董月娥,徐 偉,2,滕 欣
(1.國家海洋技術(shù)中心 天津 300112;2.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 青島 266100)
基于GIS的海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)方法研究*
董月娥1,徐 偉1,2,滕 欣1
(1.國家海洋技術(shù)中心 天津 300112;2.中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 青島 266100)
海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)是區(qū)劃體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),對(duì)及時(shí)掌握區(qū)劃實(shí)施情況、開展區(qū)劃調(diào)整及修編等具有重要意義。文章探討了GIS在海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)中的應(yīng)用,從區(qū)劃目標(biāo)完成情況、保障措施落實(shí)情況、海域使用符合性、區(qū)劃適用性、公眾滿意度等方面構(gòu)建了實(shí)施評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,融合GIS技術(shù)和海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)模型,初步形成了一套綜合的海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)方法,研究成果可為深入開展區(qū)劃中期評(píng)估及定期實(shí)施效果評(píng)價(jià)提供參考。
海洋功能區(qū)劃;GIS;實(shí)施評(píng)價(jià)
2001年通過的《中華人民共和國海域使用管理法》中明確規(guī)定,國家實(shí)行海洋功能區(qū)劃制度,海域使用必須符合海洋功能區(qū)劃。2007年,《海洋功能區(qū)劃管理規(guī)定》中不僅提出編制海洋功能區(qū)劃前,應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)行海洋功能區(qū)劃以及各涉海規(guī)劃的實(shí)施效果進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià),而且專章規(guī)定了在海洋功能區(qū)劃批準(zhǔn)實(shí)施兩年后,有關(guān)區(qū)劃的評(píng)估和修改問題。2012年,《國務(wù)院關(guān)于全國海洋功能區(qū)劃(2011-2020年)的批復(fù)》(以下簡稱“區(qū)劃”)中,明確要求“海洋局會(huì)同有關(guān)部門要認(rèn)真落實(shí)《區(qū)劃》實(shí)施的各項(xiàng)保障措施,對(duì)《區(qū)劃》執(zhí)行情況進(jìn)行跟蹤評(píng)估和監(jiān)督檢查”。海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)既可全面系統(tǒng)掌握區(qū)劃的執(zhí)行情況,保證區(qū)劃實(shí)施與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相協(xié)調(diào),同時(shí),有助于管理部門適時(shí)調(diào)整和優(yōu)化海域管理政策和行為。
海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià),是指根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)用一定的方法,對(duì)海洋功能區(qū)劃實(shí)施的過程及結(jié)果進(jìn)行分析、比較與綜合后做出的一種價(jià)值判斷[1-2]。
國內(nèi)外關(guān)于規(guī)劃實(shí)施評(píng)價(jià)已取得了較多的成果,多集中于土地利用規(guī)劃、城市規(guī)劃實(shí)施評(píng)價(jià)和海洋空間規(guī)劃研究等領(lǐng)域[3-5]。
在海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)方面,也取得了一定的成果,左偉以區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)概念框架為理論基礎(chǔ),利用RS、GIS和評(píng)價(jià)模型相結(jié)合的技術(shù)方法,對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)[6]。
劉洋簡述了區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)的類型及方法[7]。
楊山利用效用函數(shù)綜合評(píng)價(jià)法開展江蘇省海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)研究,評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)實(shí)情況吻合度較高[8]。
黃沛構(gòu)建了由海洋功能區(qū)劃目標(biāo)實(shí)施情況、海域空間布局情況、公眾對(duì)海洋功能區(qū)劃的滿意程度3個(gè)領(lǐng)域組成的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,初步建立了海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),形成了一套定量化的海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)方法體系[9]。
夏登文對(duì)全國海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究,構(gòu)建了以區(qū)劃目標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度、措施落實(shí)情況和各海域開發(fā)利用情況等為框架的評(píng)價(jià)指標(biāo)和體系[10]。
