基于脆弱性视角的环渤海地区人海关系地域系统时空特征及演化分析

李 博,苏 飞,杨 智,韩增林,彭 飞

1 辽宁师范大学海洋经济与可持续发展研究中心,大连 116029 2 浙江工商大学旅游与城乡规划学院,杭州 310018

脆弱性起源于自然灾害研究[1],随着研究领域的不断拓展,已成为全球环境变化与可持续性科学研究的前沿领域之一[2-3],其研究从侧重关注全球变化的自然环境系统的脆弱性向强调自然与人文系统脆弱性的综合作用发展[4],并呈现出多学科交融的趋势。目前,耦合系统(人-环境耦合系统[5]、人地系统[6-7]、社会-生态系统[8]等)作为脆弱性研究的基本分析单元,是关注的热点。人海关系地域系统是对人地关系地域系统的完善[9-10],已经成为了海洋地理学的重要研究内容[11]。

国外关于人海关系地域系统脆弱性研究的相关文献较少,仅有的也只是零星分布在与海洋相关的某个方面。如阿德里安托等[12]对日本岛屿经济脆弱性的研究,吉约蒙等[13]和维特等[14]分析小岛屿国家经济脆弱性。国内对沿海地区脆弱性的研究主要集中在自然灾害脆弱性对经济产生的影响等方面。如杨林和李渊[15]及赵昕等[16]研究我国沿海地区海洋灾害对经济产生的脆弱性影响。侯京明等[17]基于灾害风险评估理论分析台州市海啸的脆弱性。李琳琳等[18]分析粗糙集理论及组合赋权方法在风暴潮灾害脆弱性评价中的适用性。于谨凯等[19]对中国11个沿海省市区的海洋经济系统脆弱性进行了实证分析。赵国杰等[20]以河北省为例研究海岸带社会经济系统的脆弱性。随着劳动力、资金和技术等生产要素不断向环渤海地区积聚,“人”与“海”、“陆”与“海”之间矛盾日益凸显。人口骤增和沿海工业发展带来的陆源污染物入海量剧增导致海洋污染加重；传统海洋资源过度开发且未能有效寻求新兴可替代资源导致可利用资源匮乏[21]；海洋灾害频繁,加之沿海湿地和海洋保护区面积日益萎缩等生态破坏导致近海资源环境承载力不断降低[22-23]；过度依赖海洋资源而形成的产业结构,新型多样性经济结构未成熟；海洋基础设施支撑力不强,海洋科技创新不足[24]等威胁着环渤海地区人海关系地域系统的稳定性。本文从脆弱性视角对其人海资源环境-经济-社会耦合系统分析,通过多要素、多尺度、多流向和多重循环特性探讨环渤海地区人海关系地域系统发展趋势及影响因素,为人海关系地域系统研究提供新范式,具有重要的理论意义和实践价值。

人海关系地域系统是人与海洋两方面的要素在特定的地域按一定的规律交织在一起,相互关联、相互影响、相互制约、相互作用而形成的具有一定结构和功能的复杂系统,具有地域性、复杂性、开放性、动态关联性、脆弱性、恢复性、适应性、风险性等特征[25-26]。本文综合人海关系地域系统和脆弱性的定义,得出人海关系地域系统脆弱性的内涵：人海关系地域系统由于受内部结构制约和外部胁迫或扰动影响,以及恢复应对能力不足而使系统受损,是内外因共同作用的结果。脆弱性作为人海关系地域系统的一种本质属性,随着内部结构和外部扰动因素的改变而变化,是一个动态演变过程。

1 区域概述

图1 区位图Fig.1 Area bitmap

环渤海地区是指环绕着渤海(包括部分黄海)的沿岸地区所组成的经济区域,主要包括辽宁省、河北省、天津市和山东省三省一市的海域与陆域[27](图1)。

1.1 海洋资源

渤海是我国最大的内海,由莱州湾、渤海湾、辽东湾、渤海海峡和中部盆地组成,海域面积约7.7万km2,平均水深18m,具有丰富的海洋生物资源、矿物资源和海洋能源资源。2012年海洋捕捞产量和海水养殖产量分别为384万t和739万t,占全国比重分别为27.6%和44.9%。探明石油储量为5.6亿t,可开采储量3.5亿t；天然气储量为154亿m3,可开采储量95.2亿t。2012年原油产量和天然气产量占全国比重分别为72.2%和25.8%。环渤海沿岸主要有东北盐区、长芦盐区和山东盐区,2012年产盐量2841.1万t,占全国比重78%。此外,环渤海地区海洋能资源丰富,波浪能理论装机容量高达153万kW,500kW以上潮汐能可开发量达到60.7万kW,盐差能技术可开发量90万kW,蕴藏量达415万kW,2012年利用风能发电量达到725.9万kW。环渤海地区规模以上港口生产用码头泊位数877个,沿海6个(大连、天津、秦皇岛、烟台、青岛、日照)年吞吐量超千万吨大型港口和4个(丹东、营口、龙口、威海)年吞吐量超百万吨中型港口[28](表1)。

