近海渔业区生态环境安全耦合度关键技术分析近海渔业区生态环境安全耦合度关键技术分析

严 岩，陈添铮，刘兴龙

(1.福建信息职业技术学院 福建福州 350001；2.福州市海洋与渔业技术中心 福建福州 350001；3.闽江学院 福建福州 350108)

近海渔业区的发展与生态环境安全的和谐发展符合国家生态文明建设的基本要求，将成为经济社会发展的重要趋势[1]。中国已经进入渔牧业发展的快速阶段，人们的生活也充满了蓬勃希望。但是近海渔业区的快速发展在一定程度上对生态环境造成一定影响，使得近海渔业区的自然环境逐渐朝着人工环境演化，出现了一系列的生态环境问题，如水土流失、水土资源污染，生物种群灭绝等[2]，致使近海渔业区的生态平衡受到很大程度的破坏，生态环境安全也遭受到了相应威胁，为此，对于海洋近海渔业区生态环境安全的研究得到相关学者越来越多的关注。

俞存根等[3]以舟山近岸海域为例研究围填海区渔业生态损害的补偿标准定量研究，结合渔民调查访谈沟通和查阅历史资料收集海区渔业资源数量分布情况，设计不同海域的权重系数，建立生态损害的补偿模型，设计近海渔业区生态环境安全的定量价值标准。TUNCA等[4]研究利用多种污染测定方法对地中海北部海岸沉积物进行生态风险调查，评估爱琴海沉积物中的金属污染水平。从土耳其北地中海地区7个不同地点采集的沉积物样品中，采用石墨炉原子吸收分光光度法(GFAAS)和火焰原子吸收分光光度法(FAAS)分析调查了多种元素(铜、铁、锌、镉、镍、砷、铅、锰、钴和铬)。采用沉积物评估方法对研究结果进行评估，然后调查元素剖面对活生物体的不利生物效应，从而分析海域生态环境安全的影响因素。

虽然上述研究取得一定进展，但并不适用当前近海渔业区的生态环境安全分析，为此本文分析近海渔业区生态环境安全耦合度关键技术，为渔业的可持续发展提供必要的科学依据。近海渔业区的快速发展对渔牧业整体发展有着巨大的推动作用，近海渔业区的发展也对区域生态环境安全提出了更高的要求，必须促进二者之间的协调发展，才能取得最大的经济利益。

1 近海渔业区生态环境安全耦合度关键技术分析

1.1 确定近海渔业区安全文化与生态环境安全耦合关系

通过对安全文化和生态环境安全的认识，来确定近海渔业区安全文化与生态环境安全的耦合关系，从而提高近海渔业区生态环境安全的耦合度[5]。在不同的研究领域，生态环境安全的含义也是不同的，本文研究的生态环境安全是指以近海渔业区作为主体，对渔业区的发展有着重要影响的环境条件和自然因子的总和，包括大气、水、土、自然资源和能源以及区域中生物等环境要素。近海渔业区安全文化是解决近海渔业区安全问题的最基本的方法，近海渔业区安全文化是指近海区域捕鱼业安全监管理念和制度、捕鱼业的安全意识、渔业区的生产经营行为等多方面的综合。从安全文化影响的主体不同来看，近海渔业区安全文化由捕鱼业的生产经营行为、政府的监管制度、社会的监督水平等组成。近海渔业区安全文化与生态环境安全的耦合关系肯定了环境多元化的结果，需要尊重近海渔业区地域乡土以及历史文脉，还要尊重近海渔业区原本的生态群落、水体、地貌以及地形等。破坏近海渔业区地方生态环境，移植的树木通常会面目全非，在很长的时间内，都难以发挥应该具有的生态效应，所以营造反映近海渔业区景观以及自然景观，要符合自然的规律，将美学、社会学、人居学、景观生态学以及植物学等文化作为基础条件，遵循生态环境安全法则。

生态环境有其本身更新规律以及演变法则，所以在规划时需要考虑到人和环境因子、微生物、动物以及自然植物构成的有机整体，尽可能地保留和采用原有微生物以及动植物，要和近海渔业区特定安全文化以及生态环境安全相适应，才能够体现二者及其子系统之间各因素的相互作用的结果。耦合度属于一个物理学概念，一般情况下是两个或两个以上的体系通过相互作用而互相影响的现象[6-7]。近海渔业区安全文化与生态环境安全可以通过自身独有的耦合元素来互相作用和影响，近海渔业区安全文化作用于生态环境安全系统，同时还会受到生态环境安全系统的制约。良好的生态环境安全可以为近海渔业区安全文化提供良好的发展环境，本文将两者的相互作用作为近海渔业区安全文化与生态环境安全的耦合。二者之间的耦合关系主要表现在近海渔业区安全文化中的政府资金投入，促进人们对生态环境安全的重视，从而改善近海渔业区的生态环境质量。近海渔业区生态环境安全通过改善区域生态环境、加强基础设施的建设，来为近海渔业区安全文化的发展提供良好的环境条件。近海渔业区安全文化与生态环境安全的耦合关系如图1所示。

