陸 彥，楊元媛，陸永軍，侯慶志

(南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029)

灘涂是處于動(dòng)態(tài)變化中的海陸過(guò)渡地帶，是城市發(fā)展的重要后備資源。為了緩解經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)帶來(lái)的土地供需矛盾，灘涂以其優(yōu)越的地理位置承載了人類眾多的開發(fā)活動(dòng)。不科學(xué)的開發(fā)將會(huì)導(dǎo)致灘涂功能退化、生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問(wèn)題[1]，如近年來(lái)海岸線侵蝕、水質(zhì)惡化、風(fēng)暴潮頻發(fā)、河口防洪納潮能力減弱等[2-5]，這些問(wèn)題又進(jìn)一步限制了沿海地區(qū)的發(fā)展。因此，灘涂開發(fā)適宜性研究和承載力評(píng)估是當(dāng)前發(fā)展階段的迫切需要，對(duì)沿海地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[6]。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已針對(duì)灘涂演變過(guò)程、灘涂開發(fā)的影響等進(jìn)行了大量研究，主要從水動(dòng)力條件、水質(zhì)及海洋帶生態(tài)環(huán)境等方面闡述了灘涂圍墾的影響，側(cè)重于對(duì)其單一功能的定量分析[7]。然而，灘涂作為多功能復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，更具系統(tǒng)性和科學(xué)性的研究應(yīng)該綜合分析潮波系統(tǒng)、潮灘穩(wěn)定、海堤防洪防災(zāi)等要素對(duì)潮灘開發(fā)的響應(yīng)，合理地評(píng)估各要素之間的互饋與累積效應(yīng)，從資源承載力的角度量化分析灘涂開發(fā)狀況。目前對(duì)海岸灘涂承載能力的研究集中在海灘旅游承載能力[8-10]和灘涂生物資源承載力[11-13]兩方面，而基于可持續(xù)發(fā)展理論，綜合社會(huì)、資源及環(huán)境等多方面因素的灘涂資源開發(fā)承載力研究尚處于起步階段。潘桂娥[14]于2014年提出了灘涂資源承載力的概念，即以維護(hù)生態(tài)環(huán)境可持發(fā)展為前提，以保證灘涂資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口及生態(tài)等方面的支撐持續(xù)平衡增長(zhǎng)為條件，灘涂資源可以達(dá)到的最大支撐能力。郭巨海等[15]探討了灘涂資源承載力的量化方法，基于“驅(qū)動(dòng)力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”框架模型，初步構(gòu)建了承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，但并未將其運(yùn)用于具體灘涂的承載力計(jì)算。總體來(lái)說(shuō)，針對(duì)灘涂資源開發(fā)承載力的研究目前仍處于探索階段，尚未形成系統(tǒng)和完備的評(píng)估體系及評(píng)價(jià)方法，缺少對(duì)灘涂功能識(shí)別、承載力約束條件和臨界范圍以及綜合評(píng)價(jià)方法的系統(tǒng)研究。Zhang等[16]以環(huán)渤海灘涂為對(duì)象構(gòu)建承載力評(píng)估體系，定量評(píng)估了遼東灣、渤海灣和萊州灣三大環(huán)渤海海灣的灘涂資源承載能力，分析了三大海灣灘涂資源承載力的變化趨勢(shì)。鑒于整片海灣不同區(qū)域的自然條件和開發(fā)程度存在明顯的空間差異，在灘涂資源承載力評(píng)估中，以整片海域的灘涂作為研究對(duì)象無(wú)法反映灘涂資源承載力的空間特征，應(yīng)對(duì)研究區(qū)域內(nèi)灘涂進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?，以有效識(shí)別各灘涂區(qū)域資源承載力關(guān)鍵制約因素的貢獻(xiàn)，從而得到更科學(xué)的評(píng)估結(jié)果。

