沙灘-社區系統健康韌性評價
——以深圳市大鵬半島為例

黃暄皓,梁佳麗,黃 昕,向枝遠,李楊帆,*

1 濱海濕地生態系統教育部重點實驗室,廈門大學環境與生態學院, 廈門 361102 2 南方海洋科學與工程廣東省實驗室(珠海),珠海 519000 3 廈門大學灣區(大鵬)規劃與發展研究中心, 廈門 361105

沙灘是海岸帶典型生態系統之一,目前砂質岸線在全球岸線中占比達31%[1],健康的沙灘生態系統能夠提供多項生態系統服務,在岸線防護、旅游經濟中發揮重要作用[2-3]。目前沙灘旅游資源評估成為沙灘質量評價研究的熱點之一,González等[4]基于保護指數和休閑指數,分析了沙灘的旅游服務功能及發展方向；Rodella等[5]結合沙灘景觀和用戶感知度綜合評價沙灘現狀,并計算了沙灘風景價值；王永紅等[3]從自然、環境、社會3個維度,選取包括規模、水質、區位條件在內的12項指標展開沙灘質量評價；龍鑫玲等[6]從自然資源與人文因素兩方面對大鵬半島53個沙灘進行質量評價。沙灘結構松散,易受海浪、風能等外力作用而造成流失[7]。特別是在全球海平面上升及高強度人類活動共同產生的“海岸擠壓”(Coastal Squeeze)效應下,全球24%的沙灘年平均侵蝕距離已超過0.5 m[1]。但目前缺乏有關沙灘生態系統與其周邊人居環境的相互作用,特別是二者共同面對的外部環境挑戰(如生態系統及人類健康問題)的研究。

已有研究利用韌性或健康評價方法,開展海岸帶社會-生態耦合系統研究,為實現人與自然和諧共生和復合系統的協調發展提供參考[8-9]：馬里蘭海岸帶韌性評估模型(Maryland Coastal Resiliency Assessment)(https://dnr.maryland.gov/ccs/coastalatlas/Pages/CoastalResiliencyAssessment.aspx)綜合岸線災害指數、生境防護潛力指數、社區洪澇風險指數、岸線優先保護指數,對馬里蘭海岸帶韌性展開分析；Zhang等[10]利用InVEST模型中的海岸帶脆弱性(Coastal Vulnerability)模塊,基于暴露度、敏感性和適應能力研究了深圳市岸線的脆弱性；Halpern等[11]從食物、生計、休閑旅游等多角度對人-海耦合系統健康展開評估。韌性研究雖然為了解復雜系統動態變化特征提供參考,但目前仍缺乏有效量化復雜系統韌性的關鍵指標,而單一的健康視角難以應對可持續治理中的不確定性和復雜性。因此未來有待進一步關注韌性視角下的健康治理問題,針對外在干擾下的復合系統健康韌性開展綜合評估。Scheffer等[12]提出韌性評估可服務于健康管理,而靜態的健康指標一定程度上可以表征機體韌性,體現了健康和韌性之間的密切聯系。Castleden等[13]也提出健康是韌性的關鍵組分,并指出缺乏污水處理設施、醫院電力系統等問題所帶來的健康風險最終影響到人群抵御外部干擾的能力。目前深圳市福田區正在將韌性城市和健康城市理念融合到地方建設規劃,將公共衛生應急管理體系建設融入到自免疫、自適應和自修復的地方韌性發展機制建設。基于國內外研究成果和實踐經驗,本研究提出“沙灘-社區系統健康韌性”,并指出沙灘健康和社區健康可以為測度復合系統韌性提供關鍵指標,應作為復合系統韌性指標體系構建的核心。健康的沙灘-社區系統具有一定韌性,沙灘健康和社區健康是提升復合系統韌性的關鍵途徑。

作為我國經濟特區之一,深圳市也是粵港澳大灣區建設的重要引擎,自改革開放以來一直被視為中國經濟快速增長和城市化[14]的典范,2020年深圳總人口超1700萬[15],GDP超2.7萬億元[16]。但隨著人類活動強度加劇,以及全球氣候變化所帶來的海平面上升問題,深圳特區面臨著嚴峻的生態挑戰。在“雙區”驅動和深圳建設全球海洋中心城市的重大歷史機遇之下,本研究立足海岸帶關鍵系統,從社會-生態系統這一大生態系統概念出發[17],選取深圳大鵬半島沙灘生態系統及其周邊社區,綜合考慮自然因子和社會因子,開展社會-生態系統健康韌性評價,識別維持復合系統健康韌性的關鍵因子,以期為區域韌性管理和健康規劃提供支撐。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究區概況

