XX城市资源可持续利用与生态环境保护研究专题研究.docx

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XX城市资源可持续利用与生态环境保护研究专题研究

前言

近年来，随着经济的快速发展，中国城市化的进程不断加快。

城市化在给人类带来诸多益处的同时，也带来一系列严重的生态环境问题，对自然生态系统和公众健康产生了一定负面影响。

主要表征为：

人工设施占用大量自然生态系统、自然生境破碎化严重、局部环境污染呈现加剧态势等。

面对城市化进程中的生态与环境问题，人类也并非无所作为。

管理者、规划师以及公众等都在寻求解决问题的途径与措施。

近年来，城市总体规划愈来愈重视考虑生态与环境因素。

实践证明，“原封不动地保护自然”的环境原教旨主义以及“经济发展至上”的经济原教旨主义都不可能调和社会经济发展与环境保护的矛盾。

事实上，制定城市总体规划的过程就是寻找以最小生态代价换取永续的社会生产力发展的空间最优布局的过程。

青岛市作为山东半岛的龙头城市，其经济的强势辐射作用日益凸现。

XX市以其优越的经济区位和良好的发展资源，成为大青岛区域最具发展活力的城市之一。

在快速发展的新形势下，已有城市总体规划已经不能适应发展的需求，因而，XX市政府委托深圳市城市规划设计研究院完成XX市城市发展战略研究和新一轮总体规划的修编工作。

其中，将《XX城市资源可持续利用与生态环境保护策略》列为专题之一，由北京大学环境学院承担。

《XX城市资源可持续利用与生态环境保护策略》专题的研究目的在于：

（1）从支撑城市和区域发展的基本生态基准及资源条件的角度出发，对城市发展和生产力布局的生态及资源约束条件予以解析，明晰不同规划时段城市发展及生产力发展的相对极限规模；

（2）从空间分布格局的角度，在GIS支撑下，确定各项建设活动的空间布局的生态适宜性，遵从维系合理生态空间布局体系的原则，确定不同地域空间上的建设活动适宜类型，大致划分城市物质建设的适宜空间、控制空间、禁止空间等，从自然资源与生态环境适度的角度提出城市空间发展的供给策略；（3）研究自然资源与生态环境等因素在城市发展核心竞争力中的地位，从维护和提升核心竞争力的角度提出资源可持续利用与生态环境保护的发展策略。

从上述研究目标出发，本专题安排以下章节：

一、XX市自然资源可持续利用评价

二、XX市域环境容量分析

三、XX市城市空间发展分析

四、XX市东部滨海区海洋资源利用与环境保护

五、XX市资源可持续利用与保护对策

从单一要素的空间格局分析到多图层的城市发展空间生态适宜性分析，都是在GIS支撑下基于格点操作的。

所有因素的格点大小均为25×25m。

为了保证格点精度的一致性，部分因素进行了Kriging插值。

本次研究所依赖的GIS平台为ArcGIS8.3（ESRIInc.1999-2002）。

分析及提交的矢量数据格式为coverage和shp，栅格数据为ArcInfo的grid。

本次研究的数据源为：

气候要素如气温、降水等采用中国气象局的XX市建站到2001年逐日数据；数字高程数据（DEM，比例尺1：

5万）从国家基础地理信息中心购买；土地数据来自XX市土地管理局的土地更新资料（土地利用部分数据采用ArcGIS直接统计得出，和统计资料有些出入）；土壤数据采用中国1：

