江蘇示范區填海造地用海定級研究＊

2015-09-29 03:21:26徐智穎鐘太洋黃毅

海洋開發與管理 2015年5期

徐智穎，鐘太洋，黃毅

（南京大學地理與海洋科學學院南京 210023）

海域資源是重要的公共資源［1］，人類開發和利用海域資源的歷史悠久。隨著沿海地區經濟的發展和人口的膨脹，填海造地已成為沿海地區拓展生存和發展空間、緩解土地資源緊缺的重要手段［2－3］，填（圍）海造地也成為一種海域使用類型。海域使用分類定級則是針對不同海域使用類型，綜合考慮海域的區位、自然資源條件、周邊社會經濟發展狀況［4］，選取適合有效的評定方法，進行海域級別的劃分。

本研究以江蘇示范區為例，對全海域及海洋功能區劃中填海造地海域進行了填海造地用海定級研究，更加深入地了解海域質量優劣程度，也為合理開發利用海域資源、規范海域管理、統籌發展海洋經濟與海洋環境［5］提供了依據。

1 研究思路與方法

1.1 定級思路

本研究采用多因素綜合評價法，對江蘇省全海域以及海洋功能區劃填海造地海域進行定級，即通過建立填海造地用海定級指標體系，確定各指標權重，對標準化后的指標值進行加權求和，得到一個綜合分值，計算公式為

式中：S表示定級單元的綜合分值；A表示定級單元各指標的標準化分值；W 表示指標的權重值。

根據計算所得的各單元的綜合分值，初步劃分海域級別，并運用方差分析檢驗級別劃分的合理性。

另外，研究中還采用了“多因素—限制因子”法對江蘇省全海域進行定級，即在之前多因素綜合定級的基礎上，考慮填海造地用海限制因子的影響，將不符合限制因子條件的海域直接劃定為等外級。

1.2 研究方法

1.2.1 定級單元的劃分

定級單元是計算定級因素因子分值和綜合分值的基本單元，其形式對因子分值的計算方法和海域級別劃分的精度有重要影響。從海域的特性來看，劃分方法可以概括為標準分區法（網格法、柵格法）和自由分區法（地塊法）。本研究采用柵格法確定定級單元，即將研究區域劃分成2km×2km的柵格，每個柵格作為一個基本定級單元，并且改變柵格單元格大小按相同定級流程再次定級，以分析定級單元尺度變化對定級結果的影響。

1.2.2 指標選擇與權重

針對江蘇省沿海地區的實際情況，并依據指標選擇的可獲取性、指標可量化以及資料有效性等原則，“海洋公益性行業科研專項經費項目——海域使用權價值評估技術體系與決策系統研究與示范（201105004）”項目組討論確定了對填海造地用海定級有著明顯作用，又能體現海域自然資源條件、區位條件以及社會經濟條件差異［6］的定級指標及其權重，構建的定級指標體系及權重見表1。定級指標體系中各指標的重要程度不同，因此指標權重值也存有較大差異，后續會將各指標權重換成等權進行定級，以分析權重變化的影響。

表1 江蘇省填海造地用海定級指標體系

定級單元各指標的分值由網格單元中心點得分確定，由于各指標定義不同，因此各指標計算單元格得分方式也有所差異。

1.2.3 指標值的標準化

按照定級指標數量級差異，本次填海造地用海定級統一采用極值標準化方法。對于非數據性資料，則采用賦值標準化方法進行處理。

（1）極值標準化。其公式采用相對值法計算指標的作用分，標準化結果按0～100封閉區間賦分。因素指標與作用分的關系呈正相關，計算公式為

式中：fI為某指標的作用分；xmin、xmax、xI分別為指標的最小值、最大值和某指標數值。

（2）賦值標準化。對于海岸質量指數、海水質量指數等指標，指標分值是通過賦值得到，賦值時按照0～100封閉區間取值，直接得到標準化結果。

1.2.4 級別的劃分和綜合校正

根據定級單元的數量，此次定級采用總分頻率曲線法進行海域級別的劃分，即對單元綜合分值作頻率統計，繪制頻率直方圖，按照海域優劣的實際情況，選擇頻率曲線分布突變處為級間分界。另外，研究中還使用了ISO聚類非監督分類法劃分海域級別輔以分析。