本研究以灘涂發(fā)育豐富且經(jīng)歷大規(guī)模開發(fā)的渤海灣為研究對(duì)象，綜合海域與陸域劃分，對(duì)海灣內(nèi)灘涂資源進(jìn)行評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐郑⒎謩e評(píng)估不同單元在開發(fā)前后4個(gè)代表年份的承載力變化趨勢(shì)，揭示典型海灣灘涂資源開發(fā)承載力的時(shí)空演變特征，識(shí)別同一海灣不同區(qū)域的灘涂承載開發(fā)能力的差異。研究成果對(duì)區(qū)域?yàn)┩繃鷫Ｐ偷膬?yōu)化及提升具有重要意義，可為灘涂利用與保護(hù)的實(shí)施和管理規(guī)劃提供科學(xué)參照。

1 研究區(qū)域

渤海灣北起河北省唐山市樂(lè)亭縣大清河口，南至山東省利津縣新黃河口，是位于渤海西部的半封閉海灣，灣內(nèi)灘面穩(wěn)定、岸坡平緩，沿岸發(fā)育有集中連片的海岸灘涂，約占中國(guó)灘涂資源的1/3[1]。豐富的灘涂資源也為圍填海工程的建設(shè)提供了大量的空間，自2003年以來(lái)，渤海灣進(jìn)行了大規(guī)模的海岸灘涂圍墾工程，不到10 a時(shí)間渤海灣岸線形態(tài)發(fā)生了極大的變化[17]，工程范圍主要包括北部曹妃甸工業(yè)區(qū)、西北部天津港的建設(shè)以及南部黃驊港的擴(kuò)張和東營(yíng)沿岸灘涂養(yǎng)殖的發(fā)展。曹妃甸圍填工程于2003年啟動(dòng)水電等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，2006年曹妃甸甸頭初步建成，2012年曹妃甸工業(yè)園基本建成，圍填面積約250 km2；天津港于2006年開始建設(shè)東疆、北疆和南疆港區(qū)，2012年建成了臨港工業(yè)區(qū)和南港工業(yè)區(qū)，港區(qū)總面積接近300 km2；黃驊港于2010年正式開航，建成面積近100 km2；東營(yíng)市沿岸規(guī)劃了近180 km2的灘涂圍墾養(yǎng)殖用地。大規(guī)模工程建設(shè)使得當(dāng)?shù)刭Y源環(huán)境受到了較大的破壞，渤海灣灘涂資源的最大開發(fā)承載能力研究直接關(guān)系到環(huán)渤海地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

灘涂是處于動(dòng)態(tài)變化中的海陸過(guò)渡地帶，本研究綜合陸域與海域特點(diǎn)對(duì)渤海灣灘涂進(jìn)行評(píng)價(jià)單元的劃分。陸域分區(qū)以行政區(qū)劃為界，灘涂所屬行政管轄范圍不同，反映了各省市灘涂資源開發(fā)需求的差異。沿岸共包括唐山市、天津?yàn)I海新區(qū)、滄州市、濱州市、東營(yíng)市等5個(gè)地區(qū)，陸域劃分為5個(gè)評(píng)價(jià)單元(圖1(a))；海域分區(qū)結(jié)合渤海灣水動(dòng)力場(chǎng)及水體自凈能力，反映了不同區(qū)域潮灘水動(dòng)力條件的差異，本研究將渤海灣劃分為3個(gè)海域(圖1(a))。海域一位于西北灣頂，是整個(gè)海灣的弱流區(qū)，渤海灣主要氮磷污染來(lái)源永定新河和海河均直接匯入該區(qū)域[18]，該區(qū)域水污染嚴(yán)重且污染物難以擴(kuò)散；海域二位于渤海灣中部，天津港以南海域正對(duì)渤海中部，受外部潮波直接影響，潮流動(dòng)力較強(qiáng)；海域三位于渤海灣西南部，包含整個(gè)黃驊港和東營(yíng)沿岸灘涂養(yǎng)殖區(qū)域。