表1 2012年环渤海地区海洋资源表

表中数据依据《中国统计年鉴》、《中国海洋统计年鉴》、国家旅游局网站等相关资料整理得来；海洋生物资源量包括海洋捕捞产量和海水养殖产量

1.2 海洋经济

近20年来,环渤海地区利用丰富的海洋资源和后天建立的完善设施及雄厚的科研力量,使海洋经济成为环渤海地区经济增长中最具潜力和最具发展空间的重要领域。伴随“天津滨海新区”、“辽宁沿海经济带”、“山东半岛蓝色经济区”等上升为国家战略规划后,其海洋经济更进一步带动了地区经济快速发展。

从表2中可以看出：(1)区域海洋经济发展具有不平衡性。由于资源环境状况、经济基础、社会历史发展等因素的不同,环渤海地区海洋经济发展水平差异悬殊,各省(市)海洋经济总产值占全国海洋经济总产值比重差别较大。同一省(市)不同年份海洋经济总产值占全国海洋经济产值比重也不同。(2)发展海洋经济是助推区域经济增长的动力。1996—2012年环渤海地区海洋经济产值年均增长率均远大于地区GDP年均增长率。一方面,海洋产业产值不断增长,直接促进地区生产总值增长；另一方面,海洋产业发展带动相关陆域产业发展,间接提高了地区生产总值。

表2 环渤海地区海洋经济发展情况

表中数据依据1997—2013年《中国海洋统计年鉴》、《中国统计年鉴》和相关资料整理得来

2 指标体系的构建与方法选取

2.1 指标体系的构建

依据人海关系地域系统的特点将其划分为人海资源环境子系统、人海经济子系统和人海社会子系统,借鉴相关研究[29-32],遵循科学性、数据可获取性、可操作性和代表性原则,选取19个指标构建环渤海地区人海关系地域系统脆弱性评价指标体系(表3)。指标体系分为3层,第一层为总目标：人海关系地域系统脆弱性；第二层为准则层：人海经济子系统E、人海资源环境子系统R和人海社会子系统S；第三层为指标层：人海经济子系统E：E1-E5,人海资源环境子系统R：R1-R8,人海社会子系统S：S1-S6。指标分别从正、负两个方面反映其对人海关系地域系统的影响。当指标性质为正,其值越大,表明其对人海关系地域系统脆弱性贡献值越强,反之则反是；当指标性质为负,其值越大,表明其对人海关系地域系统脆弱性贡献值越弱,反之则反是。

2.1.1 数据来源

资料来源于1997—2013年《中国海洋统计年鉴》、《中国海洋年鉴》、《中国城市统计年鉴》、《中国环境统计年鉴》、《中国海洋环境质量报告》及相关年份环渤海地区省市的统计年鉴和统计公报数据。

2.1.2 权重确定

采用主观赋权(AHP)和客观赋权(熵值法)相结合的组合赋权法确定指标权重(表3),步骤如下：

(1)AHP赋权法[33],得各个指标主观权重w1p,p=1,2,…,n。

(2)熵值赋权法[34],得各个指标客观权重w2p,p=1,2,…,n。

(3)指标主观权重w1p和客观权重w2p应尽可能接近,根据最小相对信息熵原理得组合权重wp,p=1,2,…,n[33]。

2.2 评价模型及步骤

集对分析是由赵克勤学者提出的一种定量分析理论[35],用于解决多目标决策和多属性评价。人海关系地域系统受诸多因素影响,具有典型不确定性特征,而脆弱性是人海关系地域系统的属性之一,研究这个复杂系统的脆弱性属性的演变,可以采用集对分析。本文借用集对分析法来评估环渤海地区人海关系地域系统的属性-脆弱性变化,以科学分析1996—2012年环渤海地区人海关系地域系统时空变化趋势。

