基于DEA-TOPSIS模型的我国沿海地区海洋经济与海洋环境耦合协调发展分析

宋泽明，宁 凌

（1.广东海洋大学 管理学院，广东 湛江524088；2.广东沿海经济带发展研究院，广东 湛江524088）

在海洋经济高速发展的背景下，我国海洋经济总量得到明显提升。2006—2018年期间，我国海洋经济年均增速超过9%，海洋生产总值从18 408亿元增加到83 415亿元。我国沿海地区在发挥海洋传统产业优势的同时，注重培育和发展海工装备、海洋生物、海上风电等各种现代海洋产业，海洋经济对国民经济发展具有重要影响。然而，在海洋经济高速增长、经济规模不断扩大的同时，我国海洋环境问题也开始逐渐凸显，海洋污染物过度排放、海水水质下降等，已经对海洋环境质量造成了负面影响，从而限制了海洋经济发展。因此，如何在海洋经济高速发展的背景下，有效地改善海洋环境质量，实现海洋经济与海洋环境的协调发展，是一个极具现实意义的重要问题。

当前，国内外学者在海洋经济和海洋环境的相关领域进行了深入的研究和分析，得出的研究结论比较成熟，拥有的研究成果十分丰富。在研究内容上，部分学者就两者的关系进行了深入分析，MARTINEZ等从沿海城市的经济与环境的重要性方面，提出沿海城市经济价值最大化的多种途径[1]；BEAUMONT等提出一个良好的生态环境能够使经济稳定发展[2]；纪建悦等研究环渤海湾地区经济与环境的关系并进行综合评价。还有一部分学者注重研究两者的综合管理问题[3]，COSTANZA等制定出一系列用于海洋经济协调发展的行为准则[4]；GARMENDIA等提出运用不同的科学管理方法对海洋经济活动和海洋生态环境保护进行综合管理[5]；吕建华等深入研究我国的海洋环境现状，并总结出符合中国发展道路的海洋环境综合管理模式[6]。在研究方法上，部分学者通过采取可变模糊识别模型、系统动力学等方法对海洋经济与海洋环境的协调关系进行实证分析。HOAGLAND等对不同海洋生态系统中的海洋产业进行定量分析，总结海洋产业活动对海洋生态系统的影响[7]；苏伟以北部湾地区为研究范围，构建涵盖13个评价指标的海洋经济系统与水环境系统的综合评价体系[8]；岳明等运用非线性动力学的相关理论，研究海洋经济与海洋生态环境之间的支撑与反馈作用[9]；盖美等分析辽宁省海洋资源与经济情况并运用可变模糊识别模型进行评价[10]。

综上所述，现有的研究成果在研究内容上不仅深入分析了海洋经济与海洋环境的关系，而且还提出两者的综合管理发展；在研究方法上，部分学者通过运用多种模型进行定量分析。然而，现有研究成果从耦合角度对海洋经济与海洋环境方面分析得较少，而且研究对象大多只涉及环渤海地区、环北部湾地区等，缺乏对我国11个沿海地区进行系统、全面的分析。因此，本文基于DEA模型测算2006—2018年我国11个沿海地区海洋经济效率，运用熵权TOPSIS模型评价其海洋环境质量，进而通过耦合协调度模型，测算我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境的耦合协调水平，深入分析其耦合协调关系，提出促进海洋经济与海洋环境协调发展的建议，推动我国海洋经济高质量发展，实现建设海洋强国战略目标。

1 指标选取与数据来源

1.1 评价指标选取

在海洋经济效率测算指标选取上，参照范斐、赵昕等的研究成果[11-12]，从人力资源投入、科技研发投入、资产投资投入、基础设施投入等方面，选取涉海就业人数、海洋科技人数、海洋科研机构数量、海洋捕捞量、海水养殖量、港口货物吞吐量、港口码头泊位个数、固定资产投资、国内旅游人数作为输入指标，反映海洋经济投入情况；从海洋经济效益方面，选取海洋生产总值作为输出指标，反映海洋经济产出情况。根据DEA模型要求，将我国11个沿海地区分别作为决策单元，从投入—产出角度测算我国11个沿海地区海洋经济效率。

