沿海城市生态安全演练和仿制模拟——以A市为例

赵亚娟，张 旭，李笑晨，濮 诚，陈瑞腾

(天津水保工程咨询有限公司，天津 300150)

1 引言

在人类活动加剧、生态海洋开发越来越深入的情况下，海洋及海岸生态系统都受到了重大影响。在我国，沿海城市作为经济、社会和城市化发展都比较先进的地区，沿海生态安全问题需要得到足够的重视，这与整个国家的经济社会稳定都息息相关。因此，基于现代技术和生态保护理念，对沿海城市生态安全演变历程和特点进行研究，并对各类问题进行仿真模拟十分必要。

2 生态安全概念分析

2.1 生态安全概念

在目前国内外比较主流的看法中，生态安全是指人类社会和自然生态作为一个整体在免受不利因素危害时的保障条件。从本质角度来讲，生态安全是基于自然生态本身的脆弱性和风险性而存在的概念，对生态安全的研究和管理，主要是进行脆弱性分析，然后通过相关方法来改善生态的脆弱性，避免生态风险。在地球整个生态圈当中，任何一个地方的生态失衡和发生灾难性事件，都会导致全球生态安全受到影响。因此，作为世界大国，我国需要主动承担起保障生态安全的责任[1]。

海洋面积在地球总面积中占比较大，海洋生态也是地球生态中占据重要比例的部分，而沿海地区作为陆地生态和海洋生态的交界处，具备着复杂性和风险多样性的特点。尤其在我国沿海地区城市带分布交广、人口密度大、经济发展较快的情况下，沿海生态安全更需要引起足够的重视。

2.2 生态安全评价指标

目前全球各国和地区通行的生态安全评级指标是“压力-状态-响应”概念框架模型，简称为P-S-R生态安全评价指标体系[2]。在该体系当中，“压力”主要是指人类活动对自然生态产生的影响，包括废气排放、人造垃圾等，用压力因子代表，“状态”则是指一个地区当前的生态环境状态，评价指标包括空气污染物含量、物种多样性等，“响应”主要是指人类的活动政策，包括针对生态安全保护的有利政策和不利政策。

2.3 生态安全评价方法

目前我国主要用到的生态安全评价方法是基于P-S-R体系进行的，但是像主成分投影法、灰色关联法等传统评价方法在实际实施中都具有一定局限性，无法满足更全面的生态安全评价和管理需求。而在当代GIS系统、全球定位系统、遥感技术、信息模拟技术不断成熟的情况下，很多城市开始着手使用更加先进的生安全评价方法，意味着我国城市、地区和国家生态安全管理前景很值得期待[3]。

3 沿海城市生态安全演变研究——以A市为例

A市位于我国渤海经济区，是一个靠造船等重工业发展起来的现代化城市，经过对该市2006～2017年各项生态安全指数的分析，发现其生态安全等级总体呈逐渐好转的趋势。这主要得益于A市在近十年来保持较高的环境污染治理力度，据相关数据，该市2015年环保投资占比相比2005年增长了37%。同时，A市自2008年开始着手将该市建成宜居生态旅游城市的战略计划，并取得了不错的成绩。

3.1 A市的生态安全动态仿真模型建设

A市于2005年专门成立的生态安全模拟研究机构选定以SD为基础构建生态安全评价和模拟，从2006年开始进行模拟，模拟年限为2006～2025年。主要采用系统动力学专用软件来构建该市生态安全系统动力学模型，在该模型当中，着重分析了压力、状态和响应3个变量。而在沿海城市当中，关乎生态安全的因素主要包括社会、经济和自然，所以该市在系统中加入了人口密度、国民生产总值、海洋自然灾害频率及环境污染治理投资额等变量。

在该模型当中，对“压力”的变量观测对象主要包括该市生活污水及垃圾排放量、工业废水及废气排放量、工业垃圾排放量、GDP能耗等，这些被观测的变量主要反映了该市经济发展和社会活动对生态安全的影响。针对“响应”的变量观测，主要包括该市生活污水处理率、工业废气排放达标率、科学教育支出、生活垃圾分类无害处理率等，这些指标主要反映该市通过环境保护投资、教育投资而对生态安全保护产生的积极影响。针对“状态”变量的监测，主要对象包括该市空气质量指标、绿化率、沿海地区海洋水质等，该变量的动态变化，直接反映该市生态环境保护和环境治理取得的成果，也有助于分析该市未来生态环境质量的发展趋势[4]。

3.2 模型检验

A市在构建了这一套生态安全动态仿真模型之后，对各类变量的获取路径、影响效果进行了核查和追踪，并通过数据测算和检验，证明了该模型可以真实地反映该市生态安全系统的发展状态和实时情况。

4 沿海城市生态安全系统的仿真模拟

4.1 发展预测

通过对以上A市生态安全动态仿真模型的研究和分析，进行仿真模拟，是进一步评估和预测该市生态安全状态和发展趋势的关键。在仿真模拟的具体实施过程中，根据该市收集和监测到的数据，拟定各个变量数值，然后基于该模型进行仿真模拟验算。可以发现，在模型建立之初，即2006年，该地区生态安全值是0.736，在仿真模拟的第五年，该值变为-0.398，自第五年开始，每年的相关数值都是负数，这说明了自2011年开始，A市生态安全状况一直维持在比较良好的水平，该市生态保护和发展政策(响应)起到了很好的积极作用，并且能够抵消和覆盖该市社会经济发展产生的负面影响。

4.2 主要影响因素

基于A市的生态安全系统仿真模拟的结果，进一步分析环境污染治理投资额、第三产业GDP占比等变量，有利于进一步分析在沿海城市生态安全动态管理中，哪些因素的影响较大。

4.2.1 工业产值

A市工业产值占GDP比率约为35%，在模拟仿真过程中，将该数值下调至25%，可以发现该市生态安全状况逐渐好转，并且于仿真模拟的第5年转变为-0.263。所以可以得出结论，沿海城市积极降低传统工业比例，可以在降低能耗、减少污染物排放之后，很大程度上减缓生态安全恶化趋势，并且有利于改善这一状态[5]。

4.2.2 第三产业占GDP比率

从第三产业角度来讲，2012年，A市第三产业占GDP比率约为41%，而将该比率调整至50%进行仿真模拟，可以发现在第三年时，该市生态安全状态明显好转，尤其是到2018年时，该市生态安全状态指数达到了-3.251，明显比其他第三产业占比较少的沿海城市好。

4.2.3 能耗指数

在当前社会环境下，能耗指数主要受到两方面因素的影响，其一是城市工业、经济发展中采用的相关技术先进性，其二是城市工业占比。目前一般使用的能耗指数是单位GDP能耗指数，主要是指城市每产生一个单位的GPD而消耗的能源值。例如，我国当前沿海城市主流的GDP能耗指数为0.807t标准煤，本文将该数值带入A市生态安全评价系统进行仿真模拟，可以发现该市生态安全状况在第四年开始好转。所以可以发现，积极推进节能减排技术的研究和推广，并加强排放管理，有助于城市生态安全管理[6]。

5 结语

沿海城市作为地球海洋生态、陆地生态交界的地区，其生态安全状况存在着多种影响因素。在我国社会经济飞速发展且社会生态环保意识逐渐建立的大环境下，生态安全管理成为重要工作之一。包括沿海城市在内的各个城市和地区，都应当积极采用科学方法，对当地生态安全状态进行评估，并通过仿真模拟，找到影响生态安全的主要因素，在后续发展中采取针对性措施，为人们创造更加舒适健康的生存环境，保证城市和社会发展可持续发展。