环境承载力及其在环境规划中的探究应用

探究城市环境承载力与可持续发展

导读：城市环境承载力与可持续发展，城市群的环境承载力分析，资源环境承载力评估，地区区域环境承载力对土地利用变化的响应，国内环境承载力研究进展，生态建设与环境承载力研究。

中国学术期刊文辑（2013）

目录

一、理论篇

环境承载力及其在环境规划中的初步应用 1

环境承载力理论及其在湄洲湾污染控制规划中的应用 5

环境承载力理论在北京市和房山区的应用 9

环境承载力理论在区域规划环境影响评价中的实证研究 12 环境承载力量化模型研究 14

环境承载力论初探 27

环境承载力评价的符号函数极值法研究 32

环境承载力评价及预测模型研究 35

环境承载力评价技术研究 38

环境承载力与承接国际产业转移的能力分析以湖北省为例 48

环境承载力约束条件下城市最大乘用车保有量预测 54

黄家湖绿色公园生态旅游环境承载力研究 66

基于AHP和向量模法的宜昌市水环境承载力研究 68

二、发展篇

基于BP神经网络的水环境承载力评价 74

基于GIS的昆明城市发展地质环境承载力分析 77

基于GIS技术的成都市灾区资源环境承载力快速评价 84

基于复杂系统理论的旅游地环境承载力合理阈值量测研究 89

基于旅游环境承载力的旅游开发规划优化设计研究 100

基于模糊层次分析法的水环境承载力评价 104

基于水环境承载力的沁河流域系统优化调控 107

基于投影评价方法的矿区资源环境承载力分析 117

基于突变理论的工业园区环境承载力动态评价方法 123

基于资源环境承载力的渤海滨海城市产业结构综合评价 133 基于资源环境承载力的规划结构优化方法探讨 137

基于资源环境承载力的区域产业适宜规模初探 142

经济人口资源环境承载力实证分析以成都市为例 145

喀纳斯风景区旅游环境承载力研究 146

开发区资源环境承载力评价方法初探 151

第17卷　第1期1997年2月

中国环境科学

CHIN A EN V IRO N M EN T A L SCI ENCE

V ol.17N o.1

Feb.1997环境承载力及其在环境规划中的初步应用

唐剑武　郭怀成　叶文虎

(北京大学环境科学中心,北京100871)

文　摘　结合环境规划工作的实际,从理论上阐述了环境承载力的概念、衡量及应用模式,并结合福建省湄洲湾开发区环境的综合规划和临淄地区水环境规划,介绍了它的初步应用。结果表明,将环境承载力用于以社会、经济发展与环境相协调为目标的环境规划是合适的,可行的。

关键词　环境规划,环境承载力,指标体系。

我国的环境保护是以强化环境管理为特征的,而制定和实施环境规划则是其重要的内容和手段。因此,探讨环境规划的理论和方法,在定量程度上体现“协调发展”,是环境科学和环境保护工作的一个重要课题。

由于环境问题主要是由人类的社会经济行为造成的,所以环境规划的对象应该是人类的社会经济行为,其目标则是使人类的社会经济行为与相应的环境状态相匹配,使作为人类生存、发展基础的环境在社会发展过程中得到保护、改善。

本文试图以环境承载力作为环境规划工作的依据和约束条件之一来进行探讨。

1　环境承载力

1.1　概念的提出

人类赖以生存和发展的环境是一个具有强大的维持其稳态效应的巨系统,它既为人类活动提供空间和载体,又为人类活动提供资源并容纳废弃物。对于人类社会活动来说,环境系统的价值体现在能对人类社会生存发展活动的需要提供支持。由于环境系统的组成物质在数量上存在一定的比例关系,在空间上有一定的分布规律,所以它对人类活动的支持能力有一定的限度,或者说,存在一定的阈值,我们把这一阈值定义为

时期,某种环境状态下会经济活动的支持能力的阈值。

当今存在的种种环境问题,大多是人类活动与环境承载力之间出现冲突的表现。当人类社会经济活动对环境的影响超过了环境所能支持的极限,即外界的“刺激”超出了环境系统维持其动态平衡与抗干扰的能力,也就是人类社会行为对环境的作用力超过了环境承载力。因此,我们可以用环境承载力作为衡量人类社会经济与环境协调程度的判据。

1.2　环境承载力的本质和特点

环境科学中所说的环境是以人类社会为中心的外部世界,环境系统的结构所体现出来的功能是能够依靠能量的交流与负熵流的输入维持着自身的稳态与运动。一定环境系统的结构表现出一定的功能,其维持物质循环和能量流动的能力有一定的限度。所以,环境系统对人类活动的支持能力存在阈值。环境承载力的本质就是环境系统的结构和功能的外在表现。

