發(fā)布時間：2021-04-09所屬分類：管理論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：海島是海洋經(jīng)濟發(fā)展的支點，資源環(huán)境的有限性是制約海島持續(xù)開發(fā)利用的瓶頸因素。論文以水資源環(huán)境承載能力為切入點，分析旅游海島資源環(huán)境稟賦對人類活動的支撐力度;運用系統(tǒng)動力學(xué)，根據(jù)海島水資源環(huán)境特性和經(jīng)濟發(fā)展特征，構(gòu)建了水資源環(huán)境承載能力
摘要：海島是海洋經(jīng)濟發(fā)展的支點，資源環(huán)境的有限性是制約海島持續(xù)開發(fā)利用的瓶頸因素。論文以水資源環(huán)境承載能力為切入點，分析旅游海島資源環(huán)境稟賦對人類活動的支撐力度;運用系統(tǒng)動力學(xué)，根據(jù)海島水資源環(huán)境特性和經(jīng)濟發(fā)展特征，構(gòu)建了水資源環(huán)境承載能力評價體系;選擇對海島生態(tài)環(huán)境影響最大的海水入侵作為承載能力評價標(biāo)準，以“邊際風(fēng)險遞增”思路對海水入侵風(fēng)險進行量化;并以廣西潿洲島為例進行了實證分析，對不同人類活動規(guī)模和強度下的海島水資源環(huán)境承載能力進行了情景分析，最后針對海島發(fā)展提出了相應(yīng)的對策建議。
關(guān)鍵詞：水資源環(huán)境承載能力;系統(tǒng)動力學(xué);海水入侵;潿洲島
1引言
資源環(huán)境承載能力研究是我國新時代“人地關(guān)系”發(fā)展的前沿理論之一[1]。海島是海洋經(jīng)濟發(fā)展的支點，是開發(fā)利用海洋資源的戰(zhàn)略橋頭堡，是“人海耦合系統(tǒng)”的重要組成部分[2]。隨著海島開發(fā)活動規(guī)模和強度的增加，尤其是海島旅游產(chǎn)業(yè)和海洋經(jīng)濟的興起，資源環(huán)境對于海島開發(fā)的瓶頸制約作用愈發(fā)凸顯。《全國海島保護工作“十三五”規(guī)劃》提出，“實施海島資源環(huán)境承載能力，探索建立基于資源環(huán)境承載力的海島生態(tài)旅游開發(fā)模式”，為海島資源環(huán)境承載能力的研究指明了方向。
資源環(huán)境承載能力研究是對區(qū)域“資源環(huán)境諸要素綜合體”的評估，是衡量區(qū)域資源環(huán)境稟賦對人類活動規(guī)模和強度支撐的重要依據(jù)。隨著我國進入高質(zhì)量發(fā)展時期，長期高速經(jīng)濟增長下的資源環(huán)境問題逐漸暴露。通過在土地開發(fā)、水資源狀態(tài)、水環(huán)境生態(tài)、空間開發(fā)利用等領(lǐng)域的研究[3-5]，資源環(huán)境承載能力成果對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的支撐作用明顯。生態(tài)足跡、環(huán)境容量評價、耗竭性資源的利用路徑、系統(tǒng)動力學(xué)、能值分析、GIS分析、層次聚類分析等方法的應(yīng)用，為資源環(huán)境承載能力評估提供了良好的解決方案和分析平臺[6-8]。近年來，隨著我國海洋開發(fā)規(guī)模的擴大，海洋、海岸帶和沿海城市的資源環(huán)境承載力研究逐漸增多，涉及海洋資源環(huán)境承載能力閾值劃分、海域開發(fā)、濱海海岸帶承載能力預(yù)警等領(lǐng)域[9-11]。但涉及到海島，尤其是中小型海島的研究相對較少，對海島資源環(huán)境在開發(fā)中面臨的資源耗竭、環(huán)境污染問題缺乏全面和整體的分析[12-14]。
海島特殊的地理區(qū)位和空間隔離特征使得海島生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，部分生態(tài)系統(tǒng)一旦遭受破壞，將對海島生態(tài)環(huán)境造成不可逆的危害，繼而消耗海島的經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿ΑＦ渲校鳛轱@著的就是海島的地下水資源，海島地下水系統(tǒng)是一個獨立的循環(huán)系統(tǒng)，由于海島面積狹小，補給來源有限，地下淡水體又被海水包圍，因此易受海水入侵的威脅。海島面積狹小的地理特征限制了海島地表水系的發(fā)育，中小型海島普遍缺乏有效的天然地表儲水地貌，對地下水的開發(fā)對海島發(fā)展過程中不可避免的問題[15]。基于此，文章提出海水入侵脅迫下的海島水資源環(huán)境承載能力研究，將海水入侵威脅作為海島水資源環(huán)境承載能力的風(fēng)險等級評估和閾值劃分依據(jù)，并以此指導(dǎo)海島經(jīng)濟開發(fā)的規(guī)模和強度。
