基于PSR模型的围填海对海洋资源影响评价方法研究*

于定勇,王昌海,刘洪超

(中国海洋大学工程学院,山东青岛266100)

据统计,目前我国围填海面积累计已达0.17亿hm2,约占我国可耕地面积的12%以上[1],随着我国经济发展和对土地资源需求的快速持续增长,正掀起新一轮的大规模围填海热潮,比如已在进行的河北省曹妃甸围填海项目,计划2004—2020年期间在唐山市南部海区的曹妃甸浅滩填海造陆31 000 hm2修建曹妃甸工业区[2]。围填海开发活动占用和损耗了极大的海洋资源,改变了海洋水动力条件,造成潮流动力减弱、水流携沙能力降低、海底淤积加重,还减弱了港口航道功能,减少了天然滨海湿地面积,破坏了海洋生物栖息环境,造成生物多样性降低等问题。

海洋资源的定义有狭义海洋资源和广义海洋资源两种说法。狭义上讲,海洋资源是指与海水水体本身有着直接关系的物质和能量。广义上讲,所有在一定时间内,能够产生经济价值以提高当前和未来福利的海洋自然环境因素都称作海洋资源。除了狭义定义的物质以外,通常把港湾、海洋航线、水产资源的加工、海洋中的风能、海底地热、海洋景观、海洋空间以及海洋的纳污能力等等都视为海洋资源[3]。

目前,国内外已有研究者进行了围填海开发活动对海洋资源影响的研究。张珞平等[4]在《福建省海湾数模与环境研究—福清湾》一书中从各个角度评价了围填海项目的影响,其中包括对海洋资源的影响分析。王静等[5]综合考虑围填海对动力泥沙环境、海洋生态环境、资源综合开发和社会经济影响,建立了围填海适宜规模评价指标体系,构建了适宜围填规模评价决策模型。肖佳媚等[6]分析了PSR模型在海岛生态系统评价中的应用,并依据指标体系的建立原则提出了1套基于PSR模型的海岛生态系统评价指标体系。谢挺等[7]根据舟山海域近几年海洋环境质量的发展趋势,阐述了围填海工程快速发展对舟山海域海洋环境所带来的影响,并对如何预防和减轻围填海工程快速发展带来的不良影响提出了几点对策。戴桂林等[8]基于海洋产业角度对围填海开发活动影响进行了分析,从海洋渔业、海洋运输业等海洋产业角度分析了围填海与海洋产业之间的密切联系,结果表明围填海活动不同程度地影响了渔业和水产资源、港航资源、海洋空间资源以及旅游资源等,使原本就存在的海湾资源利用矛盾白热化,加剧了资源的利用冲突和产业之间的矛盾。朱凌等[9]探讨了围海造地综合效益的评价方法,提出评价围海造地的综合效益时宜采用模糊综合评价的方法,综合考虑围海造地所产生的经济效益、资源环境效益以及社会效益。H.Dalkmann等[10]分析了围填海开发活动在海湾的叠加效益及其对海湾的长期累积性影响。本文从海洋资源受影响程度角度分析围填海开发活动对其的影响,基于PSR模型分析围填海开发活动对海洋资源的影响。

1 基于PSR模型的评价方法

该评价方法首先基于PSR模型构建了围填海开发活动对海洋资源影响程度评价指标体系,根据PSR模型中的压力、状态和响应子系统选择合适的评价指标,利用判断矩阵分析法对各个评价指标赋予不同的权重值,利用综合指数法计算评价得分,最后根据评价结果定量评价围填海开发活动对海洋资源影响程度。

1.1 PSR模型

PSR(Pressure-State-Response),即压力,状态,响应。最初是由加拿大统计学家David J.Rappo rt和Tony Friend(1979)提出,后由经济合作与发展组织(OECD)和联合国环境规划署(UNEP)于20世纪八九十年代共同发展起来的用于研究环境问题的框架体系。在这个模型中,P代表人类活动带来的压力,指人类向自然的索取,包括各种资源、物质等;S代表自然环境和资源的状态,比如空气、水、土地资源的状况及可再生、非可再生资源的存量状况;R代表政府、企业以及消费者个体对环境状态的反应,例如政策、税收、补贴、抗议等[11]。