环境承载力最主要的特点是客观性和主观性的结合。客观性体现在一定的环境状态下其环境承载力是客观存在的,是可以衡量和把握的;主观性表现在环境承载力的指标及其数值将因人类社会行为内容的不同而不同,而且人类可以通过自身行为,特别是社会经济行为来改变环境承载力的大小,控制其变化方向。环境承载力

的另一特点是具明显的区域性和时间性,地区不同或时间范围不同,环境承载力可以不同。

1.3　环境承载力的衡量

环境承载力的指标体系应该从环境系统与社会经济系统的物质、能量和信息的交换上入手。即使在同一个地区,人类的社会经济行为在层次和内容上也完全可能会有较大差异,因此不应该也不可能对环境承载力指标体系中的具体指标作硬性的统一规定,只能从环境系统、社会经济系统之间物质、能量和信息的联系角度,将其分类。我们认为可以分为三类:

(1)自然资源供给类指标。如水资源、土地资源、生物资源等;

(2)社会条件支持类指标。如经济实力、公用设施、交通条件等;

(3)污染承受能力类指标。如污染物的迁移、扩散和转化能力,绿化状况等。

2　实例研究

在实例研究中,我们初步通过不同地区(实例1)和不同的人类政策行为(实例2)的环境承载力间的比较来阐明环境承载力的概念和应用方法。2.1　湄洲湾开发区环境规划(实例1)

我们在《福建省湄洲湾开发区环境规划综合研究》课题的总报告中首次给出了环境承载力的科学定义,并进行了初步的应用尝试。该研究应用环境承载力概念从理论上为湄洲湾开发区经济结构和产业布局的确定提出了具体建议。

2.1.1　湄洲湾开发区概况

湄洲湾开发区位于福建省中部沿海,这里具有作为国际中转海港的位置福建条件。目前规划区大致划为秀屿、肖厝和东吴三个规划小区,以及东岭等一些待开发区。本课题应用环境承载力,通过比较秀屿、肖厝、东吴和东岭4个区的环境承载力大小,来确定各自的产业结构和生产力布局。2.1.2　环境承载力的表述

我们视环境承载力为n维空间的一个矢量。对同一个地区而言,这一矢量随人类社会经济活动的方向和大小的不同而不同;当人类社会经济行为的方向和大小相同时,这一矢量随地区的不同而不同。因此,比较不同地区环境承载力的大小,只须在相同的人类社会行为的作用方向上,比较其矢量的大小(或称矢量的模)即可。

由于环境承载力的各个分量具有不同的量纲,因此,为比较环境承载力的大小,首先必须对其各个分量进行归一化处理。

假设我们要对人类社会行为作用方向相同的m个地区的环境承载力进行比较。不妨设此m个地区的环境承载力为:E j,j=1,2,…,m。再设每个环境承载力由n个分量组成,即有:E j= (E1j,E2j,E3j,…,E nj)。进行归一化处理后,E j=

(E 1j,E 2j,E 3j,…,E nj)。其中E ij=E ij/

m

j=1

E ij

这样,第j个环境承载力的大小可以用归一化后的矢量的模来表示,即

E j = n i=1E ij2

这里,我们视每一分量的权重是一样的。若引入权重 1(i=1,2,…,n),则

E j = n i=1( i E ij)2

2.1.3　环境承载力指标

在湄洲湾课题中,我们初步选择5项指标作为环境承载力的5个分量来比较4个规划小区的环境承载力大小:大气环境质量类,水环境质量类,水生生态稳定性类(以不出现赤湖为界),水资源类,土地资源类。

2.1.4　环境承载力分析

根据环境承载力的表述,分别得到4个小区的环境承载力E j=E1j,E2j,E3j,E4j,E5j),j=1,2, 3,4。

秀屿区:E1=(0.247,0.040,0.20,0.132, 0.075)

东吴区:E2=(0.253,0.325,0.20,0.132, 0.201)

肖厝区:E3=(0.246,0.237,0.20,0.312, 0.287)

东岭区:E4=(0.254,0.397,0.40,0.424, 0.437)

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1期 唐剑武等:环境承载力及其在环境规划中的初步应用

因此,得到各规划小区的环境承载力综合值(模)为:

秀屿:0.033;东吴:0.087;肖厝:0.11;东岭: 0.16。

综合分析上述环境承载力的具体数据,我们提出经济布局上的建议:秀屿区不宜作为工业发展区;东吴区宜发展港口、火电厂等;肖厝区可以发展石油炼制、石化与海洋化工;东岭区有供发展重工业的环境条件。

另外,我们还利用环境承载力对湄洲湾规划区的经济结构进行了分析,并就其港口条件与厦门、福州和泉州等港口进行对比研究,其结论支持了这一开发区的国土规划意见。

2.2　临淄地区水环境规划(实例2)

我们在临淄地区的水环境规划中,进一步用环境承载力理论研究了在不同的人类政策行为作用下环境承载力的大小比较。

2.2.1　临淄地区概况

临淄地区位于山东省淄博市,是一个新兴的石油化工城市,也是中国春秋战国时期齐文化的发祥地。水资源的短缺和水污染的日趋严重制约着本区齐文化旅游资源的开发和工业的进一步发展。困此,我们试图通过环境承载力的分析,来比较和论证规划中提出的水环境与经济发展的协调对策(政策)。

2.2.2　环境承载力表述

我们假设一个地区在制定经济发展规划时,有m个政策,其实施结果就有m个水环境承载力,假设此m个水环境承载力为E j,j=1,2,…, m,若每个水环境承载力又由n个具体指标所确定的分量组成,即有:E j=(E1j,E2j,E3j,…E nj)。同理,第j个水环境境承载力的大小可以用归一化后的矢量的模来表示,即

E j = n i=1E ij22.2.3　水环境承载力指标

水环境不仅为人口和经济的发展提供必要的物质基础和条件,而且还是污水的受纳体。因此,水环境承载力的指标应从与人口、经济有关的水资源及水污染状况来表征,而且这些指标应是可以度量的。

基于上述确定城市水环境承载力指标的水资源和水污染这两大内容,我们初步选定9个与它们有密切关系且针对我国国情的具体指标。这些指标不仅是水环境系统本身的结构组成与人类社会经济活动之间的相互作用的表现,而且都和水环境承载力的大小成正比关系,其中包括: (1)人均工业产值,(2)城市化水平(城市非农业人口/总人口)的倒数,(3)工业固定资产产出率(工业产值/工业固定资产),(4)单位水资源消耗量的工业产值(工业产值/工业取水量),(5)单位水资源消耗量的农灌面积(每亩浇灌地用水量),(6)可供水量与总用水量之比,(7)污水处理投资占工业投资之比,(8)污水处理率,(9)单位COD排放量的工业产值(工业产值/工业COD总排放量)。

2.2.4　环境承载力分析

根据上述水环境承载力的具体指标,可计算本地区同一时期在不同的发展政策下水环境承载力的各个分量E ij。进行归一化处理后,得到的综合指数就可以比较该区域的水环境承载力,并为水环境与经济发展的综合协调对策提供理论依据。

本研究应用系统动力学的方法建立了临淄区水资源与水污染的动态预测与决策模型。根据预测结果,选择2010年体现水环境与经济发展关系的7个对策(包括现行政策j=1,2,…,7),按照前述9项指标(即i=1,2,…,9),计算出2010年每一发展对策下的水环境承载力的9个分量E ij(i=1,2,…,9,j=1,2,…,7)以及综合值(见表1)。

8 中　国　环　境　科　学 17卷

表1　2010年临淄区在不同发展策略下水环境承载力各分量及综合值

水环境承载力

原始政策策略1策略2策略3策略4策略5综合策略分量10.1520.1400.1390.1370.1370.1390.156分量20.1420.1430.1430.1430.1430.1430.143分量3

0.1420.1430.1430.1420.1420.1430.145分量40.1210.2140.1210.1210.1210.1210.181分量50.1110.1110.2220.1110.1110.1110.223分量60.1120.2160.1280.1220.1220.1520.148分量70.1110.1110.1110.1110.2220.1110.223分量80.1420.1550.1310.1330.1330.1300.176分量90.1140.2050.1140.1800.1140.1140.159综合值

0.385

0.494

0.428

0.405

0.426

0.391

0.526

从表1中可以看出,若本区按现行政策发展,到2010年其水环境承载力最小。按照综合策略运行,未来水环境承载力可以逐步提高,使水环境与经济建设的矛盾(诸如供水短缺,水污染加重等)在发展中得到缓和或控制,为持续发展指明道路。针对本区实际情况,提高污水回用率及污水资源化程度,减少工业取水量及提高工业重复用水率,改善农业种植结构及灌溉技术,削减工业污水中的污染物浓度等是亟待解决的主要问题。3　结论

