环境容量、压力承载力量化分析_XXXX

新常态下区域环境的容量、压力、承载力的量化分析----环境信息-规划-管理系统集成技术的重要部分2015年5月目录前言：问题的引起一、当前环境治理迫切需要解决的问题二、环境规划与其他规划的联系与区别三、环境科学方法论体系四、环境容量、环境承载力、环境质量的量化分析4.1、环境容量、环境承载力、环境质量的概念4.2、分析案例以GDP-PM2.5达标为约束的东莞大气环境容量、压力、承载力量化研究五、环境学科人才培养人(社会)自然环境环境问题环境自然技术科学环境学社会科学自然科学环境人文社会科学环境规划与管理的交叉性环境科学与其他学科的关系环境科学与工程管理学环境管理、环境政策城市与区域管理经济学环境经济、资源经济社会学人口与环境、社会发展法学环境法、国际法医学公共卫生学、临床医学工程学科环境工程（水、气、生态工程）能源科学与工程大气科学大气环境与大气物理化学分析化学、催化化学生命科学生物学、生态学地理学环境地理、人文地理、地球化学环境问题逐渐成为一个社会性问题，其他学科不断加大对环境问题的关注，环境规划科学应充分地汲取其他学科的营养而发展，发展的过程应该强调“独立性、完整性与包容性”环境学科的“问题导向型”使其具有复杂巨系统性与“跨学科”特征。在扭转环境恶化中众学科作用的层次与排序（按核心、直接、有效指标进行）（按更直接、更突出、更环境规划管理与评价环境法规与执法环境科学基础研究（理科）（化学、物理、生物、材料等）环境治理技术开发（工科）（工艺路线、设备开发）环境研究与教学的历史回顾1、国外较少有专门的环境专业、环境学院，各种环保研究多在其他专业中进行，它们从本学科优势领域出发向涉及的环境问题开展工作，导致环境化学、环境生物、环境经济、环境法学、环境治理工程的诞生与发展；2、环境污染问题的本质其实就是经济发展无序，环境压力大于环境承载力突破环境容量。若要办环境专业、环境学院必须将环境监测、规划、管理、法规放在重要地位。3、在80年代国内就环境学科内容重点的设置进行过讨论与争议：清华大学：环境治理技术北京大学：环境规划-管理-法学在经济发展初期，在GDP挂帅、先污染后治理的背景下，清华大学的主张占了上风，一直延续至今；当前各高校以发表SCI文章、争取科研经费多少作为优劣评判的主要依据。在外国人主导的学术刊物上有关技术、机理类文章易发，国内官员主导的科研经费评价体系也向硬技术、硬项目倾斜。4、十八大以后，开创生态文明新纪元，环境科研与教学重点应有变化，改革不可避免。应以国家、地区的环境治理需求加强环境软科学的研究与教学，要多从思想性、学术水平来教育、启发、要求学生。李亚栋，清华大学化学系教授、博导、中科院院士将教授分为四类：一、需要建设的内容1、获得全面正确的环境-经济数据是解决各类环境问题的前提提升环境监测技术水平；利用互联网取得海量环境数据；通过技术手段将其设计成结构化的标准数据信息，形成二次数据信息；通过数据挖掘和分析手段针对区域的污染现状、治理目标等进行定制化的方案设计，以形成定制化的综合解决方案。2、要对环境-经济“碎片化”的研究成果进行集成，提炼出对环境治理有效的信息，如环境容量、环境承载能力；中央“多规合一”试点全面启动，望解决不同部门之间“规划打架”的顽疾。各种区域规划，如城乡总体规划、国民经济和社会发展规划、土地利用规划、环境保护规划均应受到该域的环境容量、环境承载力的约束，必须抑制过大的环境压力。（附件）3、新常态（经济-环境双赢）下环境规划与管理工作的新特点不仅对污染源进行治理，大幅减少存量，消化递减增量，还必须加大经济产业结构、能源结构的调整，减小环境压力，管好污染物排放总量，着力提升质量；附件：国家发改委、国土资源部、环境保护部和住建部四部委于2014年8月联合发布《关于开展市县“多规合一”试点工作的通知》（以下简称《通知》）；国家发改委于2014年11月出台了《关于“十三五”市县经济社会发展规划改革创新的指导意见》（以下简称《指导意见》）。