表1 我国11个沿海地区海洋经济效率测算指标体系

在海洋环境质量评价指标选取上，本文结合我国11个沿海地区海洋环境治理和保护实际情况，构建海洋环境质量评价指标体系，从海洋自然环境指标维度，选取人均海域面积、人均湿地面积、人均水资源量、自然保护区个数、自然保护区面积反映海洋自然环境的状况；从海洋生态环境指标维度，选取海洋工业废水排放量、海洋工业废水排放达标率、海洋工业固体废物排放总量、海洋工业固体废物综合利用率、政府环境治理投入资金数量反映海洋生态环境的状况。运用熵权TOPSIS模型对海洋环境质量进行评价，得出我国11个沿海地区海洋环境质量评价情况。

表2 我国沿海地区海洋环境质量评价指标体系

1.2 数据来源

根据已确定的指标，本文选择2006—2018年的时间序列为研究区间，我国11个沿海地区的海洋经济与海洋环境的相关数据主要来源于《中国统计年鉴》《中国海洋统计年鉴》、中国海洋环境质量公报以及我国11个沿海地区海洋环境状况公报。以上述年鉴和公报的相关记录为数据基础，得出2006—2018年我国11个沿海地区海洋经济效率和海洋环境质量评价的情况，并对两者进行耦合协调分析。

2 实证研究与分析评价

2.1 基于DEA的海洋经济效率测算模型

2.1.1 DEA模型

DEA（Data Envelopment Analysis）是 由Charnes等学者提出的对同一类型部门的相对效率进行比较的方法[13]，其基本原理是在输入或者输出不变的条件下，将各个决策单元投影到生产前沿面上，在前沿曲线上的决策单元具有最佳效率，效率值等于1；而不在前沿曲线上的决策单元属于DEA非效率，取值范围在0～1之间。本文基于DEA模型中的C2R模型，进行计算和分析。C2R模型设定决策单元数为n，每种决策单元都有m种输入和s种输出，将松弛变量s-、剩余变量s+和非阿基米德无穷小量ε加入线性规划[14]可得：

设C2R模型的最优解对应θ′、sr+′（s1+′，s2+′，s3+′，…，sm+′）、si-′（s1-′，s2-′，s3-′，…，si-′）。若θ′=1，且sr+′+si-′=0，则 决 策单 元DEA有效[15]，在实现技术有效的同时，也保证规模的有效；若θ′＜1，且sr+′+si-′≠0，则决策单元非DEA有效，其技术和规模均未能达到有效[16]。

2.1.2 我国11个沿海省市海洋经济发展效率DEA测算结果与分析

基于DEA模型，通过DEAP2.1软件计算，从投入—产出角度，测算2006—2018年我国11个沿海地区海洋经济效率，具体测算结果如表3所示。

由表3可知，2006—2018年我国11个沿海地区中有109个DMU决策单元海洋经济效率值大于1，处于DEA有效；有34个DMU决策单元，属于DEA无效。在DEA有效的DMU决策单元中，其投入和产出松弛变量均等于0，说明这些DMU决策单元在产出不减少条件下，各项投入指标无下降空间，处于强DEA有效；投入或产出的松弛变量不同时等于0，则处于弱DEA有效。对于投入指标而言，松弛变量值越大，资源配置越不合理，资源结构有待进一步调整优化；而对于产出指标而言，松弛变量值越大，表示现有资源投入的条件下，资源浪费的程度越大，资源产出效果需要进一步加强。为了进一步研究我国11个沿海地区海洋经济效率DEA有效情况，测算2006—2018年我国11个沿海地区海洋经济投入产出松弛变量均值。