围填海开发活动对海洋资源影响程度评价的PSR模型见图1,在此评价体系中,P代表围填海开发活动对海洋资源的压力,S代表海洋资源目前的存量及质量状态,R代表管理者、生产者、消费者针对围填海开发活动对海洋资源的影响作出的反应,根据压力及响应对海洋资源的影响,选取评价海洋资源现状的指标,对围填海开发活动对海洋资源的影响程度作出评价。

围填海开发活动对海洋资源影响评价体系的建立,是以围填海开发活动对海洋资源影响程度为总体目标,在分析影响因子的基础上,充分考虑具体评价指标进行评价。基本框架由目标层、准则层、指标层构成,目标层是确定围填海开发活动对海洋资源的影响程度,准则层是评价指标达到预定目标的中间环节,包括压力层、状态层、响应层,指标层反映的是具有典型代表意义同时能反映围填海开发活动对海洋资源影响的特征指标。

1.2 评价指标的选取

参照PSR概念框架,围填海开发活动对海洋资源影响评价指标体系包括3个子系统,即压力子系统、状态子系统和响应子系统。压力指标描绘围填海开发活动对海洋资源产生的影响,反映围填海开发活动对海洋资源的消耗和破坏程度;状态指标描绘海洋资源的存量情况;响应指标描绘社会对海洋资源变化的响应,反映人们对海洋资源变化的关注程度及采取的相关措施。

围填海开发活动对海洋资源的压力子系统包括社会经济、资源利用和环境直接压力3个层次,主要体现在占用港口航道资源、改变生物栖息地功能、破坏自然旅游景观等;状态指标是对现有海洋资源存量和质量、服务功能的分析与描述,选取指标主要考虑海洋资源的可利用情况和质量情况;响应指标主要考虑能够维护、改善海洋资源利用状态的社会、经济和科技保障及管理能力,在选择响应指标时主要考虑管理制度、资金投入和科技支撑情况等。其中案例分析中福建省福清湾及海坛峡海域海洋资源评价指标体系见表1:

表1 福清湾及海坛峡海域海洋资源评价指标体系Table 1 Fuqing Bay and Haitan Strait marine resources evaluation system

1.3 评价指标的标准化处理

为了使评价指标之间具有可比性,需要将每个评价指标的原始数据进行归一化处理,采用极差标准化方法将各评价指标值转换成0～1之间的评价指数,使评价指标无量纲化。

根据各个指标对海洋资源的影响效果,可分为效益型指标和成本型指标,其中效益型指标指有利于海洋资源利用的指标,数值越大越好;成本型指标指不利于海洋资源利用的指标,数值越小越好。根据两类影响,对各种指标采用不同的标准化方法。

效益型指标标准化方法:

式中,Y为标准化评价指标值,X为原始评价指标值,Xmax为效益型评价指标的最大值,Xmin为效益型评价指标的最小值。

成本型指标标准化方法:

式中,Y为标准化评价指标值,X为原始评价指标值,Xmax为成本型评价指标的最大值,Xmin为成本型评价指标的最小值。标准化后所有评价指标取值在0～1。

1.4 评价指标权重的确定

评价指标权重aij的确定是评价关键环节之一。评价指标的权重集合Ai确定的恰当与否,直接影响评价的结果。Ai的确定方法有多种,常用的方法有:专家调查法、判断矩阵分析法等,在此主要介绍判断矩阵分析法。

以A表示目标,ui表示评价因素,ui∈U(i=1,2,…,m),uij表示ui对uj的相对重要性程度即标度(j=1,2,…,m)。判断矩阵的标度值由专家打分法得出,标度值及其含义见表2。

表2 判断矩阵标度及其含义Table 2 Judgementmatrix scale and its imp lication

由上述标度值的意义得判断矩阵P(也称之为A-U判断矩阵):

由A-U矩阵,求出最大特征值所对应的特征向量。所求单位特征向量即为各评价因素的权重,也就是所设定目标优先等级的权重。本文采用和积法计算:

(1)将判断矩阵每一列归一化:

(2)每一列经归一化后的判断矩阵按行相加:

即得所求权向量:w=(w1,w2,…,wm),则权重集合Ai=(w1,w2,…,wm)。

(4)计算最大特征值:

(5)对判断矩阵进行一致性检验:

式中,CR为判断矩阵的随机一致性比率;CI为判断矩阵的一般一致性指标;RI为判断矩阵的平均随机一致性指标,对于14阶判断矩阵,RI的值为1.58[12]。

检测准则:当CR<0.10时,即认为判断矩阵具有满意的一致性,说明权重分配合理;否则,就需要重新调整判断矩阵,直到具有满意的一致性为止。

1.5 评价得分的计算与评价标准

评价得分计算公式为:

式中,I为围填海开发活动对海洋资源影响程度的定量化得分,Ai为各大类评价指标的权重为各大类评价指标标准值。

式中,Aj为各小类评价指标的权重为各小类评价指标标准值。

围填海开发活动对海洋资源的影响评价比较理想的得分是0.8～1分,表示围填海开发活动对海洋资源影响很小,当围填海开发活动对海洋资源影响程度得分偏高或偏低时,很容易做出判断,但当得分在0.5分附近时就不易作出准确的评价了,为了得到更加准确的评价,当处于这个分数段时需要进一步评价。根据张宗书[13]、乌敦[14]等人的研究成果,提出了围填海开发活动对海洋资源影响评价标准,分为4个等级,评价标准分级如下表3。

表3 围填海对海洋资源影响评价标准Table 3 Impact of reclamation on the marine resources evaluation criteria

2 案例分析

以福建省福清湾及海坛峡海域为例,选取评价指标如表1所示,其中评价指标计算所用统计数据来自于《福建省海湾数模与环境研究》项目系列专著[15]。

2.1 评价指标值的计算

(1)浅海滩涂资源:收益还原法

计算公式如下:

式中,P表示被填海域产业开发的生产要素的价值,R表示产业开发的年总收入,I表示产业开发的年生产成本,T表示税率,i表示还原利率,Sc表示产业开发面积,S表示被填海域的面积。

(2)港航资源:剩余法

计算公式如下:

式中,Phs表示被填海域作为港航部门的生产要素的价值,R表示港航部门利用海域的总收入,I表示港航部门的固定资产投资,O表示港航部门的运营成本,t1表示与海域价格无关的税率,t2表示与海域价格有关的税率,可以取0,ρ表示社会平均投资回报率,取20%,Shs表示港航部门使用的海域面积,S表示被填海域的面积。

(3)旅游资源:费用支出法

采用费用支出法可以获得旅游者的旅行花费:

旅行总费用=交通费用+食宿费用+门票费用+景区内服务费+其他费用

(4)渔业资源:市场价值法

围填海开发活动造成的渔业资源损失的价值可根据围填海开发活动直接占用海域内的渔业资源价值损失来计算。计算公式为:

其中,Ps为渔业资源价值损失,Si为第i类渔业资源养殖面积,Ci为第i类渔业资源的市场单价,Yi为第i类渔业资源的单位面积产量,Wi为生产第i类产品的成本投入。

(5)珍稀物种资源

围填海开发活动破坏了海洋生物栖息环境,进而影响珍稀物种的维持。珍稀物种资源价值损失的计算公式为:

式中,Pd是珍稀物种资源价值损失,Cd是单位面积珍稀物种资源价值,目前珍稀物种资源的价值计算主要通过支付意愿法、自然保护区用于物种保护的经费投入或参考国内外相关研究成果来实现,S为围填海占用的对保护珍稀物种有贡献的海域面积。

福清湾及海坛峡海域围填海工程包括多种工况,将各种工况造成的海洋资源损失价值采用累加法累加起来,得到此海域围填海工程造成的海洋资源损失价值。另外,海域未利用空间比例、未利用岸线比例通过围填海开发海域占此海域面积、岸线长度分析获取,浅海滩涂开发率通过围填海占用的浅海滩涂海域面积比例获取。海洋自然保护区比例通过福建省海洋功能区划获取。

