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科學技術論文

中國近岸海域環境質量演變及驅動因素研究

時間:2019年08月28日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

摘要:海洋環境質量的改善對促進我國藍色海洋經濟的可持續發展具有重要戰略意義。構建海洋環境質量評價指標體系,運用可變模糊識別算法,評估20062016年我國沿海11個省市海洋環境質量變化趨勢并進行時空分析。結果表明:我國海洋環境質量水平總體向良性轉變,

  摘要:海洋環境質量的改善對促進我國藍色海洋經濟的可持續發展具有重要戰略意義。構建海洋環境質量評價指標體系,運用可變模糊識別算法,評估2006—2016年我國沿海11個省市海洋環境質量變化趨勢并進行時空分析。結果表明:我國海洋環境質量水平總體向良性轉變,海南、天津、上海經濟發達,入海污染物得到有效控制,海洋環境質量水平高;河北、山東、福建、廣東海洋環境質量水平一般;江蘇、浙江污染嚴重,遼寧、廣西環保投資較低,海洋環境質量水平低。引用地理探測器模型對影響我國海洋環境質量的九大驅動因素進行分析發現,影響因子中經濟效率、經濟規模和海水養殖量對海洋環境影響不顯著,工業污染、農業污染和環境規制對海洋環境質量影響最明顯。

  關鍵詞:海域環境質量;模糊識別模型;地理探測器;驅動因素

海洋環境科學

  1引言

  我國擁有1.8萬km的海岸線和約300萬km2的海洋國土面積。改革開放40年來,我國沿海地區已經形成了以重點海域為依托的沿海經濟帶,但是目前我國海洋管理并不完善,海洋資源的不合理開發導致海洋環境破壞與資源浪費,海洋環境問題越來越成為建設海洋強國的瓶頸和發展短板。2018年十九大報告將建設海洋強國從生態文明建設向現代化經濟體系轉變,對我國海洋環境開發與保護的重視已提升到空前的戰略高度。

  因此,研究海洋生態環境演變及其影響因素對促進我國海洋可持續發展、加快建設海洋強國具有重要的戰略意義。目前國內外關于水環境的研究主要集中在以下三個方面:

  ①水環境質量評價。國內外對水環境質量評價方法的研究大致分為化學方法和生物方法兩大類:化學方法主要包括單維度單項指標和多種指標綜合評價法,如ArcGIS技術、模糊評價法、灰色關聯評價法、熵值法等方法[1-5];生物學方法[6]則主要通過生物多樣性和群落結構變化來確定生物指標,反映環境質量。

  ②水環境影響因素。國內外相關研究主要集中在經濟活動和城市發展對海洋環境的影響。例如,國外學者Alberti等[7]通過研究發現,隨著城市經濟的發展,區域水文污染指標呈現出退化的趨勢;MihailovG[8]采用回歸方法,研究了黑海海灣中金屬污染對海洋環境質量的影響。國內學者董偉等運用灰色關聯分析方法對我國長江上游水源涵養區的生態安全影響因素進行了關聯度綜合分析[9]。

  ③水環境優化調控。國內葉龍浩、周豐等學者基于水環境承載力核算模型,通過SD模型對約束指標的敏感度進行了分析,找到了關鍵的影響因子,提出優化調控方法并應用于沁河流域系統[10];全華等學者基于水環境因子的動態閾值調控模型,提出了最優調控方案,使風景區河段的水環境達到穩定與協調的狀態[11]。

  綜上所述,國內外學者關于水環境的相關研究已頗有成就,但還是難以全面反映環境質量的實際狀況,因此本文進行了補充:①采用可變模糊識別模型,通過變化模型及其參數,將模糊綜合評價模型、理想點模型、Sigmoid型函數、模糊優選模型4種數學模型組合起來,對我國沿海11省市的水環境質量評價結果進行驗證,以提高環境質量評價的科學性、可靠性和等級評價的可信度。②采用地理探測器模型的最大優勢在于沒有過多的假設條件,可有效克服傳統統計分析方法處理類別變量時對假設條件和數據要求多的局限性[12],既可以檢驗單變量的空間分異性,也可以通過檢驗兩個變量空間分布的一致性來探測兩變量之間可能的因果關系。

  2研究方法與數據來源

  2.1可變模糊識別法

  可變模糊識別理論及其方法體系是由我國大連理工大學陳守煜教授創立的[13],其核心是對相對隸屬函數、相對差異函數和模糊可變集合的概念進行定義,主要是描述實物兩邊與質變時的數學語言和量化工具。

