厦门港发展与海岸带生态环境演变耦合协调关系研究*

黄丽华 姜 昀 林 齐 李天威# 陈 帆 王文燕

(1.生态环境部环境工程评估中心，北京 100012;2.中国雄安集团生态建设投资有限公司，河北 保定 071700)

海岸带自然资源丰富、环境条件优越，但人地矛盾突出。港口开发、临港城市发展、临港产业开发等港口发展活动给海岸带带来了巨大的资源环境压力，导致近岸海域污染，生态系统健康状况持续下降，潜在环境风险激增。其中，港口开发是直接压力，临港城市发展和临港产业开发是间接压力。寻求港口发展与海岸带生态环境演变的良性耦合协调发展，对推动沿海港口经济、社会、生态的可持续发展至关重要。物理学中的系统耦合概念及相关模型已被运用到了各个学科研究中，其中以农业-经济-社会-生态系统耦合关系[1-2],[3]293、城市化-生态环境系统耦合关系[4-7]等领域的应用最为成熟，区域经济-海洋生态系统耦合关系研究也已有涉及[8],[9]4，但具体到沿海港口发展与海岸带生态环境演变的耦合协调关系定量分析还较为匮乏。

本研究借鉴区域经济-海洋生态系统耦合关系的有关研究成果，以我国沿海主要港口之一的厦门港为例，构建了港口发展与海岸带生态环境演变耦合协调关系定量分析技术体系，研究了二者的耦合发展轨迹，提出了基于良性耦合的厦门港发展对策建议，对实现港口社会、经济、环境的可持续发展具有重要的现实意义。

1 研究区概况

厦门港位于我国东南沿海的台湾海峡西岸，于20世纪90年代形成“一湾两港”的发展格局，2005年发展为八大港区，并成为我国沿海重要的主枢纽港和集装箱干线运输港。2015年厦门港吞吐量达到21 019万t。伴随着厦门港的快速发展，港口与海岸带资源、环境的矛盾日益凸显，如何实现社会经济与生态环境协调发展已成为厦门港面临的新挑战。本研究以1990、1995、2000、2005、2010、2015年厦门港社会经济和生态环境数据为基础，分析港口发展与海岸带生态环境演变的耦合协调关系。

2 厦门港发展与海岸带生态环境演变耦合协调关系分析

2.1 环境影响识别及作用机理剖析

厦门港发展主要包括港口集疏运及由此带来的城市化和临港产业开发，其对海岸带生态环境演变的影响要素主要为土地资源、岸线资源、水环境、大气环境和生态系统等。港口发展主要通过空间利用、资源开发、污染物排放3种作用方式，对陆域(潮上带)、潮间带、近岸海域(潮下带)产生生态环境影响。厦门港发展与海岸带生态环境演变的作用机理见图1。

图1 厦门港发展与海岸带生态环境演变的作用机理Fig.1 Function mechanism of Xiamen Port development and coastal eco-environment evolution

2.2 港口发展与海岸带生态环境演变耦合协调关系的指标体系

根据港口发展对陆域、潮间带、近岸海域生态环境系统干扰的响应过程及响应机制，采用压力-响应模型，构建压力、响应系统表征指标，其中压力系统包括港口集疏运、城市化发展、临港产业开发和港口发展综合压力等指标，响应系统包括陆域、潮间带、近岸海域生态环境状态指标。

基于针对性、全面性、独立性、可比性、可操作性、可获取性等原则，通过专家咨询确定厦门港发展与海岸带生态环境演变耦合协调系统的指标体系(见表1)。考虑到厦门港船舶靠港使用岸电，并强化了港口码头堆场、作业扬尘治理及流动机械尾气控制，多年来大气环境质量一直保持良好状态，因此生态环境状态指标没有考虑大气环境。

表1 厦门港发展与海岸带生态环境演变耦合协调系统的指标体系

货物吞吐量、GDP、城市化率数据来源于各年厦门港统计年鉴；叶绿素a、无机氮数据来源于各年厦门市环境质量公报，其中2000年叶绿素a数据通过其他年份的数据线性内插得到；围海造地面积、生态用地面积、天然红树林面积、自然岸线长度数据来源于HJ、LANDSAT等多源卫星遥感数据；1990、1995、2000、2005、2010年的中华白海豚遇见率数据分别来源于文献[10]至[13]，2015年的数据通过其他年份的数据线性内插得到。各年指标数据汇总如表2所示。