2研究方法
2.1模型體系構(gòu)建
海島水資源環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)自成體系，其整個淡水生態(tài)系統(tǒng)被海水所包圍，是四面環(huán)海的獨立水文地質(zhì)單元，其地下淡水是一個“漂浮”在海水之上的透鏡體。在沒有人類活動擾動的情況下，海島的降水、滲透、排泄等形成一個完整的水循環(huán)體系，呈現(xiàn)一種穩(wěn)態(tài)。在天然狀態(tài)下，降雨形成對地下水的補充，維持著弱透水區(qū)域與潛水含水層之間的聯(lián)系。
海島開發(fā)活動的開展打破了海島長期保持的水資源環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)均衡，隨著人類活動規(guī)模和強度的上升，一系列的水環(huán)境和水資源問題凸顯出來，對海島發(fā)展構(gòu)成潛在的威脅，并制約海島資源環(huán)境的進一步開發(fā)利用。海島水資源環(huán)境系統(tǒng)的負面影響主要體現(xiàn)在四個方面：水資源短缺問題;水環(huán)境污染問題;海水入侵問題;近海水環(huán)境問題。四個方面相互影響，構(gòu)成了海島水資源環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)體系。
文章根據(jù)海島水資源供給、需求、水環(huán)境環(huán)境質(zhì)量、水動力學(xué)間的相互聯(lián)系，依托系統(tǒng)動力學(xué)模型，構(gòu)建了海島水資源環(huán)境承載能力評價體系。水資源環(huán)境承載能力由多個模塊構(gòu)成，包括水資源供需、水環(huán)境、海水入侵等。
2.2風(fēng)險評價與閾值劃分
海水入侵是隨著地下水超采活動加劇引發(fā)的，隨著地下水位的下降，咸-淡分界面向海島中央推進，并逐漸咸化地下水，造成地下水資源的不可逆退化，并進而影響海島整體生態(tài)系統(tǒng)[16]。海水入侵是海島水資源供需情況、水資源供給配置和水環(huán)境共同作用的結(jié)果，綜合體現(xiàn)了海島水資源環(huán)境對經(jīng)濟社會發(fā)展的支撐能力。海水入侵風(fēng)險的大小體現(xiàn)了海島對地下水資源開采的強度，間接反映了海島總的需水狀況、海島水資源供給的配置和水環(huán)境治理水平，因此，文章選擇海水入侵風(fēng)險作為評價海島水資源環(huán)境承載能力的主要指標(biāo)。
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文章認為海水入侵風(fēng)險隨著地下水開采超采的增長過程，存在一個邊際超采量導(dǎo)致的海水入侵風(fēng)險遞增的問題。如圖1所示，由于地下水超采，導(dǎo)致地下水位下降，但在第一階段(A-B)發(fā)生的海水入侵風(fēng)險要小于第二階段(C-D)的海水入侵風(fēng)險。“A-B”與“C-D”導(dǎo)致的地下水位下降高度一致，但風(fēng)險要遠小于“C-D”下降產(chǎn)生的風(fēng)險。其原因可以解釋為，隨著地下水位的下降，人類活動的可選擇空間不斷降低，生態(tài)系統(tǒng)整體可調(diào)節(jié)、可恢復(fù)空間能力也在下降。
如圖2所示，隨著地下水位逼近開采預(yù)警線，單位地下水位/儲量變化的海水入侵風(fēng)險將增大，反映了海水入侵風(fēng)險隨地下水位下降而遞增的特征。海水入侵風(fēng)險同時也代表了水資源環(huán)境承載能力，即風(fēng)險越大，承載能力越弱。
文章根據(jù)地下水資源量可以承載的人類活動規(guī)模和強度的波動率，提出了海水入侵風(fēng)險量化的思路。一定的人類活動規(guī)模和強度消耗一定的地下水資源，在初始階段，地下水可利用資源量巨大，人類活動規(guī)模和強度較小，地下水資源量有較大的彈性支撐人類活動成倍的波動。隨著經(jīng)濟發(fā)展，一方面人類活動規(guī)模和強度增加，另一方面地下水可利用量也在下降，地下水可以承載的人類活動規(guī)模和強度的波動率也在下降，且速度成增加態(tài)勢。這種關(guān)系持續(xù)變化到接近海水入侵的臨界點，地下水剛剛可以承載這一時間點的人類活動規(guī)模和強度，對人類活動的支撐完全失去彈性。文章根據(jù)人類活動與地下水可利用量間的關(guān)系，構(gòu)建了海島海水入侵風(fēng)險的評價機制。
