高家驥，藏 正

(1.大連海洋大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116300；2.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116029；3.南京大學(xué)地理與海洋學(xué)院,江蘇 南京 210023)

大連市環(huán)境負(fù)荷預(yù)測分析

高家驥1,2，藏 正3

(1.大連海洋大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116300；2.遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116029；3.南京大學(xué)地理與海洋學(xué)院,江蘇 南京 210023)

為探討區(qū)域環(huán)境與城鎮(zhèn)化、區(qū)域環(huán)境與工業(yè)化之間既相互促進(jìn)又相互制約的動態(tài)關(guān)系，應(yīng)用對比分析法，以參照區(qū)的污染物排放強(qiáng)度為衡量標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建相對環(huán)境負(fù)荷指數(shù)模型及其綜合評價(jià)方案，提出了區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)安全狀態(tài)判斷標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此針對2000—2012年大連市環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行實(shí)證分析，結(jié)合未來中國及大連市國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展規(guī)劃及有關(guān)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃目標(biāo)，對2016—2020年及2020—2025年2個(gè)時(shí)段內(nèi)研究區(qū)環(huán)境負(fù)荷響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果表明，隨著居民生活水平及治污技術(shù)水平不斷提高，研究區(qū)環(huán)境負(fù)荷閾值整體提高；生活源“三廢”排放加劇了區(qū)域環(huán)境負(fù)荷，工業(yè)源“三廢”排放對區(qū)域環(huán)境負(fù)荷的負(fù)面影響相對不明顯；人口-環(huán)境負(fù)荷指數(shù)先降后升并有加重趨勢，工業(yè)-環(huán)境負(fù)荷指數(shù)穩(wěn)中有降。預(yù)計(jì)2016年之后研究區(qū)環(huán)境系統(tǒng)仍將處于相對安全的藍(lán)色預(yù)警狀態(tài)，但系統(tǒng)負(fù)荷下降趨勢逐步放緩，因此有必要及時(shí)、合理地掌控城市化發(fā)展速度。

環(huán)境負(fù)荷；區(qū)域響應(yīng)；實(shí)證分析；城市化；工業(yè)化

環(huán)境負(fù)荷是經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展過程中資源消耗或污染物排放壓力的定量表征,既可以是單一資源消耗或污染物排放壓力的表征[1],也可以是某一類資源消耗或污染物排放壓力的綜合表征[2]。國外早期通過生命周期評價(jià)和生態(tài)足跡等理論方法[3-5],對工業(yè)、建筑業(yè)以及污水處理相關(guān)產(chǎn)業(yè)的環(huán)境負(fù)荷問題開展評價(jià)工作[6-8]。此外,國外還采用環(huán)境負(fù)荷模型衡量資源消耗與環(huán)境壓力,IPAT模型和傳統(tǒng)環(huán)境負(fù)荷模型(IGT)等被廣泛應(yīng)用于地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)及其他自然科學(xué)與社會科學(xué)領(lǐng)域,開展人口、資源、環(huán)境及經(jīng)濟(jì)和社會復(fù)合系統(tǒng)的評價(jià)研究[9-13]?；诤暧^視角,近年來國內(nèi)學(xué)者也從人口、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)視角開展了廣泛研究:王倩倩等[14]應(yīng)用IPAT模型分析、預(yù)測了絕對減排或相對減排情景下中國碳排放的變化趨勢及其對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響,提出了應(yīng)對碳減排壓力的政策建議;朱天樂等[15]基于生命周期理論,將水泥工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的環(huán)境影響分解為資源消耗、能源消耗和污染物排放3個(gè)方面,定量評價(jià)了中國與全球水泥生產(chǎn)的環(huán)境負(fù)荷;毛建素等[16]通過生態(tài)效率概念的引入,應(yīng)用改進(jìn)的IPAT模型分析了工業(yè)發(fā)展與工業(yè)“三廢”等污染物排放的定量關(guān)系,提出只有在生態(tài)效率增長速度高于經(jīng)濟(jì)增長速度的情況下環(huán)境負(fù)荷才有可能降低。此外,吳玉鳴等[17]從系統(tǒng)耦合的視角探討了城市化與環(huán)境負(fù)荷的關(guān)系,樊新剛等[18]構(gòu)建了區(qū)域經(jīng)濟(jì)-污染-環(huán)境三維評價(jià)模型,陸鐘武等[19]從理論高度分析了經(jīng)濟(jì)增長過程中環(huán)境負(fù)荷的升降機(jī)制。

當(dāng)前我國正處在深化改革的攻堅(jiān)階段,隨著城市化、工業(yè)化(簡稱“兩化”)的快速推進(jìn),人們的生產(chǎn)、生活加劇了區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)的動態(tài)變化——從一個(gè)穩(wěn)態(tài)向另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的發(fā)展過程之中,由此導(dǎo)致的區(qū)域生態(tài)退化和環(huán)境污染等“城市病”日趨嚴(yán)重。因此,在新形勢和背景下,突破傳統(tǒng)環(huán)境負(fù)荷評價(jià)方法的絕對性,探索實(shí)用性強(qiáng)、可視性高的動態(tài)測度方法就顯得更具科學(xué)實(shí)踐意義。筆者著眼于當(dāng)前中國城市人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與區(qū)域環(huán)境之間相互促進(jìn)、相互制約的復(fù)雜關(guān)系,嘗試提出相對環(huán)境負(fù)荷概念及其表征、評價(jià)方法，基于區(qū)域水環(huán)境、土壤環(huán)境和大氣環(huán)境的綜合考慮,構(gòu)建了綜合評價(jià)方案,在此基礎(chǔ)上以大連市為例展開實(shí)證研究,并依據(jù)有關(guān)規(guī)劃目標(biāo)對其未來的環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行動態(tài)預(yù)測,旨在為探索便于推廣應(yīng)用的區(qū)域環(huán)境負(fù)荷測度方法提供參考和借鑒。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 相對環(huán)境負(fù)荷的概念及其內(nèi)涵界定

