張 榕,姜 波,張 松,丁 杰,孟 潔,馬治忠,白 楊

(國家海洋技術(shù)中心 天津 300111)

波浪能開發(fā)利用區(qū)選劃方法在OE-W01區(qū)塊重點勘查區(qū)的應(yīng)用*

張 榕,姜 波,張 松,丁 杰,孟 潔,馬治忠,白 楊

(國家海洋技術(shù)中心 天津 300111)

依據(jù)波浪能的開發(fā)技術(shù)特點,研究了波浪能開發(fā)利用區(qū)選劃的原則、程序和方法。基于LAGFD-WAM海浪模式的資源評估和海洋功能區(qū)劃,確定開發(fā)利用區(qū)備選區(qū)塊,利用綜合評價指標(biāo)體系,進(jìn)行打分,根據(jù)權(quán)重對備選區(qū)塊進(jìn)行綜合評價,給出了綜合評價的結(jié)果。依據(jù)評價結(jié)果決策,繪制波浪能重點開發(fā)利用區(qū)選劃圖,并提出相應(yīng)的海洋能開發(fā)利用建議。其選劃成果可為我國近海波浪能資源的開發(fā)利用規(guī)劃提供決策依據(jù),同時為海洋功能區(qū)劃的修編提供技術(shù)支持。

波浪能;指標(biāo)體系;權(quán)重;綜合評價;選劃

波浪能是由海水波動所產(chǎn)生的波浪動能和勢能的總和。波浪能作為一種清潔的可再生能源,在海洋水體中蘊含的總量非常巨大,具有極高的開發(fā)潛力。開發(fā)波浪能資源的前提是正確評估調(diào)查區(qū)域資源蘊藏量及其時空分布狀況,在環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源需求,選劃出科學(xué)、合理的波浪能優(yōu)先開發(fā)利用區(qū),為我國波浪能資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)[1]。

1 選劃的原則

選劃應(yīng)遵循整體規(guī)劃,分步實施;科學(xué)布局,協(xié)調(diào)發(fā)展;科技創(chuàng)新,提升水平的原則[2]。①以自然屬性為基礎(chǔ),兼顧社會屬性。② 與海洋功能區(qū)劃等相關(guān)法律規(guī)劃相適用。③ 保障國防和海上交通安全。④ 引導(dǎo)性與前瞻性并重原則。

2 選劃的程序和方法

2.1 確定選劃的對象

在波浪能重點開發(fā)利用區(qū)資源評估的基礎(chǔ)上,選擇波浪能資源具備開發(fā)潛力的區(qū)域作為波浪能優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)選劃的研究對象。

2.2 確定選劃綜合評價單元

在分析波浪能開發(fā)利用技術(shù)特點和用海方式的基礎(chǔ)上,結(jié)合海洋功能區(qū)劃分類體系的內(nèi)涵和管理要求,依據(jù)最新發(fā)布的省級海洋功能區(qū)劃,把能與海洋功能區(qū)劃兼容用?？梢詤f(xié)調(diào)的區(qū)域,確定為波浪能開發(fā)利用預(yù)選區(qū),預(yù)選區(qū)的選擇應(yīng)避開海洋保護(hù)區(qū)、工業(yè)和城鎮(zhèn)用海區(qū)、旅游休閑娛樂區(qū)、港口航運區(qū)、礦產(chǎn)和能源區(qū)、特殊利用區(qū)。

將波浪能流密度分布圖、有效時間分布圖、海域使用現(xiàn)狀圖和波浪能開發(fā)利用預(yù)選區(qū)進(jìn)行疊加,得到波浪能重點開發(fā)利用的備選區(qū)塊。

2.3 開展綜合評價與選劃

影響波浪能開發(fā)利用的因素較多,僅以單一指標(biāo)不能反映評價對象的整體情況,因此需要選取對多指標(biāo)進(jìn)行綜合的評價方法。

2.3.1 確定指標(biāo)體系

指標(biāo)體系的確定具有很大的主觀隨意性。在本研究中,采用的是德爾菲法。該法的關(guān)鍵是確定專家以及專家的人數(shù)。

德爾菲法,又稱專家規(guī)定程序調(diào)查法。該方法主要是由調(diào)查者擬定調(diào)查表,按照既定程序,以函件的方式分別向?qū)＜医M成員進(jìn)行征詢;而專家組成員又以匿名的方式 (函件)提交意見。經(jīng)過幾次反復(fù)征詢和反饋,專家組成員的意見逐步趨于集中,最后獲得具有很高準(zhǔn)確率的集體判斷結(jié)果。

2.3.2 確定指標(biāo)權(quán)重

為了體現(xiàn)各個評價指標(biāo)在評價指標(biāo)體系中的作用地位以及重要程度,在指標(biāo)體系確定后,必須對各指標(biāo)賦予不同的權(quán)重系數(shù)。權(quán)重是以某種數(shù)量形式對比、權(quán)衡被評價事物總體中諸因素相對重要程度的量值[3]。合理確定權(quán)重對評價或決策有著重要意義。本研究采用德爾菲法確定波浪能優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)指標(biāo)權(quán)重。在數(shù)據(jù)處理時,采用算術(shù)平均值代表專家們的集中意見。其計算公式如下:

式中,n為專家的數(shù)量;m為指標(biāo)總數(shù);aj為第j個指標(biāo)的權(quán)數(shù)平均值;aji為第i個評委給第j個指標(biāo)權(quán)數(shù)的打分值。

然后,尚需進(jìn)行歸一化處理。歸一化的公式如下:

2.3.3 開展波浪能重點開發(fā)利用區(qū)選劃

利用綜合評價指標(biāo)體系,進(jìn)行打分,根據(jù)權(quán)重對選劃出的海洋能綜合評價單元進(jìn)行綜合評價,得到綜合評價結(jié)果。依據(jù)評價結(jié)果決策,繪制波浪能重點開發(fā)利用區(qū)選劃圖,并提出相應(yīng)的海洋能開發(fā)利用建議。

3 OE-W01區(qū)塊選劃

3.1 區(qū)塊范圍

OE-W01波浪能勘查區(qū)塊,包含整個渤海,黃海的西北部、西部以及東海的長江口和杭州灣海域,位于遼寧、河北、天津、山東、江蘇、上海和浙江等省沿海,包括4個重點勘查區(qū)和8個非重點勘查區(qū)(圖1)。

3.2 數(shù)據(jù)來源

波浪參數(shù)來自國家海洋局第一海洋研究所的數(shù)據(jù)模擬,水深數(shù)據(jù)來自海圖,海洋災(zāi)害數(shù)據(jù)來自國家海洋局 《中國海洋災(zāi)害公報》,海域利用強度來自海域使用現(xiàn)狀圖。

3.3 確定備選區(qū)塊

圖1 波浪能資源勘查分區(qū)塊示意圖[4]

圖2 波浪能開發(fā)利用備選區(qū)塊

在波浪能重點開發(fā)利用區(qū)資源評估的基礎(chǔ)上,選擇波浪能資源具備開發(fā)潛力的區(qū)域作為波浪能優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)選劃的研究對象,本次選劃從波浪能資源等級表 (表1)一、二、三類區(qū)中選擇。

運用疊加法,得到波浪能重點開發(fā)利用的備選區(qū)塊41個,其中有21個屬于資源二類區(qū)(圖2中B-1～B-21),有20個屬于資源三類區(qū)(圖2中A-1～A-20)。

表1 波浪能資源等級

續(xù)表

3.4 確定指標(biāo)體系

在本階段依據(jù)德爾菲法,以函件的方式進(jìn)行了2輪專家意見征詢,最終專家組成員的意見逐步趨于集中,表2、表3、表4為最終確定的指標(biāo)體系。

表2 波浪能資源優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)選劃指標(biāo)體系—波浪能資源條件

表3 波浪能資源優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)選劃指標(biāo)體系—社會經(jīng)濟(jì)條件

表4 波浪能資源優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)選劃指標(biāo)體系—自然環(huán)境條件

3.5 確定指標(biāo)權(quán)重

在本階段依據(jù)德爾菲法確定波浪能優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)指標(biāo)權(quán)重,并進(jìn)行了歸一化處理。波浪能資源優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)選劃指標(biāo)體系權(quán)重 (表5)。

表5 波浪能資源優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)選劃指標(biāo)體系權(quán)重

3.6 各區(qū)塊打分

在數(shù)據(jù)處理、資料收集充分的基礎(chǔ)上,依據(jù)表6對41個備選區(qū)塊三級指標(biāo)進(jìn)行打分。

表6 波浪能資源優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)選劃指標(biāo)評分依據(jù)

續(xù)表三級指標(biāo)年均全社會用電量增長率/%分?jǐn)?shù)4分 3分 2分 1分增長率＞15 10＜增長率≤15 5＜增長率≤10 增長率≤5缺電程度 很高 高 中 低海岸線利用率/%利用率≤70 70＜利用率≤80 80＜利用率≤90 利用率＞90海域利用率/% 利用率≤70 70＜利用率≤80 80＜利用率≤90 利用率＞50用海面積/km2 面積≥400 200≤面積＜400 100≤面積＜200 面積＜60離岸距離/km 距離≤10 10＜距離≤30 30＜距離≤50 距離＞90水深/m 水深≤20 20＜水深≤40 40＜水深≤60 水深＞100底質(zhì)條件 沙 石、礫、卵石 黏土、淤泥 巖石海洋災(zāi)害 很少 較少 一般 高發(fā)地質(zhì)災(zāi)害 無風(fēng)險 低風(fēng)險 中度風(fēng)險 高風(fēng)險

在表6中缺電程度:鄰近具有重要價值的邊遠(yuǎn)海島、新能源開發(fā)、新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展等類型實驗示范區(qū)的,視為很高;鄰近有供電不足的城鎮(zhèn)或有居民海島的,視為高;鄰近有列入開發(fā)名冊的無居民海島的視為中;其他情形視為低。