集对分析基本思路：在一定问题背景下对所论两个集合所具有的特性作同、异、反分析并加以度量刻画,得出这两个集合在所论问题背景下同、异、反联系度表达式[35]。如将有关联集合Q、T看成一个集对B,并按照集对某一特性在问题E的背景下,建立其确定与不确定关系。其联系度μ用公式表示为：

(1)

表3 人海关系地域系统统脆弱性指标及权重

公式①矿产资源丰裕度=∑wipi,i包含海洋原油产量、原盐产量、海洋天然气产量和海洋砂矿产量,pi为标准化处理后数据,wi为指标权重

式中,对集对B分析,有N个特性数,其中S、P和F分别为集合Q与T的同一、对立和差异性个数,且N=S+P+F。i和j是差异度和对立度系数,规定i取值[-1,1],j值恒为-1。a=S/N、b=F/N、c=P/N分别为同一度、差异度和对立度,显然a+b+c=1[35]。

根据集对分析思想,设人海关系地域系统脆弱性问题为E={H,I,W,X},评价方案H={h1,h2,…,hm}(m=68),每个评价方案有n个指标I={i1,i2,…,in}(n=19),指标权重W={w1,w2,…,wn},评估指标值记为dkp=(k=1,2,…,m,p=1,2,…,n),则问题E的评价矩阵D为：

(2)

确定最优方案集X={x1,x2,…,xn}和最劣方案集Y={y1,y2,…,yn}。集对B{Hk,U}在区间{X,Y}上的联系度u为：

(3)

式中,akp、ckp分别为评价指标dkp与集合[Xp,Yp]的同一度和对立度。

(4)

当评价指标(dkp)为正向时 当评价指标(dkp)为负向时

方案Hk与最优方案的贴近度rk定义式为：

(5)

rk指数反映了被评价方案Hk与最优方案集合X的贴近度。Hk指数越大表明贴近度越高,则待评价对象就越接近最优评价标准。本文用rk指数反映环渤海地区人海关系地域系统脆弱性强弱程度,当rk指数较小时表示系统脆弱性较低[36-37]。

3 结果及分析

3.1 评价结果

根据集对分析法,计算1996—2012年环渤海地区人海关系地域系统脆弱性指数(表4)。

表4 环渤海地区人海关系地域系统脆弱性评价结果

从表4可以明显看出1996—2012年环渤海地区人海关系地域系统脆弱性指数发展趋势和区域差异。各地区脆弱性指数整体上均呈现下降趋势,下降幅度依次是辽宁0.48、河北0.402、天津0.319、山东0.264。1996—2000年,这一阶段河北和天津的脆弱性指数相对稳定,辽宁和山东的脆弱性指数则出现小幅度下降。2000—2012年,这一阶段各地区脆弱性指数变化差异明显。2004—2005年、2008—2009年河北省的脆弱性指数出现短暂反弹上升,2001—2004年、2005—2008年、2009—2012年脆弱性指数是下降阶段。2000—2005年天津的脆弱性指数连续下降,2005—2006年反弹上升,2006—2010年脆弱性指数则相对稳定,2010—2011年脆弱性指数又明显下降。2001—2012年辽宁和山东的脆弱性指数均处于持续下降阶段,辽宁下降幅度明显大于山东。在研究期内,河北的脆弱性指数整体较大,虽然已出现大幅下降,但与山东相比,其脆弱性指数仍有较大下降空间。天津和辽宁的脆弱性指数分别排第二、三位,从2005年之后天津的脆弱性指数没有明显变化,其脆弱性指数相对较大,同样具有较大下降空间；辽宁的脆弱性指数虽然在开始阶段较大,但发展较好,其脆弱性指数下降幅度最大。山东的脆弱性指数整体相对较小,下降空间不大。

3.2 因素分析

3.2.1 人海经济子系统分析

环渤海地区4省(市)海洋产业发展水平不同且海洋三次产业结构不尽合理。以2012年为例,天津的海洋三次产业比例为0.2∶66.7∶33.1,二产比重过高,第三产业相对第二产业比重较小；河北的海洋三次产业比例为4.4∶54∶41.6,呈现出二、三、一产业结构,但其海洋产业总产值较小,在环渤海乃至全国处于落后水平；辽宁的海洋三次产业比例为13.2∶39.5∶47.3,呈现三、二、一最优的产业模式,但一产比重高出全国平均水平2.5倍；山东的海洋三次产业比例为7.2∶48.6∶44.2,二、三产业比例相差不大,已接近最优的三、二、一产业结构模式。在研究期内环渤海地区的海洋第二产业优势明显,海洋渔业、海洋油气业、海洋交通运输业和滨海旅游业四大传统支柱产业增加值占主要海洋产业增加值84.2%,而海洋医药和海洋电力等新兴产业增加值比重较小。海洋第三产业相对薄弱,支撑海洋第三产业发展的海洋交通运输业和滨海旅游业占据着绝对优势,海洋科研教育管理服务业增长较快,但比重较小。同一区域内海洋产业发展差异明显,以辽宁为例,大连的海洋产业产值占辽宁省海洋经济总产值一半以上,而其他沿海地区的海洋产业产值则明显较弱。