區(qū)域環(huán)境由水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境等一系列自然環(huán)境及人工(人為)環(huán)境共同組成,為人類生存及其生產(chǎn)活動提供必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)及空間載體。在特定的生產(chǎn)力發(fā)展水平下,人類從周邊環(huán)境獲取物質(zhì)和能量的規(guī)模、向周圍環(huán)境排放污染物的規(guī)模應(yīng)當(dāng)是相對穩(wěn)定的。據(jù)此,借鑒IGT模型提出基于人口與經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模的區(qū)域環(huán)境負(fù)荷閾值概念,并將其界定為:在特定的發(fā)展階段,利用現(xiàn)有技術(shù)條件,在滿足人類基本生存的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的前提下,區(qū)域環(huán)境整體及環(huán)境要素(如水體、空氣和土壤等)每年所能容納污染物的最大排放量(即年容量),表達(dá)式為

Ip,max=p×Tp,

(1)

Ig,max=g×Tg。

(2)

式(1)～(2)中,p和g分別為特定階段區(qū)域環(huán)境整體或環(huán)境要素承載的實(shí)際人口數(shù)量和某種經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模;Tp和Tg分別為滿足人類基本生存所需的環(huán)境負(fù)荷(質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))條件下,單位人口和某一產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)出規(guī)模所對應(yīng)的平均污染物排放量,即平均排放強(qiáng)度;Ip,max和Ig,max分別為單位人口和某一產(chǎn)業(yè)的單位產(chǎn)出規(guī)模所對應(yīng)的環(huán)境負(fù)荷閾值,其值越大,表明在現(xiàn)有環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)條件下,區(qū)域環(huán)境整體及其構(gòu)成要素所能容納的環(huán)境污染物總量越大(即環(huán)境承載力越大)。

鑒于當(dāng)前經(jīng)濟(jì)、社會快速發(fā)展階段,以往國內(nèi)外有關(guān)污染物排放控制目標(biāo)或有關(guān)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不可避免地具有一定的滯后性,因此提出以環(huán)境質(zhì)量工作較先進(jìn)地區(qū)(參照區(qū))的環(huán)境污染物平均排放強(qiáng)度作為現(xiàn)階段滿足人類基本生存的相對環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[18],表達(dá)式為

Tp=ip/p,

(3)

Tg=ig/g。

(4)

式(3)～(4)中,ip和ig分別為某一年度參照區(qū)生活源和工業(yè)源污染物的實(shí)際排放量。

1.1.2 相對環(huán)境負(fù)荷的綜合評價(jià)指標(biāo)

如上所述,基于人口與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出規(guī)模的區(qū)域相對環(huán)境負(fù)荷閾值(Imax)是在現(xiàn)有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件下對區(qū)域環(huán)境納污能力的定量描述,是具有近似絕對涵義的理論上限值。但是,區(qū)域環(huán)境的真實(shí)壓力往往并非如此。為便于比較,定義區(qū)域環(huán)境污染物的實(shí)際排放量與該污染物對應(yīng)的環(huán)境負(fù)荷閾值之比為相對環(huán)境負(fù)荷指數(shù),數(shù)學(xué)表達(dá)式為

Rp=Ip/Ip,max,

(5)

Rg=Ig/Ig,max。

(6)

式(5)～(6)中,Rp和Rg分別為居民生活污染負(fù)荷指數(shù)和工業(yè)污染負(fù)荷指數(shù);Ip和Ig為某一年度目標(biāo)區(qū)2種環(huán)境污染物的實(shí)際排放量。Rp或Rg值大于1代表該區(qū)域基于人口或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出規(guī)模的環(huán)境污染物排放超過了區(qū)域環(huán)境的最大載荷,區(qū)域環(huán)境處于超負(fù)荷狀態(tài);反之,若Rp或Rg值小于1,表示區(qū)域環(huán)境處于低負(fù)荷狀態(tài);Rp或Rg值等于1,則表明當(dāng)前區(qū)域環(huán)境處于滿負(fù)荷狀態(tài)。

考慮到環(huán)境污染物同時(shí)具有多源性和多樣性,且各種環(huán)境污染物產(chǎn)生的環(huán)境壓力不同,將區(qū)域環(huán)境定義為由若干環(huán)境要素(污染物類型)構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)[20-21],即區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上,可依據(jù)不同類型環(huán)境污染物對區(qū)域相對環(huán)境負(fù)荷指數(shù)的權(quán)重系數(shù)[15],通過加權(quán)求和的方式表征區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)相對負(fù)荷的綜合狀況,數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(7)

