时空资源配置（精选10篇）
时空资源配置 篇1
1 前言
科技资源是科技创新的必要条件, 在科技创新过程中起着基础性作用。科技资源的开发效率对区域经济增长直接产生显著影响[1]。将柯布—道格拉斯生产函数引入技术这一因素到内生经济增长模型中的技术变量内生化, 说明技术的重要性。科技资源要高效地转化为技术生产力, 促进区域经济增长, 就对科技资源的配置效率提出了更高要求。
位于我国沿海经济走廊的长三角区域堪称世界第六大城市群, 是我国当前经济水平最高、经济最具活力、贸易规模最大的战略板块, 成为拉动中国经济增长的重要引擎。但随着经济的进一步发展, 产业结构调整力度的加大, 长三角地区也不可避免地出现了若干问题, 诸如产业发展趋同、人口日渐饱和等。为了实现该区域的可持续发展, 加快产业转型升级, 提升核心竞争力, 长三角各地区都不约而同的加大了科研投入, 但研究成果难以产业化、达不到企业技术要求等问题日益凸显[2]。鉴于此, 本文从可持续发展的角度, 结合长三角各城市的发展特点与科技资源配置内涵, 利用DEA模型科学评价长三角各城市科技资源的配置效率。在此基础上, 参考基尼系数和锡尔指数, 从时间和空间两个维度测度长三角城市群科技资源的配置—投入—产出效率, 希望为缓解长三角的科技资源配置效率差异提供有益借鉴。
2 研究方法与数据处理
2.1 指标体系构建与数据来源
科技资源是科技物力资源、科技人力资源、科技财力资源、科技信息资源、科技组织资源等要素的总称, 是科技活动需要投入的各种要素相互作用的一个系统[3,4]。为了科学测度资源配置效率, 本文采用该科技资源定义并借鉴已有的研究成果, 通过投入、产出两方面测度长三角科技资源配置效率。从投入角度来看, 物力资源 (研究与试验发展、仪器和设备支出) 是实现科学技术进步的物质基础;人力资源 (科研人员数) 是体现科技资源中人的因素, 具有主观能动性;财力资源 (财政科学支出) 是提升科研水平的重要保证。上述三个方面投入决定着科技资源投入的力度, 科学进步、科技生产就是在这种合力的影响下得以实现。所以, 笔者通过物力资源、人力资源和财力资源三个角度衡量长三角区域的科技投入程度。在产出方面, 用通过投入科技资源已取得的成果来表征, 更有现实和实际意义[5]。本文拟从发明专利、学术论文数和高新技术产业比重两个方面来体现。前者表示成果以知识形态呈现, 后者表示成果已转化为实际生产力, 这两方面能较好地反映资源配置的真实情况。
综上所述, 本文在对长三角城市群科技资源配置效率的评价中, 投入指标为:科研人员数 (人/万人) 、财政科学支出 (万元) 、研究与试验发展仪器和设备支出 (万元) ;产出指标为:发明专利数 (件) 、学术论文数 (篇) 与高新技术产业比重 (%) 。上述所需数据主要来源于2001—2011年《中国城市统计年鉴》和长三角各城市公开统计资料。
2.2 DEA模型
衡量长三角区域科技资源配置效率的关键在于得出投入与产出之比, 这就需要综合运用多目标规划以及线性规划等数学方法。本文拟采用DEA模型, 分析长三角各地级以上城市科技资源配置效率[6,7,8]。DEA (Data Envelopment Analysis) 模型能将具有多输入项转换为多输出项的相同类型决策单元, 是用来评价投入与产出相对效率的方法。即有n个模型单元DMUk (k=1, 2, …, n) , 各单元自主决策其输入 (m个输入指标) 、输出 (s个输出指标) 。从而根据线性规划的特点形成输入向量 (Xk= (x1k, x2k, …, xmk) T) 、输出向量 (Yk= (y1k, y2k, …, ysk) T) 。其中, xik、yrk代表模型中k单元各个指标的输入值和输出值, 该指标的权数就是vi和ur;然后按照各项指标权重系数构造判断矩阵Cm、Bs, 并提取最大特征值λm、λs。除了已有的模型单元之外, 本文引入两个虚拟单元, 即最优单元 (记为DMUn+1) 、最劣单元 (记为DMUn+2) 。所谓最优单元就是其输入指标按照实际单元输入指标的最小值进行赋值, 同理输出指标按照实际单元输出指标的最大值进行赋值, 反之亦然。该数据包络模型为:
通过上式得到公共权数ur*、vi*, 按照下式得到各DMU的相对效率值, 该值越大表示科技资源配置运行效率越高。
2.3 基尼系数
意大利经济学家基尼根据洛伦茨曲线 (Lorenz curve) 所界定的收入分配公平程度, 提出了一种可考察国民收入分配差异的衡量指标基尼系数 (Gini Coefficient) 。基尼系数能以一个数值较方便地反映社会分配体系中总体收入的差距状况, 而成为广泛使用的指标[9,10,11]。经过改造, 目前其常用公式为:
式 (3) 即基尼系数公式, 本文借此探讨长三角地区内各省市的科技资源配置效率差异。该区域效率平均值为μ;yi为i省市的资源配置效率;Pi为i省市资源配置效率较之长三角区域整体所占比重。本文也采用国际惯例中关于基尼系数的划分作为标准, 即以基尼系数0.4作为“警戒线”, 0.2以下表示科技资源配置效率“高度平均”;0.2—0.3表示“相对平均”;0.3—0.4为“较合理”;0.4—0.6为“差距偏大”;0.6以上为“高度不平均”。
2.4 科技资源配置效率区位差异分解的锡尔指数
锡尔、亨利根据信息熵理论于1967年最早提出了锡尔指数。该指数可通过组间差异 (TBR) 、组内差异 (TWR) 来反映研究对象的总体差异, 目前该指数已广泛应用于研究经济发展程度以及收入分配均衡等诸多领域。其公式为:
式中, n代表总体城市数;nx为x省的城市数;k为城市分类组数;Ji表示i城市科技资源配置效率与长三角城市群整体进行对比所占份额;Jx代表x省配置效率占比。通过锡尔指数可以直观刻画长三角城市群资源配置效率均衡程度。该指数值如果较高, 反映研究对象之间存在较大差异;反之, 其值越接近0, 越趋向均等[12]。
3 长三角城市群科技资源配置效率分析
本文按照数据包络法 (DEA) 对长三角城市群的科技资源配置效率进行直观评价。需要说明的是, 通过DEA模型得到的配置效率只是反映了长三角各城市资源配置的相对情况, 并不代表实际的效率指数。通过了解这种相对情况可对比描述长三角各城市的资源配置效率, 从而反映各地配置能力的强弱。根据DEA模型对长三角城市群2000—2010年的科技资源配置效率情况进行测度, 结果见表1。
由表1可见, 在研究期内长三角城市群历年科技资源配置效率整体上呈现出“先增大、后在波动中逐渐减小”的趋势, 由研究基期的0.75增加到2002年最大值的0.80, 然后逐步下降, 一直到最低值研究末期的0.62。虽然长三角地区目前存在科技资源投入产出效率逐渐降低的趋势, 但从该地区整体看, 其资源配置效率基本格局并未出现根本性改变, 突出表现为南京、苏州相对于同等科技资源投入的城市, 在科技产出方面一直有较大收益。其中, 南京由于是我国传统的经济、科技、教育、文化重镇, 是长三角地区拥有高校最多的城市, 高校与科研单位林立, 有利于营造浓厚的科研氛围, 有助于树立创新意识、协同意识, 发挥正外部性效应, 从而促进技术进步。同理, 苏州历来秉承外向型经济发展战略, 该市充分发挥其区位优势, 大力进行技术引进, 从而有效提高其科技资源产出效率。所以, 南京与苏州的资源配置能力始终处于长三角地区的前列。此外, 长三角城市群各城市2000—2010年的平均科技资源配置效率处于较高水平 (0.6—0.9之间) 的城市有常州、台州、马鞍山、宁波、无锡、合肥、扬州、舟山、上海、湖州、绍兴以及南通12个城市, 处于科技资源配置效率较低城市水平 (0.6以下) 的城市有盐城、金华、淮安、衢州、泰州、嘉兴6个城市。
从时间角度来看, 研究期内科技资源配置效率呈现出上升趋势的城市有:上海、南通、淮安、湖州, 其中上海作为长三角的龙头城市, 其科技资源的配置效率在长三角排名与其经济实力是不相称的, 这主要是由于上海大量的科技资源投入带来的科技资源产出相对于其他长三角城市相对较弱, 可见科技资源配置效率与经济发展水平并未呈现出十分明显的正相关关系。但在研究期内, 随着上海市不断调整产业结构, 以创新为驱动, 科技资源产出的增长明显高于科技资源投入的增长。而其余三个城市, 相对于长三角的其他城市, 科技基础比较薄弱, 说明这些地区相对更加重视科技资源在区域经济可持续发展中的重要作用, 研究期内他们在注重科技资源投入力度的同时, 更加注重科技资源的产出效应, 因此其科技资源配置效率相应上升较快。
在研究期内, 长三角城市群科技资源配置效率下降的城市有:杭州、绍兴、常州、合肥、盐城、台州、扬州、衢州、宁波、金华以及马鞍山市11个城市, 占整个长三角城市群的1/2, 说明这些地区的科技资源投入增长速度快于科技资源产出的增长速度。正是这些城市科技资源配置效率的下降, 导致整个长三角科技资源配置效率弱化。无锡、镇江、泰州、嘉兴、舟山5个城市的科技资源配置效率在研究期内虽然都有所波动, 但是在研究基期与末期变化不大, 即这些区域的科技资源投入与科技资源产出基本保持同步增长。
4 长三角城市群科技资源配置效率差异分解
为了辨析长三角城市群科技资源配置效率差异的演变趋势, 运用公式 (3) 计算长三角城市群科技资源配置效率的Gini系数 (表2) 。
从表2可见, 研究期内长三角城市群科技资源配置效率的Gini系数一直处在0.15—0.25的取值区间内, 说明长三角城市群的科技资源配置效率相对比较平均, 各个城市之间的科技资源配置效率差别不大。Gini系数在波动中呈现先增大后减小再增大的趋势, 在2003年达到峰值的0.2207之后开始逐年下降, 然后在2006年达到谷值的0.1657之后开始上升, 一直到2010年的最大值0.2247。
为了更深入辨析长三角城市群科技资源配置效率的差异, 按照城市所在的省域划分为22个城市, 对长三角城市群科技资源配置效率进行区域分解并研究其变化趋势。根据式 (4) 计算的省级层面长三角科技资源配置效率的锡尔指数见表3。
注:上海只算其地带间差异, 而不算地带内差异。
从表3可见, 长三角城市群科技资源配置效率差异虽然有所波动, 但是整体上呈先下降后上升的趋势, 锡尔系数由研究基期的0.6569逐步上升到2010年的0.7372。在研究期内, 上海、江苏、浙江、安徽四省市地带间科技资源配置效率差异平均占总体差异的91.29%, 地带间差异占总差异的比重虽然也呈现出先减小后增大的趋势, 但多年变化幅度不大, 说明省域地带间的科技资源配置效率差异对总差异的贡献相对比较稳定, 表明省域间的效率差异一直是长三角科技资源配置效率差异扩大的主导因素。在地带内差异方面, 科技资源配置效率差异最大的是江苏省, 但其比重有减小的趋势。这是由于江苏省所辖城市的科技资源配置效率既有最高效率的南京、苏州, 又有较低效率的泰州、盐城。而浙江省的地带内差异有扩大的趋势, 安徽省由于仅包含合肥与马鞍山这两个城市, 且这两个城市在研究期内的科技资源配置效率较接近, 因此其省内的科技资源配置差异对长三角的科技资源配置差异贡献最多只有0.07%。
通过以上分析可见, 虽然国家非常重视长三角区域的发展, 把长三角区域的发展上升到国家战略层面 (长三角城市群与全国其他城市群相比是我国城市化程度最高、城镇分布最密集、经济发展水平最高的地区) 。但从科技资源配置效率角度看, 长三角城市群内部存在较大的时空差异。影响省域层面科技资源效率时空差异变化的原因很多, 如制度的制定与执行、管理效率、高校科研院所数量、科研条件、人口与劳动力素质、当地地理自然条件等。从产业结构角度来看, 也有一定的历史继承性, 对以前的产业形成路径依赖。这就使不同行政主体在对科技资源的认识、投入以及利用方面各不相同, 直接导致其在科技资源配置能力方面的差异。虽然长三角区域也形成了一定的联动机制, 如定期召开长三角地区产业发展论坛, 但各个地区都致力发展当地经济, 各自为战的情况较多, 协同互动发展较少。产业发展存在一定的趋同性, 具有同质低端竞争的现象。此外, 这些地区经济发展具有共性问题, 如环境污染、粗放型产业增长等都制约了科技资源配置效率的提高。
5 结论与讨论
在研究期内, 长三角城市群科技资源配置效率的总体格局变化不大, 且大多数城市的科技资源配置效率相对处于较高的发展水平阶段, 仅有盐城、金华、淮安、衢州、泰州、嘉兴6个城市的科技资源配置效率较低。长三角城市群科技资源配置效率呈现出下降趋势的城市占整个长三角的1/2, 导致整个长三角科技资源配置效率不断下降。
长三角城市群科技资源配置效率差异呈现先降后升的“U”型分布, 长三角科技资源配置效率差异扩大的主导因素主要在于省域间的科技资源配置效率差异, 影响省域间科技资源配置效率差异的因素主要有科技资源禀赋、科技要素分布、研发人员数量、劳动力素质等多种因素构成。虽然不同省域内的科技资源配置效率差异有所不同, 但对长三角整体科技资源配置效率差异的贡献不大。
摘要：科技资源配置效率是一个地区创新绩效的最直接体现。从投入与产出两个方面构造科技资源配置效率的评价指标体系, 运用DEA模型分析了长三角城市群2000—2010年各城市科技资源配置效率的时空演变, 利用基尼系数、锡尔指数对科技资源配置效率差异进行了分解。结果表明:研究期内长三角区域科技资源配置效率的总体格局变化不大, 但有不断弱化趋势, 配置效率差异呈现先降后升的“U”型分布, 省域间科技资源配置效率差异一直是差异扩大的主导因素。
关键词：科技资源配置效率,长三角,DEA模型,基尼系数,锡尔指数
参考文献
[1]王荣斌, 覃成林.科技资源开发与区域经济增长研究——以河南为例[J].中国人口·资源与环境, 2004, (4) ∶105-108.