3.2.2 人海资源环境子系统分析

环渤海地区环境污染加重,海洋灾害频繁。环渤海地区是人口和工业密集区,半封闭的地形结构,导致其海水交换能力较差,海洋生态系统脆弱。长期以来,环渤海地区处于持续加速开发状态,近岸海域受工业“三废”污染和海洋资源开发中所排放的污水、废物以及漏油事故等影响,海域污染严重,并引发一系列次生灾害和衍生灾害。2011年与2003年相比,受污染海域面积增加10300km2,增长48.3%。海水富营养化程度日益严重,对海洋生物造成了严重威胁,适宜养殖水域面积持续缩减,旅游风景区水体透明度明显降低。赤潮频发,2002年发生14次,2010年发生7次,赤潮污染面积不断加大[38]。此外,环渤海地区受海冰等海洋灾害影响较大。2008年因海冰灾害直接经济损失34亿元；2010年海冰灾害直接经济损失达63.18亿元,港口及码头封冻296个,船只损毁7157艘,海水养殖受损面积达20.8万hm2,间接经济损失难以估量[39]。

3.2.3 人海社会子系统分析

环渤海地区海洋科技实力和人才力量整体雄厚,区域差异显著。山东处于优势位置,天津和辽宁的海洋科技实力处于中上游水平,河北的海洋科技实力最弱。山东和辽宁的科技力量和人才资源多集中在青岛、沈阳和大连,而其他地区相对薄弱。人才类型中从事基础海洋科技研究人员居多,具有交叉学科知识的应用型研究和高层次海洋技术人员较少。山东的科研贡献率遥遥领先,海洋科技对海洋经济的贡献率为50%,远远高出全国的20%平均水平[40],天津、辽宁和河北的海洋科技成果转化率明显较低,产业化进展较慢,高新技术产业比重较小。

4 脆弱性类型分异及对策

4.1 三角图法分析

借用三角图法[41-42]对1996—2012年环渤海地区人海关系地域系统进一步做时间序列分类研究,目的是划分环渤海地区人海关系地域系统的脆弱性类型并直观地看出其演化趋势,进而科学地提出可持续发展对策。沿海地区人海关系地域系统脆弱性指数VT(vulnerability of human-sea territorial system)是由人海资源环境子系统脆弱性指数VR (vulnerability of human-sea resource and environment subsystem)、人海经济子系统脆弱性指数VE (vulnerability of human-sea economic subsystem)和人海社会子系统脆弱性指数VS (vulnerability of human-sea social subsystem)加和组成,即：VT= VR+VE+VS[41]。根据沿海地区人海关系地域系统脆弱性指数的不同,以单一子系统脆弱性指数和两个子系统脆弱性指数之和在人海关系地域系统脆弱性指数中达80%为标准,将沿海地区人海关系地域系统脆弱性分为单一子系统脆弱型：人海资源环境子系统脆弱型(R 型)、人海经济子系统脆弱型(E 型)和人海社会子系统脆弱型(S 型)；复合子系统脆弱型：人海经济资源环境子系统脆弱型(RE 型)、人海经济社会子系统脆弱型(ES 型)和人海资源环境社会子系统脆弱型(RS 型)；均衡脆弱型：人海经济资源环境社会子系统均衡脆弱型(RES 型)[41]。

根据集对分析法,计算出各个子系统的脆弱性数值,并加权求和,将3个子系统脆弱性数值分别除以总和,得出各个子系统所占比例值。根据脆弱性分类标准,确定1996—2012年环渤海地区人海关系地域系统脆弱性的分类(表5)。

表5 1996—2012年环渤海地区人海关系地域系统脆弱性类型

人海资源环境子系统脆弱型(R 型)、人海经济子系统脆弱型(E 型)和人海社会子系统脆弱型(S 型)；复合子系统脆弱型：人海经济资源环境子系统脆弱型(RE 型)、人海经济社会子系统脆弱型(ES 型)和人海资源环境社会子系统脆弱型(RS 型)；均衡脆弱型：人海经济资源环境社会子系统均衡脆弱型(RES 型)