(8)

L=α×Lp+β×Lg。

(9)

式(7)～(9)中,Lp和Lg分別為區(qū)域人口-環(huán)境綜合負(fù)荷指數(shù)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)-環(huán)境綜合負(fù)荷指數(shù)，Lp或Lg越大,表明相應(yīng)環(huán)境系統(tǒng)的相對負(fù)荷越高;Rp,i和Rg,j分別為人口-環(huán)境子系統(tǒng)中第i個(gè)要素和經(jīng)濟(jì)-環(huán)境子系統(tǒng)中第j個(gè)要素的相對負(fù)荷指數(shù);wi和wj分別為各要素對應(yīng)的權(quán)重值;α和β分別為人口-環(huán)境子系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)-環(huán)境子系統(tǒng)的綜合權(quán)重;L為區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)負(fù)荷指數(shù),其值越高表明區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)負(fù)荷越大。

1.1.3 區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)安全及其預(yù)警狀態(tài)的判定

隨著人類活動空間及活動強(qiáng)度日益增大,區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會與自然要素相互滲透形成復(fù)雜的巨系統(tǒng)。區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)由城鄉(xiāng)人口及其周邊環(huán)境共同組成,因此兼具自然與人工屬性,是人類通過日?；顒蛹吧a(chǎn)活動而構(gòu)建的復(fù)合系統(tǒng)。為了提高環(huán)境負(fù)荷評價(jià)結(jié)果的可視性,根據(jù)中國各地區(qū)有關(guān)污染物排放數(shù)據(jù)及相關(guān)環(huán)境質(zhì)量的實(shí)際狀況等,提出區(qū)域環(huán)境負(fù)荷的5階段預(yù)警狀態(tài)的判斷標(biāo)準(zhǔn)(系統(tǒng)由安全向不安全過渡的5個(gè)階段,分別對應(yīng)綠、藍(lán)、黃、橙和紅5種預(yù)警狀態(tài)),如表1所示。

表1 區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)安全及其預(yù)警狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)

Table 1 Criteria for grading of regional environment systems in safety and alert state

L值環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài)環(huán)境系統(tǒng)預(yù)警L<050安全綠色預(yù)警050≤L<100相對安全藍(lán)色預(yù)警100≤L<150臨界安全黃色預(yù)警150≤L<200相對不安全橙色預(yù)警L≥200不安全紅色預(yù)警

L為區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)綜合負(fù)荷指數(shù)。

1.2 案例區(qū)選擇及數(shù)據(jù)來源

以大連為例,對2000—2012年有關(guān)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)證分析,在此基礎(chǔ)上結(jié)合中國及大連市有關(guān)環(huán)境規(guī)劃及城鎮(zhèn)人口、工業(yè)產(chǎn)值預(yù)期目標(biāo),對2016—2020年和2020—2025年2個(gè)時(shí)段環(huán)境響應(yīng)情景進(jìn)行預(yù)測。有關(guān)數(shù)據(jù)來源說明如下:歷年城鎮(zhèn)人口和工業(yè)增加值分別取自有關(guān)年度《大連市國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展公報(bào)》[22],歷年工業(yè)源“三廢”及生活源廢水、廢氣排放總量數(shù)據(jù)來自有關(guān)年度《大連市環(huán)境狀況公報(bào)》[23],生活源固體廢棄物以城鎮(zhèn)居民生活垃圾產(chǎn)生量表征,數(shù)據(jù)來源于有關(guān)年度《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》及《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》[24-25],缺失數(shù)據(jù)應(yīng)用線性插值法進(jìn)行預(yù)處理。

2 結(jié)果分析

2.1 2010—2012年大連市相對環(huán)境負(fù)荷分析

2.1.1 大連市環(huán)境負(fù)荷閾值分析

根據(jù)全國工業(yè)源和城鎮(zhèn)居民生活源的廢水、廢氣和固體廢棄物總量數(shù)據(jù),結(jié)合歷年中國及研究區(qū)城鎮(zhèn)人口及工業(yè)增加值數(shù)據(jù),利用式(3)～(4)計(jì)算區(qū)域環(huán)境污染物排放量的參考標(biāo)準(zhǔn),再利用式(1)～(2)計(jì)算2000—2012年大連市環(huán)境負(fù)荷閾值,結(jié)果如圖1所示。

圖1 2000—2012年研究區(qū)環(huán)境承載力變化趨勢Fig.1 Trends of environment capacity of the study area in 2000-2012

圖1顯示,去除個(gè)別年度小幅波動因素,從整體上來看研究時(shí)段內(nèi)大連市城鎮(zhèn)居民生活源廢水及固體廢棄物負(fù)荷閾值、工業(yè)源廢水及廢氣負(fù)荷閾值逐漸提高,生活源廢氣閾值基本保持不變,工業(yè)源固體廢棄物閾值小幅增長。促使圖1所示的環(huán)境負(fù)荷上限值整體向利好方向發(fā)展的原因可能有2個(gè)方面:其一,為了滿足城鎮(zhèn)居民的基本生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要,環(huán)境污染物的無害化處理技術(shù)和水平逐步提升,全國范圍內(nèi)有關(guān)環(huán)境污染物的允許排放強(qiáng)度整體提高;其二,在有關(guān)環(huán)境污染物的允許排放強(qiáng)度變化不大的情況下,由于目標(biāo)區(qū)城市化和工業(yè)化的持續(xù)推進(jìn),區(qū)域城鎮(zhèn)人口及工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,導(dǎo)致城鎮(zhèn)居民生活源廢水及固體廢棄物、工業(yè)源廢水及工業(yè)廢氣排放的閾值增長較快,環(huán)境負(fù)荷閾值隨人口容量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展容量被動增長。