表3 2006—2018年我国11个沿海地区海洋经济效率

由表4可知，广东、福建、上海、江苏、天津的海洋经济效率处于强DEA有效水平，海洋经济的投入和产出相互作用，资源配置合理高效，海洋经济得到了较好的发展；广西、海南、浙江、山东、河北和辽宁处于非DEA有效阶段，而造成DEA无效率的主要原因是固定资产投资的使用配置不合理。虽然近年来，广西、海南、浙江、山东、河北和辽宁固定资产投资的总额不断上涨，但是对海洋经济产出的提升作用却不够明显，导致上述省市海洋经济处于无效状态的主要原因是过度依赖于传统海洋产业的“粗放”型发展模式。2006—2018年，广西、海南、浙江、山东、河北和辽宁的海洋生产总值构成中第一、二产业所占比例较高。与广东、福建、上海等强DEA有效的地区相比，海洋产业结构有明显的不同，海洋经济过度依赖于传统海洋产业，难以发展海洋新兴产业。从整体情况上看，2006—2018年期间，我国11个沿海地区海洋经济效率总体处于较高水平，大部分处于DEA有效状态。

表4 2006—2018年我国11个沿海地区海洋经济投入产出松弛变量均值

2.2 基于熵权TOPSIS的海洋环境质量评价模型

2.2.1 熵权TOPSIS模型

熵权法是一种对指标分别进行客观赋权的方法，按照指标间的数值离散程度对指标权重进行计算，排除主观影响，使结果更加客观、公正。TOPSIS模型是一种有限方案多目标决策的综合评价方法之一，是一种适用于多项指标、多个方案进行选择的分析方法[17]。熵权TOPSIS模型是将熵权法和TOPSIS结合起来的一种方法，在TOPSIS模型的基础上，以熵权法确定指标权重，不仅能科学地反映指标权重的重要程度，而且还能动态地反映指标权重随时间变化的情况[18]。随后再得出被评价单元与理想目标之间对应的最优距离、最劣距离和接近程度。运用熵权TOPSIS模型评估海洋环境质量，能够科学、合理地反映海洋环境的整体情况和动态变化趋势，具体的步骤如下：

（1）数据标准化处理

①原始评价矩阵构建

Xij表示第i项指标的第j年的初始值，i=1，2，3，…，n，n表示评价指标数；j=1，2，3，…，m，m表示评价年份数。

②极值变化法

正向指标：

负向指标：

在上述公式中，Xij表示i指标第j年数据，是i指标第j年数据经过标准化处理的结果，Ximax、Ximin分别代表i指标全部年份中的最大值和最小值。同时，由于经过标准化处理后的可能为零，而对数的底数应为非负数，因此需要对标准化后的结果进一步处理：

③标准化矩阵构建

在对标准化结果Xij进一步处理后得到Rij，并构建标准化矩阵R。在标准化矩阵R中，m表示评价年份总数；n表示评价指标总数。具体情况如下所示：

（2）改进熵值法赋权

改进熵值法计算出的熵值越小，说明指标稳定性越低，该指标在评价体系中的重要程度越大[19]。使用改进熵值法赋权，可以有效地提高权重客观性，具体赋权过程，如下所示：

①计算第i项指标j个样本值的比重Pij

②计算评价体系中第i项指标的熵值ei

其中，ei>0，k>0，假设Rij全部相等：

此时的ei就为极大值：

综上，熵值ei的计算方法为：

③通过公式，得出评价体系中第i项指标的差异性系数gi

④计算各指标的信息权重wi

其中，wi的取值范围为：的

⑤基于熵权的评价矩阵构建

在标准化评价矩阵的基础上，结合信息权重wi，得到基于熵权的评价矩阵Z：取值范围为

（3）正负理想解确定

在被评价单元的正、负理想解确定过程中，首先要分别设定正、负最理想解[20]。因此，是i指标在j年期间的最大值，将设定为正最理想解；是i指标在j年期间的最小值，将设定为负最理想解，其对应公式为：