[2]张华, 刘波.基于大规模调查的长三角科技合作现状分析与建议[J].科技进步与对策, 2012, (6) ∶45-48.
[3]陈晓丽, 李恒, 范斐.科技资源要素投入对区域经济增长差异的效应分析[J].资源开发与市场, 2013, 29 (1) ∶13-16.
[4]周寄中.科技资源论[M].西安:陕西人民教育出版社, 1999∶12.
[5]范斐, 杜德斌, 盛垒.长三角科技资源配置能力与城市化进程的协调耦合关系研究[J].统计与信息论坛, 2013, (7) ∶69-75.
[6]孙才志, 刘玉玉.基于DEA-ESDA的中国水资源利用相对效率的时空格局分析[J].资源科学, 2009, 31 (10) ∶1696-1703.
[7]Srdjevic B, Medeiros YD, Porto RL.Data EnvelopmentAnalysisof Reservoir System Performance[J].Computers&Operations Research, 2005, (32) ∶3209-3226.
[8]范斐, 杜德斌.区域科技资源配置效率及比较优势分析[J].科学学研究, 2012, 30 (8) ∶1198-1205.
[9]李国平, 王春杨.我国省域创新产出的空间特征和时空演化——基于探索性空间数据分析的实证[J].地理研究, 2012, (1) ∶95-106.
[10]孙才志, 刘玉玉, 陈丽新, 等.基于基尼系数和锡尔指数的中国水足迹强度时空差异变化格局[J].生态学报, 2010, 30 (5) ∶1312-1321.
[11]张音波, 麦志勤, 陈新庚, 等.广东省城市资源环境基尼系数[J].生态学报, 2008, 28 (2) ∶728-734.
[12]范斐, 孙才志.环渤海经济圈城市化水平区位差异及其变动研究[J].城市发展研究, 2010, 17 (12) ∶30-35.
时空资源配置 篇2
机器人的名字叫“乌龟”。他为什么叫“乌龟”呢?那是因为他有着乌龟那么硬的外壳。他身高185厘米，体重不超过60斤。他的“皮肤”是银白色的，手像一把电锯，能锯开任何东西。手上有十多个按钮可以选择回到不同的时代。他的头上有一个像太阳门一样的东西，脚像弹簧一样。
机器人的身体这么硬，是为了在穿越时空时抵挡任何东西的撞击，就算被岩石撞到也不怕。他有一双弹簧脚是可以在穿越时空前用力一蹬以便加快穿越速度。机器人的肚子里有两个小机器人和一个录音机，一个照相机。
我想去恐龙时代的愿望已经实现了。我是跟着机器人前往恐龙时代的。来到恐龙时代，在恐龙面前我只是一只小蚂蚁。机器人拿出照相机，拍了一张又一张照片。我们把照片带给了科学家，科学家通过照片破解了一个又一个恐龙之迷。
时空资源配置 篇3
[关键词]乡土资源;教学运用;历史与社会
《历史与社会》本地乡土资源,无论是古代的还是现代的,无论是物质的还是非物质的,无论是文字的还是实物的,无论是显性的还是隐性的,只要细心寻觅,小心挖掘,还真不少哩!
这些资源,原汁原味,土里土气,古色古香,草根文化。根据教学需要,任课教师随时随地把它挖掘出来,利用一切可利用的乡土资源,让《历史与社会》课堂接轨身边真真实实的历史与社会,让活脱脱的有棱有角的历史与社会走进《历史与社会》课堂,而不仅仅是照本宣科的本本主义,以弥补学校课本资源的不足,激发学生的求知欲,从而拓宽历史悠悠、天阔地广的社会生活时空。引导学生发现、观察和体验触手可及的社会生活,提高对历史的认识能力和参与社会的实践能力,优化学习效果,更好地实现新课程目标。
那么怎样挖掘本乡本土《历史与社会》资源,拓宽初中生《历史与社会》的生活时空呢?对此,笔者作了几点有益的尝试。
第一点,人教版八年级上册《历史与社会》第一单元史前时代第一课“站起来的祖先”部分,有这样的话:“制造工具,是人类特有的劳动本领……如果以制造和使用打制石器为人类诞生的标志,人类已有二三百万年的历史了。使用打制石器的时代,称为旧石器时代。”旧石器时代的远古人类用砾石打制出的粗糙工具(如石刀、石斧等),这些旧石器因为天长地久,目前本地是难以找到了。但是爱动脑子的祖先用铁锤、用铁凿打制出来的农家石头器具还比比皆是。这些石头器具,仿佛保留着旧石器时代的记印,又是旧石器时代的进步和化身。于是我趁机提问同学们:“这种石头器具你能说出一件来吗?”沉默片刻,甲同学说“奶奶家见过猪槽(石槽)”,乙同学说“外公家有只石钵(捣药用的)”,丙同学说“石臼,我们村的队屋里还保存着”。有的同学不懂石臼为何物,我解释道:碾米机发明之前,石臼,是先人舂米(碾米)或舂年糕的石头器具,中部凹下,俗称捣臼。“还有磨豆腐、磨麦粉的石磨(俗称麦磨)。你们看到过吗?”我顺势发挥道,并画出示意图。同学们扑闪着眼眸子,似乎在回忆,似乎在搜索,似乎在会意。不一会,一些同学喊叫起来:“看到过了,看到过了!”是啊,信手拈来的土生土长的资源,怎能不让学生心领神会,心驰神往呢?
第二点,地球上“大约一万年以前……原始农业和原始畜牧业逐渐产生了。”这是第一单元第二课“原始农业和先民的家园”里说到的。请问有何乡土资源为证?证据当然有。上课时,我举例了远在天边,近在眼前的事例。先说“原始农业”吧——前不久惊动中国乃至世界的“上山文化遗址”中发掘出的稻谷和陶器,据科学家考证,距今已有一万年以上的历史了,比余姚的河姆渡遗址要早三四千年,是“原始农业”的产品呢。而“上山文化遗址”就坐落在毗邻的浦江县黄宅镇(与本校相距只有30多公里)。我提示和动员学生,凡是有机会到浦江、到义乌去的,走过路过千万不要错过,一定要到“上山文化遗址”实地好好参观,开开眼界,增强感性知识。至于“原始畜牧业”的本土资源,便在眼皮底下,俯拾就是了。应到了古语“踏破铁鞋无觅处,得来全不费工夫”。课堂上我故意问学生:“本地人把家畜‘毛猪’叫什么?”只听齐声答道:“栏里猪”。我又问:“把家禽公鸡、母鸡叫什么?”大家高声答道:“地上鸡”。这就对了,请你仔细想想,这是不是“原始畜牧业”的证明啊?接着我分析道:毛猪本是野猪,东奔西突,出没在原始森林里。狩猎时,有的被勇敢的先人捕捉到。为了平时宰杀和食用之便,聪明的先人们设置栅栏,垒起土墙,把好不容易捉来的野猪关进里面驯养、繁殖。久而久之,野猪被驯服了,没了野性,不就乖乖的成了“栏里猪”了么!公鸡和母鸡原本漫山遍野飞呀窜呀,野性十足。后经祖先的辛苦驯养,便规规矩矩地呆在“干栏式”的房子里或者有围墙的院落里,它们在该地面上学着老老实实地啄食、行走、下蛋,野性慢慢地丢了,飞禽最终成了“不敢越雷池一步”的“地上鸡”了。“栏里猪”和“地上鸡”的土语称呼真的太妙了,竟然是“原始畜牧业”的铁证呢!同学们听了,开怀大笑起来。
第三点,人教版《历史与社会》八年级上册综合探究四为“过年感悟我们身边的传统”。过年期间有许多传统的民俗活动,课本上说到了守岁、祭祖、贴春联、放爆竹、拜年、包饺子等等。课上到此,我有意设问:“除此之外,我们身边过年还有哪些民俗活动呢?”提问一出,同学们纷纷发言。横溪镇的同学说国庆村有抬阁活动,长陵片的学生说溪口周村有迎板凳龙活动,长陵祝的同学说以前有迎花烛活动,墩头片的宅口村、倪大村同学,白沙片的白沙陈村的同学都说有舞龙灯、迎花灯活动。生于斯长于斯的农村孩子对自己本土的社会百态、乡土风情,再熟悉不过了。一经点拨,滔滔不绝,如数家珍。我趁机补充道:“还有压岁(祟)钱、舂年糕、炒米胖(炒炒米)……”特别是炒米胖,时过境迁,90后的初中生对此民俗活动知之很少了,所以觉得很新奇。
第四点,第四单元农耕文明(下篇)介绍了“开元盛世”时候发明的新型灌溉工具——筒车(见课本图4-41),江东地区开始使用曲辕犁(见课本图4-42),一种深耕浅耕都灵便的工具。借此机会,我有意识地把本地的旧时广泛使用的跟“筒车”形态不同而作用相同的灌溉工具——水车(包括垒头、搭脚、叶片)画出来,介绍给学生看,扩大学生视野。至于曲辕犁,同学们反映现在不难见到,只是有的材质是铁的。
水利旅游资源的时空分布特点 篇4
近年来, 随着人们旅游需求多样化的发展以及人们对旅游环境舒适性的追求, 水利旅游赢得了快速的发展。实践上的快速发展也吸引了众多学者对水利旅游的研究热潮, 然而在基本理论上尚有一些问题亟待解决。水利旅游资源具有区别于一般旅游资源的分布规律, 深刻认识它的分布规律, 有助于按照水利旅游资源的分布特点有针对性地进行开发利用, 从而为水利旅游资源的开发、管理和保护提供理论基础。
一、地理空间分布特点
水利旅游资源在地理空间上的分布, 总的来说包括内陆江河型、沙漠绿洲型和临海海洋型。为了和地理环境相适应, 这三种类型在水资源利用上产生了相应的独特特点。
(一) 内陆江河型
内陆水资源的利用主要是江河的利用, 它对人类生存与发展作出的贡献是无与伦比的。河流具有分布广、水量大、循环周期短、裸露在地表、取用方便等优点, 是人类赖以生存的主要淡水资源。不论是古代文明的摇篮, 还是现代文明的居地, 都离不开人类赖以生存的水资源环境。古代四大文明的古巴比伦文明发源于底格里斯和幼发拉底河流域;古印度文明发源于印度河、恒河流域;尼罗河孕育了古埃及文明;黄河与长江则是中华民族的摇篮。