深圳市大鵬新區位于廣東省深圳市東南部,西臨大鵬灣,東靠大亞灣,三面環海,又稱“大鵬半島”。大鵬新區陸域面積295 km2,海域面積305 km2,海岸線長達133.22 km,其中海岸線長度約占深圳全市的二分之一[18]。大鵬新區共擁有54片已命名沙灘(圖1),占深圳沙灘總量的96%,其中熱門沙灘包括玫瑰海岸,官湖沙灘,東、西涌沙灘,金水灣沙灘以及楊梅坑沙灘等,具有獨特的沙灘資源優勢。隨著大鵬新區的不斷建設與發展,涌入的人口和企業對新區的海岸帶資源環境造成了一定的壓力。新區陸地資源“難以為繼”,海洋將是引領新區未來發展的重要戰略資源,沙灘作為大鵬新區重要的沿海區域,其脆弱性和面臨的風險問題日益凸顯。

大鵬新區目前以沙灘可持續管理為重點,于2018年出臺《深圳市大鵬新區沙灘管理工作規范(試行)》(以下簡稱《管理規范》),根據沙灘安全性、可達性、是否取得海域使用權以及生態保護價值將沙灘分為四類：第I類是已取得海域使用權的沙灘,第II類是未取得海域使用權但可作為浴場開放的沙灘,第III類是未取得海域使用權且不宜作浴場開放的沙灘,第IV類是因安全、生態、交通等因素暫不具備開放條件的沙灘。在此基礎上,針對不同類型的沙灘采取差異化管理,包括沙灘浴場(可進行普通水上項目)、開放管理(允許人員進入)、圍合管理(采用圍網方式管理)以及封閉管理(禁止人員進入)。

1.2 數據來源

研究數據主要包括：(1)2010年、2019年和2020年3個時期的Google Earth高分辨率遙感影像數據,最高精度可達0.28 m,主要用于沙灘侵蝕后退速率和植被覆蓋度的計算;(2)海水水質數據,用于評價研究區內近岸水體的健康狀況,該數據通過走訪深圳市生態環境局大鵬管理局獲取；(3)沙灘整潔度的實地考察情況,主要通過灘面、海面以及沙灘緩沖區內地面可見垃圾的密度來綜合確定；(4)緊急避難場所和公共衛生設施點位數據,分別用于計算緊急避難場所覆蓋率和公共衛生設施覆蓋率,以上兩個指標數據分別通過走訪大鵬新區應急管理局和大鵬新區教育和衛生健康局獲取;(5)交通線路圖,該數據來源于OpenStreetMap,用于計算緩沖區內交通線路密度；(6)微博詞條數據,通過GooSeeker提取指定的微博詞條,包括“大鵬”、“臺風”、“沙灘”等,通過微博詞條數及高頻詞的時間變化來推算災后恢復速率。綜合考慮大鵬沙灘的可達性和相關調查數據的可獲取性，本研究選取第1—50號沙灘進行評估。

1.3 沙灘-社區系統健康韌性評價體系的構建

1.3.1指標來源

健康韌性指標評估框架中,“健康”既包括生態系統健康,也包括社會系統健康[19]；“韌性”指系統對外界災害的應對和恢復能力[20]。按照簡潔性、有效性、易得性、可比性[6]的原則,基于韌性評估框架,從社會功能、自然功能兩個維度,設立應對力(Coping Capacity)和適應性(Adaptive Capacity)2個二級指標以及8個三級指標,重點從沙灘自然資源屬性和社區基礎設施建設的角度對沙灘-社區系統健康韌性進行評價。其中凸顯健康的指標主要是海水水質、緊急避難場所覆蓋率、公共衛生設施覆蓋率、沙灘整潔度和植被覆蓋度,具體指標與說明如表1所示。