初步劃分海域級別后，將通過方差分析檢驗級別劃分的合理性，如果級別劃分合理，平均組內平方和要顯著小于平均組間平方和，方差分析的F檢驗統計量定義如下：

式中：SST為觀測變量總離差平方和；SSA為組間離差平方和；SSE為組內離差平方和，n為總樣本數；k－1和n－k分別為SSA和SSE的自由度；MSA是平均組間平方和；MSE是平均組內平方和。

另外，研究中還使用了ISO聚類非監督分類法劃分海域級別，將其與總分頻率曲線法所劃分的結果進行對比，以分析級別劃分方法對定級結果的影響。

2 研究區概況及數據

江蘇省領海海域地處31°33′N－35°07′N，位于我國沿海地區的中部，西太平洋沿岸帶中心［7］；海岸線北起蘇魯交界的繡針河口，南抵長江北口［8］。本研究所用數據主要來自《江蘇省統計年鑒》《江蘇省海洋質量統計公報》以及《江蘇省近海海洋環境資源現狀調查資料》［9］。

3 結果與分析

3.1 海域等級劃分結果

3.1.1 全海域定級結果

按照填海造地用海定級指標體系中各項定級指標的權重，經加權求和得到定級單元的綜合分值，最高值為49.83，最低值為8.07。對各單元的分值進行頻數統計并繪制頻數直方圖，結合定級單元綜合分值區間數分別為50、100、150和200情況下的頻數直方圖的疏密程度，并考慮定級海域范圍、海洋產業開發利用程度與海域質量差異程度［10］，選擇圖中頻率分布突變處（波谷處）作為級間分界，共劃分出9級。其中，1級海域最差，9級海域最好。全海域北部和南部的海域等級較高，而中部區域海域等級偏低。定級結果為2級和7級的海域面積較大，分別占定級范圍的20.35%和19.05%，而定級結果為1級和9級的海域面積較小，分別占定級范圍的4.49%和2.68%（表2）。

表2 江蘇省填海造地用海各級海域面積及面積比例

利用方差分析對海域定級分級結果進行檢驗，這里方差分析的零假設為不同海域級別沒有對評價單元綜合分值產生顯著影響，分析結果見表3。組別劃分和隨機誤差引起的方差分別為61636.82和1.033，相除所得的F統計量的觀測值為59637.41，對應的概率p值近似為0。如果顯著性水平a為0.05，由于概率p值小于顯著性水平a，則應拒絕零假設，認為海域級別劃分合理。

表3 檢驗級別劃分合理性的方差分析結果

以沿海各區（縣）為行政單元，對各行政單元各級海域面積進行統計（表4）。偏北部的贛榆縣、連云區和灌云縣的海域等級較高，極大部分海域被劃分為4～7級。中部的響水縣、濱海縣、射陽縣和大豐縣的定級結果等級普遍偏低，定級結果多為1～4級海域。偏南部的東臺市、如東縣、通州區、海門市和啟東市海域定級結果較好，如海門市附近海域均被劃定為9級。

表4 各行政區域各級海域面積比例

3.1.2 基于海洋功能區劃的定級結果

對海洋功能區劃中填海造地海域按照定級指標體系中各項定級指標的權重，得到的單元綜合得分最高值為49.84，最低值為10.92。基于海洋功能區劃的定級單元共有116個，根據公式n＝1＋1.332lnm計算所得的級別數（其中m為單元數，n為級別數）為7，并結合定級單元綜合分值區間數分別為50、100、150和200情況下總分頻率直方圖的疏密程度，綜合之下選擇圖中頻率分布突變處作為級間分界。其中，1級海域定級結果最差，7級最好。低等級海域集中分布在中部的射陽縣、大豐縣和響水縣附近，等級最高的海域集中在海門市和啟東市附近。

統計各級海域面積及其所占比重，結果如表5所示。各級面積比重相對來說較為均衡，4級海域和5級海域面積所占比重稍大，分占總定級面積的36.21%和17.24% ；而1級和2級海域面積所占比重要稍小。