此外河流还是水上交通的通道, 不少江河都以“黄金水道”著称。河流还蕴藏着巨大的能量, 可为人类的文明进步提供着动力资源。一些大江大河多发源于高原山区, 源远流长, 落差巨大, 蕴藏着丰富水能资源。
江河不仅为人们带来供水、灌溉、舟楫、水产、电力等方面的利益, 还造就了峡谷绝壁、溪流飞瀑、山光水色, 如雄险奇秀的长江三峡, 气势磅礴的黄河壶口, 水碧山清的漓江春色, 构成了丰富多彩的旅游资源[1]。
(二) 临海海洋型
人类的生命来自海洋, 海洋占地球表面的71%, 总面积约3.6亿平方公里, 是地球上最大的资源利用“宝库”。原始社会、石器时代是临海海洋水利的始萌期, 最初的临海人类从海岸地带捕捉鱼、虾、贝、蟹;以鱼骨为箭弩猎取禽兽为食;进而饲养与种植稻粟等。随着航海水利的发展, 发现新大陆、对非洲掠夺及贩奴热、殖民地占领与土地分割、贸易与军事争夺, 是封建时期及资本主义早期与海洋利用相关的活动。15世纪后, 葡萄牙、西班牙、英国、荷兰的崛起, 都是对海洋交通争霸而发家的。20世纪50年代后, 海外贸易和海运事业促进亚洲经济腾飞。20世纪六七十年代后, 亚洲四小龙兴起, 是借助于海港与海外商贸, 发展海洋经济。
21世纪, 全球已进入海洋经济大时代。海洋蕴藏着丰富的资源, 全球海洋仅天然气储备就达140万亿立方米, 而海水温差能、盐差能、波浪能、潮汐能、海流量能等都是取之不尽的绿色能量。海洋水利越来越丰富多样, 包括海洋渔业、海洋交通运输与仓储、滨海旅游、海洋生物医药、邮轮游艇、海水综合利用等。海水淡化也是人类利用海水的重要形式, 解决了全球1/5的人口供水问题[2]。
(三) 沙漠绿洲型
由于沙粒的高透水性使得同样量的降水被蒸发比黏土少, 沙粒的凝结水可造成空气中的水分被拦截下渗, 因此沙漠的浅层丘间积水和深层地下水较丰富。地下水资源对支撑沙漠地区经济社会和可持续发展具有不可替代的作用。
中国的沙漠地区, 如柴达木、准噶尔、塔里木和河西走廊等, 都是盆地结构, 周围有积雪的高山。盆地里特别是靠近巨大山体的山麓地带, 沉积了巨厚的松散沙砾物质, 为地下水提供了良好的贮存条件。源自山区靠降水和冰雪融水补给的河流, 在流注盆地后, 河水除一部分消耗于蒸发外, 大部分都渗漏到松散的地层中, 以地下水的形式存在。这些地下水资源, 如能加以开发利用, 对工农业的发展会具有相当大的作用。在中国沙区特别是新疆地区, 利用地下水灌溉已有着悠久的历史。新疆各族人民在与干旱的长期斗争中, 积累了丰富的经验, 其中开挖坎儿井, 利用地下水灌溉, 就是最成功的创造。
对于沙漠化国家来说, 水利是一切工作的保障和希望。沙漠化国家纷纷拓展水利工程多样性, 如大力普及滴灌、喷灌和微喷等节水灌溉技术;提高灌溉效率;改善农田排水系统;加大水库建设和维护以强化国家战略水资源安全;注重开发新的水资源, 开发雨水、地下水等新的水资源;循环利用污水资源, 经处理过的废水采用滴灌技术可以用于植树造林领域[3]。
二、时间分布特点
水利的发展一般可分为古代、近代和现代三个阶段。从人类有史以来到18世纪中期, 为古代发展阶段;18世纪后期和19世纪乃至20世纪40年代, 为近代发展阶段;20世纪40年代以后, 进入现代发展阶段[4]。
(一) 古代水利旅游资源
水利是农业的命脉。从人类有史以来到18世纪中期的几千年中, 世界各地人民同江河湖海进行了艰苦卓绝的斗争, 修建了无数大大小小的水利工程, 有力地促进了农业生产。同时, 兴修水利不仅直接关系到农业生产的发展, 而且还可以扩大运输, 加快物资流转, 发展商业, 推动整个社会经济繁荣。
1. 用于灌溉的沟渠、堰等工程景观。
如公元前2300年前后埃及在法尤姆盆地建造了美利斯水库, 通过水渠引来了尼罗河洪水用于灌溉, 这种灌溉方式持续了数千年。分布于伊朗、中国新疆地区的坎儿井在西汉之前就有了, 人们根据当地雨量稀少, 气候炎热, 风沙大的特点, 在地下水流相通的地带开凿成列的竖井, 其下有暗渠, 然后通过明渠把水送到农田里灌溉。
2. 用于农业的排水工程。
早期农业是在河流沿岸发展起来的, 需要排干沼泽, 进行土地垦殖。荷兰的排水在世界上享有盛名, 它是与围海造田联系在一起的。如公元4世纪, 这一带就开始出现人工海堤。从10世纪开始, 盛行筑堤造田工程。最初在圩田内实行自然排水。1612年开始利用风车抽水围垦沿海低地。几百年间, 依靠人工堤防共围垦出7 100km2以上的土地, 相当于全国陆地面积的1/5。
3. 用于交通运输及灌溉的运河工程景观。
运河是人工开挖的通航河道。古埃及已有记载, 中世纪以后在欧洲得到大发展。19世纪以后在全世界进一步推广, 规模也越来越大。世界上最早的通航运河是公元前1887至前1849年, 古埃及塞劳斯内特三世时期建成的沟通地中海与红海的古苏伊士运河。法国于1642年建成了布里亚尔运河, 把卢瓦尔河与塞纳河联接在一起。1681年完成的朗格多克运河长250km, 把比斯开湾和地中海连接在一起。这条运河沿途建有108座船闸, 一条165m长的隧洞和三座大渡槽。1893年, 希腊的科林斯运河开挖成功, 把伊奥尼亚海和爱琴海联接在一起。
4. 用于防洪的堤防工程景观。
自古以来, 世界上最普遍的防洪措施就是沿河流两岸修建堤防。公元前3400年左右, 埃及人就修建了尼罗河左岸大堤, 以保护城市和农田。尼罗河大堤从开罗至阿斯旺约有900km, 并向上游继续延伸200km。公元前2000年左右, 美索不达米亚地区已有了比较完整的保护土地的堤防。此外意大利的波河河谷、法国的低洼地、英国的沼泽地以及巴基斯坦信德省内都有许多古老的防洪堤防。
5. 用于地下水开采的井灌工程景观。
中国是世界上开发利用地下水最早的国家之一。中国已发现最早的水井是浙江馀姚河姆渡古文化遗址水井, 其年代为距今约五千七百年[5]。
(二) 近代水利旅游资源
1824年, 英国人阿斯普丁 (Joseph Aspdin) 发明了硅酸盐水泥, 从而带动了混凝土结构的发展, 使土木工程进入到一个新的发展阶段。19世纪下半叶出现了钢筋混凝土, 这进一步推动了轻型混凝土建筑物的发展, 也大力推动了水利资源开发的飞速发展, 也导致了19世纪70年代水电站的出现。1878年法国建成世界第一座水电站, 其后水电站大量出现, 世界第一座抽水蓄能电站是瑞士于1879年建成的勒顿抽水蓄能电站;1913年建于德国北海之滨的水电站是世界第一座潮汐电站;中国大陆最早建成的水电站是1912年云南省昆明市郊的石龙坝水电站[6]。
(三) 现代水利旅游资源
20世纪40年代, 是近代水利向现代水利的转折点, 许多新兴科学技术已开始在水利资源开发中得到广泛应用。例如利用光弹模型分析和设计水工结构;利用喷灌、滴灌和渗灌等节省灌溉用水;利用遥感、超声波等手段分析、鉴定大型水利枢纽工程的水文地质及工程地质情况。在水利资源开发与建设中, 20世纪的水利工程越来越具有大型化、综合化、跨流域、多目标等特点, 水电站的数量和装机容量均有很大发展等。20世纪80年代末, 世界上一些工业发达国家, 如瑞士和法国的水能资源已几近全部开发。现代水利旅游资源从规划、设计、施工到运行管理都是科学与技术的综合应用, 包含了建筑工程、机械工程、电气工程、旅游科学、环境科学等众多科学知识。
这一时期的典型水利旅游资源有:1982年巴西和巴拉圭两国共建的伊泰普大坝;1989年完工的塔吉克斯坦罗贡坝;1970年竣工的埃及尼罗河上的大型水利工程———阿斯旺高坝;1985年投产的美国巴斯康蒂抽水蓄能电站, 是世界装机容量最大的抽水蓄能电站;最大的潮汐电站是法国建于圣玛珞湾的朗斯潮汐电站;最大的潮汐电站是法国建于圣玛珞湾的朗斯潮汐电站, 装机24万kw。1978年建成的日本海明号波浪发电试验船, 是世界上第一座大型波能发电站;2009年完工的中国三峡水电站, 是当今世界最大的水电站[7]。
参考文献
[1]靳怀堾.中华文化与水[M].武汉:长江出版社, 2005.
[2]王颖.海洋文化特征及中国海洋文化[EB/OL].中国海洋报, http://www.shuiwenhua.org/showart.asp?cat_id=6&art_id=1775, 2008-03-10.
[3]左强.埃及的水资源及水战略[J].世界农业, 1996, (11) :43-45.
[4]钱正英.中国水利六十年:下[J].江淮文史, 2010, (5) :4-19.
[5]蒋超.世界水利史[EB/OL].http://www.chinabaike.com/article/316/327/2007/2007022053897.html.
[6]高安泽.中国水利百科全书.著名水利工程分册[M].北京:中国水利水电出版社, 2004.
时空资源配置 篇5
基于时空地质统计学的滇池水质时空分布模拟
使用滇池水域10个观测站(外海8个,草海2个)上TN、TP、CODMn、DO、BOD、叶绿素a等6个指标在2a问(～)每个月的观测数据,利用时空地质统计学计算了各指标的时空变异函数和进行了普通克立格估值.从结果来看,时空变异函数可以较好地刻划环境变量与时空变化之间的关系,能更精确地估计环境变量在时间和空间的分布.从各水质指标的模拟结果来看,滇池的.污染严重区域主要为北部的昆明城区、东北部的呈贡、东部的大渔地区.