100万数字化土壤库，并根据当地资料等细化；社会经济数据来自当地的国民经济统计资料。

本专题在研究中采用前人的一些研究成果，包括数字、图表和结论。

在引用处一般做了标注。

如有遗漏，当向原作者谨致歉意。

第1章XX市自然资源利用可持续性评价

1.1基本概况

XX市位于山东半岛西南部，东濒黄海，南依崂山，近临青岛，是青岛市所属的县级市，其地理位置界于120°17´～121°23´E、36°18´～36°37´N之间。

东西最长76.25公里，南北最宽36.25公里，陆地总面积1780平方公里，海域总面积2500平方公里。

共划分为18个镇、5个街道办事处、1个省级经济开发区、1个省级旅游度假区。

根据第五次人口普查数据，全市总人口111.1万人。

XX地势自东南向西北倾斜（图1－1）。

全市地形高程最高为324.4米，最低为-16.5米，平均34.23米，标准差为26.90。

从高程分布直方图中（图1－2）可以看出，全市绝大部分区域海拔高度21～59米之间，约占整个市域面积的50％以上，21米以下的区域占37.5％。

从区域差异看，东部为低山丘陵区，面积626平方公里，占总面积的35.2％。

中部为平原区，面积631平方公里，占总面积的35.4％。

西部为低洼区，面积523平方公里，占总面积的29.4％。

图1－1XX市地势图

主要河流有14条，其中大沽河是山东半岛最大的河流，流经XX36.9公里。

XX海岸线长183公里，居青岛五个县市首位，占全国海岸线总长的百分之一。

罗列着7个较大港湾和24个大小岛屿。

XX属北温带季风气候，年平均气温为12℃，年平均降水量在613～905mm之间，月平均相对湿度为69％，年日照时数为2726小时。

地貌格局对于城市建设和工业生产力布局以及农业生产具有重要制约作用。

西部地区地势低洼，坡度较小且土壤深厚，因而成为XX市重要的农业生产基地；中部除个别区域外地势平坦，排水良好，为市镇建设提供了良好的基质条件；东部为低山丘陵，地势起伏较大。

除个别区域外，种植业的适宜度较低，对于布局规模较大的城镇及其附属设施也有一定的限制。

该区域适宜开展旅游等活动。

图1－2XX市地形高程所占比例

1.2土地资源

1.2.1土地利用现状分析

根据XX市土地详查和历年土地更新资料，截止到2004年，全市共有土地面积190150.32（在ArcGIS中统计，与原数据有出入，原为184070.4公顷），其中耕地115546.61公顷，占60.77％，林地10962.72公顷，占5.77％，园地2628.13公顷，占1.38％，建设用地（居民点、工矿及交通用地）25709.47公顷，占13.52％，水域15872.22公顷，占8.35％，未利用地13633.44公顷，占7.17％，其他用地5797.71公顷，占3.05％。

表1－1XX市各乡镇土地利用现状（2004年）单位：

公顷

单位

耕地

园地

林地

建设用地

水域

未利用土地

大信

2518.63

42.59

188.59

845.63

285.93

188.59

南泉

3577.18

36.50

355.89

1082.89

407.60

340.68

移风店

9405.31

194.68

288.97

1015.97

535.36

310.27

温泉

6253.98

206.84

806.08

869.96

809.12

705.70

王村

4404.56

212.93

565.78

760.46

778.71

565.78

通济办事处

2695.05

139.92

191.63

3790.11

206.84

225.09

田横

4453.23

170.34

1280.61

754.37

827.38

2293.53

七级

4994.67

42.59

264.64

796.96

346.77

255.51

普东

7160.45

79.09

188.59

827.38

419.77

139.92

龙山办事处

2853.23

219.01

684.41

1070.72

225.09

602.28

龙泉

7872.23

97.34

587.07

1441.82

523.19

371.10

刘家庄

5298.85

54.75

310.27

626.61

346.77

383.27

灵山

6539.92

194.68

279.85

638.78

334.60

212.93

蓝村

2196.19

12.17

97.34

1119.39

638.78

304.18

金口

4702.66

79.09

279.85

644.86

2433.46

285.93

经济开发区

614.45

0.00

57.79

1563.5

54.75

36.50

华山

8285.92

109.51

307.22

991.63

273.76

127.76

环秀办事处

754.37

54.75

179.47

1752.08

219.01

304.18

丰城

5590.87

146.01

760.46

717.87

3485.93

3181.74

段泊岚

7239.53

91.25

441.06

839.54

310.27

602.28

店集

8292.00

109.51

486.69

1009.88

584.03

225.09

北安办事处

5931.55

103.42

498.86

1399.24

967.30

219.01

鳌山卫

3911.78

231.18

1861.59

1149.81

857.79

1752.09

合计

115546.61

2628.13

10962.72

25709.47

15872.22

13633.44

图1－3XX市土地利用现状

从土地利用现状的区域来看（表1－1、图1－3），东部各乡镇的未利用土地面积较大，特别是温泉、鳌山卫、丰城、田横、金口等镇还有较大比例的未利用土地，显示出具有较大的建设用地布局空间；西部地区为传统农业种植区，农田占有较大比例，基本农田保护率一般在90％以上。