圖1 渤海灣海陸劃分及灘涂資源評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐諪ig.1 Sea-land division and tidal flat resource evaluation unit division of Bohai Bay

綜合以上陸域和海域劃分結(jié)果，海域一將唐山市劃分為曹妃甸東部和西部2個(gè)研究區(qū)域，海域一將天津?yàn)I海新區(qū)劃分為天津港南部和北部2個(gè)區(qū)域，海域三根據(jù)陸域行政單元不同劃分為3個(gè)區(qū)域，分別為滄州、濱州和東營(yíng)沿岸灘涂。綜合海域與陸域的劃分，本文以-5 m等深線以淺灘涂為研究對(duì)象，將研究區(qū)域劃分為7個(gè)評(píng)價(jià)單元(評(píng)價(jià)單元A—G)(圖1(b))。

評(píng)價(jià)單元A位于曹妃甸東部淺灘，該區(qū)域受老龍溝潮汐通道體系控制；評(píng)價(jià)單元B位于曹妃甸西部，為曹妃甸與天津港兩大工程作用最明顯的區(qū)域；評(píng)價(jià)單元C位于天津港北部；評(píng)價(jià)單元D位于天津港南部，渤海灣大部分圍填海工程均集中于此；評(píng)價(jià)單元E位于黃驊港北部；評(píng)價(jià)單元F位于黃驊港南部；評(píng)價(jià)單元G為東營(yíng)沿海，該區(qū)域近年來(lái)進(jìn)行了大量的灘涂圍墾養(yǎng)殖活動(dòng)，沒(méi)有大規(guī)模涉海工程。

2 資料與方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

構(gòu)建科學(xué)合理的指標(biāo)體系是評(píng)估灘涂開發(fā)承載力的關(guān)鍵[19]，本研究在前人研究[15-16]的基礎(chǔ)上，針對(duì)同一海灣不同區(qū)域的差異性，構(gòu)建“驅(qū)動(dòng)力-狀態(tài)-影響(Driving-State-Impact，DSI)”承載力評(píng)估體系。DSI 模型包含灘涂開發(fā)的外部驅(qū)動(dòng)因素、灘涂資源的自然開發(fā)條件以及灘涂圍墾對(duì)周圍環(huán)境的影響等3個(gè)方面，能夠全面評(píng)估灘涂資源的開發(fā)承載能力。模型的評(píng)估體系包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層和指標(biāo)層4個(gè)層次。目標(biāo)層為灘涂開發(fā)承載力;準(zhǔn)則層包括驅(qū)動(dòng)力、狀態(tài)、影響；每個(gè)準(zhǔn)則層由1個(gè)或幾個(gè)要素進(jìn)行指示，驅(qū)動(dòng)力層主要考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，狀態(tài)層包括水域污染狀況和自然資源條件，影響層考慮潮波系統(tǒng)、風(fēng)暴潮和防洪3個(gè)影響要素;最后用指標(biāo)層的指標(biāo)對(duì)每個(gè)要素進(jìn)行量化。

(1) 驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)。驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況有關(guān)，本研究選取單位面積GDP和人均土地面積2個(gè)指標(biāo)反映區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件。單位面積GDP為地區(qū)生產(chǎn)總值GDP與土地面積的比值，反映了地區(qū)支持灘涂開發(fā)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，單位面積GDP越高，灘涂資源開發(fā)利用的驅(qū)動(dòng)力越強(qiáng)，可更好地為灘涂開發(fā)提供經(jīng)濟(jì)支持；人均土地面積為常住人口與土地面積的比值，體現(xiàn)了地區(qū)對(duì)于土地的需求，人均土地面積越小，土地資源越緊張，對(duì)灘涂資源開發(fā)的需求程度越大。