1.3.2沙灘-社區系統健康韌性評價指標計算

根據2019年大鵬新區行政區劃圖,通過人機交互目視解譯獲取沙灘岸線,并以其為起始線,向外輻射700 m條帶緩沖區作為研究區域[32]。每個指標計算方法如下：

(1)自然功能

基于Google Earth高分辨率衛星影像數據,通過目視解譯2010年及2020年沙灘面積,并由公式(1.1)計算得到沙灘的年均侵蝕后退速率(N1)：

(1)

式中,BAi,BAj分別為第i,j年的沙灘面積(m2)。N1反映了研究區域內土地利用活動對沙灘侵蝕帶來的影響,利用自然斷點分級法將結果從小到大劃分為1、2、3、4、5五個等級。

沙灘的海水水質(N2)最終以各沙灘所在岸段的2018年、2019年海水水質的平均值表征。將I、II、III、IV四類海水水質依次賦值為1、2、3、4分。

植被覆蓋度(N3)由NDVI表征,利用ENVI軟件計算獲取。通過沙灘緩沖區范圍作掩膜裁剪獲取沙灘區域內NDVI。

表1 沙灘-社區系統健康韌性評價指標體系

(2)社會功能

緊急避難場所覆蓋率(S1),通過ArcGIS導入緊急避難場所點位信息,作1000 m輻射區,取其輻射區與緩沖區重疊面積作為沙灘-社區避難場所的有效覆蓋面積,并利用自然斷點分級法將結果分為5個等級并賦分(1、2、3、4、5分)。

公共衛生設施覆蓋率(S2)面向沙灘-社區健康安全保障能力。通過兩步路APP搜索由政府提供的公共衛生設施點位信息并導入到ArcGIS中,作1000 m輻射區,取其輻射區與緩沖區重疊面積作為沙灘-社區公共衛生設施的有效覆蓋面積,利用自然斷點分級法將結果分為5個等級并賦分(1、2、3、4、5分)。

交通線路密度(S3)通過OpenStreetMap(OSM)平臺獲取大鵬新區交通線路矢量數據,利用ArcGIS軟件提取緩沖區內單位面積所擁有的交通線路的長度,利用自然間斷點分級法進行分4級賦分(即1、2、3、4分)。

沙灘整潔度(S4)主要通過現場調研和拍照取證開展評價。采用照片分析法[33]和目測估計法對沙灘實際衛生狀況進行少、較少、較多、多4個多度等級評價,通過李克特量表法[21]分別賦予4、3、2、1分。沙灘整潔度評分標準和照片分類詳見表2和圖2,不同沙灘之間的垃圾類型和整潔度具有顯著差異。

表2 沙灘整潔度分類評價表

圖2 沙灘整潔度照片分類Fig.2 Classification of beach cleanliness

災后恢復速率(S5)主要通過臺風事件中的微博關注度變化反應沙灘-社區災后恢復能力和韌性,本研究參考吳文菁等[34]的大數據分析方法,以“大鵬”、“臺風”為關鍵詞,利用GooSeeker提取2016—2021年間共計18次臺風發生時間前后的微博詞條,在篩選掉重復數據后,通過微博條數以及高頻詞的變化速率計算每次臺風的災后恢復速率,再取均值得出平均災后恢復速率。

以上計算獲得的初始得分均需要進行歸一化處理,歸一化公式如下

對于正向指標：

(2)

對于逆向指標：

(3)

式中,X′ij為第i項沙灘的歸一化得分；Xij為第i項沙灘的實際分值；max{Xj}為第j項指標下的最大得分；min{Xj}為第j項指標下的最小得分。

(3)社會-生態綜合評價

本研究分別采用等權重和層次分析法(Analytic hierarchy process, AHP)來計算社會-生態健康韌性的綜合得分(表3),比較二者計算結果差異[35],并利用Matlab軟件將健康韌性綜合得分通過層次聚類分析(Hierarchical cluster analysis, HCA)劃分為優、良、中、差四個等級。

1.3.3健康韌性的主控因子分析

SIMPER(Similarity percentage)分析方法多被用于生態學中多變量組間差異的事后檢驗,其結果能夠反映各因子對于組間差異的貢獻度,從而識別關鍵主控因子。選取R語言內的vegan包,采用其中的SIMPER函數對各項指標進行貢獻度計算,以判斷各社會、生態因子對健康韌性的影響程度,繼而識別關鍵主控因子。