其中，《指导意见》指出，“十三五”市县规划要进一步落实主体功能区战略，综合调控各种空间需求，按照与资源环境承载能力相适应的原则，引导和约束各类开发行为，增强市县政府空间管控能力，推动市县政府治理能力现代化。《通知》指出，按照资源环境承载能力，合理规划引导人口、产业、城镇、公共服务、基础设施、生态环境、社会管理等方面的发展方向与布局重点。探索整合相关规划的空间管制分区，划定城市开发边界、永久基本农田红线和生态保护红线，形成合理的城镇、农业、生态空间布局，探索完善经济社会、资源环境政策和空间管控措施。经济和社会发展是一个多约束条件下的目标优化问题。经济社会和科技发展水平、自然资源禀赋、人口总量与劳动力结构、环境容量、土地总量等因素，都应纳入目标优化的进程予以考虑。二、环境规划与其他规划的联系与区别a区域（城市）总体规划：由各类专家、政府官员对城市的地位、功能进行定位，以条条、框框、文字描述为主。辅以地图；城市控制规划：以二维地图标出城市的布局与功能；b该域经济发展、产业发展规划：根据该地的地理、资源、环境条件及经济基础，从总规出发，制定的某一时期的经济-产业发展规划c该域土地利用规划：根据该地的地理、资源、环境条件及经济基础，从总规出发，优化国土空间开发格局。布置工、农、商、学、住的用地，控制开发强度，调整空间结构，促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀，给自然留下更多修复空间，给农业留下更多良田；加快实施主体功能区战略，推动各地区严格按照主体功能定位发展，构建科学合理的城市化格局、农业发展格局、生态安全格局。d、建筑规划意义上的城乡规划（带有浓郁的人文、美术、艺术的色彩）：城市设计：以三维图表明1-10平方公里范围内的街道、建筑物、公共设施的布局与大体形貌；景观规划：对城市节点（广场、街区、公园）进行布局及景观三维设计建筑设计：对具体建筑的内外形设计。联系与区别1、以上规划都必须受制于由环境规划确定的该域环境承载力的边界与底线；2、环境规划类似于医生治病，维护人的身体健康，健康是有指标的，许多措施是要定量的；建筑规划类似于服装师、美容师，使人外表靓丽，穿戴、打扮符合其身份与气质。3、环境规划与该域的生态规划的异同狭义的生态规划包含在环境规划中，是环境专项规划之一:保护植被、保护生物多样性、防止水土流失等;广义的生态规划:将区域的环境-资源-经济-社会视为一个开放的、复杂的、巨大的系统，如同一个自然系统一般，要使各子系统间、各子系统内诸成分相互依靠、彼此制约、基本处于和谐、有序、可持续发展状态。生态城市是全球或区域生态系统中分享其公平承载能力份额的可持续子系统，它是基于生态学原理建立的自然和谐、社会公平和经济高效的复合系统，更是具有自身人文特色的自然与人工协调、人与人之间和谐的理想人居环境。生态城市是一种比较理想化的境界。广义生态规划强调时段性，相对与动态性。环境规划是广义生态规划的组成部分。三、环境科学方法论体系针对环境问题的复杂性、综合性和整体性的特征：系统分析与系统综合方法论：认识环境问题必须采取多要素的系统解析方法，解决环境问题也必须采用多要素的系统综合方法复杂环境体系方法论：多要素实时在线观测方法，多要素复杂系统模拟和模型方法等环境质量全过程系统控制方法论：基准－标准－监测－评价－控制－管理线性规划：目标函数和约束条件是决策变量的线性函数。非线性规划：目标函数或约束条件中，至少存在一个决策变量的非线性函数。还有系统动力学、神经网络等多种建模-求解方法22413kkkCkQkQ环境规划例：污水处理中规模Q与效率的经济效应max(min)()()01,2,,ifxgxim污水处理厂规模增大，处理单位污水所需要的基建费用与运行费用都会相对下降；污水处理效率的提高，单位污染物所需费用增加。这时费用关系均为非线性函数。