城市地質(zhì)環(huán)境承載力研究進(jìn)展及展望

杜　蕾，謝婉麗

(西北大學(xué),陜西 西安　710069)

0　引言

城市是社會發(fā)展到一定歷史階段的產(chǎn)物[1]，第二次工業(yè)革命后，工業(yè)化程度的不斷提升和社會生產(chǎn)力的快速發(fā)展促使城市的規(guī)模和數(shù)量不斷增加[2]。但與此同時(shí)，地下水污染、城市地質(zhì)災(zāi)害、土壤污染、特殊土工程問題等各類城市環(huán)境地質(zhì)問題普遍存在[3-5]，嚴(yán)重制約了城市的進(jìn)一步發(fā)展。如何解決城市發(fā)展引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題和在城市規(guī)劃中規(guī)避地質(zhì)環(huán)境短板、確定合理的城市建設(shè)強(qiáng)度已成為當(dāng)前城市規(guī)劃建設(shè)的熱點(diǎn)問題之一。同時(shí)，各界對城市發(fā)展的關(guān)注熱點(diǎn)已從城市發(fā)展速度轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿鞒鞘械目沙掷m(xù)發(fā)展途徑。

城市地質(zhì)環(huán)境是城市發(fā)展的基礎(chǔ)物質(zhì)條件，人類工程活動(dòng)對地質(zhì)環(huán)境的改造作用必須運(yùn)行在其所能承受的范圍之內(nèi)，才能保證城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展[6-7],在城市建設(shè)規(guī)劃中，必須依據(jù)城市的地質(zhì)環(huán)境條件,科學(xué)地確定城市發(fā)展的方向和規(guī)模,充分發(fā)揮地質(zhì)環(huán)境的效應(yīng)和潛能,使之與城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和發(fā)展相協(xié)調(diào)[8]。在討論地質(zhì)環(huán)境對城市發(fā)展的制約與貢獻(xiàn)作用的大前提下，關(guān)于城市地質(zhì)環(huán)境承載力的研究應(yīng)運(yùn)而生，城市地質(zhì)環(huán)境承載力是指在特定時(shí)空條件和科技發(fā)展水平下，地質(zhì)環(huán)境所能允許人類改造的極限值。進(jìn)行定量的城市地質(zhì)環(huán)境承載力綜合評價(jià)可以幫助我們把握城市發(fā)展中的地質(zhì)環(huán)境限制性因素，了解城市地質(zhì)環(huán)境的閾限值，為城市規(guī)劃提供相應(yīng)的基礎(chǔ)地質(zhì)依據(jù)，對城市發(fā)展中回避短板、發(fā)揮優(yōu)勢具有重要意義。

1　城市地質(zhì)環(huán)境承載力概念起源

承載力原為物理力學(xué)中的概念，指物體在不產(chǎn)生任何破壞時(shí)所能承受的最大負(fù)荷[9]?，F(xiàn)在生態(tài)學(xué)中所說的承載力是指人類經(jīng)濟(jì)社會活動(dòng)與自然環(huán)境間的相互辯證關(guān)系[10]。承載力的應(yīng)用起源于19世紀(jì)，最早被借用于種群生物學(xué)中并提出了最大環(huán)境容納量的概念，用來描述某一環(huán)境條件下種群數(shù)量增長的規(guī)律[11]。英國學(xué)者M(jìn)althus在《人口論》中指出有限的環(huán)境中生物數(shù)量的增長也是有限的[12]。隨后，承載力的研究廣泛開展于各個(gè)領(lǐng)域，其研究內(nèi)容主要是由不同時(shí)代制約行業(yè)發(fā)展的最關(guān)鍵因素決定的。

20世紀(jì)前期，環(huán)境承載力的研究主要集中于耕地、糧食與人口增長間的適應(yīng)關(guān)系及畜牧業(yè)中草原承載力的計(jì)算等。Odum在《生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)》中，將承載力概念與logistic曲線的理論最大值常數(shù)聯(lián)系起來[13]，自此，logistic曲線開始用于漁業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)，用來定量確定種群最大增長速率從而提確定最大捕魚量。

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，各國進(jìn)入經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段，隨著城市化水平不斷提高，關(guān)于城市承載力的研究應(yīng)運(yùn)而生。在全球工業(yè)化程度持續(xù)推進(jìn)、耕地面積的不斷減少和資源危機(jī)的大背景下，各類自然資源成為影響城市發(fā)展的主要因素，城市發(fā)展過程中出現(xiàn)的水資源、礦產(chǎn)資源、土地資源、森林資源等的短缺問題逐漸引起了人們的關(guān)注，從這一時(shí)期開始，人們對城市承載力的研究主要逐漸轉(zhuǎn)向各類不可再生資源對城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的制約作用[14-19]。