1.2.2土地利用水平分析

土地利用水平，包括土地利用程度、土地开发程度、土地利用效益、人均土地资源占有量等几个方面，每一个方面都涉及多个数量或质量指标。

利用《XX市土地综合统计年报表》、《XX市市年鉴》等资料，获取XX市的土地利用现状、社会经济状况及有关资料，定量计算出反映土地利用水平的各有关指标值，在此基础上进行分析，再与青岛市其它市区进行比较。

表1－2XX市各乡镇土地利用水平计算结果（2004年）

乡镇名称

未利用地指数

自然再生利用

级土地指数

人为再生利用

级土地指数

非再生利用

级土地指数

土地利用水平

大信

4.57

8.24

66.90

18.64

0.54

南泉

5.86

9.27

68.08

17.72

0.54

移风店

2.58

5.42

81.96

8.91

0.51

温泉

6.89

11.79

69.41

11.07

0.49

王村

6.55

11.84

59.42

11.29

0.44

通济办事处

3.00

4.83

39.38

48.36

0.69

田横

22.20

18.42

56.17

16.18

0.49

七级

3.76

6.40

78.10

11.72

0.52

普东

1.56

4.70

83.29

9.86

0.53

龙山办事处

10.23

13.49

58.01

21.76

0.54

龙泉

3.36

7.01

76.31

12.87

0.53

刘家庄

5.32

6.97

78.51

10.07

0.51

灵山

2.55

6.09

82.55

8.59

0.51

蓝村

6.87

11.29

57.60

23.08

0.55

金口

3.34

19.02

68.35

8.43

0.47

经济开发区

1.53

3.04

27.85

66.01

0.81

华山

1.21

3.96

81.18

7.91

0.49

环秀办事处

9.33

10.31

30.45

56.72

0.75

丰城

22.78

23.80

56.90

14.25

0.49

段泊岚

6.36

6.71

81.24

11.16

0.53

店集

2.07

6.61

81.00

9.45

0.52

北安办事处

2.35

10.03

70.88

14.74

0.53

鳌山卫

16.83

20.42

52.06

17.66

0.49

全市平均

7.17

10.60

68.28

15.46

0.52

注：

未利用级土地指数—指扣除田、土坎后的未利用土地面积占辖区土地面积的百分比；自然再生利用级土地指数—指天然草地、疏林地、灌木林地、迹地、河流水面、湖泊水面、苇地、滩涂土地面积之和占辖区土地面积的百分比；人为再生利用级土地指数—指耕地、园地、有林地、未成林造林地、苗圃、改良草地、人工草地、坑塘水面、田坎土地面积之和占辖区土地面积的百分比；非再生利用级土地指数—指居民点及工矿用地、交通用地、沟渠、水工建筑物和水库土地面积之和占辖区土地面积的百分比；土地利用程度值=（未利用级土地指数×0.00+自然再生利用级土地指数×0.25+人为再生利用级土地指数×0.50+非再生利用级土地指数×1.00）/100。

表1－2是经过计算得到的XX市2004年土地利用水平。

全市土地利用水平平均为0.52，处于中等偏上程度。

其中，经济开发区、通济办事处、环秀办事处利用水平最高，指数均超过0.60。

利用指数在0.50～0.60的乡镇有大信、南泉、七级、普东、龙山办事处、龙泉、刘家庄、蓝村、灵山、丰城、段泊岚、店集等。

其他东部各镇利用指数普遍较低，一般均在0.50以下。

为了判断XX市土地利用水平在青岛市所处位置，我们计算了青岛市2004年七区五市的土地利用水平。

从表1－3可以看出，XX市土地利用水平与整个青岛市的平均水平相当。

青岛市所属的市南区、市北区、四方区以及李沧区土地利用水平较高，除土地利用类型转换外，已无多少后备土地资源可资利用。

在青岛市所属的五个县级市中平度利用水平最高为0.55，胶州和莱西为0.54，XX为0.52，胶南为0.44。

尽管XX市的未利用地指数不高，但其非再生利用土地指数低于全市平均水平，而人为再生利用土地指数高于全市平均水平，反映了XX市城市建设用地和生态建设用地均有一定的拓展空间。

