环境规划与管理第二章 环境规划的理论基础

1第二章环境规划学的理论基础环境系统环境承载力可持续发展与人地系统复合生态系统空间结构理论2一、环境系统概念地球表面各种环境要素或环境结构及其相互关系的总和。一个复杂的、多层次的、开放的巨系统。物流、能流、信息流大气、水、土、各种生物以及人类生存所处的近地空间以及各种人工建筑物大气环境、水环境、土壤环境、城市环境。（一）环境系统3环境系统的结构：指环境系统各要素之间的联系和相互作用方式，包括各环境要素的赋存量及其有规律的运动变化。环境系统的功能：指环境系统与外部介质相互作用的能力，它由环境系统的固有结构决定。具体地说，某一区域环境或某一要素环境子系统的功能是指其维持自身稳态或自组织的能力及其与人类系统相互作用（提供自然资源、容纳并净化废弃物）的能力和方式。4环境经济环境社会提供资源反馈排放废物反馈环境系统与人类社会、经济系统的相互作用关系环境系统的功能表现5研究环境系统应从其功能入手，通过与人类系统的相互输入输出关系来掌握系统的整体特征。环境规划学正是侧重从环境系统的功能角度来进行研究。6（二）环境系统与环境规划关系环境规划既要研究环境系统本身规律，如人类排放出的污染物的传输和自净过程，又要研究人类社会的组织形式和管理方式，以便有效地减少环境破坏、治理污染。人类社会环境环境规划图2~2环境系统与环境规划环境规划的研究重点正是环境系统与人类社会的相互作用7二、环境承载力环境规划一般不去研究环境的自净机制，可以用环境浓度标准值与背景值之差，并通过一定的输入输出关系转换成排放量，即以污染物的允许排放量作为环境容量。（一）环境容量1、概念环境容量：是一个复杂的反映了环境净化能力的量，其数值应能表征污染物在环境中的物理、化学变化及空间机械运动性质。《环境科学大辞典》82、环境容量的应用根据浓度排放标准限制各污染源的排放浓度环境规划的历史行业排放总量控制以某一行业的产值排放量作为控制标准环境容量控制污染物排放总量控制区域污染浓度103、环境容量的局限性对环境系统的理解不够全面环境容量不足以涵盖环境对人类发展的支持能力以环境容量为基础的环境规划，不能很好地解决未来的经济发展与环境协调问题。11（二）环境承载力研究环境系统的功能要运用综合的、统计的思维，即研究环境系统结构的宏观表现。环境承载量就是某一时刻环境系统所承受的人类系统的作用量。环境承载力指某一时刻环境系统所能承受的人类社会、经济活动的能力阈值。1、概念12理论基础－环境承载力环境承载力：是环境系统功能的外在表现，即环境系统具有依靠能流、物流和负熵流维持自身的稳态，有限地抵抗人类系统的干扰并重新调整自组织形式的能力。环境承载力是描述环境状态的重要参量之一，即某一时刻环境状态不仅与其自身的运动状态有关，还与人类对其作用有关。13理论基础－环境承载力环境承载力既不是一个纯粹描述自然环境特征的量，又不是一个描述人类社会的量，它反映了人类与环境相互作用的界面特征，是研究环境与经济是否协调发展的一个重要判据。环境承载力是环境系统固有功能的表现，不仅与环境系统本身结构有关，还与外界（社会经济活动）的输入输出有关。142、环境承载力的定量描述EBC＝F（T，S，B)三个变量：时间（T）空间（S）人类经济行为的规模与方向（B）环境承载力看成一个函数，那么它至少包含三个自变量：153、环境承载力指标体系环境承载力指标体系分为三个部分：（1）资源供给指标：如水资源、土地资源和生物资源等；（2）社会影响指标如经济实力、污染治理投资、公用设施水平和人口密度等；（3）污染容纳指标如污染物的排放量、绿化状况和污染物净化能力等。16环境规划不仅要对重点污染源的治理做出安排，还要以环境承载力为约束条件，在环境承载力的范围之内对区域产业结构和经济布局提出最优方案。