图1 近海渔业区安全文化与生态环境安全的耦合关系

由图1可知，总结生态环境安全在不同研究领域的意义，分析影响安全文化的不同主体，得到了近海渔业区安全文化的组成。从耦合度角度出发，分析了近海渔业区安全文化与生态环境安全之间的相互作用，得到了近海渔业区安全文化与生态环境安全的耦合关系，完成了近海渔业区安全文化与生态环境安全耦合关系的确定。

1.2 构建生态环境安全的灰色关联度模型

在确定近海渔业区安全文化与生态环境安全耦合关系后，采用生态环境安全的灰色关联分析法，来构建生态环境安全的灰色关联度模型，达到提高生态环境安全耦合度的目的。生态环境安全的灰色关联度模型通过计算近海渔业区安全文化系统与生态环境安全系统之间的指标关联度，从模型内部指标的整体角度出发，反映了二者之间的耦合度关系[8]。近海渔业区安全文化与生态环境安全之间关联系数的计算公式(1)所示：

(1)

由于近海渔业区安全文化与生态环境安全之间的关联系数过于分散且多，但是为了方便两者之间的比较，将每一时刻的近海渔业区安全文化与生态环境安全之间的关联系数集中到一个值附近[9]，本文采用平均值计算公式来处理关联系数，公式为：

(2)

式中，γij表示近海渔业区安全文化与生态环境安全之间的关联度。通过比较γij的大小，可以快速筛选出生态环境安全对近海渔业区安全文化影响较大的因素。若γij=1，则说明生态环境安全中的其中一项指标与近海渔业区安全文化中的某一个指标有着密切的关系，且两个指标的变化规律也完全相同；若0<γij<1且γij值越接近1，则说明近海渔业区安全文化与生态环境安全之间的关联性越强，γij的值越接近0，则说明二者的关联性越弱。

在确定近海渔业区安全文化与生态环境安全耦合关系的基础上，采用灰色关联分析法，计算了近海渔业区安全文化与生态环境安全之间关联系数，由于近海渔业区安全文化与生态环境安全之间的关联系数过于分散且数量较多，采用算术平均值计算公式来处理关联系数，完成生态环境安全灰色关联度模型的构建，接下来通过分析近海渔业区生态环境安全耦合的时序规律，来实现近海渔业区生态环境安全耦合度关键技术分析。

1.3 分析近海渔业区生态环境安全耦合的时序规律

在灰色关联度模型内部，将生态环境安全评价指标进行分类，在分类的基础上分析近海渔业区生态环境安全耦合的时序规律，实现近海渔业区生态环境安全耦合度关键技术分析，提高近海渔业区生态环境安全的耦合度[10-11]。将近海渔业区安全文化设为x(t)，增长率r表示x(t)的函数，记为r(x)。假设r(x)是x的函数，这时需要一个引入系数s，当x=xm时，此时增长率为零，即r(xm)=0，即可以求出引入系数的值。增长率函数r(x)可以表示为：

(3)

近海渔业区安全文化的增长率可以表示为：

(4)

将增长率方程用分离变量法求解，可以得到：

(5)

运用增长率方程的求解结果，构建了近海渔业区生态环境安全耦合度模型：

(6)

式中，C表示耦合度，u1和u2表示时序参量。

综上所述，从安全文化影响的主体不同分析，得到了近海渔业区安全文化的组成，采用灰色关联分析法来计算近海渔业区安全文化与生态环境安全之间的关联系数。以方便近海渔业区安全文化与生态环境安全之间的比较为目的，采用算术平均值计算公式来处理关联系数，完成生态环境安全灰色关联度模型的构建；最后利用分离变量法求解，在增长率方程的基础上，构建了近海渔业区生态环境安全耦合度模型[12]，完成近海渔业区生态环境安全耦合的时序规律的分析，实现了近海渔业区生态环境安全耦合度关键技术分析。

2 实验对比分析

为了验证近海渔业区生态环境安全耦合度关键技术的效果和可行性，在某近海渔业区进行实验验证，同时结合该近海渔业区的发展水平与生态环境安全现状，分析两者之间的耦合度关系，实验的具体实施步骤如下。