（4）TOPSIS确定指标到正、负理想值的距离

采用欧式计算法，确定指标到正、负理想值距离[21]，令为第i个指标与的距离，令为第i个指标与的距离，计算公式为：

到正理想解之间的距离：

到负理想解之间的距离：

（5）计算评价指数

Tj为第j年评价指数，取值区间：（0，1]。指数数值越接近1表示评价的得分越高，而越接近0则表示评价得分越低。评价指数的计算公式如下所示：

2.2.2 我国11个沿海地区海洋环境质量熵权TOPSIS评价结果与分析

基于熵权TOPSIS模型，评价2006—2018年我国11个沿海地区海洋环境质量，具体结果如下所示。

图1 2006—2018年我国11个沿海地区海洋环境质量评价变化情况

从各个年度的变化情况看，广东、广西、上海、浙江、江苏、天津、辽宁的海洋环境质量情况呈现出稳步上升的态势。其中，广东、上海、浙江、江苏年均增长率超过10%，广西、天津、辽宁年均增长率达到5%水平以上，表明上述地区注重海洋环境的治理和保护，通过保护海洋自然资源、严格控制海洋污染物排放，海洋环境质量逐年得到改善。而福建、海南、山东、河北的海洋环境质量则存在较大幅度的波动变化；2011年，福建和海南的海洋环境质量明显下降，下降幅度超过0.3；2012年，山东和河北的海洋环境综合质量下降幅度超过0.2。2011—2012年期间，上述地区的入海污染物排放总量大幅度提升，海洋排污超标现象较为普遍，海洋环境质量出现不稳定的波动情况。

从各地区的总体情况上看，我国沿海地区海洋环境质量有待进一步改善。其中，广东、广西、上海、浙江、江苏、天津、河北、辽宁的海洋环境质量评价均值都超过0.5，海洋污染排放得到控制，各项治理措施产生成效，海洋自然环境和海洋生态环境得到较好保护；而福建、海南、山东的海洋环境质量评价均值低于0.5，说明上述沿海省市的海洋环境受到一定程度的破坏，需要加大海洋环境治理和保护力度，及时采取有效治理措施。从海洋环境质量的整体情况来说，我国11个沿海地区海洋环境质量评价均值稳定在[0.4，0.6]区间，海洋环境质量较为一般，有待进一步改善。

2.3 基于耦合协调度的海洋经济与海洋环境耦合模型

2.3.1 耦合协调度模型

耦合是指两个（或两个以上）的系统或运动形式之间存在相互作用、相互影响关系的现象[22]，耦合度越大，系统间相互作用关系越强[23]。一方面，经济发展需要环境作为支撑，环境遭到破坏将会导致相关产业活动难以正常开展；另一方面，生态环境保护需要更高质量的经济提供物质支持，环境的修复工作也需要消耗大量的时间和资金。环境会对促使经济的发展方式进行调整和优化，转变传统的低效、粗放型发展方式，进一步提高经济发展的质量。因此，两者存在一定的耦合关系。耦合度的具体计算公式，如下所示：

在上述公式中，f（x）、g（x）分别代表海洋经济效率、海洋环境质量综合指数，C为计算得出的耦合度。C的数值越大，表明耦合关系强度越大，对应的系统间相互影响和相互作用的程度也越高。

表5 2006—2018年我国11个沿海地区海洋环境质量评价结果

耦合度与耦合协调度属于两种概念，耦合度通常用于反映系统间的耦合关系强度，不能代表各个系统的协调水平[24]；而耦合协调度能够衡量系统间相互影响、相互配合程度。因此，需要先计算两者的综合协调指数[25]。综合协调指数需要进一步考虑海洋经济与海洋环境在综合评价中各自所占的比重，假设两者同等重要，则综合协调指数的具体计算公式如下：

其中，由于海洋经济与海洋环境同等重要，则公式中的待定系数α=β=0.5。将α、β带入公式进行计算，可以得到综合协调指数T。

将C、T代入上述公式，得到耦合协调度D。耦合协调度D数值越大，代表协调水平越高，两者处于协调状态；数值越小，代表协调水平越低，难以协调。根据海洋经济效率与海洋环境质量、耦合度与耦合协调度的计算结果，划分海洋经济与海洋环境耦合协调关系。

表6 海洋经济与海洋环境耦合协调关系

2.3.2 我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境耦合协调结果与分析

根据耦合协调关系分类依据，对2006—2018年我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境耦合协调情况进行深入分析。