近幾十年來，粗放的經(jīng)濟(jì)增長方式使環(huán)境污染、城市地質(zhì)災(zāi)害、特殊土工程問題等日益嚴(yán)重[8,20-22]，關(guān)于城市承載力的研究已經(jīng)從以往只考慮自然環(huán)境制約下物種生存繁衍的問題逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘械刭|(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、自然資源、社會經(jīng)濟(jì)等多重約束條件下城市發(fā)展建設(shè)問題[23-29]。

總結(jié)國內(nèi)外近年對“地質(zhì)環(huán)境承載力”的研究[30-36]可以發(fā)現(xiàn)，關(guān)于城市地質(zhì)環(huán)境承載力的研究總體上呈現(xiàn)從單因素到多因素，從簡約概化到綜合考慮，從研究自然屬性為主的簡單系統(tǒng)到耦合“人口-資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)-社會”的復(fù)雜系統(tǒng)發(fā)展[30]。

目前對于地質(zhì)環(huán)境承載力的研究還主要集中在承載力內(nèi)涵和外延的確定上。在總結(jié)前人的基礎(chǔ)上[5,37-43]，本文將城市地質(zhì)環(huán)境承載力定義為在保證環(huán)境功能結(jié)構(gòu)不被破壞的前提下，針對現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會管理水平，依據(jù)特定評價(jià)目標(biāo)確定的地質(zhì)環(huán)境所能承受人類改造的極限值。也就是在特定的地質(zhì)環(huán)境和規(guī)定的環(huán)境目標(biāo)下，地質(zhì)環(huán)境所能承受人類改變的最大潛能，即臨界值或閾限值。

2　城市地質(zhì)環(huán)境承載力評價(jià)的特性

城市地質(zhì)環(huán)境承載力評價(jià)與其他承載力評價(jià)相比，在評價(jià)內(nèi)容和評價(jià)流程上基本相同，同時(shí)由于城市地質(zhì)環(huán)境的獨(dú)特性，導(dǎo)致城市地質(zhì)環(huán)境承載力評價(jià)有其獨(dú)特之處，具體表現(xiàn)為評價(jià)指標(biāo)選取的特定性、承載力閾值的相對性、承載力評價(jià)的綜合性和復(fù)雜性三個(gè)方面。

2.1　評價(jià)指標(biāo)選取的特定性

城市地質(zhì)環(huán)境承載力評價(jià)因子的選取與評價(jià)的城市區(qū)位和時(shí)間有關(guān)，同一城市在不同發(fā)展階段制約城市發(fā)展的關(guān)鍵性因素有所不同，同一時(shí)間不同城市由于其地質(zhì)環(huán)境客觀因素和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異導(dǎo)致評價(jià)指標(biāo)的選取不同[44]。同時(shí)，評價(jià)指標(biāo)的選取為評價(jià)目標(biāo)服務(wù)，具有明顯的專用性，不同評價(jià)目標(biāo)下選取的評價(jià)指標(biāo)側(cè)重不同[45]。

在進(jìn)行城市地質(zhì)環(huán)境承載力評價(jià)因子的選取工作時(shí)，一方面，應(yīng)重點(diǎn)考慮目前對該城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展極為敏感或者具有決定性制約作用的因子[46]，即完全不能適應(yīng)人類活動(dòng),一旦發(fā)生無法改善或需投入經(jīng)費(fèi)很大才能改善的環(huán)境敏感因子[47]，例如水、土地、空氣、礦產(chǎn)等不可再生資源因素[48]和人類活動(dòng)對地質(zhì)環(huán)境不可恢復(fù)的改造作用。另一方面，城市地質(zhì)環(huán)境承載力與其他承載力不同，其承載力值的大小受現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)水平、管理水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等的影響，因此在確定評價(jià)指標(biāo)時(shí)應(yīng)考慮城市經(jīng)濟(jì)、交通、人口等因子。總而言之，城市地質(zhì)環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)主要圍繞資源、環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)、自然地理等幾個(gè)大的方面選取，針對區(qū)域特色和評價(jià)目標(biāo)，建立的評價(jià)指標(biāo)體系各不相同，并無適用于所有評價(jià)對象的固定通用指標(biāo)體系。