2.1.2 大連市相對環(huán)境負(fù)荷分析

根據(jù)大連市2種來源廢水、廢氣和固體廢棄物的實(shí)際排放量及前述環(huán)境負(fù)荷閾值的計(jì)算結(jié)果,利用式(5)～(6)計(jì)算大連市相應(yīng)來源的3種污染物的相對環(huán)境負(fù)荷指數(shù)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 2000—2012年大連市相對環(huán)境負(fù)荷指數(shù)變化趨勢Fig.2 Trends of the relative environment load index of the study area in 2000-2012

從圖2可以看出,研究時(shí)段內(nèi)研究區(qū)城鎮(zhèn)居民生活三廢的相對負(fù)荷指數(shù)均大于1,依據(jù)前文定義可知3類環(huán)境污染物均處于超載狀態(tài);除部分年度工業(yè)廢水相對負(fù)荷指數(shù)高于1之外,歷年工業(yè)廢氣和工業(yè)固體廢棄物整體上處于低負(fù)荷狀態(tài)。從整體變化趨勢來看,一方面,城鎮(zhèn)居民生活源廢水及固體廢棄物超載情況相對穩(wěn)定;生活源廢氣整體上呈先降后升的超負(fù)荷狀態(tài),從2007年開始上升趨勢明顯,可能與大連市機(jī)動車保有量持續(xù)上升有密切關(guān)系[22],并且個(gè)別年度波動變化相對較大,后期治理難度增加;工業(yè)固體廢棄物的負(fù)荷指數(shù)持續(xù)降低;工業(yè)廢氣的負(fù)荷指數(shù)呈現(xiàn)降—升—降—升的波動變化趨勢;工業(yè)廢水在2000—2005年呈先降后升的超載狀態(tài),之后持續(xù)降低并于2008年轉(zhuǎn)為低負(fù)荷狀態(tài),表明隨著新型工業(yè)化持續(xù)推進(jìn),工業(yè)源廢水處理和中水回收利用工作取得成效[23]。

2.1.3 大連市環(huán)境系統(tǒng)綜合評價(jià)結(jié)果分析

利用式(7)～(8)計(jì)算2000—2012年大連市人口-環(huán)境系統(tǒng)負(fù)荷指數(shù)、經(jīng)濟(jì)(工業(yè))-環(huán)境系統(tǒng)負(fù)荷指數(shù),依據(jù)式(9)計(jì)算環(huán)境系統(tǒng)綜合負(fù)荷指數(shù),結(jié)果如圖3所示。

圖3 2000—2012年大連市環(huán)境系統(tǒng)綜合負(fù)荷指數(shù)Fig.3 Comprehensive evaluation of the environmental system of the study area in 2000-2012

圖3顯示,研究時(shí)段內(nèi)研究區(qū)城鎮(zhèn)人口-環(huán)境負(fù)荷指數(shù)整體上介于1.5～2.5之間,呈先降后升的變化趨勢;歷年工業(yè)-環(huán)境負(fù)荷指數(shù)均未超過1,且變化趨勢相對平穩(wěn);研究區(qū)環(huán)境系統(tǒng)綜合負(fù)荷指數(shù)整體上介于0.5～1.5之間,處于臨界安全的黃色預(yù)警或相對安全的藍(lán)色預(yù)警狀態(tài),主要是得益于工業(yè)污染排放強(qiáng)度持續(xù)降低:在廢氣減排方面,大連市全市范圍內(nèi)陸續(xù)啟動窯爐及20 t以上工業(yè)鍋爐的煙氣脫硫治理工作,加強(qiáng)了燃煤電廠脫硫運(yùn)行管理及“拆爐并網(wǎng)”工作力度,推廣使用清潔能源(2011年節(jié)約燃煤2.9萬t,削減煙塵364 t、二氧化硫340 t、氮氧化物283 t);在廢水治理方面,全市逐步實(shí)施入海排污口規(guī)范化整治工作,完成入海排污口信息采集并編繪了中心城區(qū)入海排污口電子檔案和地圖;同時(shí)逐步完善了集中式飲用水源管理信息系統(tǒng),使飲用水水源保護(hù)區(qū)管理信息化、動態(tài)化和實(shí)時(shí)化;繼續(xù)實(shí)施醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染綜合整治(2011年完成34家社區(qū)醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)中心污染治理工作,總投資239.87萬元);在固體廢棄物處理方面,大連市制定了《固體廢物污染防治規(guī)劃控制意見》,通過完善固體廢棄物管理工作程序來進(jìn)一步強(qiáng)化固體廢棄物監(jiān)管,同時(shí)對全市產(chǎn)生固體廢棄物的重點(diǎn)污染企業(yè)建立管理檔案,實(shí)施臺賬跟蹤管理模式,一系列工業(yè)污染防治工作有效降低了研究區(qū)的工業(yè)-環(huán)境負(fù)荷。