表2 指标数据汇总

采用灰色关联分析法，计算压力系统指标和响应系统指标间的关联度，发现两系统的指标间两两关联度均在0.63以上，说明筛选的指标可较好反映厦门港发展与海岸带生态环境演变的相互作用关系，可作为厦门港发展与海岸带生态环境演变耦合协调关系的综合评价指标。

2.3 耦合协调关系分析

耦合度可反映系统间的耦合关系，耦合协调度则可反映系统的演化速度、趋势及整体协同效应等[14]。参考文献[7]的指标无量纲化方法并通过专家打分方法确定指标权重，计算得到压力系统综合指数(见图2)、响应系统综合指数(见图3)。根据BERTALANFFY[15]的一般系统理论，通过微分方程[9]33计算得到压力系统演变速率和响应系统演变速率。再采用李奇睿等[3]294建立的耦合度模型和李明玉[9]33构建的耦合协调度模型分别计算压力系统综合指数与响应系统综合指数的耦合度和耦合协调度。耦合度和耦合协调度计算结果见表3。

图2 压力系统综合指数Fig.2 Stress system comprehensive index

图3 响应系统综合指数Fig.3 Response system comprehensive index

1990年厦门港处于发展建设高潮的起点，港口开发强度及临港产业、城市化水平都相对较低，生态环境良好,厦门港发展与海岸带生态环境演变处于良性耦合的协调发展阶段。

1990—1995年，随着厦门港的第一轮港口规划实施，厦门港进入了发展建设高潮期，港口压力系统综合指数呈上升趋势，这主要是因为货物吞吐量、GDP、城市化率大幅度增长，由此港口发展对生态环境产生不良影响，尤其是港区水陆域布局挤占了中华白海豚栖息地，使其生境范围萎缩。虽然厦门港加强了中华白海豚等关键物种保护力度，建立了厦门珍稀海洋物种国家级自然保护区，但高强度的港口开发对生态环境的破坏速度仍大于生态环境自身的修复速度。1995年厦门港发展与海岸带生态环境演变的关系退化到了低水平耦合的耦合修复阶段。

1995—2010年为厦门港跨越式发展阶段，货物吞吐量、GDP、城市化率和围海造地面积均大幅增加，压力系统综合指数呈上升趋势，而响应系统综合指数呈明显下降趋势，生态用地面积减少,自然岸线长度缩短，海岸带生态系统服务功能下降。该阶段厦门港持续开展了红树林等生态系统修复及环境保护工程，强化了污水集中处理设施建设，并且第三轮港口规划将范围拓展至了资源、环境禀赋较优越的漳州市环东山湾，缓解了厦门港的资源环境压力，海岸带生态修复成效显现。2010年厦门港发展与海岸带生态环境演变的关系处于良性耦合的耦合修复阶段。

2010—2015年厦门港持续快速发展，压力系统综合指数剧升，加之生态环境质量改善进入平台期，治理进入瓶颈期，港口发展对海岸带生态环境产生巨大冲击，响应系统综合指数呈现急剧下降趋势，2015年厦门港发展与海岸带生态环境演变的关系又退化为低水平耦合的耦合修复阶段。

2.4 对策建议

海岸带作为海洋和陆地的过渡带，生态环境较为脆弱，鉴于2015年厦门港发展与生态环境演变的耦合协调关系临近失调，建议控制临港城市及临港产业的发展规模，提高港口资源环境的利用效率，强化厦门湾生态环境修复和水污染治理。新的港口规划修编时，建议落实规划环评提出的避让红树林生态系统及中华白海豚等关键物种适宜生境，优化水陆域布局，调整码头功能，强化港口污染防治，做好船、港、城设施衔接等对策措施，逐步改善厦门港生态环境状况，推进厦门港与海岸带生态环境的良性耦合协调发展。

3 结 语

港口发展与生态环境演变存在着极其复杂的耦合协调关系，本研究构建了厦门港发展与海岸带生态环境演变耦合协调关系分析的技术体系，定量评价了厦门港发展与其海岸带生态环境演变的耦合度和耦合协调度，1990—2015年厦门港发展与海岸带生态环境演变的关系经历了良性耦合协调发展→低水平耦合修复→良性耦合修复→低水平耦合修复的过程。研究成果可为其他同类型沿海港口发展与生态环境演变耦合协调关系研究提供借鉴。

由于港口发展与生态环境演变的耦合协调关系复杂，因此如何通过城市化发展、临港产业开发、港口经济发展等社会经济要素及资源、环境、生态等生态环境要素的变化趋势准确分析测度港口发展与生态环境演变耦合协调关系，以及如何保持港口可持续发展与资源利用最大化、环境保护最优化之间的平衡，仍是今后需要进一步探讨、研究的内容。