土地利用水平和未利用地指数同时较低在一定程度上说明XX市的土地利用集约度不高，存在着土地资源的浪费，特别是在市域的东部地区。

解决这一问题的途径在于通过土地整理、科学布局与规划等措施提高土地的使用效率和效能。

表1－3青岛市所属各市区土地利用水平

名称

未利用地指数

自然再生利用级

土地指数

人为再生利用级

土地指数

非再生利用

级土地指数

土地利用水平

青岛市

9.34

11.10

58.64

20.08

0.52

市南区

3.96

1.56

0.12

94.34

0.95

市北区

1.07

7.40

4.11

87.36

0.91

四方区

3.99

1.20

1.97

92.79

0.94

黄岛区

26.43

13.73

30.90

28.22

0.47

崂山区

8.16

53.75

22.89

14.85

0.40

李沧区

8.99

12.99

20.53

57.11

0.71

城阳区

14.55

14.06

35.52

34.62

0.56

胶州市

8.72

6.47

63.71

20.21

0.54

XX市

7.17

10.60

68.28

15.46

0.52

平度市

3.95

9.33

67.01

19.04

0.55

胶南市

19.73

14.36

49.77

15.36

0.44

莱西市

5.63

7.31

67.73

18.23

0.54

1.2.3基于碳氧平衡法的土地资源供需分析

为解决或缓解XX建设用地与非建设用地矛盾突出这一问题，本节主要从土地资源对市域人口生态用地需求与城市建设用地需求的供给能力两个方面对土地资源进行系统分析。

其中，采用碳氧平衡法对人口需要的生态用地进行计算；而建设用地供需能力分析强调在保护基本农田和永久性生态用地的前提下，计算城市发展的后备土地资源可供给量。

XX市土地资源利用的主要矛盾是建设用地和非建设用地在土地资源总量中的供给与社会经济发展需求的矛盾。

本节采取碳氧平衡法，从土地资源对市域人口生态用地需求与城市建设用地需求的供给能力两个方面对XX市土地资源的供需情况进行分析。

对于人口需要的生态用地的量化方法有很多，碳氧平衡法是这些方法中已有实例研究结果、计算方法较为完善的一种。

空气是人类生命的第一需要，可以说人的生存一刻也不能离开空气。

正常空气的组成中，按照体积计算，氮气占78%，氧气占21％，二氧化碳占0.027％，空气中二氧化碳含量的多少是衡量空气是否新鲜的重要指标。

碳氧平衡理论的基本原理就是建立在以下碳氧化学反应的基础上的。

在本专题中，我们通过碳氧平衡过程中的化学反应方程式求取相关系数，从耗氧量和制氧量两个方面进行XX市域碳氧平衡量的估算。

其中，耗氧量选取XX市主要燃料（煤、油、液化石油气）燃烧耗氧量、人群的呼吸作用和排泄物的生物化学氧化过程耗氧量之总和。

对于人类之外的其他生物有机体的呼吸作用暂不考虑（表1－4）。

XX市各项主要耗氧量的总和约为人的呼吸耗氧量的1.5倍。

因此，人均10m2森林面积即可维持城市地区人口呼吸所需的碳氧平衡的数据，可在乘以2.5左右的倍数然后除以陆生植物大气氧平衡贡献率系数（0.6）以后，作为XX市生态用地的规划下限指标，即人均约41.67m2。

设维持XX市碳氧平衡所需制氧阔叶林面积为M，则M＝总耗氧量/每ha阔叶林在生长季节一天放出氧气量/年无霜期＝845566.3÷0.73÷234＝4950.04ha。

碳氧平衡理论及相关研究进展：

人和其它生物的呼吸作用会消耗空气中的氧气并且释放出二氧化碳：

而植物的光合作用可以吸收空气中的二氧化碳，制造碳水化合物，同时放出氧气：

关于碳氧平衡法的理论研究与应用，国内外学术界都已经有过一些研究成果：

（1）空气中二氧化碳含量，若从正常的0.03%增加到0.05%-0.07%，就会使人感到不舒服；局部地区如达0.2%-0.6%，开始对人体的健康有危害作用；达到1%时，可以使人死亡。

（2）1970年日本科学家做过试验，推算出1公顷阔叶林有75公顷叶面积，每年吸收二氧化碳48吨，而放出氧气36吨，除去植物呼吸作用自耗，净吸收二氧化碳16吨，放出氧气12吨。

（3）我国科学家在上世纪70年代所做试验结果为1公顷树林日吸收二氧化碳67-69千克，放出氧气49-50千克，而比较好的草坪每平方米日吸收二氧化碳36克，放出氧气24克，只为树木的1/4-1/8。

