(qū)水陸域布局擠占了中華白海豚棲息地，使其生境范圍萎縮。雖然廈門港加強了中華白海豚等關鍵物種保護力度，建立了廈門珍稀海洋物種國家級自然保護區(qū)，但高強度的港口開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的破壞速度仍大于生態(tài)環(huán)境自身的修復速度。1995年廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的關系退化到了低水平耦合的耦合修復階段。

1995—2010年為廈門港跨越式發(fā)展階段，貨物吞吐量、GDP、城市化率和圍海造地面積均大幅增加，壓力系統(tǒng)綜合指數(shù)呈上升趨勢，而響應系統(tǒng)綜合指數(shù)呈明顯下降趨勢，生態(tài)用地面積減少,自然岸線長度縮短，海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務功能下降。該階段廈門港持續(xù)開展了紅樹林等生態(tài)系統(tǒng)修復及環(huán)境保護工程，強化了污水集中處理設施建設，并且第三輪港口規(guī)劃將范圍拓展至了資源、環(huán)境稟賦較優(yōu)越的漳州市環(huán)東山灣，緩解了廈門港的資源環(huán)境壓力，海岸帶生態(tài)修復成效顯現(xiàn)。2010年廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的關系處于良性耦合的耦合修復階段。

2010—2015年廈門港持續(xù)快速發(fā)展，壓力系統(tǒng)綜合指數(shù)劇升，加之生態(tài)環(huán)境質量改善進入平臺期，治理進入瓶頸期，港口發(fā)展對海岸帶生態(tài)環(huán)境產生巨大沖擊，響應系統(tǒng)綜合指數(shù)呈現(xiàn)急劇下降趨勢，2015年廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的關系又退化為低水平耦合的耦合修復階段。

2.4 對策建議

海岸帶作為海洋和陸地的過渡帶，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，鑒于2015年廈門港發(fā)展與生態(tài)環(huán)境演變的耦合協(xié)調關系臨近失調，建議控制臨港城市及臨港產業(yè)的發(fā)展規(guī)模，提高港口資源環(huán)境的利用效率，強化廈門灣生態(tài)環(huán)境修復和水污染治理。新的港口規(guī)劃修編時，建議落實規(guī)劃環(huán)評提出的避讓紅樹林生態(tài)系統(tǒng)及中華白海豚等關鍵物種適宜生境，優(yōu)化水陸域布局，調整碼頭功能，強化港口污染防治，做好船、港、城設施銜接等對策措施，逐步改善廈門港生態(tài)環(huán)境狀況，推進廈門港與海岸帶生態(tài)環(huán)境的良性耦合協(xié)調發(fā)展。

3 結 語

港口發(fā)展與生態(tài)環(huán)境演變存在著極其復雜的耦合協(xié)調關系，本研究構建了廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變耦合協(xié)調關系分析的技術體系，定量評價了廈門港發(fā)展與其海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的耦合度和耦合協(xié)調度，1990—2015年廈門港發(fā)展與海岸帶生態(tài)環(huán)境演變的關系經(jīng)歷了良性耦合協(xié)調發(fā)展→低水平耦合修復→良性耦合修復→低水平耦合修復的過程。研究成果可為其他同類型沿海港口發(fā)展與生態(tài)環(huán)境演變耦合協(xié)調關系研究提供借鑒。

由于港口發(fā)展與生態(tài)環(huán)境演變的耦合協(xié)調關系復雜，因此如何通過城市化發(fā)展、臨港產業(yè)開發(fā)、港口經(jīng)濟發(fā)展等社會經(jīng)濟要素及資源、環(huán)境、生態(tài)等生態(tài)環(huán)境要素的變化趨勢準確分析測度港口發(fā)展與生態(tài)環(huán)境演變耦合協(xié)調關系，以及如何保持港口可持續(xù)發(fā)展與資源利用最大化、環(huán)境保護最優(yōu)化之間的平衡，仍是今后需要進一步探討、研究的內容。