表3 沙灘-社區系統健康韌性評價權重

2 結果分析

2.1 沙灘-社區系統健康韌性評估結果

對比AHP法和等權重法的計算結果發現,兩種方法之間差異較小(圖3),二者Pearson相關系數為0.982,呈顯著相關。本研究中選取等權重法進行分析,綜合社會、生態子系統的健康韌性評價結果(圖4、圖5),計算得出大鵬新區沙灘-社區系統的平均得分為0.52分(總分為1分),水產沙灘評級為優(0.76)；良級沙灘有12個(占比24%),得分在0.59—0.71之間；中級沙灘有36個(占比72%),得分在0.39—0.57之間；大灣沙灘評級為差(0.27)(圖3、4)。根據《管理規范》中的沙灘分類結果,I類沙灘的健康韌性水平較高,良級沙灘占67.7%。II類、III類和IV類沙灘的健康韌性評級主要為中,其中中級沙灘分別占63.6%、85.7%和80.8%。沙灘浴場管理方式下的系統健康韌性整體最高(0.64±0.07,均值±標準差),其次是開放管理沙灘(0.53±0.09),圍合管理(0.50±0.11)和封閉管理(0.50±0.09)沙灘所處的復合系統健康韌性最低。

圖3 等權重法和AHP法總得分計算結果Fig.3 Total score of Equal weight and AHPAHP: 層次分析法Analytic hierarchy process

圖4 健康韌性層次聚類分析樹Fig.4 Hierarchical clustering analysis tree of health-resilience evaluation

2.2 沙灘-社區子系統健康韌性評估結果

如圖5、6所示,大鵬新區沙灘生態子系統健康韌性得分為0.65±0.10,僅沙灣仔沙灘生態子系統評價為優,得分達到0.86,66%的生態子系統評價為良,得分在0.64—0.79之間；28%的生態子系統評價為中,得分在0.51—0.62之間；大灣沙灘(0.34)、茅東灣沙灘(0.41)和下企沙灘(0.46)三個生態子系統評價為差。根據《管理規范》所列舉的四項管理類別,I類和II類沙灘生態子系統健康韌性最高(0.67±0.08和0.67±0.07),其次是IV類沙灘(0.66±0.10),而III類沙灘(0.59±0.14)生態子系統健康韌性最低。其中沙灘浴場的生態子系統健康韌性平均得分較高(0.69±0.05),其次是封閉管理(0.66±0.10)和圍合管理(0.65±0.12)類型的沙灘,開放管理類的沙灘生態子系統健康韌性整體最低(0.63±0.08)。

圖6 大鵬新區沙灘-社區系統自然功能健康韌性得分Fig.6 Health-resilience scores of natural function of beach-community systems in Dapeng New District

如圖5、7所示,相較于生態子系統的健康韌性,大鵬沙灘社會子系統健康韌性得分為0.38±0.16,得分偏低,不同系統間的差異較大。3個沙灘評級為優,得分在0.72—0.81之間；9個沙灘評級為良,占比18%,得分在0.49—0.67之間；21個沙灘評級為中,占比24%,得分在0.31—0.47之間；17個差級沙灘,占比34%,得分在0.13—0.27之間。與生態子系統健康韌性評估結果類似,I類沙灘-社區社會子系統健康韌性最高(0.53±0.16),其次是II類沙灘(0.40±0.14),IV類沙灘(0.35±0.16)和III類沙灘(0.33±0.11)系統健康韌性最低。沙灘浴場社會子系統健康韌性平均得分也較高(0.58±0.14),其次是開放管理(0.43±0.14)類型的沙灘,封閉管理和圍合管理類型沙灘的社會子系統健康韌性整體最低(0.35±0.17,0.35±0.13)。

圖7 大鵬新區社會子系統健康韌性得分Fig.7 Health-resilience scores of social subsystems in Dapeng New District

2.3 主控因子分析結果

由表4可知,對大鵬沙灘-社區系統健康韌性影響較大的關鍵因子均屬于健康因子,分別是緊急避難場所覆蓋率(19.4%,貢獻度)、沙灘整潔度(16.5%)和公共衛生設施覆蓋率(16.1%)。交通線路密度、災害恢復時間、海水水質等指標,對大鵬沙灘-社區健康韌性影響較小。