需要指出的是,由于來自城鎮(zhèn)人口-環(huán)境負(fù)荷指數(shù)的負(fù)面貢獻(xiàn)相對較大,2000—2012年研究區(qū)系統(tǒng)負(fù)荷指數(shù)整體呈降—升—降—升的波動變化趨勢;盡管前文在評價(jià)過程中已經(jīng)對“滿足當(dāng)前階段居民基本生活條件”予以優(yōu)先考慮,據(jù)此對城鎮(zhèn)居民生活源和工業(yè)源污染物進(jìn)行了非等權(quán)重處理,但從圖3可以看出區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)負(fù)荷指數(shù)受到人口-環(huán)境負(fù)荷指數(shù)的負(fù)面影響仍然較大[17]。考慮到環(huán)境污染效應(yīng)的滯后性,研究區(qū)城鎮(zhèn)人口規(guī)模如果持續(xù)、快速擴(kuò)張,可能導(dǎo)致區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)延續(xù)超負(fù)荷趨勢,未來可能向相對不安全的橙色預(yù)警狀態(tài)演變,從而對城鎮(zhèn)居民生活質(zhì)量及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐與保障構(gòu)成較大威脅,有關(guān)部門應(yīng)及時(shí)、合理地掌控城市化速度。

2.2 2016—2025年大連市環(huán)境系統(tǒng)演化趨勢預(yù)測分析

2.2.1 有關(guān)指標(biāo)預(yù)測

為進(jìn)一步探討大連市未來環(huán)境保護(hù)策略,應(yīng)用前文有關(guān)概念及其表征方法,根據(jù)《國家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》、《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》及《大連市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》等,對2016—2025年研究區(qū)環(huán)境響應(yīng)及環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測分析。

有關(guān)參數(shù)取值方法及依據(jù)如下:根據(jù)2015年全國廢水中化學(xué)需氧量和二氧化硫排放總量比2010年各減少8%、氨氮和氮氧化物排放總量比2010年各減少10%的約束性指標(biāo),全國廢水、廢氣減排取值9%(2種來源的5 a累計(jì)值,下同);根據(jù)2015年大連市廢水中化學(xué)需氧量和二氧化硫排放總量分別比2010年減少11.2%和6.5%、氨氮和氮氧化物排放總量比2010年分別減少13%和9.5%的約束性指標(biāo),研究區(qū)2種來源的廢水、廢氣減排目標(biāo)分別取值12.1%和8%;由于缺少2種來源固體廢棄物排放總量的約束目標(biāo),分別依據(jù)2000—2010年全國及大連市2種來源固廢排放總量的平均變動率確定約束目標(biāo),結(jié)果分別為68.19%和69.02%。其他數(shù)據(jù)預(yù)測依據(jù)及計(jì)算結(jié)果如下:中國大陸人口年均增長率0.72%,2015年城鎮(zhèn)化率預(yù)計(jì)達(dá)51.5%,城鎮(zhèn)人口總量為6.82億人;中國GDP年均增長率8%,2015年工業(yè)產(chǎn)值比值較2010年降低(服務(wù)業(yè)產(chǎn)值比例增加)4%,工業(yè)產(chǎn)值211 700億元;依據(jù)《建設(shè)大連規(guī)劃綱要》提出的2020年城鄉(xiāng)總?cè)丝谶_(dá)800萬人、城市化率達(dá)75%計(jì)算,2015年研究區(qū)城鎮(zhèn)人口總量為33.426萬人;2015年研究區(qū)GDP總量為1 000億元，三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比例為0.50∶0.47∶0.53,工業(yè)產(chǎn)值為470億元;2020及2025年目標(biāo)暫按上述規(guī)劃。結(jié)合上述預(yù)測結(jié)果及2010年有關(guān)“三廢”排放量數(shù)據(jù),利用式(1)～(6)計(jì)算得出2016—2020年及2020—2025年2個(gè)時(shí)段內(nèi)研究區(qū)環(huán)境負(fù)荷閾值、相對負(fù)荷指數(shù)的預(yù)測結(jié)果(表2),據(jù)此得出未來研究區(qū)環(huán)境系統(tǒng)安全及預(yù)警狀態(tài)的預(yù)測結(jié)果(圖4)。

表2 2016—2025年大連市環(huán)境系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果

Table 2 Prediction of the environment system load of the study area in 2016 to 2025

年份環(huán)境負(fù)荷閾值相對負(fù)荷指數(shù)城鎮(zhèn)人口負(fù)荷經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出負(fù)荷城鎮(zhèn)人口負(fù)荷經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出負(fù)荷廢水/億t廢氣/萬t固廢/萬t廢水/億t廢氣/萬t固廢/萬t廢水/億t廢氣/萬t固廢/萬t廢水/億t廢氣/萬t固廢/萬t系統(tǒng)負(fù)荷指數(shù)LpLgL201614614016207585377907112218712107101800814303207720201421511652259838050821121751150650160071360300752025130162170316234012091100163112061014006125028072

Lp為區(qū)域人口-環(huán)境負(fù)荷指數(shù);Lg為區(qū)域工業(yè)-環(huán)境負(fù)荷指數(shù)；L為區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)綜合負(fù)荷指數(shù)。

