第五章环境承载力理论与量化方法

1区域环境规划第5章环境承载力理论与量化方法关于本章主要内容环境承载力提出的意义、基本概念、基本特征，重点是环境承载力的定量化方法和水环境承载力的相关问题参考资料龙腾锐等.水资源(环境)承载力的研究进展[J].水科学进展,2003,14(2):249-253郭秀锐等.国内环境承载力研究进展[J].中国人口,资源与环境,2000,10(3):28-30夏军等.生态环境承载力的一种量化方法研究—以海河流域为例[J].自然资源学报,2004,19(6):786-794王俭等.环境承载力研究进展[J].应用生态学报,2005,16(4):768-772尚金城.环境规划与管理[M].北京：科学出版社，2005，194－1972区域环境规划5.1环境承载力概念的提出5.1.1承载力概念及其发展承载力的概念最早来源于力学,是指物体在不产生任何破坏时的最大荷载Park和Burgess于1921年在有关研究中应用了承载力概念,认为可根据某一地区的食物资源来确定该地区的人口数量,带动了土地承载力领域的研究.Odum在《生态学原理》(FundamentalsofEcology)中,赋予承载力概念较精确的数学形式。5.1.2环境承载力概念环境容量－环境承载力概念的理论雏形。3区域环境规划环境容量的缺陷：环境容量只反映了环境消纳污染物一个功能,不能全面表述环境系统对人类活动的支持功能.在充分认识环境系统与人类社会经济活动的关系,并在承载力和环境容量概念基础上，提出了环境承载力的概念－环境承载力是指在一定生活水平和环境质量要求下,在不超出生态系统弹性限度条件下环境子系统所能承纳的污染物数量,以及可支撑的经济规模与相应人口数量.（“容量”角度,高吉喜：《可持续发展理论探索》）环境承载力是指在某一时期,某种环境状态下,某一区域环境对人类社会经济活动的支持能力的阈值（“阈值”角度）。5.1环境承载力概念的提出4区域环境规划在一定的时期和一定区域范围内,在维持区域环境系统结构不发生质的改变,区域环境功能不朝恶性方向转变的条件下,区域环境系统所能承受的人类各种社会经济活动的能力（“能力”角度，彭再德）。其他：中国大百科全书郭秀锐Schneider5.1环境承载力概念的提出5区域环境规划5.2环境承载力的主要特征(1)客观性和主观性客观性体现在一定时期、一定状态下的环境承载力是客观存在的,是可以衡量和评价的,它是该区域环境结构和功能的一种表征;主观性体现在人们用怎样的判断标准和量化方法去衡量它,也就是人们对环境承载力的评价分析具有主观性.(2)区域性和时间性环境承载力的区域性和时间性是指不同时期、不同区域的环境承载力是不同的,相应的评价指标的选取和量化评价方法也应有所不同.(3)动态性和可调控性.环境承载力的动态性和可调控性是指其大小是随着时间、空间和生产力水平的变化而变化的.人类可以通过改变经济增长方式、提高技术水平等手段来提高区域环境承载力,使其向有利于人类的方向发展.6区域环境规划在理论研究的基础上,针对环境承载力评价指标的具体数值,采用统计学方法、系统动力学方法等对环境承载力进行综合分析。5.3.1指数评价法根据各项评价指标的具体数值,应用统计学方法或其它数学方法计算出综合环境承载力指数,进而实现环境承载力的评价。矢量模法将环境承载力视为n维空间的一个矢量,这一矢量随人类社会经济活动方向和大小的不同而不同.设有m个发展方案或m个时期的发展状态,分别对应着m个环境承载力,对每个环境承载力的n个指标进行归一化,则归一化后向量的模即是相应方案或时期的环境承载力.简单易行,但在权重确定方面,一般采用均权数法或其它人为方法,受主观影响,可能使计算结果产生一定偏差.