  2.2數據來源

  文中所有數據均來源于2007—2017的《中國海洋統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》、《中國國土資源統計年鑒》、《中國統計年鑒》、《中國城市統計年鑒》、《中國農村統計年鑒》,以及各省市的環境質量公報。

  3指標選取和分級標準

  3.1環境質量評價指標和分級標準設定

  在參考相關研究成果并結合我國海洋環境狀況與數據獲取難度,本文從污染排放、污染治理、污染面積和環保投資5個方面選取評價指標[16],遵循指標體系構建的科學性、可操作性、層次性、目標導向性等原則,將海洋環境質量評價指標體系分為目標層、要素層、指標層3個層次,共選取8項指標對我國沿海11個沿海省市海洋環境質量進行評價。

  3.2評價標準

  本文根據全國海洋環境指標狀況,同時參照國內其他沿海經濟帶的分級標準,并結合實際情況確定了我國沿海11個省市的海洋環境質量分級標準。

  3.3影響因素指標選取

  本文立足于地理學中的機理—響應研究范式,基于海洋環境驅動機制原理來尋求影響海洋環境質量的相關影響因子,并通過地理探測器空間技術模型來識別最重要的影響因子。陸地系統、海洋系統和綜合治理系統共同作用于海洋環境系統,而陸地系統和海洋系統又通過大氣循環和水循環而形成相互作用。

  4結果及分析

  本文運用陳守煜教授提出的可變模糊評價模型,計算了海洋環境質量的相對隸屬度。

  4.1海洋環境質量時間變化

  2006—2016年我國海洋環境質量水平呈現先上升后下降再上升的三階段發展趨勢。第一個階段為2006—2011年的上升階段,環境質量水平從2006年的2.20上升到2011年的1.66,年均上升率為4.90%;2006—2010年是我國海洋“十一五”規劃階段,規劃期間海洋由粗放式生產方式逐漸找到各省的發展優勢和劣勢,加上對產業結構的調整,重視科技發展和實施海洋生態環境保護政策,海洋環境質量得到明顯改善。

  到2011年海洋環境質量特征值為1.66,達到近年來的高水平階段;2011—2015年為我國“十二五”規劃期,由于本次規劃在上次的基礎上加大了對海洋的開發力度,追求海洋生產方式的多元化,海洋經濟得到快速發展,但與海洋環境質量保護不同步,經濟快速發展和經濟活動不斷加劇,導致海洋環境惡化,造成2012年的海洋環境較上一年下降了0.3%。

  2012年后我國調整了發展戰略,強調綜合重點整治海洋環境,尤其是加強對直接排入海中的污染源進行監管與調整,改善海洋生態環境,提高海洋環境質量,該期間海洋環境保護投資占GDP的比重有所提高,海洋環境建設取得了明顯成效,直接排入海中的廢水量由13.17×108t減少到10.38×108t,工業廢水達標排放率由95.09%上升到96.87%。

  4.2海洋環境質量空間分布

  我國沿海地區海洋環境質量的地區差異明顯,整體上分3個水平。其中,天津市、上海市作為最早的沿海開放城市,經濟發展水平高,科技水平和利用率也高,入海污染物受到有效控制,固體廢棄物和廢水處理率都達90%以上,環境保護投資占全省GDP的比重大。相對而言,海南省作為我國的旅游大省,第三產業比重高,生態環境保護投資力度大,海南省用3—5年營造了沿海基干林帶面積1.02萬hm2,重建了“海島綠色長城”,在我國沿海省市海洋生態環境保護工作方面居于全國的最高水平。

  河北省、山東省、福建省、廣東省海洋環境質量屬于中等水平,河北省在京津冀一體化過程中,科研投入和利用率不斷提高。山東省憑借自身強大科研實力,以及國家提出打造“山東半島藍色經濟區”的國家策略,海洋環境質量有明顯改善。由于產業結構不合理,河北省第二產業占比超過50%,經濟活動對海洋造成一定的污染。