通过上面的初步应用实践可以看出,环境承载力直接建立在微观研究的基础上,使环境规划的科学性有了保证;同时它又直接同社会、经济发展相联系,使环境与社会、经济的协调发展具

备了宏观依据;另外,由于环境承载力的可调性,使得协调发展具有现实的可操作性。所以,将环境承载力作为环境与社会、经济相协调的中介和

理论依据是合适的。

参考文献

1　叶文虎等.环境科学研究,1992,5(增刊):1082　过孝民.环境科学研究,1992,5(增刊):115

3　郭怀成,唐剑武.城市水环境与可持续发展战略研究,北京大

学首次可持续发展科学讨论会文集——可持续发展之路,北京:北京大学出版社,1994.100～104

4　(美)贝塔朗菲冯.一般系统论,北京:清华大学出版社,1987

作者简介

唐剑武　男,1970年6月生。北京大学硕士。现为北京大学环境科学中心助教,从事环境规划、环境管理、环境政策的研究及教学工作。公开发表论文5篇。

Environmental bearing capacity and its application

on environmental planning

Tang Jianw u ,Guo Huaicheng and Ye Wenhu

C enter for Environmental S ciences of Pekin g U nivers ity,Beijing 100087

Abstract -This paper ,based on the relationship of environment and development ,com bined w ith the environmental planning pr actices,ex po unds the concept of environmental bear ing capacity ,its measurement and applied m odel.It takes as two examples the environmental planning of M eizhou Bar,Fujian Prov ince,and the w ater environmental planning of Linzi District,Shandong Pro vince .T he conclusion is draw n that making env ir onm ental planning w hose objective is to co-ordinated the so ciety ,eco no my and env ironment is reaso nable and feasible.

Key words :environmental planning ,env ironmental bearing capacity,indicator system.

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1期 唐剑武等:环境承载力及其在环境规划中的初步应用

中国环境科学1998,18(Suppl.):70~73China Enviro nmental Science 环境承载力理论及其在湄洲湾污染控制规划中的应用

曾维华王华东薛纪渝(北京师范大学环境科学研究所,环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京100875)

叶文虎关伯仁(北京大学环境科学研究中心,北京100871)

文摘从环境承载力的理论体系入手,系统阐述了环境承载力概念的内涵、基本特征与指标体系与评价方法。并以湄洲湾新经济开发区污染控制规划为例,对湄洲湾各规划小区的环境承载力进行了系统分析与评价;进而提出该地区经济发展与环境保护的总体战略。

关键词环境承载力发展变量限制变量环境承载力综合指数

Theory of environment carrying capacity and it.s application of environmental planning on Meizhou Bay.Zeng Weihua, Wang Huadong,Xue Jiyu(Institute of Environmental Sciences,Beijing Nor mal U niversity,State Key Joint L aboratory of Environmental Simulation and Pollution Control,Beijing100875);Ye Wenhu,Guan Bor en(Cent er of Enviro nmental Sc-i ence Research,Peking U niv ersity,Beijing100871).China Envir onmental Science.1998,18(Suppl.)70~73 Abstract)T his paper elaborates on t he t heory of environment carr ying capacity,including its co nnotat ion,basic character-istics,index system,assessment methods and so on.Furthermore,t he enviro nment carrying capacity of every district on M eizhou Bay has been analyzed systematically to propound the overall strateg y of its economic development and environ-mental protection.

Key words:environment car rying capacit y development v ar iable limit ing v ar iable synthetic index of env ironment car-r ying capacity

/承载力0概念源于生态学,在5远东英汉大词典6中它被定义为/某一自然环境所能容纳的生物数目之最高限度。0随着世界范围内人口、资源与环境问题日益严重,/承载力0概念的内涵被进一步拓展,派生出土地承载力与环境承载力等概念。

/土地承载力0是指/在一定条件下,土地资源的生产能力及其在一定生活水平下所能供养的人口数量0,它是为解决日趋严重的人口粮食问题提出的。然而,现今社会人类面临的不仅仅是粮食问题,资源紧缺、环境污染与生态环境持续恶化等问题已成为阻碍社会、经济与环境持续、协调与稳定发展的绊脚石。/环境承载力0概念正是在这一背景下被提出的112。环境承载力概念及其理论体系的提出,拓展了环境科学的内涵,对环境规划、环境影响评价与可持续发展等领域研究具有指导意义。