徐偉開展了全國海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)研究,采用統(tǒng)計(jì)分析和定性描述相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法,構(gòu)建了全國海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)體系[11]。
我國海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)工作已經(jīng)開展并取得一系列成果,但仍然存在著一些問題。一方面,我國尚未建立起一套系統(tǒng)的、可操作性和實(shí)用性強(qiáng)的海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)方法體系;另一方面,仍缺少海洋功能區(qū)劃實(shí)施情況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和具有可操作性的規(guī)范程序。本研究嘗試借鑒土地規(guī)劃與城市規(guī)劃實(shí)施評(píng)價(jià)的成熟經(jīng)驗(yàn),總結(jié)利用海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)領(lǐng)域的已有成果,構(gòu)建科學(xué)實(shí)用的海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并解決利用GIS手段進(jìn)行評(píng)價(jià)的關(guān)鍵技術(shù)問題,以全面、直觀地了解區(qū)劃實(shí)施情況,為區(qū)劃的編制、實(shí)施、修訂及保障措施的調(diào)控提供依據(jù)。
海洋功能區(qū)劃以海域空間為載體,涉及自然資源、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多方面??紤]到海洋功能區(qū)劃實(shí)施過程中存在著諸多不確定性因素,如海洋自然環(huán)境、開發(fā)利用狀況等復(fù)雜多變,因此,在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系過程中,嘗試從多角度提出一系列相對(duì)容易量化的指標(biāo),用以全面表征區(qū)劃實(shí)施效果。以區(qū)劃目標(biāo)實(shí)施情況為切入點(diǎn),結(jié)合保障措施落實(shí)情況、海域使用符合性、區(qū)劃適用性及公眾滿意度等,構(gòu)建海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)的科學(xué)評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)體系,運(yùn)用GIS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分類提取、處理與轉(zhuǎn)換及定量測算,并結(jié)合定性分析、專家咨詢、問卷調(diào)查等多種方法,快速獲取研究區(qū)域評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù),全方位、多角度地評(píng)價(jià)海洋功能區(qū)劃實(shí)施情況。其中,可應(yīng)用于區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)中的GIS技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)庫建庫技術(shù)、疊加分析技術(shù)、緩沖區(qū)分析技術(shù)、地統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)及綜合制圖技術(shù)等,具體流程如圖1所示。
針對(duì)不同區(qū)域、不同級(jí)別的海洋功能區(qū)劃,應(yīng)選取具有代表性的綜合、專業(yè)指標(biāo),既要避免重復(fù)交叉,又要易于判斷不同區(qū)域、不同時(shí)期和不同目標(biāo)實(shí)施效果的優(yōu)劣,即具有可比性。
本研究設(shè)計(jì)選取區(qū)劃目標(biāo)完成情況、保障措施落實(shí)情況、海域使用符合性、區(qū)劃適用性、公眾滿意度5個(gè)領(lǐng)域,共17個(gè)指標(biāo)組成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。
海洋功能區(qū)劃目標(biāo)完成情況主要通過海洋保護(hù)區(qū)及海水養(yǎng)殖用海功能區(qū)面積達(dá)標(biāo)率、保留區(qū)面積及大陸自然岸線保有率和整治修復(fù)岸線完成率來衡量;保障措施落實(shí)情況利用政策法規(guī)配套程度、技術(shù)支撐水平和動(dòng)態(tài)監(jiān)管體系能力來進(jìn)行分析評(píng)價(jià);海域使用符合性通過功能區(qū)劃符合率和用海活動(dòng)調(diào)整比例進(jìn)行評(píng)價(jià);區(qū)劃適用性主要通過區(qū)劃目標(biāo)合理性、區(qū)劃公開審查程度、區(qū)劃實(shí)施綜合效益和區(qū)劃空間發(fā)展合理性來反映區(qū)劃本身是否合理;公眾滿意度則分別通過管理部門、用海部門和社會(huì)公眾對(duì)區(qū)劃的滿意度進(jìn)行測評(píng)??紤]到不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)結(jié)果的影響程度不同,采用層次分析法和專家打分法綜合確定各指標(biāo)權(quán)重。
圖1 基于GIS的海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)方法流程
表1 海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