作 者：刘春学 杨树平李发荣 LIU Chun-xue YANG Shu-ping LI Fa-rong 作者单位：刘春学,LIU Chun-xue(云南财经大学城市管理与资源环境学院,云南,昆明,650221)杨树平,李发荣,YANG Shu-ping,LI Fa-rong(昆明市环境监测中心,云南,昆明,650228)
刊 名：环境科学导刊 英文刊名：ENVIRONMENTAL SCIENCE SURVEY 年，卷(期)： 28(6) 分类号：X52 关键词：时空变异函数 时空地质统计学 水质 时空分布 滇池时空资源配置 篇6
1 新疆湿地资源时空变化的主要特征
1.1时空变化的速度和幅度特征
新疆湿地资源的时空变化特征可以通过湿地变化的速度、幅度、数量的区域差异来表示, 其中湿地变化的速度可用湿地变化率定量描述, 湿地变化率有利于正确的预测未来湿地的变化趋势、比较区域湿地变化的差异, 其公式为:
其中R表示某类型的湿地年变化率, T表示时段的长度, 单位为年。而Ua、Ub则表示某类型湿地的面积。根据这一公式可对新疆的全部湿地类型进行时空变化率的计算。如对稻田湿地、库塘湿地、冰雪湿地、滩涂湿地、芦苇湿地、沼泽湿地、湖泊湿地、河流湿地进行实际面积测量之后, 根据该公式计算出近10a新疆湿地的变化情况, 并分析具体增长或减少的湿地面积。根据计算出的数据信息, 芦苇湿地和沼泽湿地面积呈现出递减的趋势, 而这2 种类型的湿地对改善和维护新疆地区的生态环境具有重要作用, 相关管理部门应当加大对其重视, 采取有效的措施防治芦苇湿地和沼泽湿地面积的减少[1]。
1.2湿地资源时空变化差异特征
湿地资源的时空变化还存在区域差异的特征, 在研究时可以利用各区域的湿地相对变化率来表示, 即
其中Ca和Cb表示研究初期和末期湿地的总面积。但R值为正值时, 表示该区域与的湿地变化趋势与整体一致, 若R值为负值, 表示该区域与的湿地变化趋势与整体变化相反。根据该公示对新疆的阿勒泰地区、塔城地区、伊犁地区、和田地区、喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、阿克苏地区、巴音郭楞蒙古族自治州、博尔塔拉蒙古自治州、昌吉回族自治州、哈密地区、吐鲁番地区、石河子市、克拉玛依市、乌鲁木齐的湿地变化情况与新疆地区整体的湿地变化情况进行比较研究, 在计算出具体的变化率可以直接判断出各地区不同湿地资源的变化情况, 从而针对不同地区采取不同的保护措施。
1.3湿地资源时空变化类型特征
根据新疆湿地资源的的空间重叠数据情况, 各类型湿地资源之间具有相互转换的特征, 芦苇湿地、沼泽湿地成为其主要的耕地类型, 稻田湿地成为水浇地。由此可以说明该区域存在开垦湿地种田的问题, 而保证湿地资源的空间稳定性, 才可以有效的正常发挥其社会、生态、经济效益, 空间面积变化超过20% 就会影响其功能的发挥, 因此, 要重视研究和保护湿地资源的空间稳定性。
2 新疆湿地资源的保护措施
2.1建设湿地自然保护区
新疆湿地面临的重要威胁就是生物多样性的锐减、天然湿地的减少, 建设湿地自然保护区可以实现有效保护湿地生物和湿地环境的目的。新疆建设完成的23 处自然保护区中都有湿地资源, 其中7 个自然保护区为湿地类型的保护区。因此要全面评价湿地的效益和功能, 确定对新疆发展具有重要作用的湿地类型, 然后针对这些重要湿地采取有效的保护和管理, 建立完善的湿地保护机制, 保证保护和管理基础设施的完善, 提高自然保护区的保护功能, 从而有效保护湿地资源和生物多样性。
2.2多方合作综合管理湿地资源
目前新疆湿地资源管理的主体包括环保、水利、国土、林业、农业等多个部门, 在实际管理中常常出现管理混乱的现象, 主要是由于管理部门之间缺少相互的协调性, 相关政策和管理机制的漏洞, 造成各部门权限存在冲突, 从而导致难以实现有效的湿地管理。因此, 在进行湿地管理时应当加强湿地资源的综合管理, 通过重点管理与一般管理、分类分层与统一管理相结合的方法, 切实实现对湿地资源的管理和保护。
2.3加强法制监督
建立湿地管理法制管理机制, 进行有利的法制监督。充分发挥法律法规的效用, 建立完善的湿地保护法规, 坚持建设直达队伍、执法机构的力度, 提高相关执法人员的业务水平、综合素质, 采用切实可行的执法方式, 从而为湿地资源保护提供可靠的法律保障。
3 结论
通过对新疆湿地资源时空变化特征以及保护的深入研究, 从中可以看出目前新疆湿地资源面临的形势严峻。资源出现锐减的趋势, 因此需要相关管理部门采取有效的保护措施, 保证新疆湿地资源能够实现可持续的发展。
摘要：随着近些年新疆的产业发展, 其湿地资源发生了巨大的变化, 总的动态变化为芦苇湿地、稻田湿地、沼泽湿地的面积逐渐减少, 库塘湿地、永久积雪和冰川湿地、滩涂湿地、湖泊湿地、河流湿地的面积逐渐增加。但是区域变化差异显著, 部分地区呈现出湿地面积大量减少的态势。新疆湿地资源的变化为当地人们的生产生活带来了极大的影响, 因此本文主要研究新疆湿地资源的时空变化的主要特征, 并提出保护新疆湿地资源的有效措施。
关键词：保护,时空变化特征,湿地资源,新疆
参考文献
广东省耕地资源时空变化分析 篇7
耕地是人类赖以生存和发展的基础,是宝贵的、不可再生的资源。我国幅员广阔,但由于人口众多,人均耕地面积远低于世界人均耕地面积。2004年,我国人均耕地面积为0.094hm2,仅为世界平均水平的40%。耕地保护刻不容缓,“十一五”期间,我国提出了保持耕地保有量1.2亿hm2的约束性指标,它是符合中国基本国情和长远发展目标的重大科学决策。
广东省是人多地少、耕地资源相对不足的省份。改革开放以来,广东省的经济一直处于高速发展阶段,随着城市化进程的加速,建设用地侵占耕地现象十分严重,用地供给与需求之间的矛盾以及保护耕地与经济发展之间的矛盾越来越大。同时,广东省各地区经济发展水平不同,也导致了耕地资源的减少具有空间差异性。加强耕地变化研究,分析耕地减少的原因、时间和空间差异,对合理管理和利用耕地资源、控制耕地面积总量平衡具有重要意义[1]。本文分析了2000-2007年广东省耕地资源的时空变化特征,从行政区划和经济分区两种空间单元划分角度,利用耕地资源年变化率和区位指数等指标分析了耕地资源的空间格局与差异性,研究的结果为合理保护、因地制宜地利用和管理耕地资源提供依据。
1 研究方法
1.1 耕地资源变化率指数
变化率指数是反映耕地资源数量变化特征信息,包括年际变化率和多年平均变化率。通过分析耕地资源变化率指数可以获取区域耕地资源的多年变化趋势和特征。
耕地资源年际变化率是指某年年末耕地资源相对于前一年年末耕地资源变化的比率,其计算公式为[2]
undefined
式中 P—耕地资源年际变化率;
Si—第i年耕地面积;
Si-1—第i-1年耕地面积。
耕地资源多年平均变化率是指研究时间段内耕地资源平均变化的比率,其计算公式为[3]
undefined
式中undefined—耕地资源多年平均变化率;
Sa—研究时间段初期研究区耕地面积;
Sb—研究时间短末期研究区耕地面积;
T—研究时间段长。
1.2 耕地资源区位指数
耕地资源在区域上分布的差异性可以利用耕地资源的区位指数来反映。耕地资源的区位指数是指某一子区域耕地资源相对于全部研究区域耕地资源的聚集程度,其计算公式为[2,3]
undefined
式中 Qi—第i个子区域耕地资源的区位指数;
di—第i个区域的耕地面积;
si—第i个区域的土地总面积;
D—全部研究区域耕地资源总面积;
S—全部研究区域土地总面积。
如果Qi>1,则表示第i个子区域耕地资源的区位指数高于研究区域平均值。该子区域的耕地面积占区域土地面积高于全部研究区域耕地面积占全部研究区域土地总面积的比重。
2 广东省耕地资源时空变化特征分析
本文采用的耕地数据资料为按新口径统计的广东省2000-2007年历年耕地调查及变更数据[4]。广东省是我国大陆南端沿海的一个省份,现辖21个市,国土面积为17.97万km2[5]。本文分别以行政单元分区和地理分区将广东省划分为若干空间单元,分析耕地资源的时空格局变化特征。
2.1 基于行政单元分区的耕地资源时空变化分析
利用广东省2000-2007年耕地数据,计算广东省21个市的耕地资源年际变化率、多年平均变化率(2000-2007)和区位指数。表1是广东省各市2000-2007年耕地资源年际变化率,图1是广东省各市2000-2007多年平均变化率。
从表1可以看出,2000-2007年,广东省和各市耕地资源年际变化普遍呈下降趋势。从图1可以看出:多年平均变化率下降趋势较明显的有东莞市、珠海市、广州市、佛山市、汕头市、深圳市和潮州市等,这些市耕地资源多年平均变化率远高于全省-0.94%的多年平均变化率;河源市、韶关市和梅州市在不同时间段内耕地有所减少,从耕地资源多年平均变化率来看,总体变化是呈上升趋势;耕地减少较多的区域分布在广东省中部地区以及东部沿海,耕地增加地区主要分布在北部地区。
针对全省耕地减少情况,分析2000-2007年广东省耕地面积变化动向,如表2所示。
2000-2007年,广东省耕地面积减少了35.17万hm2。其中,农业结构调整减少27.59万hm2,占耕地减少总量的78.5%;建设用地占用5.78万hm2,占耕地减少总量的16.4%;生态退耕、灾毁和其他途径减少的耕地分别占1.3%,1.2%和3.3%。2000-2007年农业结构调整为耕地减少的主要原因。
2000年以来,政府通过对非农业建设用地的严格审批政策,控制建设用地的增长。同时,对非农建设用地占用耕地实行“先补后占”的政策,要求通过新增耕地来补偿因建设用地开发所占用的耕地[6]。2000-2007年,共新增耕地9.19万hm2。其中,来自耕地开发(如荒地开荒、围海造田等)的有4.35万hm2,占新增耕地面积的47.4%;来自农业结构调整的有2.36万hm2,占新增耕地面积的25.7%;通过复垦、整理及其他方式增加耕地面积为2.48万hm2,占新增耕地面积的27.0%。