  福建省、廣東省氨氮排放總量較大,且2006—2016年氨氮排放總量增長速度平均為80%。近年來,這些地方以近岸海域污染防治為重點,嚴格控制陸源污染,強化了工業廢水直接排海的點源控制,工業廢水廢棄物達標率達到82%,確保了近岸海域達到環境功能區劃標準。遼寧省、江蘇省、浙江省、廣西壯族自治區等地海洋環境質量水平較低,江蘇省、浙江省人均污染嚴重,氨氮排放總量大,海洋環境污染最嚴重;遼寧省、廣西壯族自治區的環保投資較低,多年平均值僅有1%左右,海洋污染未得到有效治理,海洋環境承載力低,海洋環境質量也未得到有效改善,導致發展水平最低。

  4.3海洋環境質量的影響因素分析

  本文將選取的9個影響因子和2006—2016年海洋環境質量的相關數據導入地理探測器模型。因子探測結果中影響力q值(q值越大,說明該因子對海洋環境質量的影響力越大;q值越小,說明該因子對海洋環境質量的影響力越小)表示各影響因素對海洋環境質量影響程度的大小。

  5結論

  本文運用可變模糊模型對我國沿海11個省市的海洋環境質量進行了評價。結果發現:隨著時間的推移我國海洋環境質量水平總體向良性轉變,海南、天津、上海對外開放早,經濟發達,入海污染物得到了有效控制,海洋環境質量水平有一定提高。

  河北、山東、福建、廣東屬于海洋環境質量中等水平的地區,產業結構、科技投入等海洋管理問題都有待加強;江蘇、浙江人均污染物排放量多,遼寧、廣西的環保投資較低,污染物未得到有效控制,內部差異顯著,海洋環境質量水平低。另外,因子探測結果顯示:影響因子中經濟效率、經濟規模和海水養殖量對海洋環境影響不顯著,工業污染、農業污染和環境規制對海洋環境質量影響最明顯。

  6對策建議

  通過以上分析,本文對我國沿海11個省市的海洋環境質量提出以下對策建議:天津、上海作為海洋環境質量高水平城市,產業結構相對合理,但第三產業內部的海洋科研教育等比重需要加強,海洋環保形勢仍較嚴峻,海洋基礎管理有待加強;海南應繼續加強國際旅游島建設,打造低碳海南,將生態優勢轉化為經濟優勢;河北、遼寧的海洋環境質量水平較低,應加強與臨近海洋強省———天津和山東的交流合作,降低第二產業的比重,擴大海洋高端制造業和海洋第三產業的比重,通過提高海洋相關產業結構中高層次科技產品的比重和工農業污染物數量的減少來提高海洋環境質量[17]。

  江蘇、浙江雖然為經濟強省,但海洋環境質量水平一般,應充分利用位于長三角的區位優勢,加快區域海洋科技信息平臺建設,提升海洋科技的輻射能力、擴散效應和功能效應,促進海洋環境的改善,推進實施科技興海戰略,同時注意對人均污物排放量的控制,提高污水排放達標率和產業結構的優化升級。。福建、廣東、廣西占據珠三角的區位優勢,資源豐富,但資源利用率低,產業層次需要進一步提升,提高海洋資源的開發深度,海洋科技轉化成果和產業化有待加強,推廣海洋健康合理的養殖,避免海水富營養化,加強海洋環保投資和排污量的控制。

  參考文獻:

  [1]王立華,李繼龍.利用GIS技術進行海洋環境質量評價的研究[J].海洋環境科學,2003,(4)∶44-48.

  [2]付會,孫英蘭.灰色關聯分析法在海洋環境質量評價中的應用[J].海洋湖沼通報,2007,(3)∶127-131.

  [3]韓彬,王保棟.河口和沿岸海域生態環境質量綜合評價方法評介[J].海洋科學進展,2006,(2)∶254-258.

  [4]馬紅娟,史西專.基于熵權法和多層次分析法的水環境模糊綜合評價研究[J].數學的實踐與認識,2015,45(6)∶154-164.

  [5]NarbonneJF,AarabN,ClérandeauC,etal.ScaleofClassificationBasedonBiochemicalMarkersinMussels:ApplicationtoPollutionMonitoringinMediterraneanCoastsandTemporalTrends[J].Biomarkers,2005,10(1)∶58-71.

  [6]孟范平,楊菲菲,程鳳蓮.基于生物標志物指數法的海洋環境評價方法綜述[J].應用生態學報,2012,23(4)∶1128-1136.

  環境方向論文投稿期刊:海洋環境科學(雙月刊)創刊于1982年,由國家海洋局海洋環境保護研究所暨國家海洋環境監測中心和中國海洋環境科學學會主辦。

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