基于系统动力学模型的胶州湾海域承载力预测
12页1、 基于系统动力学模型的胶州湾海域承载力预测 夏正启, 王 凯, 彭道民, 朱玉贵(1. 中国海洋大学环境科学与工程学院, 山东 青岛 266100; 2. 中国海洋大学海洋生命学院, 山东 青岛 266003; 3. 中国海洋大学水产学院, 山东 青岛 266003)近海海域是一个集社会、经济、资源及环境于一体的综合系统,具有复杂性、开放性、动态性及稳定性等特点1-2。近海海域不仅受到陆地和海洋各种自然因素的作用,人类活动亦对其有较大影响3-4。中国作为一个海洋大国,拥有丰富海洋资源,但随着海洋资源利用规模的持续扩大和利用效率的不断提升,脆弱的海洋生态环境受到了不可逆转的诸多负面影响5-6。为促进海洋经济的永续发展,需促进海域承载力与经济效益之间协调发展6。海域承载力是海洋永续发展的重要判断依据,在一定时期内,海域承载力强调海洋资源的永续利用和支持经济社会的发展能力,使得海洋能够支持社会、经济、资源和环境的协调发展4,7-8。目前,众多学者开展了海域承载力的相关研究,例如,钟舜彬和何均琳等2对中国东海近海海域承载力进行了评价,研究结果认为,在20062008年该海域承载力是处于适载状态
2、,而2009年之后,该海域承载力则是呈现(严重)超载水平。叶文祯9分析了福建省县级海域承载力水平的空间差异,并据此提出了相关建议。高金田等10模拟了不同情景下北部湾(防城港、钦州、北海三市)海域承载力的动态变化,并据此提出了相关政策。狄乾斌等5以辽宁省为例,分析了海洋产业结构与海域承载力之间的关系。系统动力学(System dynamics,SD)作为一门融合了信息论、系统论、控制论及决策论等学科综合知识的分析方法11-13,不仅可对现行政策进行追踪和模拟,亦可对未来系统发展态势进行调控,进而为决策者提供理论参考依据14。系统动力学已被广泛应用于海域承载力、水资源承载力、土地承载力、城市规划、生物医药等方面的研究15-20。青岛作为中国重要的海滨城市,其区位优势明显21,为保障青岛海洋经济的永续健康发展,本文基于多种数据来源,运用系统动力学模型对胶州湾海域承载力的发展状况进行模拟和预测,以期为其未来海洋经济发展提供科学依据和相应政策建议。1 材料与方法1.1 指标选取海洋是一个复杂系统,人类活动对其影响较大,因而海域承载力研究既要考虑沿海海域的地理特征,也要兼顾社会属性22。本文根据2
3、015年国家海洋局发布的海洋资源环境承载能力监测预警指标体系和技术方法指南和2017年山东省质量技术监督局发布的地方标准近岸海域海洋资源承载力评估技术规程(DB37/T29102017),考虑胶州湾海域自然资源分布现状及特点,综合海域资源供给与需求因素,将海域承载力系统划分为社会、经济、资源及环境4个子系统。指标体系如表1所示。表1 胶州湾海域承载力指标体系Table 1 Index system of jiaozhou Bay sea area carrying capacity1.2 数据来源本文研究区域为胶州湾海域。胶州湾位于山东半岛南部,是一个典型的半封闭海湾,是中国近海生态系统的缩影,其沿岸一带滨海旅游、采捕和养殖活动发达,受人类活动和自然变化影响极为显著23-24。本文选取20002020年作为胶州湾海域承载力的时间范围,相关数据来源于青岛统计年鉴、青岛市海洋环境公报、青岛市环境状况公报、青岛市生态环境状况公报、山东渔业统计年鉴、中国海洋统计年鉴及地方政府内部数据。1.3 系统动力学模型1.3.1 系统动力学建模步骤 模型涵盖研究目的、边界确定、因果关系、流程图和结构方程、
4、模型检验与情景设计及结果分析8,25。研究目的 应用系统动力学进行研究在于认识和预测承载力系统的未来状况,以进一步确定系统结构以及情景设计,为后续制定合理的政策提供参考依据。边界确定 基于系统内部的因素,在建模时要确定边界,边界范围偏大或偏小都不能反映真实情况26。因此,需要合理判定模型的边界,保证系统不受外部因素的影响,这是建模过程中的核心要点。因果关系 因果关系图可呈现出系统内部各变量间的因果关系,并用这种关系的反馈回路来进行描述。从系统中筛选除出合适的变量,综合衡量各变量间的内在联系,正号与负号则分别表示各变量间的正负关系。建立模型 模型包括流程图与结构方程。流程图涵盖各子系统,要确定其变量的基本属性、合理区分速率、状态及辅助变量。结构方程体现各因素间的数量关系27-28。模型检验与情景设计 在构建好整个系统的结构后,需对模型进行检测,通过计算相对误差,比较模型精度。检验完成之后,根据相关政策和发展规划要求,设置合理参数值,进行情景设计10,18。结果分析 对设计的情景进行模拟,然后对相关结果进行分析和讨论,最终找到适合系统发展的情景。1.3.2 系统边界及基准年 研究将系统边界
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