从耦合协调水平上看，2006—2018年我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境耦合协调整体水平较低。广东、上海、浙江、江苏、天津、河北的海洋经济与海洋环境耦合情况总体上稳定提高。2006—2018年期间，上述沿海地区紧密结合《全国海洋经济发展规划纲要》，促进沿海地区海洋产业结构调整，陆续公布地方海洋经济发展规划，推动海洋经济与海洋环境耦合协调发展；而福建、海南的海洋经济与海洋环境耦合协调情况出现明显波动，存在不稳定性。2011年，福建公布《福建省海洋环境保护规划（2011—2020）》，严格控制污染物排放，海洋环境质量得到改善，而由于原有的部分重污染产业需要进行转型升级，海洋经济发展放缓；2011年，海南多次遭遇强台风直接登陆，造成了严重的海洋经济损失和海洋环境破坏，因而福建和海南在2011—2012年期间海洋经济与海洋环境的耦合协调度有明显的下降；近些年来，广西海洋经济快速发展，但同时致海洋资源过度消耗，海洋环境质量下降；而山东、辽宁原有的传统海洋产业具有较高的污染和能耗，部分传统海洋产业转型升级缺乏技术上的支持，因而广西、山东、辽宁的海洋经济与海洋环境的耦合情况有所下降。

从耦合协调关系上看，2006—2018年我国11个沿海省市海洋经济与海洋环境整体处于调和状态。其中，2006—2008年广西的海洋经济与海洋环境耦合协调关系处于调和状态，而2009—2018年转为勉强调和状态，说明在这些年中，广西海洋经济得到迅速发展，随后由于海洋环境质量较差而受到限制，难以进一步提高；福建、浙江、江苏个别年份的海洋经济与海洋环境耦合协调关系处于基本调和状态，随后稳定在调和状态，说明上述沿海地区的海洋经济高速发展对海洋环境造成破坏，由于政府加大海洋环境治理和保护的投入力度，海洋经济与海洋环境的耦合协调关系得到改善；2006—2018年，广东、海南、上海、山东、天津均处于调和状态，表明海洋经济发展尚未严重破坏海洋环境，彼此良性耦合。2012年，我国11个沿海地区的海洋功能区划均获得国务院正式批复，沿海各地区在保持海洋经济高速发展的前提下，注重海洋环境治理、保护，实现两者的耦合协调发展。

表7 2006—2018年我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境耦合协调结果

表8 2006—2018年我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境耦合协调关系情况

3 结论与建议

3.1 结论

通过测算海洋经济效率和评价海洋环境质量，基于耦合协调度模型，进一步对我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境耦合协调水平及其耦合协调关系进行实证分析，得出以下结论。

3.1.1 海洋经济效率较高，海洋环境质量有待改善

在海洋经济效率方面，我国11个沿海地区中大部分地区将主要资源投入到培育现代海洋产业、海洋科技研发之中，在政府的大力支持下，涉海企业的规模和数量不断发展，海洋经济效率保持较高水平。在海洋环境质量方面，我国11个沿海地区中部分省市对海洋环境的保护力度不足、治理措施取得的效果较低、海洋污染物排放监控不到位等，导致出现污染物排放超标等海洋环境问题，海洋环境质量有所降低。从整体情况上看，我国11个沿海地区海洋经济发展形势向好，海洋经济效率较高，而海洋环境问题不断凸显，海洋环境质量有待进一步改善。

3.1.2 海洋经济与海洋环境的耦合协调水平整体较低

一方面，海洋经济效率较高，海洋经济总量得到提升；另一方面，由于海洋污染物排放过量、海洋环境治理和保护措施效果不明显、海洋产业结构布局不合理等因素，海洋环境质量有所下降，导致我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境耦合协调水平整体较低。当前，我国11个沿海地区中的大部分省市在海洋经济发展过程中对海洋环境造成负面影响，而随着海洋环境的破坏，海洋环境质量状况难以满足海洋经济发展的需求，从而限制了两者的耦合协调水平的提高。因此，我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境耦合协调水平整体较低。