协调型环境规划的目标是不断提高环境承载力，在环境承载力范围之内制定经济发展的最优政策。4、环境承载力与环境规划关系17三、人地系统协调共生理论1基本概念的理解耗散结构理论:是一种关于非平衡系统的自组织理论。普利高津（I.Pregogine）是耗散结构理论（dissipativestructuraltheory）的创立者。18自组织现象:耗散结构主要研究典型的混沌现象──自组织现象。所谓自组织，是指自然或客观事物本身自主地组织化、有序化的过程。系统的自组织，即是系统自发形成组织结构、自我发展和自我运动的过程。自组织概念用来从时间序列上对混沌现象作动态描述。19普利高津认为，自组织现象是普通存在的。激光是一个自组织的系统，光粒子能够自发地把自己串在一起，形成一道光束。这道光束的所有光子能够前后紧接，步调一致地移地。飓风也是一个自组织的系统。自组织的机理是对称性破缺。这种对称性破缺的序都不包含在外部环境中，而根源于系统内部，外部环境只是提供触发系统产生这种序的条件，所有这种序或组织都是自发形成的。20自组织的提出具有极为重要的意义。热力学的第一定律是能量守恒定律。第二定律的含义是所有的能量转化都是不可逆的。其中熵是一个重要概念。“熵是这样一个量，它在有耗散的情况中不停地增长，当所有进一步做功的潜力都耗尽了以后，熵就达到了最大值，熵达到了最大值就意味着能量的耗尽、系统的毁坏。”21在某种意义上说，这是一条可怕的定律，由此观之，宇宙的总熵是在无情地朝着它的极大值增长。一旦达到了最大值的那一刻──热寂状态，那就是宇宙死亡之时。是普高津的自组织理论给了人们新的希望。因为系统中有许多“自组织现象”，即在系统组建后，虽然也有着日益毁坏衰败的趋势，但其内部也产生着调节建设的倾向。自组织有赖于自我加强：在条件成熟的情况下，微小的事件会被扩大和发展，而不是趋于消失。如果说热力学第二定律这支箭头将系统引向衰败，那么自组织则是一支反向的箭头，它将系统引向自我完善。222、人地系统协调共生的熵变描述根据热力学第二定律，人地系统遵循熵方程：ds=ds人+ds地ds人——人类活动系统的熵变ds地——地理环境系统的熵变ds——人地系统的熵变①当ds0时，人地冲突型②当ds=0时，警戒协调型③当ds0时，协调共生型④人地关系不确定的混沌型23人地系统ds人类活动系统ds人0=00地理环境系统ds地0ABC=0DEF0GHI3、人地系统协调共生状态熵变类型①①①②④③④③③24可见，区域作为一个由人类活动系统和地理环境系统组成的人地协调共生系统，维持二者协调共生关系的充要条件是：从其外部环境不断获取负熵流，在此基础上形成人类活动系统与地环境系统之间，以及两大系统内部益于人类发展的因果反馈关系。复杂系统的因果反馈关系，主要是自我强化的正反馈关系和自我调节维持稳定的负反馈关系之间的相互耦合决定着人地关系的行为和区域发展的前途。25四、人地系统持续发展理论（一）人地系统发展的动力学过程及持续发展的相互作用生存需求享受需求发展需求生产排放生活排放资源环境人空间产品废气废水废渣技术进步资源环境地26人类的生存、享受、发展三大需求驱动力成了区域人地系统发展的真正动力源。人类生产生活过程中的“三废”排放，是人类社会经济活动对资源、环境自然过程的反作用。社会经济发展的技术进步是“人”与“地”双向作用的桥梁和手段，它通过对“人”的作用，提高人类作用于“地”的能力和人类社会经济活动的水平；通过对“地”的作用，增强了资源环境利用效益和恢复再生自净能力。在区域性环境规划过程必须清醒看到人地系统的动力学作用关系，以科学技术进步作为主要手段，强化环境规划的宏观指导管理作用。