GIS技術(shù)是基于地理信息的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng),是以應(yīng)用為導(dǎo)向的空間信息技術(shù),強(qiáng)調(diào)空間實(shí)體及其關(guān)系,其功能核心是空間分析與模擬,是重要的地理空間數(shù)據(jù)管理和分析工具。隨著海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)研究的細(xì)化和深入,需要對(duì)大量圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、處理、分析和統(tǒng)計(jì),使得評(píng)價(jià)任務(wù)極其繁重,因此引入能夠處理大量數(shù)據(jù)并具有較強(qiáng)空間分析功能的GIS技術(shù),對(duì)區(qū)劃評(píng)價(jià)工作而言具有重要意義。GIS技術(shù)在海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)中的應(yīng)用主要包括數(shù)據(jù)庫建庫技術(shù)、疊加分析技術(shù)、緩沖區(qū)分析技術(shù)、地統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)及綜合制圖技術(shù)等。
3.1 數(shù)據(jù)庫建庫技術(shù)
開展基于GIS的海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)研究,首要的任務(wù)是按照指標(biāo)體系確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并按照統(tǒng)一的數(shù)字研究框架規(guī)范輸入GIS數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)源包括基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)、專題地圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù),其中,基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)底圖要素,主要包括行政邊界、海岸線、水系、交通、居民點(diǎn)等要素;專題地圖數(shù)據(jù)主要指各級(jí)海洋功能區(qū)劃分布數(shù)據(jù)、海域使用確權(quán)數(shù)據(jù)等,可以從相應(yīng)的專題地圖中獲取,也可以從當(dāng)?shù)毓芾聿块T調(diào)查測繪的有關(guān)圖件或從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中獲??;遙感影像數(shù)據(jù)主要用于獲取海域使用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)及其動(dòng)態(tài)變化信息;統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)則主要指經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等數(shù)據(jù)。上述數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取、拓?fù)洹?biāo)準(zhǔn)化等處理后,分層存儲(chǔ)至GIS數(shù)據(jù)庫中,用作疊加分析等的數(shù)據(jù)源。
3.2 疊加分析技術(shù)
GIS疊加分析技術(shù)用于疊加多個(gè)要素類以合并、擦除、修改或更新空間要素,從而生成新要素類。將一個(gè)要素集合與另一個(gè)集合疊加時(shí)會(huì)創(chuàng)建新信息,涉及將兩組現(xiàn)有要素合并成一組要素,以識(shí)別輸入要素間的空間關(guān)系。區(qū)劃目標(biāo)的完成情況、區(qū)劃符合性及區(qū)劃空間發(fā)展合理性等指標(biāo)的信息提取,主要是將海洋功能區(qū)劃數(shù)據(jù)、海域使用確權(quán)數(shù)據(jù)、海域使用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等矢量數(shù)據(jù)模型進(jìn)行疊加運(yùn)算和分析,以快速獲取功能區(qū)位置、類型、面積、目標(biāo)及要求等數(shù)據(jù)之間相關(guān)關(guān)系分析結(jié)果。同時(shí),對(duì)不同時(shí)序的相關(guān)區(qū)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加計(jì)算與分析,能夠獲取因子動(dòng)態(tài)變化的過程,具有從結(jié)果評(píng)價(jià)到過程監(jiān)測的重要意義。在海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)中,利用GIS疊加分析技術(shù),主要用于解決“什么在什么中”的問題,如可以快速獲取實(shí)際海洋保護(hù)區(qū)在管轄海域中的分布與面積、海水養(yǎng)殖用海功能區(qū)在區(qū)劃中的范圍與面積、保留區(qū)在管轄海域中的分布與面積、大陸自然岸線在區(qū)劃中的位置與長度及整治修復(fù)岸線在區(qū)劃中的位置與長度等信息,即能夠定量化測算目標(biāo)完成情況中的海洋保護(hù)區(qū)面積達(dá)標(biāo)率、海水養(yǎng)殖用海的功能區(qū)面積達(dá)標(biāo)率、保留區(qū)面積保有率、大陸自然岸線保有率、整治修復(fù)岸線完成率等評(píng)價(jià)指標(biāo)。此外,應(yīng)用GIS疊加分析技術(shù),也可以快速獲取區(qū)劃實(shí)施期間新確權(quán)的海域中與區(qū)劃一致、兼容、不一致的新確權(quán)用海分布及面積,以及海域使用審批項(xiàng)目中不符合海洋功能區(qū)劃要求調(diào)整的項(xiàng)目面積與數(shù)量等信息,即能夠定量化測算海域使用符合性中的功能區(qū)劃符合率和用海活動(dòng)調(diào)整比例等評(píng)價(jià)指標(biāo)。
3.3 緩沖區(qū)分析技術(shù)