表4 大鵬新區沙灘-社區健康韌性指標因子貢獻度排序

3 討論

大鵬沙灘復合系統的評估結果表明社會子系統健康韌性往往低于生態子系統,社會功能有待提升。大鵬新區生態紅線劃定范圍達220.79 km2[36],海水水質基本達到I類,具有優良的生態環境本底。基于生態紅線相關管控要求,紅線區內基礎設施建設尤其是道路修建較難完善和推進,故自然功能得分總體較高而社會功能得分較低。研究進一步發現緊急避難場所覆蓋率、沙灘整潔度以及公共衛生設施覆蓋率3個健康指標在不同沙灘-社區系統間的差異較顯著,反映出應急系統、衛生系統在大鵬新區分布較分散的問題。由于大鵬社區居民多老人、兒童等弱勢群體,完善應急、衛生設施體系對于應對大鵬新區沙灘資源分散問題,提升大鵬新區沙灘-社區耦合系統健康韌性有重要意義[29],需加強大鵬新區應急系統和衛生系統的供需匹配特征研究。Chen等[2]在研究中提出,整潔性、安全性是沙灘可持續管理的關鍵影響因子。針對沙灘整潔度的空間差異,需提升沙灘管理有效性以提升沙灘整潔度。

大鵬半島內I類沙灘生態系統和周邊社區的健康韌性水平均較高,這主要是因為I類的沙灘開發條件優越(如較大的沙灘的面積),相應的基礎設施建設較為完善,抵御外界災害的能力也較強。部分沙灘雖然因安全、生態、交通等因素暫不具備開放條件(IV類沙灘),但該區域仍能維持一定韌性健康水平,除沙灘浴場外，未來如何創新沙灘傳統開發模式,實現生態價值轉化仍是值得探討的問題。開放管理類沙灘的生態子系統健康韌性低于封閉管理和圍合管理類型的沙灘,開放管理下人類活動干擾對沙灘健康韌性的影響機制和開放管理優化等問題仍待進一步探討。研究還發現圍合管理類沙灘的社會子系統健康韌性低于開放管理和封閉管理類型的沙灘,針對圍合管理的有效性、對周邊社區健康韌性的影響需深入研究。

4 結論與展望

本研究以大鵬新區沙灘-社區系統為研究對象建立了健康韌性評價模型,結合《管理規范》分析不同管理形式下的沙灘-社區系統健康韌性差異,并識別了沙灘-社區系統健康韌性維持的主控因子,主要結論如下：

(1)沙灘-社區系統的社會子系統健康韌性水平低于生態子系統的健康韌性水平,且不同沙灘-社區社會子系統間健康韌性差異較大；

(2)在災后恢復速率計算中，從管理類型來看,I類沙灘社會、生態子系統健康韌性往往更高；沙灘浴場類管理方式下的健康韌性大于圍合管理類和封閉管理類,而開放管理類沙灘耦合系統在社會、生態子系統間的健康韌性差異較大；

(3)SIMPER分析表明緊急避難場所覆蓋率、沙灘整潔度和公共衛生設施覆蓋率等健康指標是造成沙灘耦合系統健康韌性差異的主控因子,建議以沙灘復合系統健康為切入點,在供需匹配的前提下提高緊急避難場所和公共衛生設施的質量和數量,并加強對沙灘-社區的清潔管理,最終提高人群健康和人居環境對災害的韌性應對能力。

下一步可以繼續探索的工作包括：(1)開展各沙灘的長期動態監測,針對不同沙灘區域開展體檢試驗。(2)在災后恢復速率計算中，除微博數據外,考慮將數據挖掘范圍拓展至微信公眾號以及相關新聞網站,進一步提高研究區的數據精度；(3)拓展本評價指標的時空應用范圍,進行評價方法的有效性和穩定性診斷與驗證。

致謝：深圳市大鵬新區綜合辦公室等相關部門在調研階段給予大力支持和幫助,廈門大學環境與生態學院博士研究生李政、碩士研究生張倩在指標體系設計和數據處理中給予幫助,碩士研究生張雪婷在前期調研和指標體系構建中給予幫助,博士研究生張振在GIS制圖中給予幫助,博士研究生王新維在英文摘要潤色方面給予幫助,在此一并致謝。