廈門港發展與海岸帶生態環境演變耦合協調關系研究*

黃麗華 姜 昀 林 齊 李天威# 陳 帆 王文燕

(1.生態環境部環境工程評估中心，北京 100012;2.中國雄安集團生態建設投資有限公司，河北 保定 071700)

海岸帶自然資源豐富、環境條件優越，但人地矛盾突出。港口開發、臨港城市發展、臨港產業開發等港口發展活動給海岸帶帶來了巨大的資源環境壓力，導致近岸海域污染，生態系統健康狀況持續下降，潛在環境風險激增。其中，港口開發是直接壓力，臨港城市發展和臨港產業開發是間接壓力。尋求港口發展與海岸帶生態環境演變的良性耦合協調發展，對推動沿海港口經濟、社會、生態的可持續發展至關重要。物理學中的系統耦合概念及相關模型已被運用到了各個學科研究中，其中以農業-經濟-社會-生態系統耦合關系[1-2],[3]293、城市化-生態環境系統耦合關系[4-7]等領域的應用最為成熟，區域經濟-海洋生態系統耦合關系研究也已有涉及[8],[9]4，但具體到沿海港口發展與海岸帶生態環境演變的耦合協調關系定量分析還較為匱乏。

本研究借鑒區域經濟-海洋生態系統耦合關系的有關研究成果，以我國沿海主要港口之一的廈門港為例，構建了港口發展與海岸帶生態環境演變耦合協調關系定量分析技術體系，研究了二者的耦合發展軌跡，提出了基于良性耦合的廈門港發展對策建議，對實現港口社會、經濟、環境的可持續發展具有重要的現實意義。

1 研究區概況

廈門港位于我國東南沿海的臺灣海峽西岸，于20世紀90年代形成“一灣兩港”的發展格局，2005年發展為八大港區，并成為我國沿海重要的主樞紐港和集裝箱干線運輸港。2015年廈門港吞吐量達到21 019萬t。伴隨著廈門港的快速發展，港口與海岸帶資源、環境的矛盾日益凸顯，如何實現社會經濟與生態環境協調發展已成為廈門港面臨的新挑戰。本研究以1990、1995、2000、2005、2010、2015年廈門港社會經濟和生態環境數據為基礎，分析港口發展與海岸帶生態環境演變的耦合協調關系。

2 廈門港發展與海岸帶生態環境演變耦合協調關系分析

2.1 環境影響識別及作用機理剖析

廈門港發展主要包括港口集疏運及由此帶來的城市化和臨港產業開發，其對海岸帶生態環境演變的影響要素主要為土地資源、岸線資源、水環境、大氣環境和生態系統等。港口發展主要通過空間利用、資源開發、污染物排放3種作用方式，對陸域(潮上帶)、潮間帶、近岸海域(潮下帶)產生生態環境影響。廈門港發展與海岸帶生態環境演變的作用機理見圖1。

圖1 廈門港發展與海岸帶生態環境演變的作用機理Fig.1 Function mechanism of Xiamen Port development and coastal eco-environment evolution

2.2 港口發展與海岸帶生態環境演變耦合協調關系的指標體系

根據港口發展對陸域、潮間帶、近岸海域生態環境系統干擾的響應過程及響應機制，采用壓力-響應模型，構建壓力、響應系統表征指標，其中壓力系統包括港口集疏運、城市化發展、臨港產業開發和港口發展綜合壓力等指標，響應系統包括陸域、潮間帶、近岸海域生態環境狀態指標。

基于針對性、全面性、獨立性、可比性、可操作性、可獲取性等原則，通過專家咨詢確定廈門港發展與海岸帶生態環境演變耦合協調系統的指標體系(見表1)。考慮到廈門港船舶靠港使用岸電，并強化了港口碼頭堆場、作業揚塵治理及流動機械尾氣控制，多年來大氣環境質量一直保持良好狀態，因此生態環境狀態指標沒有考慮大氣環境。

表1 廈門港發展與海岸帶生態環境演變耦合協調系統的指標體系

貨物吞吐量、GDP、城市化率數據來源于各年廈門港統計年鑒；葉綠素a、無機氮數據來源于各年廈門市環境質量公報，其中2000年葉綠素a數據通過其他年份的數據線性內插得到；圍海造地面積、生態用地面積、天然紅樹林面積、自然岸線長度數據來源于HJ、LANDSAT等多源衛星遙感數據；1990、1995、2000、2005、2010年的中華白海豚遇見率數據分別來源于文獻[10]至[13]，2015年的數據通過其他年份的數據線性內插得到。各年指標數據匯總如表2所示。