緩沖區(qū)分析技術(shù)指以距離單位或時(shí)間單位測量分析地圖要素周圍區(qū)域的技術(shù)。當(dāng)海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)的某些指標(biāo)無法直接采集有效數(shù)據(jù),可以采用間接的可靠數(shù)據(jù)予以代替,如利用夜間遙感影像的燈光密度替代人口密度指標(biāo)。根據(jù)海洋功能區(qū)劃方案及實(shí)施的特點(diǎn),區(qū)劃適用性中的區(qū)劃空間發(fā)展合理性指標(biāo)的信息獲取,可以采用港口航運(yùn)區(qū)密度、保留區(qū)規(guī)模、功能區(qū)水質(zhì)要求等作為種子數(shù)據(jù),進(jìn)行緩沖區(qū)分析,構(gòu)建區(qū)劃空間合理性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。應(yīng)用緩沖區(qū)分析技術(shù),可以分析港口航運(yùn)區(qū)、保留區(qū)及農(nóng)漁業(yè)區(qū)等功能區(qū)的布局、規(guī)模等方面的協(xié)調(diào)和集約程度,即定量化分析測算區(qū)劃適用性中的區(qū)劃空間發(fā)展合理性相關(guān)指標(biāo)。
3.4 地統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)
地統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)是利用統(tǒng)計(jì)和數(shù)學(xué)的方法,將從地表不同位置采集的采樣點(diǎn),創(chuàng)建為連續(xù)表面的分析技術(shù)。采樣點(diǎn)是一些現(xiàn)象的測量值,如海水水質(zhì)等環(huán)境監(jiān)測值,地統(tǒng)計(jì)分析利用已測量位置的數(shù)值生成表面,進(jìn)而預(yù)測地表其他位置的數(shù)值。該方法以包含自相關(guān)的統(tǒng)計(jì)模型為基礎(chǔ),具有生成預(yù)測表面的能力,同時(shí)還可以度量預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。地統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)主要包括以下步驟:首先進(jìn)行采樣點(diǎn)分布、趨勢及異常值等方面的數(shù)據(jù)檢查;然后計(jì)算經(jīng)驗(yàn)半變異函數(shù)或協(xié)方差值,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值擬合模型,生成克里金方程矩陣并對(duì)其進(jìn)行求解,從而獲取輸出表面中每個(gè)位置的預(yù)測值及其關(guān)聯(lián)誤差。海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)過程中,很多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是以調(diào)查樣點(diǎn)的形式分布在研究區(qū)域中,根據(jù)樣點(diǎn)分布特征,利用地統(tǒng)計(jì)分析技術(shù),能夠預(yù)測區(qū)域分布情況,為順利完成評(píng)價(jià)工作提供技術(shù)支撐。應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)分析技術(shù),可以通過分析海水水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)的數(shù)據(jù)獲取該區(qū)域內(nèi)海水水質(zhì)分布情況,進(jìn)而獲取反映區(qū)劃實(shí)施生態(tài)效益情況的清潔海域面積,即定量化測算區(qū)劃適用性中的區(qū)劃實(shí)施綜合效益中指標(biāo)中的生態(tài)效益水平。
在海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)工作中,應(yīng)用數(shù)據(jù)庫建庫技術(shù)、疊加分析技術(shù)、緩沖區(qū)分析技術(shù)、地統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)及綜合制圖技術(shù)等GIS技術(shù),能夠完成全國、省(自治區(qū)、直轄市)、市縣各級(jí)功能區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、空間分析、信息提取、動(dòng)態(tài)分析及圖件制作等,實(shí)現(xiàn)海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中有關(guān)地理空間數(shù)據(jù)領(lǐng)域的目標(biāo)完成情況、海域使用符合性及部分區(qū)劃適用性指標(biāo)的定量化測算。對(duì)于海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中非空間數(shù)據(jù)指標(biāo)的獲取與測算,如保障措施落實(shí)情況、公眾滿意度等,需結(jié)合專家打分、問卷調(diào)查及資料查詢等多種方法??梢?,在GIS技術(shù)及其他方法的共同支持下,能夠?qū)崿F(xiàn)各級(jí)海洋功能區(qū)劃實(shí)施定量評(píng)價(jià),快速獲取科學(xué)、可靠的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。
本研究對(duì)基于GIS技術(shù)的海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)進(jìn)行了初步探討和研究,從區(qū)劃目標(biāo)完成情況、保障措施落實(shí)情況、海域使用符合性、區(qū)劃適用性、公眾滿意度5個(gè)領(lǐng)域構(gòu)建了實(shí)施評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并介紹了相關(guān)GIS技術(shù)在區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)中的多項(xiàng)應(yīng)用,以期為即將開展的全國海洋功能區(qū)劃實(shí)施評(píng)價(jià)工作提供研究思路,并在實(shí)際研究與評(píng)價(jià)中不斷優(yōu)化完善,實(shí)現(xiàn)區(qū)劃實(shí)施的全面、科學(xué)、定量化評(píng)價(jià),為區(qū)劃編制前、實(shí)施中、完成后的各個(gè)階段提供技術(shù)支撐服務(wù)。
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國家海洋局資助項(xiàng)目——海洋功能區(qū)劃專家委員會(huì)辦公室工作及中期評(píng)估準(zhǔn)備(Y2140HG52).