2.2.2 預(yù)測結(jié)果分析

從表2可知,與2010年比較,在前述“三廢”減排目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的情景下,除生活源廢水負(fù)荷閾值降低、生活源廢氣負(fù)荷閾值保持不變之外,2016—2020年及2020—2025年研究區(qū)環(huán)境系統(tǒng)對2種來源所有環(huán)境污染物的負(fù)荷能力整體提高;其中,無論是城鎮(zhèn)居民生活源還是工業(yè)源的固體廢棄物負(fù)荷閾值提升較多,在固體廢棄物的無害化處理能力不斷提高的前提下,允許排放的固體廢棄物總量上限也得到提高,能夠在一定程度上滿足城鎮(zhèn)居民生活及工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的依賴,緩解相應(yīng)污染物對區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)的脅迫;在城鎮(zhèn)人口規(guī)模擴(kuò)大的前提下,通過提高減排標(biāo)準(zhǔn)(具有動態(tài)調(diào)控作用的彈性變量)以降低居民生活廢水負(fù)荷,符合大連市淡水資源相對稀缺的客觀實(shí)際,如果居民生活污水處理能力及再利用率得不到提高,必將在一定程度上約束城鎮(zhèn)居民生活用水的需求。

從系統(tǒng)負(fù)荷指數(shù)來看,表2顯示2016—2020年和2020—2025年2個(gè)時(shí)段研究區(qū)2種來源的6種環(huán)境污染物相對負(fù)荷指數(shù)均較2010年有所降低。未來,如果研究區(qū)“三廢”排放的約束目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn),城鎮(zhèn)居民生活源“三廢”、工業(yè)源“三廢”的排放強(qiáng)度均可低于同期的中國平均水平,區(qū)域環(huán)境績效將會得到提升。從圖4可以看出,2個(gè)時(shí)段內(nèi)研究區(qū)環(huán)境系統(tǒng)預(yù)計(jì)仍將處于相對安全的藍(lán)色預(yù)警狀態(tài),但系統(tǒng)綜合負(fù)荷指數(shù)下降的趨勢減緩;工業(yè)-環(huán)境系統(tǒng)負(fù)荷持續(xù)在低位運(yùn)行,始終處于安全的綠色預(yù)警狀態(tài);與之相對的是城鎮(zhèn)人口-環(huán)境負(fù)荷指數(shù)仍將處于相對高位,盡管將由相對不安全的橙色預(yù)警轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界安全的黃色預(yù)警狀態(tài),但是未來75%的城市化率對區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)負(fù)荷的負(fù)面影響短時(shí)期內(nèi)可能難以消除。

圖4 2010—2025年大連市環(huán)境系統(tǒng) 安全狀態(tài)(預(yù)警)變化趨勢Fig.4 Trends of the safety (alert) state of the environment system of the study area in 2010-2025

3 結(jié)論與討論

著眼于當(dāng)前我國城市化與工業(yè)化的特定發(fā)展階段,基于區(qū)域人口、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的動態(tài)關(guān)聯(lián),提出了基于人口規(guī)模與經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模的區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)負(fù)荷綜合評價(jià)方法,通過實(shí)證分析及有關(guān)情景預(yù)測,得出如下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)2000—2012年研究區(qū)環(huán)境負(fù)荷閾值整體提高,“三廢”治理工作績效提升,為促進(jìn)快速城市化和新型工業(yè)化提供了強(qiáng)有力的支撐;生活源“三廢”排放加劇了區(qū)域環(huán)境負(fù)荷、城鎮(zhèn)人口-環(huán)境負(fù)荷指數(shù)先降后升并有加重趨勢,工業(yè)源“三廢”排放對區(qū)域環(huán)境負(fù)荷的負(fù)面影響相對不明顯,工業(yè)-環(huán)境負(fù)荷指數(shù)穩(wěn)中有降。

(2)依據(jù)快速城市化、新型工業(yè)化發(fā)展目標(biāo)及有關(guān)污染物減排目標(biāo),2016—2020年和2020—2025年研究區(qū)環(huán)境系統(tǒng)仍將處于相對安全的藍(lán)色預(yù)警狀態(tài),但系統(tǒng)綜合負(fù)荷下降的趨勢逐步放緩;有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)及時(shí)檢討全域城市化的環(huán)境影響,從人口-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境系統(tǒng)安全的高度合理掌控下一階段城市化的發(fā)展速度。