应用：曾维华，湄洲湾各规划小区的环境承载力5.3环境承载力的定量化方法7区域环境规划5.3环境承载力的定量化方法模糊评价法将环境承载力视为一个模糊综合评价过程,通过合成运算,可得出评价对象从整体上对于各评价等级的隶属度,再通过取大或取小运算就可确定评价对象的最终评语。缺点：取大取小的运算法则会遗失大量有用信息，当评价因素越多,遗失有用信息就越多，信息利用率就越低,误判可能性越大。解决途径：主成分分析法－在保证数据信息损失最小的前提下,经线性变换和舍弃一小部分信息,以少数综合变量取代原始采用的多维变量。应用：高彦春等，区域水资源承载力的研究潘东旭等，徐州市资源环境承载力研究8区域环境规划5.3环境承载力的定量化方法5.3.2承载率评价法承载率(有的文章称为承载力饱和度)是指区域环境承载量(环境承载力指标体系中各项指标的现实取值)与该区域环境承载量阈值(各项指标上限值)的比值可以从评价结果清晰地看出某地区环境发展现状与理想值或目标值的差距,具有一定的现实意义.应用：唐剑武，山东某市的环境承载力研究9区域环境规划5.3环境承载力的定量化方法5.3.3系统动力学方法对不同发展方案采用系统动力学模型进行模拟，并对决策变量进行预测，然后将这些决策变量视为环境承载力的指标体系，再运用前述的指数评价方法进行比较，得到最佳的发展方案及相应的承载能力。主要特点是通过一阶微分方程组来反映系统各个模块变量之间的因果反馈关系。应用：Slesser，采用ECCO模型作为资源环境承载力的计算方法，“一切都是能量”；陈传美等，郑州市土地承载力研究10区域环境规划5.3环境承载力的定量化方法5.3.4多目标模型最优化方法采用大系统分解－协调的思路，将整个系统分解为若干个子系统，各子系统模型既可单独运行，又可配合运行。多目标核心模型为总控模型。为环境承载力的量化研究提供了一种新的思路，但要求数据量大，且模型求解存在一定难度。应用：冉圣宏等，北海市在不同发展方式下的区域环境承载力蒋晓辉等，陕西关中地区水环境承载力研究。11区域环境规划5.3环境承载力的定量化方法5.3.5未来研究趋势理论体系将更加完善指标体系和量化方法的研究将不断深入环境承载力的研究将向可操作性、实用性发展12区域环境规划5.4.1水环境承载力的概念在一个地区或流域的范围内,在具体的发展阶段和发展模式条件下,当地水资源对该地区经济发展和维护良好的生态环境的最大支撑能力。水资源开发的阈值,指在社会生产条件、经济技术水平都达到相当水平的条件下水资源系统可供给工农业生产、人民生活和生态环境的用水能力,即水资源开发的最大容量。在未来不同的时间尺度上,一定生产条件下,在保证正常的社会文化准则的物质生活水平下,一定区域(自身水资源量)用直接或间接方式表现的资源所能持续供养的人口数量。在流域水环境系统结构特征与功能不发生变化的前提下,流域水环境所能承受的最大外部作用。5.4水环境承载力13区域环境规划目前水环境承载力概念的缺陷：未能给出具体判断原则,尤其社会经济方面;将人口、社会经济发展和资源环境孤立甚至对立看待,忽视相互对应关系,不能反映水资源与人类相互作用的整体特征;社会经济结构和具体的水资源管理模式是技术不可或分的方面,以一定的技术水平为条件,而用人类的社会经济活动来描述WR(E)CC的定义在逻辑上前后不一致,导致WR(E)CC在惟一性和动态性上难以理解和统一;未能给出WR(E)CC的状态,导致WR(E)CC的外延不够清楚。