(2) 狀態(tài)指標(biāo)。灘涂的圍墾方式與開發(fā)程度取決于灘涂區(qū)域自身的資源條件，決定了灘涂資源開發(fā)的基礎(chǔ)，選取水域污染狀況與自然資源條件2個(gè)方面的指標(biāo)來(lái)表征灘涂的自然資源條件。在水域污染狀況方面，渤海灣大規(guī)模的涉海工程使得海域水交換能力降低，污染物難以擴(kuò)散，水質(zhì)污染更加嚴(yán)重，選取工業(yè)廢水排放量與水質(zhì)2個(gè)指標(biāo)表征灘涂的水域污染狀況，工業(yè)廢水排放越多，水質(zhì)越差，越不利于灘涂的進(jìn)一步開發(fā)；在自然資源條件方面，大規(guī)模的圍填海工程占用了大量的灘涂資源，使得自然岸線大量向人工岸線轉(zhuǎn)變，選取自然岸線比例表征岸線的變化，可以較好地體現(xiàn)不同地區(qū)灘涂開發(fā)程度的差異性。

(3) 影響指標(biāo)。高強(qiáng)度的灘涂開發(fā)破壞了原始的岸線形態(tài)和海域的自然屬性，引起海洋動(dòng)力條件與生態(tài)環(huán)境的連鎖反應(yīng)，甚至對(duì)海堤穩(wěn)定、河口行洪能力造成巨大影響，本研究結(jié)合潮波系統(tǒng)、防洪和風(fēng)暴潮災(zāi)害3個(gè)方面綜合考慮開發(fā)給周圍環(huán)境帶來(lái)的影響。灘涂圍墾將天然潮灘轉(zhuǎn)換為人工岸線，使潮灘失去了對(duì)潮汐能的存儲(chǔ)與耗散作用[20]，導(dǎo)致近岸潮流動(dòng)力和沿岸潮差發(fā)生改變，選取潮差與漲落潮流速作為反映潮波系統(tǒng)變化的評(píng)價(jià)指標(biāo)；風(fēng)暴潮是影響灘涂短周期動(dòng)力地貌過(guò)程的異常動(dòng)力條件，高強(qiáng)度開發(fā)使得風(fēng)暴潮災(zāi)害加重[21]，本文選取風(fēng)暴潮增水反映灘涂開發(fā)對(duì)海堤安全穩(wěn)定的影響；本文研究區(qū)域渤海灣入海河流眾多，灘涂開發(fā)束窄了上游洪水泄入外海的通道，對(duì)河口行洪產(chǎn)生一定的影響，選取河口洪水位即主要河口閘下最高潮位變化表征灘涂資源開發(fā)對(duì)泄洪的影響[22]。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見表1。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1Evaluation index system

2.2 評(píng)價(jià)方法

(1) 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化。在灘涂承載力指標(biāo)體系中，因指標(biāo)的特性、單位存在顯著的差異，無(wú)法進(jìn)行直接比較和統(tǒng)一的計(jì)算，首先需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算。在本文的評(píng)價(jià)體系中，驅(qū)動(dòng)力層和狀態(tài)層指標(biāo)統(tǒng)稱為狀態(tài)類指標(biāo)，可根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)與承載力變化的相關(guān)性分為正效應(yīng)指標(biāo)和負(fù)效應(yīng)指標(biāo)，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的量綱一化公式對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算。

影響層主要考慮指標(biāo)相對(duì)于初始指標(biāo)值的變化程度，實(shí)際評(píng)價(jià)中一般參考行業(yè)規(guī)范及專家經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行影響程度等級(jí)劃分，據(jù)此進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，影響類指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)級(jí)如表2所示。

表2 影響類指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化取值Table 2Standardized values of impact indicators

(2) 熵權(quán)法確定權(quán)重。熵權(quán)法是客觀權(quán)重法，根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)提供的信息熵大小確定權(quán)重，可以消除確定權(quán)重時(shí)的人為主觀影響，使結(jié)果更加合理。具體方法如下：

(1)

(2)

gj=1-ej

(3)

(4)

(3) 承載力計(jì)算?；跇?biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)和指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果，可對(duì)灘涂資源承載力進(jìn)行計(jì)算：