3研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源
3.1研究區(qū)概況
潿洲島位于廣西北海市北部灣海域中部，南與海南島隔海相望，西面面向越南。緯度范圍為20°54′～21°10′N，109°00′～109°15′E，總面積24.98平方千米。潿洲島屬于亞熱帶海洋氣候區(qū)，具有明顯的海島氣候特征，全年氣溫溫差較小，多年平均氣溫為22.9℃，全年氣溫變化在15℃～33℃。根據(jù)潿洲島氣象站1956—2015年共60年歷年降水量資料分析，潿洲島多年平均降水量為1373mm，年降水量在635.8～2404.8mm之間。潿洲島多年平均水面蒸發(fā)量觀測值為1810mm，水面蒸發(fā)量為1339mm，多年平均陸地蒸發(fā)量為640mm。潿洲島無常年性河流，僅有部分常年性溪溝河季節(jié)性溪溝存在。島上水資源來源為地下水和潿洲水庫，島上的水資源需求主要是島上居民生活消耗和游客消耗。由于地表水質(zhì)不達標(biāo)，近年來海島的主要供水依賴地下水資源。
3.2數(shù)據(jù)來源
數(shù)據(jù)來源包括潿洲島旅游區(qū)管理委員會社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料、廣西水利電力勘測設(shè)計院《北海市潿洲島水資源保護與利用規(guī)劃》《北海市潿洲島生態(tài)環(huán)境保護條例》、廣西海洋地質(zhì)調(diào)查研究院《潿洲島地質(zhì)生態(tài)環(huán)境調(diào)查報告》《潿洲島旅游區(qū)(鎮(zhèn))總體規(guī)劃(2011—2025)》。
4實證分析結(jié)果
文章以2013—2017年的實際數(shù)據(jù)為依據(jù)，根據(jù)潿洲島總體規(guī)劃、水資源、生態(tài)環(huán)境方面的調(diào)查情況，對2018—2025年海島資源開發(fā)下的水資源環(huán)境承載能力進行情景分析。包括游客數(shù)量變化、游客逗留天數(shù)變化下的海島承載能力變化，及不同情景下的海島水環(huán)境壓力。文章以2025年海島游客規(guī)模330萬人次/年為基準情景。
4.1海島需水情景分析
海島總需水量是海島水資源環(huán)境承載能力分析的基礎(chǔ)，海島水資源環(huán)境問題主要的誘導(dǎo)因素在于海島經(jīng)濟社會發(fā)展對于水的需求問題。文章將海島水資源需求分為生活用水、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)用水和工業(yè)用水四個部分，并結(jié)合潿洲島中長期發(fā)展規(guī)劃，對2013—2025年的中長期水資源需求情況進行分析(圖3)。
(1)基準情景分析。
根據(jù)《潿洲島旅游區(qū)(鎮(zhèn))總體規(guī)劃(2011—2025)》，2025年潿洲島旅游規(guī)模將達到330萬人次/年，游客平均逗留天數(shù)保持在2.5天。據(jù)此分析，到2025年海島年度需水總量將達到478萬噸。其中生活用水消耗326.47萬噸，農(nóng)業(yè)用水消耗32.72萬噸，生態(tài)用水消耗79.54萬噸，工業(yè)用水消耗40萬噸。由于生態(tài)用水可以通過中水進行解決，因此潿洲島在規(guī)劃目標(biāo)情形下，每年的需水量約為399.2萬噸。
(2)海島開發(fā)規(guī)模下的情景分析。
由于旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展受多種因素影響，如經(jīng)濟景氣程度、區(qū)域資源開發(fā)程度、基礎(chǔ)設(shè)施支撐、產(chǎn)業(yè)政策等，游客人數(shù)的變化具有較強的波動性。根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析結(jié)果，在游客目標(biāo)數(shù)量增加10%的情況下(游客年度規(guī)模360萬人次)，海島需水量為417萬噸;在游客目標(biāo)數(shù)量增加20%的情況下(游客年度規(guī)模400萬人次)，海島需水量為440萬噸。
(3)海島開發(fā)強度下的情景分析。