海洋災(zāi)害:年均經(jīng)濟(jì)損失數(shù)百萬元以下,視為很少;年均經(jīng)濟(jì)損失千萬元左右,視為較少;年均經(jīng)濟(jì)損失兩千萬元至一億元,視為一般;年均經(jīng)濟(jì)損失數(shù)億,視為高發(fā)。

地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險:地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不處于地震帶上,未發(fā)生過地質(zhì)災(zāi)害的,視為無風(fēng)險;地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不處于地震帶上的,視為低風(fēng)險;未發(fā)生過地質(zhì)災(zāi)害的,處于地震帶上的,視為中度風(fēng)險;處于地震帶上的,發(fā)生過地質(zhì)災(zāi)害的,視為高度風(fēng)險。

3.7 選劃結(jié)果

進(jìn)行綜合評價后,最終得到結(jié)果如表7所示:

將表7中得分排名前8名(總數(shù)的20%)定義為波浪能開發(fā)利用區(qū)一類區(qū),該區(qū)適合于近期開發(fā)利用,排名第9～17名(總數(shù)的20%)定義為波浪能開發(fā)利用區(qū)二類區(qū),該區(qū)適合于中期開發(fā),排名第18～25名(總數(shù)的20%)定義為波浪能開發(fā)利用區(qū)三類區(qū),該區(qū)適合于遠(yuǎn)期開發(fā),排名后16名(總數(shù)的40%)本次選劃將不考慮。最后按照同一類別鄰近區(qū)塊合并的原則,得到波浪能優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)選劃圖 (見圖3),其中一類區(qū)4個,二類區(qū)1個,三類區(qū)5個(表8)。

表7 各備選區(qū)塊分值統(tǒng)計

續(xù)表序號 區(qū)塊號 分?jǐn)?shù) 序號 區(qū)塊號 分?jǐn)?shù) 序號 區(qū)塊號 分?jǐn)?shù)11 B-9 74.25 25 A-15 71.25 39 A-13 64.75 12 B-13 74.25 26 A-5 70.25 40 A-1 64.25 13 B-14 74.25 27 A-4 69.75 41 A-3 63.75 14 B-15 74.25 28 A-12 69.75

表8 波浪能開發(fā)利用區(qū)選劃表

圖3 波浪能開發(fā)利用區(qū)選劃圖

3.8 選劃建議

當(dāng)前應(yīng)該未雨綢繆,加強對海洋可再生能源開發(fā)利用的支持力度,制定相應(yīng)的激勵政策,促進(jìn)海洋可再生能源開發(fā)利用技術(shù)研究和相關(guān)產(chǎn)業(yè)形成。為此,提出如下建議:①統(tǒng)籌規(guī)劃,分步實施[5],加強領(lǐng)導(dǎo),確保選劃實施;② 完善政策法規(guī)體系,建立和健全促進(jìn)機制;③ 加大基礎(chǔ)保障條件建設(shè)力度,盡快形成技術(shù)研發(fā)支撐與服務(wù)體系;④ 加速海洋可再生能源利用裝備研發(fā),提升核心技術(shù)競爭力;⑤ 加強人才隊伍培養(yǎng),積極開展國際交流與合作;⑥搞好宣傳,提高全民意識。

4 小結(jié)

隨著全球氣候變暖,化石能源儲量近于枯竭的問題日益突出,海洋可再生能源作為戰(zhàn)略資源已經(jīng)得到國際上的普遍認(rèn)同。波浪能作為海洋可再生能源之一,在解決邊遠(yuǎn)地區(qū)和海島的能源供應(yīng)上具有十分重要的意義。本文對波浪能開發(fā)利用區(qū)選劃方法進(jìn)行了應(yīng)用性研究,給出了OE-W01區(qū)塊波浪能開發(fā)利用區(qū)選劃的主要成果,對于我國波浪能開發(fā)具有積極的促進(jìn)作用。

[1] 張榕,姜波,孫華峰,等.波浪能優(yōu)先開發(fā)利用區(qū)選劃方法研究[J].海洋技術(shù),2013,32(3):114-117.

[2] 姜波,張松,丁杰,等.OE-W01區(qū)塊波浪能開發(fā)利用區(qū)選劃研究報告[R].2013.

[3] 周云凱,白秀玲,姜加虎.近17年鄱陽湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康時空變化研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2012,32 (4):1008-1017.

[4] 國家海洋局.2011年海洋可再生能源專項資金項目申報指南[R].2011.

[5] 劉富鈾,張榕,孟潔,等.廣東省海洋能源的開發(fā)利用研究報告[R].2012.

海洋能專項資金項目(GHME2011ZC07,GHME2012ZC05);中國海洋發(fā)展研究中心科研項目(AOCQN201209); 2013年度國家軟科學(xué)研究計劃項目(2013GXS4B093).