求解方法：解析法；数值法(梯度法，拉格朗日乘子法)（1）以环境容量为约束，依靠环境流量、环境容量的动静协调、统筹综合，对环境容量科学开发，开展流量调控与增效利用。流量管理涵盖了对时间和空间的双控制，即单位时间单位体积内的总量控制，同时也是涵盖了时间和空间的动态控制，实现了环境规划与管理方式的精细化升级和从静态规划管理向动态规划管理的管理模式转型升级，这种动态化、空间化的环境规划管理有利于充分利用自然环境容量，进而释放新的发展空间，促进环境质量目标下的经济发展。（2）绿色经济方程:扣除资源消耗和环境损害成本后使绿色产出目标函数最大化，约束条件是资源条件、环境容量、生态足迹、碳足迹等。以此表征绿色经济的发展。绿色经济主要是强调经济社会发展与环境资源承载力的相融性。这给环境规划与管理带来挑战，进入更高层次。3、根据新环保法合理制定相配套的地方环境-经济法规与制度，依靠法治治理环境。环境学科发展的两大战略重点（1）大力加强环境人文社会科学的发展相对于技术与工程手段，经济、法律、文化教育等制度方面的因素对于环境问题的解决具有重要的、长远的作用。在某种意义上讲，环境问题不仅仅是自然科学和技术工程范围内的问题，而且是一个社会经济问题，也是可持续发展问题。在解决具体的环境问题时，往往需要综合考虑环境、资源、技术、经济、市场等多方面的因素。因而，环境科学专业的学生应该大力培养其经济、管理、政策、法律等方面的素质。与环境自然科学相比，当前应该大力加强环境人文社会科学的发展。（2）重点突破环境科学方法学体系与传统学科比较，环境科学的研究对象是一个复杂体系而非纯粹体系，相对应的其方法学研究是环境科学独立于学科之林的一个重要标志。目前的环境科学方法学，零散于环境化学、环境生物、环境经济学、可持续发展等等知识体系中，需要对各种具体的方法进行系统整合，从而建构出环境科学的方法学体系。在环境科学方法学体系建设过程中，可以充分考虑在解决问题的实践过程中建立起的多种综合性定量、半定量分析方法环境介质的迁移、转化、归趋模型；环境质量模型（空气质量、水质等）；环境质量基准和标准的依据和制定程序；环境风险和健康风险评价；社会和经济损失评估模型；综合决策模型等等（RAINS）。。。。。。环境学科是其他学科的交汇与涌现环境问题的解决不是运用哪一个学科的研究成果能奏效的，也不是若干学科研究成果的“叠加”能完成的。环境规划科学从一开始就显现出特别鲜明的交叉性、综合性。偏离了“综合”，环境科学不可能得到健康的发展。人类解决环境问题的社会实践不断丰富着环境科学的内容，深刻着它的内涵，给环境科学不断注入新的活力。环境系统工程方法需要基本掌握环境系统工程的问题甄别、系统模拟、系统规划、系统决策、系统设计与系统管理的技术路线；确保由人及其周边环境组成的复杂巨系统的协调、持续、健康发展，以这一复杂巨系统为研究对象，以系统科学思想为指导，系统工程方法为工具，结合环境科学研究与环境工程设计的具体特点与需求，将系统工程方法应用于环境科学研究与环境工程设计的具体实践。四、环境容量、环境承载力、环境质量的量化分析4.1、环境容量、环境承载力、环境质量的概念三个概念都表达了环境所能承受的人类活动强度与规模，但三者表达的角度与方式各有不同，三者的内涵也有很大的差别。理论上，环境容量指某一环境系统的结构、稳定性、功能不受损害的前提下所能容纳的污染物的最大负荷。实践上，环境容量是相对于某种环境标准，某一环境系统所允许接纳污染物的最大数量。理论上，环境承载力指在一定条件下（时间、空间、技术等），维持某一环境系统的结构不发生质的改变和稳定性、功能不受破坏的前提下，所能承受人类活动的阈值。实践上，环境承载力指各种资源的供给和销纳污染物的最大能力。环境质量用环境要素的浓度是否超出规定标准及超过标准值的大小来判断环境受污染程度。环境容量和环境质量只反映环境系统容纳污染物能力，而环境承载力包含容纳污染物和资源供给两方面，所以，环境承载力包含环境容量和环境质量。环境容量和环境质量分别从总量和浓度上反映环境系统容纳污染物的能力，环境容量和环境质量是并列关