2.2　承載力閾值的相對性

城市地質(zhì)環(huán)境承載力是一個(gè)相對值而非絕對值，其大小不是一成不變的，客觀的地質(zhì)環(huán)境條件、人類對地質(zhì)環(huán)境的認(rèn)識水平、科學(xué)技術(shù)所處的發(fā)展階段、城市規(guī)劃的資金投入、城市管理水平和相關(guān)的國家政策等都會影響城市地質(zhì)環(huán)境承載力的大小[38,49-53]。承載力值的確定是承載力評價(jià)中最為關(guān)鍵的內(nèi)容，目前關(guān)于承載力值的確定有兩種看法，主流研究認(rèn)為環(huán)境承載力即環(huán)境結(jié)構(gòu)不變條件下可承受改造的最大值，同時(shí)也有學(xué)者提出承載力值應(yīng)設(shè)定為改造最適宜值而非極限值，即小于極限閾值的某一改造水平。目前指標(biāo)閾值主要是根據(jù)各類已有標(biāo)準(zhǔn)確定，包括有國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，或根據(jù)對某區(qū)位地質(zhì)環(huán)境的多年監(jiān)測統(tǒng)計(jì)得出一定的規(guī)律結(jié)合經(jīng)驗(yàn)確定[4]；對于那些定性指標(biāo)，無法用數(shù)值描述閾限值，主要根據(jù)其容量飽和度確定[54]。

2.3　承載力評價(jià)的綜合性和復(fù)雜性

城市地質(zhì)環(huán)境是一個(gè)開放的、獨(dú)立的復(fù)雜多因子環(huán)境系統(tǒng)，主要因子包括巖石、土壤、氣體、地下水和地質(zhì)作用等[4]。城市地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致其承載力評價(jià)的復(fù)雜性，評價(jià)過程需要綜合考慮地形地貌、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造等多重地質(zhì)環(huán)境因素。

一方面，由于區(qū)域地質(zhì)環(huán)境的獨(dú)特性和不可復(fù)制性，提出一個(gè)普遍適用于全部區(qū)位城市的承載力評價(jià)體系較為困難，因此，進(jìn)行城市地質(zhì)環(huán)境承載力評價(jià)時(shí)需要考慮該城市面臨的實(shí)際情況具體分析，前人的研究成果只能用作參考；另一方面，城市的發(fā)展不可避免的伴隨著人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，地質(zhì)環(huán)境對人類工程活動(dòng)具有制約作用，而人類工程活動(dòng)反過來會對城市地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生一定影響，地質(zhì)環(huán)境和人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)之間的相互作用、相互影響導(dǎo)致城市地質(zhì)環(huán)境評價(jià)具有復(fù)雜性[55-57]?？偠灾瑹o論是地質(zhì)環(huán)境自身的運(yùn)動(dòng)變化還是人類活動(dòng)對地質(zhì)環(huán)境造成的改造都會引起環(huán)境承載力的改變，但這兩種變化又是有限的，所以承載力的變化也是在一定限度之內(nèi)的[58]。

3　存在問題

(1)目前對城市地質(zhì)環(huán)境承載力的評價(jià)是基于現(xiàn)階段人類工程活動(dòng)程度、科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平進(jìn)行的。一方面，由于以往對于城市地質(zhì)調(diào)查重視程度不夠、調(diào)查手段有限導(dǎo)致城市環(huán)境地質(zhì)相關(guān)資料保存不夠完整，進(jìn)行不同發(fā)展階段城市地質(zhì)環(huán)境承載力的對比研究較為困難；另一方面，目前對于同時(shí)期不同區(qū)位城市的地質(zhì)環(huán)境承載力對比研究較少，導(dǎo)致對于城市發(fā)展和地質(zhì)環(huán)境相互制約、相互作用以及城市地質(zhì)環(huán)境承載力變化規(guī)律認(rèn)識不夠深入[42]，目前無法把握隨時(shí)間推移承載力變化的動(dòng)態(tài)發(fā)展過程并準(zhǔn)確進(jìn)行承載力變化趨勢的分析預(yù)測研究，同時(shí)也對進(jìn)行承載基體和承載客體之間復(fù)雜相互作用的機(jī)理研究造成一定障礙。