对于耕地保护,政府政策所产生的影响是显著的。1997年,广东省出台耕地保护政策,在保障耕地总量不减少的情况下,有计划地增加耕地总量,通过盘活现有土地存量以及挖掘现有土地利用效率来满足建设开发用地需求。耕地保护政策的实施迅速遏制了耕地的减少,至2000年底,全省土地比上一年层增加了0.6%,即1.74万hm2。全省除深圳市、佛山市、肇庆市外,其余各市耕地面积均比同年年初有所增加。2000年,广东省土地政策发生重大的调整,广东省人民代表大会常务委员会于2000年1月8日公布《广东省实施<中华人民共和国土地管理法>办法》。该政策的实施使用地政策从以往的满足建设用地保障为主向保护耕地为主转变,建设用地侵占耕地情况迅速得到遏制。
表3是2000-2007年广东省市域耕地区位指数,反映了各市耕地资源随时间变化在空间上分布的变化。2000年,耕地区位指数高于全省的市有湛江、中山、阳江、汕头、茂名、揭阳、江门、汕尾、广州和佛山等10个市。至2007年,高于全省耕地区位指数的市下降至湛江、阳江、茂名、揭阳、江门、中山和汕尾等6个市。从耕地区位指数变化来看,明显降低的是广州、东莞、珠海、中山、佛山、汕头和潮州等市。由于全省耕地总量在下降,除了韶关、河源和梅州实际耕地面积增加外,其他各市耕地指数相对高于全省平均水平,主要是由于各市耕地减少幅度低于全省平均水平。从空间上来看,耕地区位指数减少幅度较大的区域主要集中在中部,即广州、珠海、佛山、东莞和中山等市。这与区域经济发展速度以及交通区位因素是有直接联系的。
2.2 基于地理分区的耕地资源时空变化分析
耕地资源的空间分布特征与地貌因素有着直接的关系。地表形态结构、海陆差异、山川起伏直接影响和控制着水分与热量的分配;地貌条件影响到土壤、植被以及生态系统的演变和发育,因此也直接影响将土地开发为耕地的适宜度。广东省地势北高南低,海陆兼备,山地丘陵分布相当广泛,地形地貌复杂,属于多轮回造山区,素有“七山一水两分田”之称。
根据《2007广东统计年鉴》中对广东省经济区域的划分,将广东省分为珠江三角洲9市、粤东(东翼)、粤西(西翼)、粤北(山区5市)4个地区。珠江三角洲9市包括广州、深圳、珠海、佛山、江门、东莞、中山、惠州和肇庆,区域面积5.47万km2;粤东指汕头、汕尾、潮州和揭阳,区域面积为1.57万km2;粤西指湛江、茂名和阳江,区域面积为1.57万km2;粤北指韶关、河源、梅州、清远和云浮,区域面积为7.71万km2。
根据地貌条件对农林业生产利用的影响研究[7],以广东省1:25万地形数据为数据源,利用ARCGIS软件对广东省地形条件(地势和坡度)分析,将海拔400m以下和坡度小于25°的地区划为耕地适宜区。全省耕地适宜区占行政面积的78.6%。粤东、粤西、粤北和珠三角4区耕地适宜区分别占个区域比重为86.1%,89.8%,65.4%和88.6%。从自然条件配置上看,适宜的耕地主要分布在粤西、粤东和珠三角平原地区。粤北地区地形条件不利于大面积耕作,适宜耕地区域相对较少。
表4为2000-2007年4区耕地资源区位指数,反映耕地在空间上的配置及其随时间的变化趋势。从表4看,现实的耕地资源分布与耕地自然配置不协调。从4区的耕地区位指数看,耕地资源主要集中在粤东和粤西,珠三角和粤东耕地逐年减少趋势明显。耕地主要集中在粤东和粤西,从地貌分析应当分布大量优质耕地的珠三角地区,耕地区位分布指数低于全省水平,并且逐渐下降。耕地总体分布不均,粤西和粤北耕地变化较小,粤东和珠三角耕地逐年减少,珠三角优质耕地被占用较多。
表5为2000-2007年4区耕地面积变化情况数据。其中,2000年粤西耕地总量最多,2007年粤北耕地总量最多。从耕地面积变化总量来看,珠三角耕地面积减少最多,为16.84hm2,占全省耕地减少总量的60.1%;粤东和粤西耕地面积减少量相对较少,分别占全省耕地减少总量的19.4%和17.7%。对4大区域耕地资源多年平均变化率计算,珠三角和粤东地区耕地减少速率最快,分别为-2.4%和-2.0%;粤西和粤北次之,分别为-0.6%和0.1%。
针对4区耕地变化,着重分析2000-2007年4大区域耕地减少的主要去向和增加耕地的主要来源,如表6和表7所示。
从表6可以看出,区域耕地减少的原因主要有农业结构调整、建设用地占用、生态退耕、灾毁及其他因素。根据《广东省实施<中华人民共和国土地管理法>办法》,各级人民政府在确保当地耕地保有量不低于土地利用总体规划确定的控制指标下可以有计划地进行农业内部结构调整。2000-2007年,珠三角地区耕地减少20.01万hm2。其中,农业结构调整减少的耕地有15.21万hm2,建设用地占用耕地3.76万hm2,二者分别占珠三角地区耕地减少总量的76.0%和18.8%。粤东和粤西地区耕地减少的主要途径是农业结构调整。粤北地区耕地减少总量较少,耕地减少去向中农业结构调整占60.1%,建设用地占用占26.8%,灾毁占10.1%。
“耕地补偿制度”要求非农建设占用的耕地必须通过其他方式补足与所占耕地的数量和质量相当的耕地。从表7可知,2000-2007年,通过开发、整理、复垦和农业结构调整增加耕地9.85万hm2。其中,耕地开发占47.9%,农业结构调整占24.6%,耕地整理占11.0%,复垦占6.7%,其他方式占9.9%。对比表6中各地“建设用地占用”与表7中增加耕地总量,说明了“耕地补偿制度”的有效实施,基本实行了耕地占补平衡。由表7发现,耕地开发是各区域增加耕地的主要方式,粤北山区对荒山、荒地开发的耕地占新增耕地的77.4%;粤西地区开发和农业结构调整分别占新增耕地的44.6%和43.1%;粤东地区通过开发和整理的耕地分别占新增耕地的47.0%和27.4%。珠三角地区采用多种方式增加耕地,其中农业结构调整和开发占主要部分。从耕地开发区域分布特点看,粤东、粤西和珠三角的沿海区域主要通过围海造田、荒滩开垦;内陆区域主要依靠农业结构调整、整理以及复垦增加;粤北山区主要通过对荒山和荒地进行开发增加耕地。
3 结论与讨论
3.1 关注耕地资源流向,加强农业结构调整监控
广东省耕地资源不足,且空间分布不均,优质耕地分布在珠三角、粤东和粤西平原地区。2000-2007年,因农业结构调整减少耕地27.59万hm2,占全省耕地减少总量的77.8%。珠三角农业结构调整总量最多,其余地区农业结构调整也是耕地减少的主要原因。尽管《广东省实施<中华人民共和国土地管理法>办法》中允许在土地利用确定的控制指标下进行农业结构内部调整,但2000年以来农业结构调整减少耕地幅度较大,并有增长的趋势,成为耕地减少的主要因素。从长远来看,这种发展趋势如果不加以控制势必会使耕地总量不断减少。从保障粮食安全的角度出发,保护耕地、科学合理和有计划地进行农业结构调整成为当前需要关注的问题,避免盲目性进行农业结构调整,导致不必要的耕地损失。
3.2 提高建设用地效率,加强非农业建设用地对耕地侵占控制
2000-2007年每年建设用地占用耕地量变化较小,但从远期来看,建设用地占用的耕地总量在不断加。耕地的有限性和耕地转变为建设用地的不可逆性,迫切要求加强非农业建设用地对耕地侵占的控制。因此,通过对闲置、烂尾和经济效益低的低效建设用地进行再规划和重建设,盘活土地存量,在空间上提高现有建设用地的用地效率,避免社会资源浪费,减少对耕地的占用[8]。
3.3 转变新增耕地途径,加强新增耕地质量监控
在“耕地占补平衡”政策下,建设用地占用耕地需要补偿相当于与所占耕地质和量相当的耕地。一般情况下,建设用地占用耕地大部分在地势平坦、交通便利的城市周围,这些耕地大多为优质耕地。在用地补偿的过程中,补偿耕地来源于荒地、荒山和围垦地较多,因此质量需要进一步核实把关。在2000-2007年新增耕地总量中(如表2所示),47.4%来自开发,25.7%来自农业结构调整。从变化趋势来看,来自新开发的耕地比重不断上升,2007年已经达到86.0%(如表2所示)。粤东和粤西地区主要通过围海造田开发耕地,通过开发新增耕地分别占本区新增耕地总量的47.0%和44.6%,但是大量围海造田的必然带来很多不利影响,如近海污染、生物量减退和海水倒灌等。粤北地区通过荒山和荒地开发新增耕地达到全区新增耕地总量的77.4%。由于自然原因,粤北山区耕地稀少,耕地资源区位指数较低,考虑到生态保护和水土保持等原因,粤北地区要避免盲目开发来增加耕地。从生态环保的角度看,对现有耕地的复垦和整理来增加耕地更可取。区域应当通过因地制宜的方式,调节好耕地于建设用地的平衡关系,严格按照地方土地利用规划有计划、有规划地发展。
摘要：根据广东省2000-2007年耕地面积统计数据,利用耕地资源变化率指数和耕地资源区位指数,结合广东省行政单元和地理分区,从时间和空间上分析区域耕地变化特征及原因。结果显示:2000-2007年广东省耕地总量逐年减少,全省以珠三角地区耕地面积减少最多,粤北耕地面积略有上升;全省耕地减少的主要原因为农业结构调整;“耕地占补平衡”政策使建设用地占用耕地的情况得到控制,被占耕地及时得到补偿,新增耕地主要来源于耕地开发;农业结构调整作为耕地减少的主要因素,其调整趋势在不断扩大,从耕地保护角度出发,农业结构调整尺度的合理性和科学性还有待进一步研究。
关键词：耕地资源,区位指数,时空变化,广东省
参考文献
[1]孙贤国,曹康琳,王鹏.广东省耕地资源变化的地域类型研究[J].地理科学进展,1999,18(2):186-191.
[2]史娟,张凤荣,赵婷婷.1998年～2006年中国耕地资源的时空变化特征[J].资源科学,2008,30(8):1191-1198.
[3]王秀兰,包玉海.土地利用动态变化研究方法探讨[J].地理科学进展,1999,18(1):81-87.
[4]《广东农村统计年鉴》编纂委员会.广东农村统计年鉴2001-2008[M].北京:中国统计出版社,2001-2008.
[5]广州市统计局,国家统计局广州调查队.广东统计年鉴2007[M].北京:中国统计出版社,2007:552-554.
[6]韩俊.为什么要坚持最严格的耕地保护制度[EB/OL].[2008-11-11].http://ssic.cn/yb/10/5-2.html.
[7]广东省科学院丘陵山区综合科学考察队.广东山区地貌[M].广州:广东科技出版社,1991.