(5)

式中：vj為綜合承載力評(píng)價(jià)值。綜合評(píng)價(jià)值越大，表明評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)驅(qū)動(dòng)力越強(qiáng)，自身資源條件越好，灘涂開發(fā)利用帶來(lái)的影響越小，可承載力開發(fā)的能力越強(qiáng)，仍可對(duì)該灘涂區(qū)域進(jìn)行合理的使用。

2.3 潮波數(shù)學(xué)模型

為了研究灘涂開發(fā)對(duì)近岸潮波的影響，本文分別選取2003年(大規(guī)模開發(fā)起點(diǎn))、2006年(大規(guī)模開發(fā)初期)、2012年(大規(guī)模開發(fā)結(jié)束)和2018年4個(gè)代表年份，建立渤海灣潮波數(shù)學(xué)模型，潮波計(jì)算采用半隱式非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積海洋模型，模型控制方程及數(shù)值模擬離散方法等參見文獻(xiàn)[23]。模型范圍包括整個(gè)渤海，開邊界位于大連、煙臺(tái)一線，對(duì)研究區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格進(jìn)行了局部加密。模型開邊界潮位過(guò)程由中國(guó)海域潮汐預(yù)報(bào)得到，底床邊界考慮了摩阻，基本糙率取0.017；模擬時(shí)間分別為2003年、2006年、2012年和2018年的6月1—30日。選用2010年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行模型驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果顯示潮位均方差小于9.24 cm，流速均方差小于0.15 m/s，模型采用的計(jì)算參數(shù)基本合理，能夠較好地模擬該海域潮波系統(tǒng)及潮流運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

3 結(jié)果與分析

3.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算與分析

3.1.1 狀態(tài)類指標(biāo)

(1) 社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境指標(biāo)。本研究中，社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件包括單位面積GDP(圖2(a))和人均土地面積(圖2(b))，數(shù)據(jù)來(lái)源于渤海灣3個(gè)省市(河北省唐山市、滄州市,天津市濱海新區(qū),山東省濱州市、東營(yíng)市)2003年、2006年、2012年和2018年統(tǒng)計(jì)年鑒；工業(yè)廢水排放量(圖2(c))數(shù)據(jù)來(lái)源于上述4個(gè)年份北海區(qū)海洋環(huán)境公報(bào)。

圖2 研究區(qū)4個(gè)典型年份的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境指標(biāo)變化Fig.2 Changes of socio-economic and environmental indicators in four typical years in the study area

由圖2可見，各地區(qū)單位面積GDP逐年增加，其中天津?yàn)I海新區(qū)的單位面積GDP高于其他地區(qū)，有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力支持灘涂開發(fā)；人均土地面積逐年變化不明顯但呈現(xiàn)明顯的空間分布，東營(yíng)市的人均土地面積較少，向海要地的需求較大；工業(yè)廢水排放量各地區(qū)基本呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。

(2) 水質(zhì)。為了便于水質(zhì)指標(biāo)的量化計(jì)算，根據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 3097—1997》[24]將海域水質(zhì)進(jìn)行打分，劣Ⅳ類水得分為0分，Ⅰ類水質(zhì)得分為1分，水質(zhì)越好，得分越高，依次對(duì)各評(píng)價(jià)單元水質(zhì)進(jìn)行打分。

通過(guò)查閱各研究年份的《北海區(qū)海洋環(huán)境公報(bào)》《天津市海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》《河北省海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》《山東省海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》等相關(guān)資料，得到各評(píng)價(jià)單元海水水質(zhì)的年際變化情況以及空間分布特征，表3為各評(píng)價(jià)單元水質(zhì)綜合得分情況。

表3 渤海灣各評(píng)價(jià)單元不同年份水質(zhì)綜合得分Table 3Water quality in cities along the Bohai Bay in different years