1环境承载力的基本概念及其内涵

/环境承载力0是指/在一定时期与一定范围内,以及一定自然环境条件下,维持环境系统结构不发生质的改变,环境功能不遭受破坏前提下,环境系统所能承受人类活动的阈值。0由此可见,环境承载力的承载对象是/人类活动0。人类活动有方向、强度与规模之分,这就决定了环境承载力的矢量特征。

环境承载力是环境系统结构特征的一种抽象表示。环境作为一个系统,在不同时期、不同地区会表现出不同结构。环境系统的任何结构均有承受一定强度外部作用的能力。这一外部作用可以是自然的(自然灾害),也可以是社会的

收稿日期:1997-09-30

(人类活动作用);/自然的0通常是非人类所能控制的,不在本文研究范围之内;而社会的,既人类活动作用,则是人类所能控制的。人类一方面可通过降低活动强度来减小对环境系统的冲击;另一方面,环境承载力也可以因人类对环境的改造而发生变化。实际上,人类改造环境的目的,在很大程度上是为了提高环境承载力;但是,不容忽视的是,人类对环境的某些改造活动,在提高了环境承载力的同时,又在其它方面降低了环境承载力。

由此可见,环境承载力是联系人类活动与自然环境的纽带和中介,它反映人类活动与环境功能结构间的协调程度。环境因其所具有的环境承载力而支持人类生存与活动,人类又通过各种活动反作用于环境,使环境承载力发生变化。通过研究某一区域环境承载力,一方面可以描述该地区环境系统结构特征,同时还可以描述该地区人口、资源与环境协调程度;并可以此为依据提出该地区社会、经济与环境协调、持续与稳定发展的总体战略。

2环境承载力的基本特征

2.1环境承载力的哲学特征

环境承载力是一客观的量,是环境系统的客观属性,是客观存在的。一定功能结构的环境系统,就有承受人类活动,满足人类需求的支持能力。环境承载力是环境系统功能结构的表征,在一定条件下(环境系统功能结构稳定不变),环境承载力依赖这种功能结构而客观存在。然而,作为衡量环境承载力的人类活动又在很大程度上取决于主观因素,用不同性质的人类活动来衡量同一区域的环境承载力,可能会有不同的结论。由此可见,环境承载力是一相对值,相对于不同时期、不同地区、不同衡量标准。

2.2环境承载力的变异特征

环境承载力具有可变性。环境系统是一开放系统,不断与外界交换能量与物质;其功能结构的稳定性是相对的;随着环境系统功能结构的变化,作为环境系统功能结构表征的环境承载力也会随之发生变化。具体表现在描述环境承载力的指标体系与衡量环境承载力的人类活动性质发生变化。

环境承载力的可变性在很大程度上是可以由人类活动加以控制的。人类在掌握环境系统运动变化规律的基础上,根据人类各种活动的实际需要,可以对环境进行有目的的改造,从而使环境承载力朝人类预定的目标变化。正是因为环境承载力的可控性,才使研究环境承载力具有现实意义。

2.3环境承载力的不确定特征

环境承载力的不确定特征表现在其随机不确定性与模糊不确定性。/随机不确定性0即指决定环境承载力的条件(一定时期、一定区域,维持环境系统功能结构不变)的随机性。一定时期描述某区域的环境系统功能结构的指标是随机变化的,由此导致环境承载力也是随机变化的。

环境承载力的模糊不确定性一方面取决于环境系统的开放性、复杂性;另一方面,由于作为衡量环境承载力的人类活动在很大程度上取决于主观因素,没有明确边界,难以明确定量,进而造成环境承载力的模糊不确定性。

3环境承载力的定量描述与评价方法

为进一步探讨环境承载力的物理意义及其数学表述,提出两个新概念:发展变量与限制变量,以此来说明人类活动与环境条件之间的辨证关系。

发展变量用以度量人类活动(生活活动与经济开发活动)对环境作用的强度,以各种资源利用量与向环境排放的各种污染物量表示,它们的全体构成发展变量集,集合中的元素称为发展因子。

限制因子是环境条件的一种表示,是环境状况对人类活动限制作用的表现。环境条件不是仅指大气、水体与土壤等环境质量状况,而是泛指对人类活动起不同限制作用的环境条件,诸如:资源供给条件、居住与交通条件等等。与发展变量一样,限制变量的全体构成限制变量集,集合中元素称为限制因子。通常,限制因子可分为以下几类:环境类限制因子、资源类限制因子、

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增刊曾维华等:环境承载力理论及其在湄洲湾污染控制规划中的应用