时空资源配置 篇8
根据2006年联合国粮农组织发布的《畜牧业长长的阴影—环境问题与解决方案》(Livestock a major threat to environment-Remedies urgently needed),畜牧业在全球范围不仅造成了严重的环境污染,而且也正在进入对稀缺的土地和自然资源的直接竞争之中,放牧活动占用了地球陆地面积的26%,而饲料作物的生产则需要全部可耕地的大约三分之一。国内在讨论畜牧业发展约束时,多从环境承载力角度探讨区域土壤和地表水资源对畜禽粪便的消纳能力[9,10,11,12,13,14],部分学者从资源承载力角度研究区域土地对畜牧业所需饲料的供给能力[6,15,16],而将两个视角结合起来研究我国畜牧业资源环境承载压力的学术研究较为少见。综合考虑畜牧业环境承载力和资源承载力两大因素,科学选取定量分析指标,全面评估我国畜牧业资源环境承载压力,有助于在政策层面合理引导畜牧业的可持续发展。
1 数据来源与研究方法
本文基础数据以1991-2011年的《中国统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》为主,部分数据来源于《中国畜牧业年鉴》和《全国农产品成本收益年鉴》,另行注明的除外。
为评估特定区域资源环境对畜牧业的承载能力,假定畜禽粪便不跨区域流动、畜禽饲料不在全国范围内流通,从土壤、地表水资源对畜禽粪便的消纳能力和土地对畜禽饲料的生产能力两个角度测算特定区域对畜禽粪便环境承载能力和对畜禽饲料的资源承载压力。基于此,选取土壤环境承载压力、水环境承载压力、饲料粮自给压力和饲草自给压力4项指标,采用面板数据测算了1990-2010年中国及2010年国内各地区畜牧业资源环境承载压力,由于数据的可得性和畜牧养殖数量小等,港澳台地区除外。
1.1 土壤环境承载压力
土壤环境承载压力是指一定时期内,某区域可承载土壤中氮、磷养分投入量所需要的土地面积与该区域可承载土地面积的比值。农业生产系统中氮、磷平衡状态,是决定作物产量、土壤肥力以及对农业环境影响的重要因素[17]。化肥和畜禽粪便是农业生产系统中养分输入的主要来源,作物移走和养分损失则是养分输出的主要途径。根据土壤表观养分平衡模型,良性农业生产系统中氮、磷输入量与输出量应相等,即:氮、磷超载量=作物移走氮、磷量—化肥氮、磷输入量—畜禽粪便氮、磷输入量。农业生产系统中氮、磷养分缺失会使土壤肥力不足,造成农作物减产;氮、磷养分盈余则会导致土壤养分流失,造成环境污染,营养盈余问题就会显现[18]。综合考虑化肥使用等因素,可得畜牧业土壤环境承载压力计算公式:
αsoil:区域土壤环境承载压力指数,根据土壤施肥的木桶效应原理,取土壤对氮、磷养分承载压力的最大值作为最终的土壤环境承载压力指数;Srequired:承载土壤中氮、磷养分投入量所需要的土地面积;Sland:可用于承载土壤中氮、磷养分投入量的土地面积,包括耕地、园地和可利用草地;Ssurplus:承载土壤中氮、磷养分盈余量所需要的土地面积;Fsurplus:氮、磷养分盈余量;Ymanure:畜禽粪便中氮、磷养分含量;Yfertilizer:化肥中氮、磷养分折纯量;Ycrop:农作物移走的氮、磷养分量;Ypasture:饲草移走的氮、磷养分量;fmax:单位土地面积所能承载的氮、磷养分的最大量,假定每公顷土地承载的氮素为225kg[19]、磷素为35kg[20];i:畜禽类别;Qi:第i种畜禽的存栏或出栏量(猪、肉牛、家禽采用出栏数据,役用牛、奶牛、马、驴、骡、羊采用存栏数据[21]);ri:i类畜禽的粪便排泄系数;pi:第i种畜禽的粪便的氮、磷养分含量(具体参照表1数据);Mi:牧区、农牧交错区大牲畜(牛、马、驴、骡)存栏量;ρ:牧区、农牧交错区大牲畜粪便作为燃料直接燃烧的比例,本文取ρ=0.2[22,23],j:农作物类别;Cj:j类农作物年产量;θj:j类农作物100kg产量所需氮、磷养分量(表2);W:草地鲜草产量,按2482.62kg/hm2计算[24];S:可利用草地面积;η:单位饲草干物质含量,按经验数据20%折算;ε:饲草干物质中氮、磷养分含量,氮素按1.6%计算[25]、磷素按0.3%计算[26]。若αsoil>1,则土壤环境超载,区域土地资源不能完全消纳土壤中的氮、磷养分投入量,存在环境污染风险;若αsoil燮1,则土壤环境不超载,区域土地资源能够消纳土壤中的氮、磷养分投入量,不存在环境污染风险。
注:数据1-6来自文献[21],数据7-8来自文献[27]。
注:数据1-13来自文献[28],数据14经文献[21,24-25]核算而得。
1.2 水环境承载压力
水环境承载压力是指在一定时期内,既定水环境标准下,某区域畜禽粪便进入水体后所需用于稀释污染物的地表水资源总量与该区域可用于稀释污染物的地表水资源总量的比值。畜禽粪便入水率受自然条件、粪便处理方式和管理水平等因素的影响,暂时还无统一取值标准。结合国内已有研究[29,30,31],畜禽粪便入水率按30%计算,牧区、农牧交错区大牲畜粪便燃烧率按20%计算[22,23]。参照《地面水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ标准(COD:20mg/L,BOD5:4mg/L,NH4+-N:1mg/L,TN:1mg/L,TP:0.2 mg/L),根据畜禽粪便中流入水体的各类污染物总量,用各类污染物的入水量分别除以既定环境标准下该类污染物的上限值,从而把各类污染物的排放量转化为既定水环境标准下稀释该类污染物所需要的地表水资源量,各类污染物所需要的地表水资源总量的最大值即为承载畜禽粪便所需要的地表水资源量,可得畜牧业水环境承载压力计算公式:
βwater:区域水环境承载压力指数;Lrequired:既定水环境标准下稀释畜禽粪便所需要的地表水资源量;Lwater:可用于稀释畜禽粪便污染物的地表水资源总量,即可承载水资源总量;Ci:畜禽粪便排入水体中的i类污染物含量(表3);ci:既定水环境标准下i类污染物含量上限值。若βwater>1,则水环境超载,排入水体的畜禽粪便超出区域地表水资源的承载能力,将对水体造成污染;若βwater燮1,则水环境不超载,排入水体的畜禽粪便在区域地表水资源承载范围内,不会对水体造成污染。
(单位:kg/t)
注:数据来源于国家环境保护总局文件(环发[2004]43号)。
2.3饲料粮自给压力
饲料粮自给压力是指一定时期内,某区域畜牧业耗粮总量与该区域饲料粮生产总量的比值,计算公式如下:
χgrain:区域饲料粮自给压力指数;Tconsume:畜牧业年耗粮总量;Tproduction:粮食年总产量;μ:修正系数(表4),即饲料用粮占区域粮食总产量的比重,因对粮食的需求为刚性需求,除饲料用粮之外的口粮、工业用粮消费均在短期内改变较小,Tproduction×μ表示粮食总产量中可用作饲料粮的数量;i:畜产品类别,包括猪肉、牛肉、羊肉、禽肉、牛奶和禽蛋;Pi:i类畜产品年产量;ti:单位畜产品耗粮(数据来源:《中国农村统计年鉴》、《全国农产品成本收益资料汇编》)。若χgrain>1,则饲料粮自给不足,区域粮食生产能力不能满足畜牧业饲料粮需求,存在自给压力;若χgrain燮1,则饲料粮自给充足,区域粮食生产能力能够满足畜牧业饲料粮需求,不存在自给压力。
注:数据来源FAPRI(美国粮食与农业政策研究所)。由于数据不可获得,1990-1999年全国μ值取2000-2010年μ值的平均值43.56%;2010年全国各省份μ值取2010年全国μ值。
2.4饲草自给压力
饲草自给压力是指一定时期内,某区域生产畜牧业所消耗的饲草所需要的草地资源与该区域可利用草地资源的比值,计算公式如下:
δlawn:区域饲草自给压力指数;Srequired:生产畜牧业消耗的饲草所需要的草地面积;Sarable:可利用草地面积;i:畜产品类别,仅包括草食畜肉产品:牛肉、羊肉和牛奶;Pi:i类畜产品年产量;si:生产单位畜产品消耗的饲草所需要的草地面积,牛肉:280.15kg/m2、羊肉:470 kg/m2、牛奶:73.34 kg/m2[32]。若δlawn>1,则饲草自给不足,区域可利用草地的饲草生产能力不能满足畜牧业饲草需求,存在自给压力;若δlawn燮1,则饲草自给充足,区域可利用草地的饲草生产能力能够满足畜牧业饲草需求,不存在自给压力。
2 结果与分析
2.1 时序特征分析
据计算,21年间衡量中国畜牧业资源环境承载压力的4项指数αsoil、βwater、χgrain和δlawn总体上呈现出“逐年上升—平稳回落”的两阶段特征(表5)。1990-2006年为逐年上升阶段,αsoil指数由1.01增至1.15,增幅13.86%;βwater指数由1.07增至2.87,增幅168.22%;χgrain指数由0.33增至0.93,增幅181.82%;δlawn指数由0.37增至2.12,增幅472.97%;2007-2010年为平稳回落阶段,除βwater指数仍有波动外,αsoil、χgrain和δlawn3项指数均呈现回落态势。历年βwater指数都大于1,且高于其他3项,且2000年之后始终保持在大于2的压力水平上,排入水体的畜禽粪便污染物已大大超过地表水资源的承载能力,水环境超载已成为我国畜牧业发展面临的首要环境约束;历年αsoil指数均大于1,但变动幅度较小,最大值仅为1.15,较之水环境超载状况,土壤环境超载程度相对较低;χgrain指数均小于1,饲料粮消耗仍在耕地资源承载能力之内,但自2004年起,χgrain均保持在0.8以上,已接近自给上限,危及粮食安全;δlawn指数增幅最大,1999年之后δlawn指数超过1,并于2001年超过αsoil指数,仅次于βwater指数,饲草自给不足成为制约我国畜牧业发展的首要资源约束。
2.2 空间特征分析
据测算,2010年中国大陆31个省份的畜牧业除西藏自治区外均面临资源环境超载(表6)。其中:28个省份面临水环境超载,27个省份面临土壤环境超载,26个省份存在饲草自给压力,7个省份存在饲料粮自给压力。8个省份4项指数超标,16个省份3项指数超标,5个省份2项指数超标,青海省仅水环境指数超标。
四大地区(表7)、牧区、农牧交错区与农区(表8)间对比表明:水环境超载已成为各地区畜牧业发展面临的首要环境约束,土壤环境超载次之;四大地区、农牧交错区和农区均面临饲草自给压力,牧区饲草自给压力指数值为0.85,已接近自给上限,饲草自给不足已成为制约畜牧业发展的首要资源约束;饲料粮可满足各地区畜牧业发展需要,但除牧区外,其压力指数值均大于或等于0.5,饲料自给能力已成为制约畜牧业发展的潜在威胁。
农区以耗粮型养殖结构为主,饲料粮自给压力明显高于牧区畜牧业;牧区草原广阔,牧草丰富,饲草自给充足,农区饲草自给严重不足,农牧交错区次之。
3 结论与建议
3.1 结论
注:根据2011年国家统计局发布的经济区划,东部地区包括:北京、天津、河北、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东和海南;中部地区包括:山西、安徽、江西、河南、湖北和湖南;西部地区包括:内蒙古、广西、重庆、四川、贵州、云南、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆;东北地区包括:辽宁、吉林和黑龙江。
注:根据中国畜牧业协会公布的畜牧业区划,我国牧区省份包括:内蒙古、西藏、青海和新疆;农牧交错区省份包括:辽宁、吉林、黑龙江、四川、甘肃和宁夏;农区省份包括:北京、天津、河北、山西、上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、河南、湖北、湖南、广东、广西、海南、重庆、贵州、云南和陕西。