3.1.3 海洋经济与海洋环境耦合协调关系仍有较大发展空间

2006—2018年我国11个沿海地区的海洋经济与海洋环境耦合协调关系大部分处于调和状态。我国11个沿海地区的海洋功能区划全部获得国务院正式批复，在大力发展海洋经济的同时，也逐渐注重对海洋环境的保护，积极落实各项治理政策、措施，海洋经济与海洋环境耦合协调关系有所改善。然而，随着海洋经济的进一步增长，加上受到传统治理观念、治理手段单一、治理范围较小等因素的影响，现有的海洋环境治理和保护政策、措施的实施成效和作用有限，我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境的耦合协调关系仍有较大的发展空间。

3.2 建议

根据评价分析结果，结合我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境发展的实际情况，提出相应的建议，促进海洋经济与海洋环境的耦合协调发展。

3.2.1 合理分配和利用海洋资源，实现海洋经济与海洋环境平衡发展

不合理的海洋资源配置和利用，会导致海洋资源的过度集中和浪费，从而引起海洋经济发展与海洋环境保护的不平衡状态，两者的不平衡状态并不利于相互协调发展。

政府作为资源配置的重要主体之一，政府的相关行为对资源能否合理分配和利用有着重要的影响作用。政府在大力发展海洋经济的同时，必然会将大量的海洋资源用于海洋经济发展之中，为海洋产业的发展提供资金、场地和人才的支持。而此时，为了实现两者的平衡发展，政府在对海洋资源进行分配和利用的过程中，也要注重对海洋环境的保护和修复。通过设立海洋生态红线、加大海洋生态补偿、制定海洋功能区划等方式，有效地引导海洋资源的合理分配，提高海洋资源的综合利用效率和利用水平。加大海洋环境保护的投入力度、参与力度和监督力度，改善海洋环境质量，对海洋资源进行合理分配和利用，实现海洋经济与海洋环境平衡发展。

3.2.2 引导推动海洋产业生态化，实现海洋经济与海洋环境协调发展

在选择、培育和发展海洋产业过程中，要引入生态化发展方式，积极引导推动海洋产业生态化，促使海洋产业转型升级。

一方面，海洋产业生态化意味着在海洋产业选择过程中，体现出生态化发展原则。海洋产业生态化要求选择可持续、高效、环境友好型的海洋产业，不能再发展对海洋生态环境造成严重破坏的传统海洋产业。另一方面，海洋产业生态化要求在海洋产业培育过程中，采取生态化发展方式。海洋产业生态化会推动低效、高污染、粗放型的传统海洋产业进行转型升级。最后，海洋产业生态化需要在海洋产业发展过程中，遵循生态化发展规律。海洋产业生态化不仅要求构建低能耗、高效率的海洋产业生态体系，而且还强调在关注海洋经济效益的同时，也要注重海洋生态效益，推动两者协调发展，提高我国11个沿海地区海洋经济与海洋环境耦合协调整体水平。

3.2.3 落实新发展理念，加强海洋生态文明建设，促进海洋经济高质量发展

落实新发展理念，需要将新发展理念作为关心海洋、认识海洋、经略海洋的重要指导思想之一，在海洋开发和利用的具体活动中体现新发展理念、贯彻新发展理念，促进海洋经济高质量发展。

在新发展理念的引领下，关心海洋，提高海洋生态文明意识。通过转变传统的海洋经济发展观念，增强责任意识，在海洋开发和利用的活动中，意识到海洋环境对人类的重要性；在新发展理念的带动下，认识海洋，实施海洋生态文明措施。通过建设海洋生态文明示范区、提高海洋综合管控能力等，在实际的海洋开发和利用具体活动中以实际行动提升海洋生态文明的水平；在新发展理念的指导下，经略海洋，制定海洋生态文明制度。通过制定和完善海洋开发和利用的相关制度条例，发挥海洋生态文明制度的规范作用。从“蓝色经济”转向“绿色经济”，从“高速增长”转向“高质量发展”，以海洋生态文明建设作为海洋工作的重要抓手，改善海洋经济与海洋环境的耦合协调关系，促进海洋经济高质量发展，实现建设海洋强国战略目标。