(3) 自然岸線比例。通過(guò)遙感影像得到與灘涂圍墾有關(guān)的岸線變化情況，渤海灣各代表年份岸線變化情況如圖3所示。

圖3 渤海灣岸線變化情況Fig.3 Changes of coastline in Bohai Bay

統(tǒng)計(jì)各評(píng)價(jià)單元的初始自然岸線長(zhǎng)度以及圍填后剩余的自然岸線長(zhǎng)度，定義自然岸線比例為各評(píng)價(jià)單元現(xiàn)有岸線長(zhǎng)度與初始自然岸線長(zhǎng)度(2003年)的比值，具體指標(biāo)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 渤海灣各區(qū)段自然岸線比例Table 4Proportion of natural shoreline in each research area

以2003年為起始年份，2006年呈現(xiàn)為曹妃甸、天津港及黃驊港小規(guī)模單點(diǎn)圍填，2012年大規(guī)模開發(fā)基本成型，2003—2012年岸線形態(tài)發(fā)生了巨大的變化，各年份自然岸線比例呈下降的趨勢(shì);2012年以后由于國(guó)家海洋局執(zhí)行嚴(yán)格的圍填海管控，評(píng)價(jià)單元自然岸線比例與2012年保持一致。

3.1.2 影響類指標(biāo)

(1) 潮波系統(tǒng)影響。本文影響層指標(biāo)潮差及漲落潮流速來(lái)自2.3節(jié)中潮波模型的模擬結(jié)果，渤海灣工程建設(shè)對(duì)潮流動(dòng)力的影響主要集中在-5 m等深線以淺灘涂區(qū)域，本研究沿-5 m等深線選取特征點(diǎn)56個(gè)(每個(gè)評(píng)價(jià)單元取8個(gè)特征點(diǎn))，分析灘涂開發(fā)前后潮差及漲落潮流速的變化。

整個(gè)海灣的漲落潮流速空間分布呈現(xiàn)從外海至近岸逐漸減小的趨勢(shì)(表5)。從年際變化來(lái)看，隨著圍填規(guī)模的增大，工程附近漲落潮流速相對(duì)于2003年變化較為明顯，灘涂開發(fā)使得近岸潮流動(dòng)力減弱，其中曹妃甸、天津港北部以及黃驊港南部變化率約為10%。

表5 各評(píng)價(jià)單元不同開發(fā)階段漲落潮流速變化Table 5Average tidal current changes at different development stages of each evaluation unit

渤海灣的潮差分布表現(xiàn)為從灣口至灣頂逐漸增大(表6)。港口工程的建設(shè)導(dǎo)致大量自然岸線向人工岸線轉(zhuǎn)變，高潮位升高、低潮位降低，即近岸潮差與開發(fā)初期相比略有增高。潮差的增長(zhǎng)幅度在空間上表現(xiàn)為外海至灣頂逐漸減小，其中曹妃甸、黃驊港南部以及東營(yíng)沿岸潮差增加率約為3%。

表6 各評(píng)價(jià)單元不同開發(fā)階段潮差變化Table 6Tidal range changes at different development stages of each evaluation unit

(2) 防洪和風(fēng)暴潮災(zāi)害影響。在防洪影響和風(fēng)暴潮災(zāi)害方面，本研究分析了不同開發(fā)階段各個(gè)評(píng)價(jià)單元在典型臺(tái)風(fēng)條件下的風(fēng)暴潮最高水位的變化，渤海灣主要的行洪河流為獨(dú)流減河、永定新河和海河，分別位于評(píng)價(jià)單元C天津港北部和評(píng)價(jià)單元D天津港南部，因此在承載能力綜合計(jì)算時(shí)，只考慮評(píng)價(jià)單元C和評(píng)價(jià)單元D的行洪影響，其他指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值取為0。海岸工程建設(shè)束窄了河流入海通道，使得泄洪情況和風(fēng)暴潮災(zāi)害下的最高水位均有一定的抬升，開發(fā)成型時(shí)(2012年)獨(dú)流減河閘下1 km處的洪水位較2003年增加0.17 m，海河和永定新河增加0.10 m，典型風(fēng)暴潮條件下2006年最高水位較2003年增加了0.03 m，2012年增長(zhǎng)了0.07 m，風(fēng)暴潮最高水位從灣口至西北灣頂逐漸增加，其中以甸頭至天津港北部為增水最明顯的區(qū)域，最高水位增長(zhǎng)達(dá)0.10 m。