游客平均在島上的逗留天數(shù)是影響海島水資源需求量的重要因素，隨著海島旅游資源開發(fā)的加快，游客在島上的逗留時間預(yù)計將出現(xiàn)一定幅度的增加。文章分析了不同停留時間下(1.5天、2天、2.5天、3天)，海島的水資源需求情況。根據(jù)模型分析，在逗留天數(shù)為1.5天的情景下，海島2025年的水需求量為309萬噸;逗留天數(shù)為2天的情景下，海島2025年的水需求量為363萬噸;逗留天數(shù)為2.5天的情景下，海島2025年的水需求量為399萬噸;逗留天數(shù)為3天的情景下，海島2025年的水需求量為434萬噸。
4.2海島供水格局情景分析
海島年度供水規(guī)模和海島年度的需水量保持在一個大致平衡的狀態(tài)。海島水資源需求由四個部分構(gòu)成：生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水，其中根據(jù)海島發(fā)展規(guī)劃，生態(tài)用水主要考慮中水利用或是利用回收溪溝徑流，因此不納入集中供水體系。海島供水體系分為地下水和地表水兩個來源，由于目前地表水質(zhì)尚且無法達到水源地Ⅱ類水質(zhì)的要求，因此海島供水主要由地下水資源支撐。未來隨著海島水環(huán)境治理和污水處理基礎(chǔ)設(shè)施的完善，海島供水需求將由地表水資源和地下水資源共同承擔(dān)。根據(jù)海島中長期規(guī)劃，為保護地下水資源，防止海水入侵的危害，地表水資源在整個供水體系中將承擔(dān)主要責(zé)任，地下水資源起輔助作用。
文章以潿洲島水需求系統(tǒng)動力學(xué)模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建了潿洲島水需求—供給系統(tǒng)動力學(xué)模型(圖4)。以此為基礎(chǔ)，根據(jù)海島經(jīng)濟社會發(fā)展情況，在綜合海島水資源供給規(guī)劃、地表水資源可利用量和地下水可開采量的基礎(chǔ)上，對不同游客規(guī)模情景下的中長期海島供水情況進行了分析。
(1)基準情景分析。
考慮到2018年潿洲島污水收集管網(wǎng)仍處于建設(shè)狀態(tài)，文章將2020年作為建設(shè)完成期，即從2021年開始地表水逐步參與海島供水，并在3年后地表水占比達到規(guī)劃水平。以2020年為基準情景設(shè)定，到2020年地下水供給占到總供給量的33%左右，到2030年地下水供給占到總供給量的30%左右。根據(jù)規(guī)劃設(shè)計分析，到2025年在年度游客規(guī)模數(shù)量為330萬噸的情景下，地表水和地下水的供給量分別為215萬噸、128萬噸(圖5)。
(2)海島開發(fā)規(guī)模下的情景分析。
文章在規(guī)劃游客目標(biāo)規(guī)模的基礎(chǔ)上，設(shè)定了三個不同的游客規(guī)模情景模式：330萬人次/年，360萬人次/年，400萬人次/年。根據(jù)分析在不同的目標(biāo)情境下的地下水供水量分別為：330萬人次/年(目標(biāo)情景)，供水總量為128.5萬噸/年;360萬人次/年(目標(biāo)情景增加10%)，供水總量為134.3萬噸/年;400萬人次/年(目標(biāo)情景增加20%)，供水總量為141.8萬噸/年。
(3)海島開發(fā)強度下的情景分析。
文章分析了在不同游客逗留天數(shù)情景下(1.5天、2天、2.5天、3天)，海島的水需求情況。根據(jù)模型分析，在逗留天數(shù)為1.5天的情景下，海島2025年的地下水供水量為98.84萬噸;在逗留天數(shù)為2天的情景下，海島2025年的地下水供水量為117.1萬噸;在逗留天數(shù)為2.5天的情景下，海島2025年的地下水供水量為128.5萬噸;在逗留天數(shù)為3天的情景下，海島2025年的地下水供水量為139.96萬噸。
4.3海島水環(huán)境壓力情景分析
潿洲島四面環(huán)海，周邊海域分別隸屬于廣西潿洲島珊瑚礁國家級海洋公園和北部灣二長棘鯛長毛對蝦國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)，對海洋水質(zhì)環(huán)境有著較高的要求，海島自身產(chǎn)生的污染物無法通過外派的方式進入海洋，海島產(chǎn)生的廢污水需求海島在島上進行處理消耗，包括污水處理設(shè)施處理和島上的濕地、水庫、溪流容納。隨著海島游客規(guī)模的增加，海島需要的污水處理能力要求也逐漸增加。——論文作者：劉江宜1，竇世權(quán)1，黎清華2，張潔3