隨著快速城市化、新型工業(yè)化及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn),區(qū)域人口、資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的互動響應(yīng)日益深刻。當(dāng)前,我國宏觀區(qū)域環(huán)境的主要問題表現(xiàn)在:環(huán)境系統(tǒng)各要素之間的協(xié)調(diào)發(fā)展被破壞,單方面研究不足以為環(huán)境治理的整體架構(gòu)提供支撐,在某些環(huán)境要素得到重視的過程中其他環(huán)境要素惡化風(fēng)險(xiǎn)加大等。有鑒于此,筆者嘗試從相對視角探討區(qū)域環(huán)境負(fù)荷的動態(tài)測度與評價(jià)方法,在一定程度上改善了多指標(biāo)模型評價(jià)結(jié)果存在的過于抽象的問題,并且由于評價(jià)過程不受統(tǒng)一數(shù)據(jù)口徑的限制,使其便于實(shí)踐應(yīng)用;此外,評價(jià)過程中對環(huán)境演變階段的劃分比較明確,評價(jià)結(jié)果具有一定的空間可視性[18],易于為有關(guān)部門進(jìn)行科學(xué)決策提供相應(yīng)支撐。需要在此指出的是,隨著我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型不斷加速,未來各地環(huán)境污染物排放強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期相比可能會在一定程度上降低,因此該研究的預(yù)測結(jié)果不可能與未來情況完全一致;此外,基于當(dāng)前環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的滯后性以及有關(guān)數(shù)據(jù)的可得性考慮,筆者僅從城鎮(zhèn)居民生活與工業(yè)發(fā)展規(guī)模2個(gè)方面,以“三廢”排放作為區(qū)域環(huán)境受到的安全脅迫因素,導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果并不能完全代表區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)的整體狀況,因此今后還需在補(bǔ)充更多環(huán)境要素的基礎(chǔ)上,針對不同行業(yè)開展不同時(shí)空尺度的實(shí)證研究。

[1] JOSA A,AGUADO A,HEINO A,etal.Comparative Analysis of Available Life Cycle Inventories of Cement in the EU[J].Cement and Concrete Research,2004,34 (8):1313-1320.

[2] SCHUHMACHER M,DOMINGO J L,GARRETA J.Pollutants Emitted by a Cement Plant:Health Risks for the Population Living in the Neighborhood[J].Environmental Research,2004,95(2):198-206.

[3] AGOSTINHO F,PEREIA L.Support Area as an Indicator of Environmental Load:Comparison Between Embodied Energy,Ecological Footprint,and Emergy Accounting Methods[J].Ecological Indicators,2013,24(1):494-503.

[4] ZUCARO A,FORTE A,VICO G D,etal.Environmental Loading of Italian Semi-Intensive Snail Farming System Evaluated by Means of Life Cycle Assessment[J].Journal of Cleaner Production,2016,125(7):56-67.

[5] WANG B,DAI G H,DENG S B,etal.Linking the Environmental Loads to the Fate of PPCPs in Beijing:Considering Both the Treated and Untreated Wastewater Sources[J].Environmental Pollution,2015,202(7):153-159.

[6] CHOI S,NA B,WON M C.Mesoscale Analysis of Continuously Reinforced Concrete Pavement Behavior Subjected to Environmental Loading[J].Construction and Building Materials,2016,112(6):447-456.

[7] LEE S,JO C,BERGAN P,etal.Life-Cycle Cost-Based Design Procedure to Determine the Optimal Environmental Design Load and Target Reliability in Offshore Installations[J].Structural Safety,2016,59(1):96-107.

[8] PAPAGEORGIOU M,KOSMA C,LAMBROPOULOU D.Seasonal Occurrence,Removal,Mass Loading and Environmental Risk Assessment of 55 Pharmaceuticals and Personal Care Products in a Municipal Wastewater Treatment Plant in Central Greece[J].Science of the Total Environment,2016,543(2):547-569.

[9] EHRLICH P R,HOLDRENS J P.The Impact of Population Growth[J].Science,1971,171(3977):1212-1217.

[10]RAO P K.Sustainable Development:Economics and Policy[M].Malden,Massachusetts:Blackwell Publishers,2000:98-100.

[11]ALLENBY B R,GRAEDEL T E.Industrial Ecology[M].2nd ed.New Jersey,USA:Prentice Hall,2002:6-7.

[12]YORK R,ROSA E A,DIETZ T.STIRPAT,IPAT and IMPACT:Analytic Tools for Unpacking the Driving Forces of Environmental Impacts[J].Ecological Economics,2003,46(3):351-365.

[13]BRIZGA J,FENG K,HUBACEK K.Drivers of CO2Emissions in the Former Soviet Union:A Country Level IPAT Analysis From 1990 to 2010[J].Energy,2013,59:743-753.

[14]王倩倩,黃賢金,陳志剛.基于環(huán)境負(fù)荷模型的中國碳排放情景分析[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì),2009(1):54-57，77.[WANG Qian-qian,HUANG Xian-jin,CHEN Zhi-gang.The Analysis on Carbon Emission Scenario Based on Environmental Loads Model[J].Ecological Economy,2009(1):54-57,77.]

[15]朱天樂,何煒,曾小嵐,等.中國水泥生產(chǎn)環(huán)境負(fù)荷研究[J].環(huán)境科學(xué),2006,27(10):2135-2138..Environmental Science,2006,27(10):2135-2138.]

[16]毛建素,楊志峰,陸鐘武,等.關(guān)于中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境負(fù)荷關(guān)系的研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,43(6):744-751.[MAO Jian-su,YANG Zhi-feng,LU Zhong-wu,etal.The Relationship Between Industrial Development and Environmental Impacts in China[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,2007,43(6):744-751.]

[17]吳玉鳴,柏玲.廣西城市化與環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)測度與互動分析[J].地理科學(xué),2011,31(12):1474-1479.[WU Yu-ming,BAI Ling.Coupling and Coordination Measurement and Interactive Analysis of Urbanization and Environment System in Guangxi Province,China[J].Scientia Geographica Sinica,2011,31(12):1474-1479.]