(2)對于承載力的評價(jià)模型多集中于定性和半定量模型，定量模型較少[43]。而在地質(zhì)環(huán)境承載力的定量評價(jià)模型中，閾限值的設(shè)定又多參照各類已有標(biāo)準(zhǔn)或依據(jù)評價(jià)人員的經(jīng)驗(yàn)確定，與被評價(jià)區(qū)位實(shí)際情況存在一定差異，導(dǎo)致存在部分閾值設(shè)置不合理的現(xiàn)象。同時(shí)常用的專家評議法等定權(quán)方法受主觀因素影響較大，不同評價(jià)者對同一地區(qū)進(jìn)行評價(jià)，可能會得出截然不同的結(jié)果，導(dǎo)致承載力評價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況存在差異，對承載力研究成果指導(dǎo)城市建設(shè)規(guī)劃造成了一定障礙。

(3)承載力概念和內(nèi)涵存在爭議[48]，對于環(huán)境承載力和環(huán)境容量等相關(guān)概念的內(nèi)涵界定還不清晰。關(guān)于環(huán)境承載力評價(jià)的內(nèi)容應(yīng)該包括哪些部分尚沒有確定的結(jié)論。承載力評價(jià)指標(biāo)體系的建立有兩種觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為城市地質(zhì)環(huán)境承載力的研究應(yīng)該假定環(huán)境管理和社會經(jīng)濟(jì)已達(dá)到最優(yōu)條件下來探討地質(zhì)環(huán)境對城市發(fā)展的制約作用，這種觀點(diǎn)注重考慮與城市建設(shè)的地質(zhì)環(huán)境因素，而忽略了社會經(jīng)濟(jì)、文明發(fā)展水平和城市管理能力等對城市承載力的作用，對評價(jià)結(jié)果的可靠性產(chǎn)生一定的影響；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，城市地質(zhì)環(huán)境與其他地質(zhì)環(huán)境不同，經(jīng)濟(jì)、管理、政策等人為因素對城市發(fā)展至關(guān)重要，應(yīng)作為承載力評價(jià)指標(biāo)體系的一部分，依據(jù)這種觀點(diǎn)建立的評價(jià)體系較完善，但過多的評價(jià)指標(biāo)和復(fù)雜的評價(jià)體系會大大增加評價(jià)的工作量和計(jì)算難度，導(dǎo)致評價(jià)方法的可操作性大打折扣，在實(shí)際應(yīng)用中往往不能達(dá)到預(yù)期的效果。

4　研究展望

(1)完善更新基礎(chǔ)地質(zhì)資料是進(jìn)行城市地質(zhì)環(huán)境承載力準(zhǔn)確評價(jià)的基礎(chǔ)。探索城市地質(zhì)調(diào)查的新手段、新方法，規(guī)范城市地質(zhì)調(diào)查評價(jià)的內(nèi)容、技術(shù)和方法[59]，開展深入廣泛的城市地質(zhì)調(diào)查，建立城市地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)庫。一方面為環(huán)境承載力評價(jià)提供充分的基礎(chǔ)資料，另一方面有利于進(jìn)行城市地質(zhì)環(huán)境承載力多層次的時(shí)空對比工作，從而掌握環(huán)境承載力變化規(guī)律及其與人類活動(dòng)的相互作用機(jī)理。

(2)提高承載力評價(jià)的綜合性、準(zhǔn)確性和易操作性。進(jìn)行城市地質(zhì)環(huán)境承載力評價(jià)時(shí)，要將限制城市發(fā)展的關(guān)鍵地質(zhì)因素如礦產(chǎn)資源、地形地貌等放在首位，同時(shí)也要應(yīng)考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展程度、科技和管理水平的等人為因素。建立評價(jià)模型時(shí)以定量或半定量評價(jià)指標(biāo)為主，排除人為主觀干擾因素，簡化傳統(tǒng)評價(jià)模型中的繁瑣數(shù)學(xué)問題，準(zhǔn)確對應(yīng)數(shù)學(xué)模型與地質(zhì)實(shí)際，提高評價(jià)模型的有效性和可操作性，提高評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

(3)從城市綜合地質(zhì)環(huán)境承載力出發(fā)，結(jié)合具體的城市功能和評價(jià)目標(biāo)，細(xì)化評價(jià)內(nèi)容，進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境承載力分類定量評價(jià)。依據(jù)城市某一時(shí)期的建設(shè)目標(biāo)和具體的建設(shè)內(nèi)容，有針對性地確定相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)模型，開展承載力專項(xiàng)評價(jià)，保證評價(jià)結(jié)果的實(shí)用性，使承載力評價(jià)超越單純的理論研究層次，為下步城市國土空間規(guī)劃提供地質(zhì)建議，真正滿足城市建設(shè)發(fā)展需要。