27（二）人地系统持续发展的相互作用区域人地系统的持续发展，可以看作是资源开发、产业结构调整、经济增长、社会进步、环境保护等物质实体发展，又要包括科技教育、政策体制、法规标准等非物质实体发展的多维综合协调发展过程。把区域经济活动作为整体，寻求最经济的同生态环境协调。把人类的生存利益同经济效益结合起来，把经济活动同改革社会活动结合，提高社会整体宏观效益。28五、复合生态系统理论复合生态系统理论是由我国著名生态学家马世骏教授于1981年提出的，他简明扼要地指出：当今我们人类赖以生存的社会、经济、自然是一个复合大系统的整体。社会是经济的上层建筑；经济是社会的基础，又是社会联系自然的中介；自然则是整个社会，经济的基础，是整个复合生态系统的基础。以人的活动为主体的系统，如农村、城市及区域，实质上是一个由人的活动的社会属性以及自然过程的相互关系构成的社会一经济一自然复合生态系统。图3~3社会-经济-自然复合生态系统示意图29环境规划是人类为使环境与社会、经济协调发展而对自身活动和环境所做的时间和空间的合理安排。可以看出，环境规划是在社会一经济一自然复合生态系统的基础上展开的，要做好环境规划工作，就必须全面综合地研究所规定区域的复合生系统。30（一）复合生态系统的结构及功能1、结构自然子系统---以生物结构及物理结构为主线，以生物环境的协同共生及环境对人类生活的支持，缓冲及净化为特征，它是复合生态系统的自然物质基础；社会子系统---以人口为中心，包括年龄结构、智力结构、职业结构等，通过产业系统把它们组成高效的社会组织；经济子系统---物质的输入输出，产品的供需平衡以及资金积累速率与利润，是促进社会进步环境保护的必要条件。312、功能生产功能：即为社会提供丰富的物质和信息产品。生活功能：即为人民提供方便的生活条件和舒适的栖息环境。还原功能：即保证城乡自然资源的永续利用和社会、经济、环境的协调持续发展。信息传递的功能：人类一方面利用生物与生物、生物与环境的信息传递来为人类服务；另一方面，人类还可以应用现代科学技术，操纵生态系统中生物的活动，按照人类社会需要的方向发展。32（二）复合生态系统的特性人工性脆弱性可塑性高产性地带性综合性33三、复合生态系统与环境规划的关系在编制环境规划的过程中，无论是信息的收集、储存、识别和核定，功能区的划分，评价指标体系的建立，环境问题的识别，未来趋势的预测，方案对策的制定，环境影响的技术经济模拟，多目标方案的评选等等，都与复合生态系统的功能密不可分。人类活动对复合生态系统的任何一个子系统，任何一个功能造成影响，都将干扰系统的运行机制及状态，进而破坏复合生态系统。当前人类与自然环境之间，即社会一经济一自然复合生态系统内部存在着4个主要矛盾。341、人类生活对自然生态环境条件的相对稳定性的要求与当前自然生态环境急剧变化的矛盾。2、人类改变自然环境的快速性与自然环境恢复和调节的缓慢性之间的矛盾。3、地球上蕴藏的矿产和地下水资源等的有限性与人类的需要及开采能力的无限性之间的矛盾。4、地球的体积是有限的，物质的生产也是有一定限度的，人口的发展如无计划是无限的。这也是一个矛盾。352．复合生态系统对环境规划的指导作用（1）要力求降低自然资源的耗竭速率，使之低于自然资源的再生速率或替代品的开发速率；（2）主要污染物的排放总量不能超出环境容量；（3）人类度生态系统的冲击不能超过生态系统的调节能力，不破坏生态平衡；（4）环境规划必须考虑到社会和经济的发展及其发展速度。42复习思考题什么是环境容量，从环境规划学上如何认识？什么是环境承载力，它在环境规划中的作用如何？从环境规划学的角度，如何理解人地系统的协调共生理论？复合系统的结构、功能、特性是什么？如何理解复合系统与环境规划的关系与指导作用？