[18]樊新剛,米文寶,馬振寧.區(qū)域經(jīng)濟(jì)-污染-環(huán)境三維評價(jià)模型的構(gòu)建與應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué),2015,36(2):751-758.[FAN Xin-gang,MI Wen-bao,MA Zhen-ning.Construction and Application of Economy-Pollution-Environment Three-Dimensional Evaluation Model for District[J].Environmental Science,2015,36(2):751-758.]

[19]陸鐘武,毛建素.穿越“環(huán)境高山”：論經(jīng)濟(jì)增長過程中環(huán)境負(fù)荷的上升與下降[J].中國工程科學(xué),2003,5(12):36-42.[LU Zhong-wu,MAO Jian-su.Crossing“Environmental Mountain”:On the Increase and Decrease of Environment Impact in the Process of Economic Growth[J].Engineering Science,2003,5(12):36-42.]

[20]肖周燕.人口-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境系統(tǒng)耦合時(shí)序規(guī)律分析[J].西北人口,2011,32(2):38-42.[XIAO Zhou-yan.Study on the Relationships of Population-Economy-Environment System[J].Northwest Population,2011,32(2):38-42.]

[21]李本綱,冷疏影.二十一世紀(jì)的環(huán)境科學(xué):應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境系統(tǒng)的挑戰(zhàn)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(6):1121-1132.[LI Ben-gang,LENG Shu-ying.Environmental Science for the 21stCentury:Meeting the Challenge From Complex Environmental Systems[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2011,31(6):1121-1132.]

[22]大連市統(tǒng)計(jì)局.大連市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].[2016-01-11].http:∥www.stats.dl.gov.cn/class.jsp?dtype=81.[Dalian Municipal Bureau of Statistics.Dalian National Economic and Social Eevelopment Statistical Bulletin[EB/OL].[2016-01-11].http:∥www.stats.dl.gov.cn/class.jsp?dtype=81.]

[23]大連市環(huán)境保護(hù)局.大連市環(huán)境狀況公報(bào)[EB/OL].[2016-01-11].http:∥dlemc.gov.cn/news.aspx?userIndex=13&infoKey=11.[Dalian Environmental Protection Bureau.Dalian Environmental Status Bulletin[EB/OL].[2016-01-11].http:∥dlemc.gov.cn/news.aspx?userIndex=13&infoKey=11.]

[24]國家統(tǒng)計(jì)局.2000—2012中國統(tǒng)計(jì)年鑒[EB/OL].[2016-01-11].http:∥www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/.[National Bureau of Statistics.2000-2012 China Statistical Yearbook[EB/OL].[2016-01-11].http:∥www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/.]

[25]國家統(tǒng)計(jì)局,環(huán)境保護(hù)部.2000—2012中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社,2013:11-69.[National Bureau of Statistics,Ministry of Environmental Protection.2000-2012 China Statistical Yearbook on Environment[M].Beijing:China Statistics Press,2013:11-69.]

(責(zé)任編輯： 許 素)

Prediction and Analysis of Environmental Load: An Empirical Research in Dalian.

GAO Jia-ji1,2, ZANG Zheng3

(1.Applied Technology College， Dalian Ocean University, Dalian 116300, China;2.School of Urban Planning and Environmental Science, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China;3.School of Geographic and Oceanographic, Nanjing University, Nanjing 210023, China )

To study the dynamic mutually-promoting and restraining relationships of regional environment with urbanization and industrialization, a regional relative environmental load index model with the pollutant discharge intensity in the reference area set as reference point was built up, using the comparative analysis method, a comprehensive evaluation program formulated, and criteria for judging whether or not a regional environment was safe proposed. Based on empirical analysis of the environmental load of Dalian during 2000-2012, prediction was made of responses of the environmental load in Dalian and China in 2025, by taking into account the national economic and social development programs and the goals of related environmental protection programs of the country and the city. Results show that with the living standard of the residents and the pollution controlling technical level growing steadily, the threshold of environmental load in Dalian on the whole ascended; the discharge of the three types of domestic waste aggravated the regional environmental load, and the discharge of the three types of industrial waste did not show much negative influence on the regional environmental load; the population-environment load index declined first and then turned back upwards, exhibiting an aggravating trend, while the industry-environment load index remained quite stable with a slight decline. It is predicted that the environment system in the region will remain in the blue alert state or at a relatively safe level after 2016, while the system load will decline at a gradually slower rate. Therefore, it′s necessary to control the speed of urbanization timely and reasonably.

environmental load; regional response; empirical analysis; urbanization; industrialization

2016-02-29

遼寧省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目(w201604)；遼寧省社科聯(lián)經(jīng)濟(jì)發(fā)展課題(2017lslktqn-041)；大連市職業(yè)技術(shù)科學(xué)研究院一般課題(DZKY2016B16)；大連海洋大學(xué)社科聯(lián)研究項(xiàng)目(2016xsklyb-30)

X26

A

1673-4831(2017)01-0055-07

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.01.008

高家驥(1981—),男,內(nèi)蒙古呼倫貝爾人,講師,博士生,主要從事城市人居環(huán)境與城市公共藝術(shù)研究。E-mail: 18624287676@163.com