2.2 评价过程

(1)确定指标原始值及标准值

根据2.1中的计算方法得到评价指标值。其中压力子系统的评价指标均正向反映海洋资源所受的压力,其值越大反映所受压力就越强,这些评价指标均属于成本型指标。状态子系统的评价指标均属于效益性型指标。响应子系统的评价指标是为减少围填海开发活动对海洋资源的影响所作的努力,也是效益型指标。采用评价指标标准化方法,得到评价标准化指标值如表4所示。

表4 福清湾及海坛峡海域海洋资源评价指标值列表Table 4 Fuqing Bay and Haitan Strait index value of marine resources evaluation factor

(2)确定指标权重

根据判断矩阵分析法得出评价指标权重值如表5中所示,其中准则层及指标层判断矩阵均具有满意的一致性。

表5 福清湾及海坛峡海域海洋资源评价指标权重列表Table 5 Fuqing Bay and Haitan Strait target weight of marine resources evaluation facto r

(3)评价结果

通过计算得到评价参数I的分值为0.692。该结果表明福清湾及海坛峡海域围填海开发活动对其海洋资源影响较小,该海域对围填海开发活动的影响尚处于可承受范围,可以进行适度的围填海开发活动。

3 结论

(1)利用PSR模型中压力、状态、响应相互作用的关系阐述了围填海开发活动对海洋资源的影响,基于压力、状态、响应子系统确定并标准化处理了影响评价指标,根据判断矩阵分析结果给出了指标权重,构建了围填海开发活动对海洋资源影响的评价体系。

(2)利用该评价体系进行了福建省福清湾及海坛峡海域围填海开发活动对其海洋资源的影响分析,分析结果表明福清湾及海坛峡海域围填海开发活动对其海洋资源影响较小。

[1] 陈吉余.中国围海工程[M].北京:中国水利水电出版社,2000.

[2] 尹鸿延.对河北唐山曹妃甸浅滩大面积填海的思考[J].海洋地质动态,2007,23(3):1-10.

[3] 楼东,谷树忠,钟赛香.中国海洋资源现状及海洋产业发展趋势分析[J].资源科学,2005,27(5):20-26.

[4] 张珞平,江毓武,陈伟琪,等.福建省海湾数模与环境研究[M].北京:海洋出版社,2008.

[5] 王静,徐敏,陈可锋.基于多目标决策模型的如东近岸浅滩适宜围填规模研究[J].海洋工程,2010,28(1):76-82.

[6] 肖佳媚,杨圣云.PSR模型在海岛生态系统评价中的应用[J].厦门大学学报:自然科学版,2007,46(1):191-196.

[7] 谢挺,胡益峰,郭鹏军.舟山海域围填海工程对海洋环境的影响及防治措施与对策[J].海洋环境科学,2009,28(1):105-108.

[8] 戴桂林,兰香.基于海洋产业角度对围填海开发影响的理论分析[J].海洋开发与管理,2009,26(7):24-28.

[9] 朱凌,刘百桥.围海造地的综合效益评价方法研究[J].海洋信息,2009,(2):18-20.

[10] Dalkmann H,Herrera R J.Analytical strategic environmental assessment(ANSEA)developing a new approach to SEA[J].Environmental Impact Assessment Review,2004,24:385-402.

[11] 于谨凯,高磊.基于PSR模型的海洋生物资源可持续开发政府诱导研究[J].经济问题探索,2009(9):11-15.

[12] 焦树峰.AHP法中随机一致性指标的算法及MA TLAB实现[J].太原师范学院学报:自然科学版,2006,5(4):45-47.

[13] 张宗书.区域可持续发展评价指标体系与方法研究-四川省区域可持续发展评价为例[J].乐山师范学院学报,2002,17(4):79-82.

[14] 乌敦.用层次分析法评价呼和浩特市城市可持续发展状况[J].内蒙古师范大学学报:自然科学汉文版,2005,34(2):237-240.

[15] 刘修德,李涛.福建省海湾数模与环境研究[M].北京:科学出版社,2008.