步骤1：构建指标体系

先对该近海渔业区的生态环境安全进行分类，通过分析生态环境安全的分类结果，选取合适的指标，确定近海渔业区生态环境安全的指标体系。利用数据载入工具将不同核心指标数据根据其特性载入数据图表工具进行数据展示。图2是利用生态环境安全的分类结果，预先设计的选取合适的指标连接流程。

图2 选取合适的指标业务连接流程图

选取评价指标选取的标准主要体现在如下两个方面：(1)评价指标可用率：一般来说近海渔业区的生态环境安全可靠率≥99.9%；(2)评价指标可用性：对生态环境安全关键业务活动应重点保证其可用性。对于评价指标，根据其重要程度分别制定其可用性。当突发状况发生时，可保证评价指标具备最佳的运行能力，保证关键评价指标的可用性。

步骤2：近海渔业区的现状分析

采用多个指标共同评价的方法，分别测算出近海渔业区的废水、废气和废弃物的排放情况，以及目前的发展水平。其中多个指标以及评价方法具体如下所示。

(1)地方性原则指标

该原则指标主要是肯定了近海渔业区环境多元化的结果，为如今的捕捞作业方式、周边建筑建造模式、渔民生活方式以及千姿百态的海洋文化样貌奠定了基础。

(2)保护多样性的原则指标

符合近海渔业区自然的规律，将美学、社会学、人居学、景观生态学以及植物学等作为基础条件，遵循近海渔业区生态法则，以此重新认识自然景观的要素。

(3)社会性原则指标

在规划近海渔业区时，需要对多个学科进行交叉研究，其中涉及有经济、社会、艺术以及科学等许多方面问题，它们之间是相辅相成、密不可分的。所以，规划之前需要全面以及综合分析渔业区社会经济条件以及景观的自然条件等。

(4)可持续性的原则指标

该原则指标应该遵循一种全新价值、道德以及伦理的观念，在本质上是充分利用现代科技手段，通过发展清洁生产、开发绿色资源，来改善以及优化近海渔业区生态的环境，从而促进人和自然的和谐发展，促进环境、资源以及人口之间的相互协调性。

步骤3：生态环境安全现状分析

利用生态模型进行定性分析，阐明近海渔业区生态环境安全的总体与局部变化情况，展现出近海渔业区生态环境安全的发展趋势。

利用上述的实验方法及步骤，通过本文方法对比文献[3-4]方法进行实验，得到了近海渔业区生态环境复杂程度对比结果，如图3所示。

图3 近海渔业区生态环境复杂程度对比结果

由图3可知，随着近海渔业区安全文化与生态环境安全之间的关联系数增加，三种方法耦合度关键技术分析获取到的生态环境复杂程度上、下限都有下降的趋势，其中本文方法下降趋势最为明显，且当关联系数达到100时，文献[3]方法和文献[4]方法的生态安全环境复杂程度最终分别下降到73%和20%，而本文方法的生态安全环境复杂程度最终下降到8%。生态环境越复杂，本文方法的效果越好。

为进一步验证近海渔业区生态环境安全耦合度关键技术的可行性，按照以下步骤进行实验：

步骤1：近海渔业区生态环境安全耦合关系分析

采用灰色关联度模型分析近海渔业区生态环境安全耦合关系及变化趋势。

步骤2：基于相关分析，结合定性与定量结合的研究方法，提取近海渔业区生态环境安全的影响因素。

步骤3：分析实验结果并记录，绘制近海渔业区生态环境安全耦合度曲线。其近海渔业区生态环境安全耦合度曲线结果如图4所示。

图4 近海渔业区生态环境安全耦合度曲线结果

图4是利用本文方法进行近海渔业区生态环境安全耦合曲线结果。从耦合度角度出发，近海渔业区安全文化与生态环境安全之间存在相互作用的关系，由此确定本文方法所进行的近海渔业区安全文化与生态环境安全的耦合关系较为密切。

3 结束语

近海渔业区的快速发展，造成了资源过度消耗，生态环境安全逐渐恶化，间接地提高了工业发展的成本。近海渔业区产生和排放的废水、废气，严重影响了生态环境安全，甚至危害捕鱼人的健康，人为地增加了生态保护的成本。近海渔业区的大量物质需求也加剧了区域生态环境风险，严重制约了渔业的发展。为此本文提出近海渔业区生态环境安全耦合度关键技术，所设计的方法创新点在于提出近海渔业区安全文化与生态环境安全之间的关联度规则。实验结果表明：本设计方法近海渔业区生态环境复杂程度下降趋势最为明显，生态环境越来越复杂；生态环境安全耦合度关系较为密切。在未来的研究中，可就如何减少近海渔业区生态环境安全耦合时间进行深入研究。