5.4水环境承载力14区域环境规划5.4.2水环境承载力的特征客观性或固有性：主观性、动态性和可调控性：相对极限性：区域性和时间性：模糊性：5.4水环境承载力15区域环境规划5.4.3水环境承载力的量化方法指标体系评价方法目前应用较为广泛实际上是社会经济系统与水系统的协调程度而非严格概念意义上WR(E)CC多目标模型和单目标最优化方法5.4水环境承载力16区域环境规划5.4.4目前量化方法的不足量化结构及量化结果与WR(E)CC的内涵和概念不一致指标的形成方法和具体的指标体系过于简单,没有给出分析和筛选框架;多目标模型方法虽然注意到了水资源承载内容的多样性,但没有注意到它们对人来说的统一性在确定发展方案时,水资源工程投资和水污染保护资金的来源被忽视,常常被视为独立于该地区经济发展的外部因素忽略对自然生态系统各因子间相互作用规律的研究,忽视了自然极限和判断标准方面的研究当前的研究并没有从宏观自然资源或环境经济学的角度研究水资源的优化配置和开发利用规模问题5.4水环境承载力17区域环境规划5.4.5未来研究方向系统地研究WR(E)CC的基础理论,包括确定WR(E)CC的判别标准、研究目的、服务对象和研究范围;建立WR(E)CC的概念体系、完善其内涵和特征;建立WR(E)CC的概念模型和研究方法等。完善WR(E)CC的支撑理论,包括人类活动对水文现象和水循环的影响机理、生态系统各因子的相互作用规律、生态环境标准、水资源在国民经济各部门的优化配置理论等。(3)WR(E)CC的量化体系和方法。5.4水环境承载力18区域环境规划5.5.1生态环境承载力的概念生态环境承载力是指在满足一定的生态环境保护准则和标准下，在一定的经济、技术水平条件下，在保证一定的社会福利水平要求下，利用当地（和调入）的水资源和流域“社会—经济—生态环境”系统其他资源与环境条件，维系良好生态环境所能够支撑的最大人口数量及社会经济规模。5.5生态环境承载力19区域环境规划5.5.2生态环境承载力的量化方法（1）主要内容量化社会、经济、生态环境各个子系统的发展质量，包括建立各部分评估指标体系和确定量化方法。提出“社会—经济—生态环境”复合系统可持续发展的综合测度函数，量化流域（或区域）可持续发展的质量。建立生态环境承载力量化分析模型，通过模型调整人口数量和经济规模，在保持一定生态环境质量前提下，使得“社会—经济—生态环境”复合系统具有较高的发展质量。5.5生态环境承载力20区域环境规划（2）社会、经济和生态环境发展质量的量化量化指标社会福利：人均GDP、饮用水水质、人均水资源量、人均耕地面积等。经济技术水平：单方水GDP、单位粮食产量、单位GDP排污量、第三产业比重、城镇化率等。生态环境质量：河道断流长度、湿地面积比、地下水开采系数、河流水质级别、土壤侵蚀模数、森林植被覆盖率等。5.5生态环境承载力21区域环境规划量化方法多极关联分析方法：依据评价样本与质量标准序列间的几何相似分析和关联测度的计算来度量评价样本中多个序列相对某一标准级别质量序列的关联性。关联度愈高，说明该样本序列愈贴近参照级别，这就是多级关联综合评价的信息和依据。（3）复合系统可持续发展质量的度量可持续发展测度SDD(T)：5.5生态环境承载力22区域环境规划（4）生态环境承载力量化分析模型及求解方法量化分析模型5.5生态环境承载力生态环境质量评价及生态用水计算23区域环境规划量化分析模型5.5生态环境承载力社会福利评价及生活用水计算24区域环境规划量化分析模型5.5生态环境承载力经济技术水平评价及生产用水计算25区域环境规划量化分析模型5.5生态环境承载力可持续发展测度与生态环境承载力分析计算26区域环境规划模型的计算分析过程5.5生态环境承载力根据评价标准和现状及各种预设的方案值，应用多极关联分析方法，得到生态环境质量、社会福利和经济技术水平的指标值；判断生态环境质量、社会福利和经济技术水平是否达到预定的值；将计算得到的生活、生产、生态用水量与本流域水资源量和相应方案下外调水量，做水量平衡计算。