表2 指標數據匯總

采用灰色關聯分析法，計算壓力系統指標和響應系統指標間的關聯度，發現兩系統的指標間兩兩關聯度均在0.63以上，說明篩選的指標可較好反映廈門港發展與海岸帶生態環境演變的相互作用關系，可作為廈門港發展與海岸帶生態環境演變耦合協調關系的綜合評價指標。

2.3 耦合協調關系分析

耦合度可反映系統間的耦合關系，耦合協調度則可反映系統的演化速度、趨勢及整體協同效應等[14]。參考文獻[7]的指標無量綱化方法并通過專家打分方法確定指標權重，計算得到壓力系統綜合指數(見圖2)、響應系統綜合指數(見圖3)。根據BERTALANFFY[15]的一般系統理論，通過微分方程[9]33計算得到壓力系統演變速率和響應系統演變速率。再采用李奇睿等[3]294建立的耦合度模型和李明玉[9]33構建的耦合協調度模型分別計算壓力系統綜合指數與響應系統綜合指數的耦合度和耦合協調度。耦合度和耦合協調度計算結果見表3。

圖2 壓力系統綜合指數Fig.2 Stress system comprehensive index

圖3 響應系統綜合指數Fig.3 Response system comprehensive index

1990年廈門港處于發展建設高潮的起點，港口開發強度及臨港產業、城市化水平都相對較低，生態環境良好,廈門港發展與海岸帶生態環境演變處于良性耦合的協調發展階段。

1990—1995年，隨著廈門港的第一輪港口規劃實施，廈門港進入了發展建設高潮期，港口壓力系統綜合指數呈上升趨勢，這主要是因為貨物吞吐量、GDP、城市化率大幅度增長，由此港口發展對生態環境產生不良影響，尤其是港區水陸域布局擠占了中華白海豚棲息地，使其生境范圍萎縮。雖然廈門港加強了中華白海豚等關鍵物種保護力度，建立了廈門珍稀海洋物種國家級自然保護區，但高強度的港口開發對生態環境的破壞速度仍大于生態環境自身的修復速度。1995年廈門港發展與海岸帶生態環境演變的關系退化到了低水平耦合的耦合修復階段。

1995—2010年為廈門港跨越式發展階段，貨物吞吐量、GDP、城市化率和圍海造地面積均大幅增加，壓力系統綜合指數呈上升趨勢，而響應系統綜合指數呈明顯下降趨勢，生態用地面積減少,自然岸線長度縮短，海岸帶生態系統服務功能下降。該階段廈門港持續開展了紅樹林等生態系統修復及環境保護工程，強化了污水集中處理設施建設，并且第三輪港口規劃將范圍拓展至了資源、環境稟賦較優越的漳州市環東山灣，緩解了廈門港的資源環境壓力，海岸帶生態修復成效顯現。2010年廈門港發展與海岸帶生態環境演變的關系處于良性耦合的耦合修復階段。

2010—2015年廈門港持續快速發展，壓力系統綜合指數劇升，加之生態環境質量改善進入平臺期，治理進入瓶頸期，港口發展對海岸帶生態環境產生巨大沖擊，響應系統綜合指數呈現急劇下降趨勢，2015年廈門港發展與海岸帶生態環境演變的關系又退化為低水平耦合的耦合修復階段。

2.4 對策建議

海岸帶作為海洋和陸地的過渡帶，生態環境較為脆弱，鑒于2015年廈門港發展與生態環境演變的耦合協調關系臨近失調，建議控制臨港城市及臨港產業的發展規模，提高港口資源環境的利用效率，強化廈門灣生態環境修復和水污染治理。新的港口規劃修編時，建議落實規劃環評提出的避讓紅樹林生態系統及中華白海豚等關鍵物種適宜生境，優化水陸域布局，調整碼頭功能，強化港口污染防治，做好船、港、城設施銜接等對策措施，逐步改善廈門港生態環境狀況，推進廈門港與海岸帶生態環境的良性耦合協調發展。

3 結 語

港口發展與生態環境演變存在著極其復雜的耦合協調關系，本研究構建了廈門港發展與海岸帶生態環境演變耦合協調關系分析的技術體系，定量評價了廈門港發展與其海岸帶生態環境演變的耦合度和耦合協調度，1990—2015年廈門港發展與海岸帶生態環境演變的關系經歷了良性耦合協調發展→低水平耦合修復→良性耦合修復→低水平耦合修復的過程。研究成果可為其他同類型沿海港口發展與生態環境演變耦合協調關系研究提供借鑒。

由于港口發展與生態環境演變的耦合協調關系復雜，因此如何通過城市化發展、臨港產業開發、港口經濟發展等社會經濟要素及資源、環境、生態等生態環境要素的變化趨勢準確分析測度港口發展與生態環境演變耦合協調關系，以及如何保持港口可持續發展與資源利用最大化、環境保護最優化之間的平衡，仍是今后需要進一步探討、研究的內容。