3.2 渤海灣灘涂開發(fā)承載力年際變化

根據(jù)上述2.2節(jié)的計(jì)算方法，得到了4個(gè)開發(fā)階段7個(gè)評(píng)價(jià)單元灘涂開發(fā)承載力綜合評(píng)估值，計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 各評(píng)價(jià)單元承載力評(píng)估值Table 7Evaluation value of carrying capacity of each evaluation unit

2003—2012年，各評(píng)價(jià)單元承載能力均存在不同程度的下降，體現(xiàn)出圍填海工程對(duì)近岸灘涂資源的不利影響;從大規(guī)模開發(fā)基本成型(2012年)至2018年，由于國(guó)家政策管控禁止渤海灣的進(jìn)一步開發(fā)，各個(gè)評(píng)價(jià)單元的灘涂開發(fā)承載力出現(xiàn)不同幅度的回升。對(duì)各評(píng)價(jià)單元承載力進(jìn)行平均計(jì)算，得到各年份的平均承載力值，承載力從2003年的0.817下降至2012年的0.666，2018年又回升至0.680，渤海灣灘涂開發(fā)承載力時(shí)空演變特征是各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合表現(xiàn)的結(jié)果。

評(píng)價(jià)單元C和評(píng)價(jià)單元D(位于天津港南部與北部)承載力下降是由于天津港附近大規(guī)模的港口及工業(yè)園建設(shè)影響，而評(píng)價(jià)單元C主要與渤海灣的氮磷排污導(dǎo)致區(qū)域水質(zhì)指標(biāo)下降有關(guān)；評(píng)價(jià)單元B和評(píng)價(jià)單元C承載力下降主要受風(fēng)暴潮增水的影響，灣頂區(qū)域受風(fēng)暴潮災(zāi)害影響較大。

從經(jīng)濟(jì)社會(huì)層面來(lái)看，圍填海工程形成了沿海城市的高新產(chǎn)業(yè)聚集地，推動(dòng)了整個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，評(píng)價(jià)單元A至評(píng)價(jià)單元D即天津市和唐山市單位面積GDP逐年上升，天津港和曹妃甸工業(yè)園的建設(shè)顯著提升了地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平，在驅(qū)動(dòng)力層面提高了渤海灣的灘涂開發(fā)承載能力。大規(guī)模的圍填海給渤海灣海域的資源和環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，國(guó)家海洋局出臺(tái)了一系列圍填限批政策，嚴(yán)禁進(jìn)行改變岸線屬性的建設(shè)開發(fā)活動(dòng)，改善了入海河流的水質(zhì)，減少了陸域的工業(yè)廢水排放量[25]，從驅(qū)動(dòng)力和狀態(tài)層提升了2018年灘涂資源的開發(fā)承載能力，使得2018年各評(píng)價(jià)單元灘涂開發(fā)承載力出現(xiàn)不同程度的回升。