从表5可以清晰看出1996—2012年环渤海地区人海关系地域系统脆弱性类型及发展趋势。从类型上看,在研究期内单一子系统脆弱型有3次,均为R型；复合子系统脆弱型有21次,15次RS型,6次ES型；人海经济-资源环境-社会子系统均衡脆弱型次数最多,一共有44次。表明单一子系决定环渤海地区人海关系地域系统脆弱性年份较少,而复合子系统脆弱型和均衡脆弱型出现年份较多。从发展趋势上看,在研究期内天津人海关系地域系统由均衡脆弱RES型转向RS型,表明其人海经济子系统脆弱性所占比重逐渐减小。河北和辽宁人海关系地域系统脆弱性以RES型为主,其经济、资源环境和社会3个子系统脆弱性协调的年份较多。山东人海关系地域系统脆弱性类型变化最为复杂,由ES型经过RES型、RS型和R型的转变。在脆弱性类型的转变过程中,其人海资源环境子系统脆弱性逐渐凸显。

4.2 降低脆弱性对策

根据脆弱性类型的划分,找出影响人海关系地域系统脆弱性的主要要素,进而提出有针对性的对策建议。(1)人海资源环境子系统脆弱型(R型)的主要矛盾是人海资源环境子系统内的问题。因此,应适当控制资源开采的规模,加强培育可再生资源和非可再生资源的勘探；发展资源综合利用产业,提高资源开发利用的广度和深度；加强陆地和海上污染源监测,控制好陆地污染物排放入海,加强废水、固体废弃物项目的治理,做好海上流动污染治理特别是石油生产和海洋倾废项目管理,加快治理好重点污染海域；完善环境突发事件如油泄漏、化学品泄漏的应急反应预案。(2)人海经济社会子系统脆弱型(ES型)的主要矛盾是人海经济子系统和人海社会子系统内的问题。首先,沿海地区应结合自身优势,培育一批侧重延伸具有相对优势海洋产业链,加强陆海产业之间相互协调,带动海陆产业共同发展。在加强陆海统筹基础上通过优化资源配置,协调海洋三次产业比例关系,不断推进海洋产业结构升级。其次,加大教育、科技和科研投入力度,鼓励企业和科研单位相结合；注重科技成果的转化,依靠科技成果转化培育和发展新型海洋产业；加快人才培养,建立一批能够突破关键技术和发展海洋高新技术专业人才。此外,需要加强港口配套设施和交通建设,拓展港口经济腹地；推进海洋观测系统、海洋原始信息采集与数据共享平台设施和新能源等基础设施建设。(3)人海资源环境社会子系统脆弱型(RS型)的主要矛盾是人海资源环境子系统和人海社会子系统内的问题。应控制资源开采的规模,提高资源利用效率,加强环境保护、提高三废利用效率,增加科教投资和加强相应的基础设施建设等。(4)对于复合子系统脆弱型和人海经济资源环境社会子系统均衡脆弱型(RES型)的沿海城市,不同省份应根据自身情况侧重调整脆弱性较高的方面。

5 结论和讨论

(1)人海关系地域系统是人地关系地域系统研究的重要内容。本文以脆弱性为切入点,分别运用集对分析法和三角图法对1996—2012年环渤海地区人海关系地域系统脆弱性的发展趋势及类型进行研究。通过集对分析法表明环渤海地区人海关系地域系统脆弱性指数整体呈下降态势,稳定性显著增强；三角图法得出环渤海地区人海关系地域系统脆弱性属于单一子系统脆弱型的次数较少,复合子系统脆弱型和均衡脆弱型次数较多,是主要类型。可通过加强陆海统筹,优化海洋产业结构,加强海洋污染治理,推进海洋科学技术创新,加快人才培养和加强基础设施建设等措施实现降低脆弱性。

(2)脆弱性研究是目前全球环境变化和可持续发展研究的前沿课题之一,引起相关国际性科学计划和机构的高度关注。人海关系地域系统是复杂的耦合系统,其发展受自内在因素、人及外部环境等多重因素扰动影响。本文尝试性将脆弱性引入到环渤海地区人海关系地域系统研究,通过多要素和多尺度探讨其地域空间的结构特性及其规律演变,为人海关系地域系统研究提供了一个新的范式。鉴于人海关系地域系统的复杂性,如何科学地刻画脆弱性在面对扰动因素下的作用机理和驱动机制将是研究的方向。

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