中国畜牧业发展正面临资源环境的双重约束,本文选取土壤环境承载压力、水环境承载压力、饲料粮自给压力和饲草自给压力4项指标,测算了1990-2010年中国及2010年国内各地区畜牧业资源环境承载压力,研究表明:21年间中国畜牧业资源环境承载压力总体上呈现出“逐年上升—平稳回落”的两阶段特征,水环境超载成为中国及各地区畜牧业发展面临的首要环境约束,土壤环境超载次之;饲草自给不足成为制约中国及各地区畜牧业发展的首要资源约束;饲料粮虽能自给,但从全国范围看已接近自给上限,农区省份尤为明显。
3.2 建议
(1)强化畜禽养殖业环境监管,缓解水环境承载压力。严格执行国家有关的法律法规,畜禽粪便经无害化处理需达到排放标准才能排入水体;鼓励发展大中型沼气工程,通过工程技术手段,降低畜禽粪便入水量,倡导养殖废水综合利用。
(2)合理规划布局畜牧业发展,促进畜禽粪便还田利用,减轻土壤环境承载压力。畜禽养殖规模应与周围农田消纳粪便的能力相适应;鼓励发展循环经济,推动种养结合,减少化肥施用量,改善土壤生态。
(3)加强草原保护,积极推进人工种草,提升牧草供应能力,缓解饲草供给压力。加快实施牧草良种补贴,扩大优质牧草种植面积;研究推广牧草青贮等技术,大力推广种草养畜。因地制宜推行禁牧、休牧、轮牧和草畜平衡等制度,推动草原畜牧业发展方式转变,减轻草原压力;开发推广牧区牧草冬春储备技术,促进牧草使用的季节性平衡。
(4)发展节粮型畜牧业,扩大奶牛、肉牛、肉羊、绒毛羊、兔和鹅等节粮型畜禽养殖规模,充分利用牧草、农副产品、轻工副产品等非粮饲料资源,减轻饲料粮供给压力。
摘要：中国畜牧业发展正面临资源环境的双重约束,本文选取土壤环境承载压力、水环境承载压力、饲料粮自给压力和饲草自给压力4项指标,测算了1990-2010年中国及2010年国内各地区畜牧业资源环境承载压力,研究表明:21年间中国畜牧业资源环境承载压力总体上呈现出“逐年上升-平稳回落”的两阶段特征,水环境超载成为中国及各地区畜牧业发展面临的首要环境约束,土壤环境超载次之;饲草自给不足成为制约中国及各地区畜牧业发展的首要资源约束;饲料粮虽能自给,但从全国范围看已接近自给上限,农区省份尤为明显。最后,立足研究结论提出了强化环境监管、推动畜禽粪便还田、加强保护草原以及发展节粮型畜牧业等建议。
时空资源配置 篇9
随着我国“汽车时代”的到来, 交通拥堵的态势已由最初的“星星之火”发展为现在的“燎原之势”。究其产生的根源在于:交通需求与交通供给不平衡。城市道路主要由路段与交叉口组成, 交叉口由于各方向来车的相互冲突, 通行能力远小于路段。因此, 城市交通疏堵的主要任务就是:充分利用交叉口的时空资源, 信号配时分秒必争, 车道渠化寸土必争, 在冲突分离基础上充分利用空闲时间和空闲面积, 从而提高交叉口的通行能力。
1交叉口时空资源研究现状
交叉口时间资源指进口道车流通行绿灯时长, 实质为绿信比λ;交叉口的空间资源主要指进口道车流驻行车空间, 实质为饱和流率S, 时空资源共同决定着交叉口通行能力。下面对交叉口时空资源的研究现状进行介绍。
1.1信号控制系统
1868年, 伦敦威斯敏斯特出现了最早的双色臂板式交通信号灯。1926年, 英国人在伍尔费汉普顿安设了第一座自动交通信号灯。上世纪50年代, Webster和Cobbe以车辆延误时间作为唯一衡量指标, 建立了信号配时TRRL法[1];随后1981年, Akcelik将“停车补偿系数”和“延误”结合在一起, 建立了评价交叉口信号配时方案控制效果的评价指标[2];1995年, 杨培坤等将信号配时方案的基本参考面由停车线移至冲突点, 创立了“冲突点法”[3]。2004年, 王殿海等提出了以交通强度为基本指标的周期优化方法[4,5]。信号控制系统的科学设置, 可以提高交叉口时间资源的利用效率。
1.2展宽段设置
设置展宽段, 从而增加进口道车道数是提高交叉口通行能力的有效方法。进口道长度由展宽渐变段及展宽段构成[6]。红灯期间到达的车辆在展宽段内压缩存储, 绿灯期间高效释放, 从而提高交叉口通行效率。早在1967年, Leisch将拓宽部分相对于路段增加的车道称为短车道, 并提出了若干短车道长度建议值[7];Lee通过模拟手段分析了进口道拓宽的交叉口通行能力, 但未考虑溢出拥堵问题[8];Tian[9]、杨晓光[10]、程国柱[11]等从概率论角度研究了展宽段长度受限下的交叉口通行能力。
1.3可变车道
可变车道始于华盛顿罗斯福大桥, 后逐渐应用普及。Arthur Harvey等为了有效地解决可变车道的分配问题, 建立了车道分配模型[12];Hoose, H J对可变车道信号控制方法和相应的交通规则进行了研究[13]。李丽丽、曲昭伟、王殿海针对信号交叉口进口道处转向可变车道的诱导, 提出了基于双停车线的主、预信号协调诱导方法[14];曾滢, 杨晓光、马莹莹建立了动态车道功能与信号相位之间的关系模型[15]。
1.4待转区
待转区分为左转待转区和直行待行区。目前国外对待转区的研究还处于起始阶段, 国内对左转待转区的研究主要集中在左转待转区的设置方法和信号配时上面。倪颖立足于交通流波动理论, 探讨了左转待转区对交叉口通行能力的影响[16];季彦捷对左转车辆待行区的设置方法和设置长度进行了初步分析[17];王殿海、李丽丽等给出了设置左弯待转区的几何临界条件, 利用累计曲线和交通波理论建立了左转车排队位置模型[18];国内外对直行待行区的研究较少, 只有我国部分城市开展有直行待行区试点。我国2015版《城市道路交通标志和标线设置规范》中也新增加了直行待行区的相关内容。实践证明, 科学的进行直行待行区的设置能够有效提高直行相位通行能力。
1.5小结
国内外现有的对交叉口内时空资源的研究均着眼于其中的一个方面, 并没有从交叉口整体的角度考虑时空资源之间的辩证关系及动态优化。从运动学角度来看, 展宽段、左转待转区及直行待转区的设置均为静态空间资源, 可变车道的设置为动态空间资源;由于信号控制系统可进行实时优化, 因此时间资源均属于动态资源。车流通过信控交叉口是一个典型的“二维空间”事件, 是“时间、空间、车流”三者的有效协调, 交叉口内的时间资源与空间资源是两个相互联系的集合, 这两部分资源可以进行相互转化, 相互补充。但在实际应用中, 两者往往是分离的, 忽略了两者之间的互动与反复优化, 实际应用中只能得到一个局部最优, 时空资源没有得到充分的利用。
2基于线圈检测的过饱和状态识别
当相位中某一个车流处于过饱和交通状态, 即认为该相位处于过饱和交通状态, 此过饱和车流称为关键车流。交叉口内时空资源的动态调度以相位饱和度为准绳, 考虑到交通流的复杂性与随机性, 当某一相位连续两个周期处于过饱和状态时启动预设时空优化策略。过饱和状态不能直接通过检测交通参数而直接判断, 但是可以通过检测排队长度或者判断是否溢出影响到上游交叉口来识别饱和交通状态。因此, 本文利用感应线圈检测相关的交通参数, 通过一定的计算与分析从而识别过饱和交通状态。
如图1所示, 假设第n周期红灯启亮时刻, 车流开始排队等候, 并以v1的停车波向上传播, TA时刻排队车辆蔓延至检测器位置;在Tnr时刻绿灯启亮, 车流开始驶过停车线, 并以v2的启动波向上传播, TB时刻到达检测器;当停车波与启动波传播至同一点时, 排队长度达到最大值Lnmax, 该时刻为Tnmax;此后, 排队车辆以消散波v3逐步消散, 在TC时刻通过检测点, 绿灯的结束时刻为Tng;当绿灯结束时, 车流又以v4的停车波向后传播;消散波与停车波的相遇点即为此周期滞留的排队长度, 也是本周期的最小排队长度, 记为Lnmin。
由交通波理论可知, 在路段的不同断面上, 交通状态1 (q1、k1) 和交通状态2 (q2、k2) 之间的交通波传播速度为:
由检测器可以得到转换点A、B、C的交通参数, 因此v1、v2、v3可由上式计算得到。因此周期最大排队长度为:
滞留车辆排队长度为:
因此, 当滞留车辆排队长度大于零时, 该车流处于过饱和状态。 (图1)
3信号交叉口过饱和时空资源动态优化策略
对于一个标准十字形交叉口来说, 首先应该充分挖掘进口道及交叉口内的静态空间资源, 提高进口道通行能力基础值;然后根据进口道车流的流量流向情况进行可变车道的设置, 并配套设置预信号控制系统。当可变车道的设置仍然不能缓解该进口道过饱和现象, 则考虑调用其它进口道的时空资源进行定周期信号优化及变周期信号优化。如果变周期信号优化仍不能缓解该进口道的过饱和现象, 则需要考虑从该进口的周边交叉口进行车流的引导, 降低车流到达率。本文以图2所示交叉口为研究对象, 信号系统采用四相位控制;假设西进口左转车流出现过饱和, 对其进行时空动态优化策略实施研究, 具体的优化策略实施流程如图3所示。本文为方便研究, 现做出以下假设:
(1) 交叉口内部具有设置左转待转区的空间条件;
(2) 进口道具备设置可变车道的空间条件和交通条件, 初设为直行车道;
(3) 在时空优化策略实施前后各进口道车流到达率保持不变;
(4) 优化过程中, 其他相位均有时空资源盈余。
3.1静态空间资源优化
如图2所示, 为了提高进口道通行能力基础值, 在交通条件与空间条件允许的情况下, 可进行展宽段和左转待转区的设置, 但需保证进口道的车道数与上游路段、出口路段相匹配。将新增加的车道设置为可变车道, 为动态空间资源优化做好准备。
当交叉口内设置左转待转区能够容纳3辆标准车时, 左转车流通行能力将有明显提高, 一般在10%至20%之间, 提高程度与左转相位配时及左转待转区长度有关。如图4所示, 假设静止时排队的第n辆车为饱和流第一辆车, 以下简称“头车”;l为左转待转区长度, d为“头车”起步时距离停车线的距离;t1为绿灯启亮后至“头车”起步时所需时间;t2为“头车”从起步至驶离主停车线所需的时间;则左转待转区左转车道的实际通行能力由以下两部分组成: (1) 在“头车”之前通过主停车线的车辆; (2) 饱和流期间通过主停车线的车辆。计算公式为:
式中:CAPL为西进口左转待转区左转车道实际通行能力, 单位为pcu;C为交叉口信号灯周期时长, 单位为s;gL为西进口左转相位绿灯时间, 单位为s;t为饱和流车头时距。C、gL、t均可根据实际调查确定, t1、t2、n可根据交叉口的实际情况计算得到。
如图2所示, 当对向两个进口道均设置左转待转区时, 为了保证两个方向左转车流能够安全通过交叉口, 两条左转待转区外侧车道之间的距离必须满足以下式子[18]:
式中, ds为两条左转待转区外侧车道标线的最小距离, 取2米。
3.2动态空间资源优化
改变可变车道属性后, 左转相位通行能力为
改变可变车道属性后, 直行相位通行能力为
从整个交叉口的角度来看, 可变车道属性的变化对其它相位无影响, 交叉口通行能力的变化值为:
由式 (10) 可以得出, 当qL/qT>1/2时, △CAP>0, 交叉口的通行能力增大;当qL/qT=1/2时, △CAP=0, 交叉口的通行能力不变;当qL/qT<1/2时, △CAP<0, 交叉口的通行能力减少。
可变车道由左转向直行转变过程中, 为了保证直行绿灯末尾驶过预信号换道线的直行车辆能够顺利通过主信号停车线, 避免时间资源的浪费, 预信号左转相位较主信号左转相位提前一段时间t1启亮。t1的大小由以下两个因素决定:
(1) 车辆的运行速度和L1+L2的长度;
时间t1应保证进入预信号换道线的车辆能够顺利通过主信号停车线, 因此: (11)
(2) 可变车道直行车流到达率和饱和流率。
考虑交叉口可变车道的直行车流到达率与饱和流率, 因此: (12)
综合考虑以上两个因素, 得到:
3.3定周期信号优化
当可变车道属性改变以后, 左转车流回归欠饱和状态, 则说明优化措施凑效;若左转车流仍处于过饱和状态, 且其它相位在满足临界饱和度的前提下, 有剩余绿灯时间, 则考虑进行定周期信号优化。剩余绿灯时间计算方法如下: (14)