（4）通常1公顷阔叶林在生长季节一天可以消耗1顿二氧化碳，放出0.73吨氧气。

如果以成年人每日呼吸需要消耗氧气0.75千克，排出二氧化碳为0.9千克计算，则每人有10平方米的森林面积就可以消耗掉他呼吸所排出的CO2，并供给需要的O2。

（5）据国外研究，大气中约60％的氧来自陆生植物的光合作用，其余的则要从海洋中产生。

有关统计研究表明，美国国土全部植物的吐氧量，大约只是全国石油燃烧需氧量的60％；其余40％的氧，要从太平洋上吹来。

耗氧量计算方法：

表1-4的计算方法参考了[日]中野尊正，沼田真，半谷高久，安部喜也．都市生态学．共立出版株式会社，1978年第4版。

实际计算公式如下：

（1）天然气的成分主要为甲烷，反应式

CH4＋2O2→CO2+2H2OO2消耗量＝天然气燃烧体积×2×14.29

（2）石油类燃料，将石油成分平均假定为CnH2n，按下式氧化，不考虑S、N及其他成分。

CnH2n＋n3/2O2→nCO2+nH2OO2消耗量＝石油燃烧量×48n÷（12n＋2n）＝石油燃料量×3.429

（3）设煤的平均含碳量约80%，不考虑其他成分的氧化，则C＋O2＝CO2，

O2消耗量＝燃煤量×32÷12×0.8＝燃煤量×2.133

（4）液化石油气（LPG）以丙烷为主要成分，反应式

C3H8＋5O2→3CO2+4H2OO2消耗量＝LPG燃烧量×160÷44＝LPG燃烧量×3.636

（5）呼吸耗氧只考虑人类，按每人每日消耗800g计；

O2消耗量＝总人口（人）×0.0008×365＝总人口×0.292（t/年）

（6）排泄物（生物化学耗氧量）每人每日排泄物的氧化耗氧量平均按40g计；

O2消耗量＝总人口（人）×0.00004×365＝总人口×0.0146（t/年）

表1－4XX市的耗氧量研究（2004）*

天然气（万立方米）

石油燃料（吨）

原煤（吨）

液化石油气（吨）

人呼吸（万人）

人排泄（万人）

总计

XX市总量

1000

109500

6157.88

20000

116

116

—

耗氧量（吨/年）

28580

375475.5

13134.8

72720

338720

16936

845566.3

占总量百分比

3.35

44.41

1.55

8.6

40.09

2.0

100

*数据来自XX市相关单位统计结果。

其中石油燃料消耗量根据全市各加油站每日用量得到；原煤消耗量为重点污染企业、建成区锅炉、市域民用炉灶等燃煤消耗的总和。

另一方面，制氧项为XX市的各类绿地，主要为面积最大、生态功能最强的生态用地。

计算所取的绿地制氧参数为：

1ha阔叶林在生长季每日照小时释放70kg氧气。

农田、草地、园地、灌丛、乔木林等绿地形式，则可以按单位土地面积的绿量级差，折算成等效光合作用的阔叶林面积（表1－5）。

那么可以得出2004年XX市生态用地的制氧面积为20638.54ha。

目前XX市可提供的人均等效生态用地量为177.92m2，远大于XX市生态用地的规划下限指标（人均约41.67m2）。

等效森林面积÷总人口量＝20638.54（ha）÷116（万人）＝177.92m2

表1－5XX市的制氧量研究（单位：

ha）***

供氧项

耕地

林地

园地

总量

换算系数

0.1

0.6

0.5

2004年面积

105627.62

10310.38

7779.1

—

等效森林面积

10562.76

6186.23

3889.55

20638.54

百分比

51.18

29.97

18.85

100

*数据来自《XX市土地利用总体规划1997-2010》

**换算系数依据XX市各绿地类型不同植物种类制氧水平差异计算

将M值和N值进行比较，可以得到XX市生态用地的大气氧平衡系数为4.17，即生态用地可提供的氧为产业、人口等于耗氧的4.17倍。

Q＝N÷M＝20638.54÷4950.04＝4.17

因此，若综合现有数据的分析结果可知，XX市碳氧动态关系是可以满足居民生活和工业生产需求的，并且有额外的氧气供给剩余。

但是由于缺少完整的统计资料等原因，在XX市耗氧量研究中，原煤和石油燃料的消耗量都偏低。

西安市、长沙市和深圳市也利用碳氧平衡做过城市生态用地的研究，在这三个城市中，长沙市和深圳市原煤的耗氧量占总耗氧的比例都在43%左右，而西安则达到了90