3.3 渤海灣灘涂開發(fā)承載力空間分布

從空間分布特征來(lái)看(圖4)，渤海灣7個(gè)評(píng)價(jià)單元承載力的分布規(guī)律在開發(fā)前后基本保持一致，天津港附近灣頂承載力較弱，黃驊港以南較強(qiáng)。渤海灣的氮磷主要污染來(lái)源永定新河和海河位于天津港北部，且灣頂本身潮流動(dòng)力較弱，污染物難以擴(kuò)散，因此該區(qū)域承載開發(fā)的能力本身較其他區(qū)域弱；而黃驊港以南區(qū)域位于南部灣口，受外部潮波直接影響，水動(dòng)力條件較好，擴(kuò)散能力較強(qiáng)，因此承載開發(fā)的能力也較強(qiáng)。對(duì)比開發(fā)前后承載力的變化情況，天津港附近2個(gè)單元承載力下降程度最大，整個(gè)海灣大部分圍填海工程均集中于此，大規(guī)模的圍填海工程使納潮面積減小，水動(dòng)力條件減弱，承載力下降最為明顯；曹妃甸東部淺灘工業(yè)園的圍填面積高達(dá)200 km2，但是工程布置格局考慮了潮汐通道的水動(dòng)力條件，使得該圍填工程對(duì)承載力影響不大；曹妃甸甸頭以西雖沒(méi)有進(jìn)行任何圍填海工程，但其為天津港與曹妃甸兩大工程作用最明顯的海區(qū)，由于甸頭的阻隔作用，水體污染物易集中在灣頂難以擴(kuò)散，后續(xù)開發(fā)容易出現(xiàn)水體污染等環(huán)境問(wèn)題。

圖4 2003年和2012年渤海灣灘涂承載力空間分布Fig.4 Spatial distribution of tidal flat carrying capacity in Bohai Bay in 2003 and 2012

南部灘涂整體承載力較高，開發(fā)后下降幅度不大，黃驊港的建設(shè)使水體沿岸南下的通道受阻，導(dǎo)致污染物在此滯留，水質(zhì)變差[26]，但對(duì)其他指標(biāo)的影響不大；東營(yíng)、濱州沿岸大部分灘涂被用來(lái)進(jìn)行灘涂養(yǎng)殖，對(duì)灘涂資源起到了保護(hù)作用，該區(qū)域沒(méi)有進(jìn)行大規(guī)模涉海工程，因此該區(qū)域?yàn)┩抠Y源還可進(jìn)行合理的開發(fā)。

4 結(jié) 論

本文以中國(guó)灘涂資源豐富且經(jīng)歷大規(guī)模開發(fā)的渤海灣為例，通過(guò)實(shí)測(cè)資料收集、數(shù)值模擬等方法獲取相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)渤海灣灘涂開發(fā)承載力的時(shí)空演變特征進(jìn)行計(jì)算分析，研究結(jié)論如下：

(1) 從年際變化來(lái)看，灘涂開發(fā)降低了灘涂資源的開發(fā)承載力，2003—2012年承載力呈下降趨勢(shì)，綜合評(píng)估值從0.817下降至0.666，2012年后由于國(guó)家大力推進(jìn)海洋生態(tài)保護(hù)政策，2018年承載力回升至0.680。

(2) 從空間分布來(lái)看，承載力變化趨勢(shì)整體表現(xiàn)為灣頂下降幅度大于灣口區(qū)域，由于天津市興建港口而東營(yíng)市大力發(fā)展灘涂養(yǎng)殖，灘涂開發(fā)前后均表現(xiàn)為天津港附近區(qū)域承載力較弱，黃驊港以南灘涂養(yǎng)殖區(qū)承載力較強(qiáng)，開發(fā)承載力與區(qū)域圍填規(guī)模和形式密切相關(guān)。

(3) 影響各評(píng)價(jià)單元灘涂資源開發(fā)的主導(dǎo)因素存在一定的差異，曹妃甸淺灘應(yīng)考慮對(duì)潮波系統(tǒng)和灘潮穩(wěn)定的影響，西北灣頂考慮區(qū)域本身水動(dòng)力條件較弱，天津?yàn)I海新區(qū)至黃驊港應(yīng)考慮氮磷污染以及港口、石化工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，南部大面積灘涂養(yǎng)殖區(qū)域應(yīng)及時(shí)對(duì)灘涂養(yǎng)殖存在的問(wèn)題提出解決方案，加強(qiáng)灘涂資源的保護(hù)意識(shí)。