表5 基于海洋功能區劃填海造地用海各級海域面積及其比例

利用方差分析對海域級別劃分是否合理進行校驗，這里方差分析的零假設為：基于海洋功能區劃定級結果中的不同海域級別沒有對評價單元綜合分值產生顯著影響，分析結果見表6。組別劃分和隨機誤差的方差（平均變差）分別為954.421和2.015，相除所得的F統計量的觀測值為473.761，對應的概率p值近似為0。如果顯著性水平a為0.05，由于概率p值小于顯著性水平a，則應拒絕零假設，因此基于海洋功能區劃填海造地的海域級別劃分合理。

3.2 全海域定級結果分析

3.2.1 空間差異

定級結果呈現出較大的空間差異，偏南部的啟東市、海門市、通州區、如東縣海域和偏北部的贛榆縣、連云區、灌云縣海域級別較高，而中部的響水縣、濱海縣、射陽縣等海域級別相對較低。聯系評價因子并查閱沿海地區相關資料，可將空間差異產生的因素歸結為經濟發展水平的差異、社會條件和人口數量的差異、自然條件的差異。其中，偏南部的啟東市、海門市等地理位置靠近上海，經濟發展水平較高，而偏北部的連云區等依靠旅游資源經濟也得到了較快的發展，這些區域經濟較為發達，城鎮建設速度較快，土地資源比較稀缺，地價也較高，海域級別普遍偏高。同時，人口數量、交通發達等社會人口因素，海岸和海域自身的自然條件也是產生空間差異的原因。

3.2.2 尺度效應

為觀察定級單元尺度大小對定級結果的影響，將定級柵格單元分別設為1km×1km、1.5km×1.5km、2.5km×2.5km以及3km×3km并按上述流程進行定級，得到海域定級結果見表7。隨著定級單元的變化，各級海域面積比重變化幅度均未超過1%，可以看出定級單元尺度大小對海域定級結果產生的影響極小。

表7 不同尺度定級單元各級面積比重統計結果

3.2.3 權重效應

將定級指標體系（表1）中各指標的權重設為相等數值，比較等權和按指標體系中的權重進行綜合加權的定級結果（表8）。相較于綜合加權所得的定級結果，等權計算條件下的各級面積大小和空間發布都發生了較大程度的變化，6級、3級和4級海域面積比例有了較大幅度的增加，而級別較高的7～9級海域面積比下降較多。

表8 不同權重下的定級結果

3.2.4 方法效應

ISO聚類非監督分類法和總分頻率曲線法劃分出的海域級別對比結果見表9。聚類非監督分類是根據特征參數的統計特征，建立決策規則來進行分類。從表9中可看出，各級分值區間和面積比重都發生了較大的變化，聚類非監督分類法劃分結果中的1級和8級面積比變大，而中等級別的海域面積比則都有了一定程度的下降。

表9 不同劃分級別方法的定級結果

3.3 “多因素—限制因子”定級分析

隨著經濟的迅速發展，土地資源短缺的矛盾日益突出，我國沿海許多地區都相繼開展了填海造地工程。因此，填海造地的實行與土地資源是否稀缺關聯極為密切，而一般土地資源的稀缺程度是通過土地價格反映的。若與填海造地后毗鄰土地價格低，那么該片區域的土地資源相對來說不是十分稀缺，因而沒有必要大費周章地進行填海造地來彌補區域土地資源的不足。“多因素—限制因子”海域定級是在之前的多因素綜合定級的基礎上，將毗鄰相同用地類型土地價格作為限制因子，也就是將毗鄰地價低的定級單元（值為0）直接定級為等外級。

考慮了限制因子之后，定級結果發生了較為明顯的變化，各級面積及比重見表10。限制因子在多因素綜合加權得到的1～9級海域中分別占100%、99.93%、99.61%、82.71%、0.50%、0.48%、0%、0%、0%，極大部分低等級海域直接被劃定成等外級。等外級主要集中在中部的響水縣、濱海縣、射陽縣附近海域，這個結果充分體現了毗鄰地價這一因子的重要程度。但是該限制因子最開始是以行政單元為基本單元，使得“多因素—限制因子”的級別界限呈現出較為明顯的行政單元界限，而且涉及的海域面積較大，過于突出限制因子在定級過程中的重要程度，從而造成了等外級海域面積比重過高，其他等級海域面積比重較小，具有一定的不合理之處。相比較而言，多因素綜合加權法的定級結果更加合理。