式中:xρ为临界饱和度, 取0.9;q1为第一相位关键车流到达率;CAP1为第一相位关键车流通行能力;y1为第一相位关键车流流量比;g′为第一相位关键车流最小绿灯时长。
从而得到第一相位剩余绿灯时间为:
同理得到第三、四相位的剩余绿灯时间分别为:
令△g=△g1+△g3+△g4, 则西进口左转车流的绿灯时间变为:gL′=gL+△g (18)
西进口左转相位的通行能力变为:
3.4变周期信号优化
当定周期信号优化措施实施以后, 左转车流回归欠饱和状态, 则说明优化措施凑效;若左转车流仍处于过饱和状态, 且信号周期没有达到极限周期时长时, 则考虑进行变周期信号优化。
式中Cρ为极限周期时长, 本文取140s。则西进口左转车流的绿灯时间变为:
西进口左转相位的通行能力变为:
4仿真验证
以图2所示交叉口为研究对象, 交叉口各进口道不可变段长度为40m, 过渡段长度为30m, 信号控制采用东西直行、东西左转、南北直行、南北左转四相位放行, 具体信号配时方案如表1所示。各进口道的车流到达率如表2所示。考虑到展宽段的设置以及仿真环境中没有非机动车与行人的干扰, 各进口道直行车道饱和流率取1800pcu, 左转车道饱和流率取1700pcu。分别对该交叉口静态空间资源优化后、动态空间资源优化后、定周期信号优化后、变周期信号优化后的交通状态进行仿真, 仿真时间段为第五至第二十个周期, 仿真界面如图5所示。
通过对仿真数据的分析, 得出每个阶段优化后西进口左转车流的实际通行能力, 并通过计算得出每个阶段优化后的左转车流饱和度, 并同理论通行能力进行对比, 如表3、图6所示。
由表3和图6可以看出, 随着优化措施的逐步实施, 左转车流实际通行能力逐渐增加, 车流饱和度逐渐下降, 两者成负增长关系, 其中动态空间资源优化措施的效果最为明显, 增长幅度将近一倍。定周期信号优化实施以后, 左转车流的饱和度已经降至0.76, 左转交通流运行顺畅。因此, 该时空资源动态优化策略能够很好的利用交叉口盈余时空资源, 均分交叉口各进口道的交通压力, 缓解交叉口交通拥堵。
5结论
时空资源配置 篇10
资源和环境是人类生存和发展的物质基础, 也是社会经济发展的前提保证。经济发展在以资源环境为物质基础的同时, 也给资源环境带来影响, 社会的发展、科技的进步使得经济增长方式和生活方式改变的同时, 也使得人类更加合理和充分的利用自然资源;人口是经济发展和社会进步的主体, 人口规模、结构、素质直接影响着经济发展的水平和社会进步的速度;资源环境在为人口发展和社会进步提供物质基础的同时, 又通过其承载力的作用, 制约着人口的分布、经济的发展和社会的进步。人口、资源环境和经济的协调发展, 成为人类社会追求的目标。
近年来, 学者们着眼于研究人口、经济、资源环境间的协调发展问题。成果集中于几个方面:第一, 研究经济与资源环境系统的协调关系。张晓东和池天河[1]在对经济环境协调度理论进行阐述的基础上, 构建了经济与环境协调关系的指标体系, 计算了区域经济综合实力和环境承载力, 得出我国经济环境协调度之间存在U型曲线关系的结论。第二, 研究人口与环境系统的协调关系。吴文恒等[2]通过构建人口与环境两个方面的指标评价体系, 利用主成分法和协调度模型研究了中国1985-2004年的人口与资源环境耦合演进情况。第三, 研究人口与经济系统的协调关系。司光南[3]通过构建人口与经济系统的指标评价体系, 利用主成分分析法构建了人口-经济协调度的计算模型。第四, 研究人口、经济与资源环境系统的协调关系。童玉芬和刘长安[4]利用变异系数协调度模型对北京市人口、经济和环境系统的协调度进行了研究。
本文将在前人研究成果的基础上, 通过构建人口、经济与资源环境协调发展的指标评价体系, 利用因子分析法确定指标权重, 结合协调发展度模型, 计算中国31个省份2005-2012年的人口、经济与资源环境3个系统的协调发展度。在此基础上利用空间相关分析方法研究协调发展度的时空分布特征。
二、指标体系
在遵循科学性、动态性、可操作性、针对性等原则的基础上, 构建区域人口、经济与资源环境协调发展系统的指标评价体系。该系统包括人口、经济和资源环境3个子系统。人口子系统用于描述人口规模、结构、素质等方面的状况;经济子系统用于描述产出规模、产业结构、人民生活等方面的状况;资源环境子系统用于描述自然资源禀赋、环境保护、环境污染及城市建设基本情况等方面的状况。具体指标见表1。
三、研究方法
(一) 协调发展度计算
1. 协调发展模型
协调度是描述系统之间协调发展程度的定量指标。协调的计算模型很多, 童玉芬和刘长安[4]采用变异系数模型测度系统协调度, 廖重斌[5]根据离差系数计算协调度, 王辉等[6]等给出协调发展度的概念。本文采用王辉等学者的方法, 利用如下公式度量3个系统间协调发展度。
式中C表示协调度, n为调节系数, 一般要求n大于2, 本文取n=6;T为人口、经济和资源环境3个系统的综合评价指数, w1、w2、w3分别为3个系统的待定权重, 由于评价过程中视3个系统同等重要, 取w1=w2=w3=1/3;D为协调发展度。
2. 协调发展类型划分
根据式 (3) 计算出的系统协调发展度介于0到1之间, 数值越大表明系统间的协调发展程度越高。为了更好的用协调发展度来度量系统间的耦合程度, 本文在参考前人研究成果的基础上, 给出协调发展类型的判别标准。协调发展度在0-0.1为极度失调 (i5) , 0.1-0.2为严重失调 (i4) , 0.2-0.3为中度失调 (i3) , 0.3-0.4为轻度失调 (i2) , 0.4-0.5为濒临失调 (i1) , 0.5-0.6之间为勉强协调 (c1) , 0.6-0.7为初级协调 (c2) , 0.7-0.8为中级协调 (c3) , 0.8-0.9为良好协调 (c4) , 0.9-1.0为优质协调 (c5) 。
(二) 空间自相关检验
空间自相关是指变量在某位置上的数据与其他位置上的数据间的相互依赖程度。地理数据由于受到空间相互作用和空间溢出效应的影响, 彼此之间通常不再是相互独立, 而是相关的。这种相关性是否存在, 通常采用空间自相关检验实现。较为常见的空间相关检验方法是Moran’s I, 本文通过该指数检验区域协调发展度之间的空间自相关性。
四、实证分析
(一) 协调发展分析
采用因子分析中的主成分法, 利用SPSS20软件对2005-2012年中国31个地区人口、经济和资源环境3个子系统标准化后的样本数据进行因子分析, 计算历年各子系统的综合发展水平得分。根据要素主成分累计方差贡献率大于85%的原则提取主成分, 可以计算出3个子系统的主成分得分, 根据各子系统的各主成分, 并以方差贡献率为权重可以计算出各子系统的综合得分F1、F2和F3。上述求出的值有正负, 为方便计算协调度, 按照公式
将Fi归一化处理, 根据式 (3) 可求得2005-2012年中国各地区人口、经济和资源环境的协调发展度。限于篇幅, 仅给出2012年各地区协调发展度数值。
根据各地区的协调发展度, 可以绘制各地区不同时点的协调发展度空间分布状况图 (限于篇幅, 从略) 。
(二) 空间自相关分析
1. 全局空间自相关分析
为检验中国31个地区的人口、经济和资源环境的协调发展度之间是否存在空间自相关性, 利用Geoda095i软件对中国2005-2012年31个地区的协调发展度进行空间自相关检验, Moran’s I数值见表3。
从表3可以看出, 2005-2012年中国31个地区的人口、经济与资源环境协调发展度整体上存在明显的正向空间自相关性, 协调发展度值相近的地区趋于空间集聚。2005年Moran’s I值最大, 说明2005年各地区之间空间自相关性最强。历年自相关性显著性检验显示, 除2011年没有通过显著性检验外, 其余年份的Moran’s I值均通过5%的显著性检验, 表明地区间的协调发展度存在显著的空间效应。
2. 局域空间自相关分析
全局自相关的Moran’s I检验表明中国31个地区的人口、经济与资源环境的协调发展度之间整体空间自相关性显著, 为揭示局部地区的协调发展度之间的空间集聚效应, 还需进行局域空间自相关检验。结合表3中全局Moran’s I的特征, 选取2005年、2007年和2012年为研究时点, 利用Geoda095i软件分别绘制这3个时点的Moran’s I散点图 (图1) 研究不同时点31个地区的人口、经济与资源环境的协调发展度之间局域空间集聚效应。
Moran’s I散点图共分为4个象限, 第1象限表示“高-高”集聚现象, 协调发展度高的地区聚集在一起;第2象限表示“低-高”集聚现象, 协调发展度低的地区被协调发展度高的地区包围;第3象限表示“低-低”集聚现象, 协调发展度低的地区聚集在一起;第4象限表示“高-低”聚集现象, 协调发展度高的地区被协调发展度低的地区包围。从图1中可以看出, 中国人口、经济与资源环境协调发展度的空间聚集现象为主, 大部分地区位于第1象限和第3象限, 呈现“高-高”集聚或“低-低”集聚的空间特征。
2012年福建、广东、广西和四川位于第4象限, 这些地区处于中级协调或者良好协调类型, 而其周围临近地区的协调度较低;海南、新疆、青海和西藏4个地区位于第3象限, 经过5年的发展, 广东地区的协调类型已由濒临失调发展成为中级协调, 人口、经济和资源环境各方面均发展迅速, 并且3个系统协调发展程度也较高, 新疆青海和西藏的协调发展度依然较低。甘肃、宁夏、贵州、云南、江苏、河北6个地区位于第2象限, 比2005年和2007年位于第2象限的地区个数有所增加, 这说明2012年局域地区的空间异质性有所增加, 这也正是导致2012年的Moran’s I数值比2005和2007年小的原因。
五、结论
通过构建人口、经济和资源环境3个系统的指标评价体系, 计算了2005-2012年中国31个地区的人口、经济与资源环境3个系统间的协调发展度, 并对历年各地区的协调发展类型进行分类。得出以下结论:全国大部分地区的协调发展度处于协调类型, 北京、天津和上海等地区协调程度较高, 属于优质协调类型;辽宁、蒙古、浙江、福建地区属于良好协调类型;山西等13个地区属于中级协调类型, 是占比例最大的类型;山东、贵州和新疆地区属于初级协调类型;河北等7个地区属于勉强协调类型;西藏地区除了2005年和2009年属于勉强协调类型外, 其余年份均属于失调类型, 2012年3个系统的协调发展度下降到0.39, 属于轻度失调类型。总体上各地区的人口、经济与资源环境3个系统的协调发展度呈良性方向发展的趋势, 大部分地区的协调发展度有所提高。
为探究中国31个地区人口、经济、资源环境协调度之间的空间演变规律, 对2005-2012年中国31个地区的协调发展度进行了空间自相关性分析, 结果表明:各地区总体空间自相关性显著, 各地区间的协调发展度以空间集聚性为主, 少数地区出现空间异质性。局域空间自相关检验显示地区间正向的空间聚集现象明显, Moran’s I散点图中大部分地区位于第1象限, 说明31个地区的协调发展度之间以“高-高”集聚的空间效应为主。少数地区如宁夏、贵州、江苏等地区表现出“低-高”集聚, 福建、广西等地表现出“高-低”集聚的空间异质性。
参考文献
[1]张晓东, 池天河.90年代中国省级区域经济与环境协调度分析[J].地理研究, 2001 (4) .
[2]吴文恒, 牛叔文, 郭晓东等.中国人口与资源环境耦合的演进分析[J].自然资源学报, 2006 (6) .
[3]司光南.人口—经济系统的协调度分析[J].统计与决策, 2008 (4) .
[4]童玉芬, 刘长安.北京市人口、经济和环境关系的协调度评价[J].人口与发展, 2013 (1) .
[5]廖重斌.环境与经济协调发展的定量评判及其分类体系——以珠江三角洲城市群为例[J].热带地理, 1999 (2) .