城市地质环境承载力研究进展及展望

杜　蕾，谢婉丽

(西北大学,陕西 西安　710069)

0　引言

城市是社会发展到一定历史阶段的产物[1]，第二次工业革命后，工业化程度的不断提升和社会生产力的快速发展促使城市的规模和数量不断增加[2]。但与此同时，地下水污染、城市地质灾害、土壤污染、特殊土工程问题等各类城市环境地质问题普遍存在[3-5]，严重制约了城市的进一步发展。如何解决城市发展引发的地质环境问题和在城市规划中规避地质环境短板、确定合理的城市建设强度已成为当前城市规划建设的热点问题之一。同时，各界对城市发展的关注热点已从城市发展速度转变为探索城市的可持续发展途径。

城市地质环境是城市发展的基础物质条件，人类工程活动对地质环境的改造作用必须运行在其所能承受的范围之内，才能保证城市建设的可持续发展[6-7],在城市建设规划中，必须依据城市的地质环境条件,科学地确定城市发展的方向和规模,充分发挥地质环境的效应和潜能,使之与城市经济结构和发展相协调[8]。在讨论地质环境对城市发展的制约与贡献作用的大前提下，关于城市地质环境承载力的研究应运而生，城市地质环境承载力是指在特定时空条件和科技发展水平下，地质环境所能允许人类改造的极限值。进行定量的城市地质环境承载力综合评价可以帮助我们把握城市发展中的地质环境限制性因素，了解城市地质环境的阈限值，为城市规划提供相应的基础地质依据，对城市发展中回避短板、发挥优势具有重要意义。

1　城市地质环境承载力概念起源

承载力原为物理力学中的概念，指物体在不产生任何破坏时所能承受的最大负荷[9]。现在生态学中所说的承载力是指人类经济社会活动与自然环境间的相互辩证关系[10]。承载力的应用起源于19世纪，最早被借用于种群生物学中并提出了最大环境容纳量的概念，用来描述某一环境条件下种群数量增长的规律[11]。英国学者Malthus在《人口论》中指出有限的环境中生物数量的增长也是有限的[12]。随后，承载力的研究广泛开展于各个领域，其研究内容主要是由不同时代制约行业发展的最关键因素决定的。

20世纪前期，环境承载力的研究主要集中于耕地、粮食与人口增长间的适应关系及畜牧业中草原承载力的计算等。Odum在《生态学基础》中，将承载力概念与logistic曲线的理论最大值常数联系起来[13]，自此，logistic曲线开始用于渔业生产等行业，用来定量确定种群最大增长速率从而提确定最大捕鱼量。

第二次世界大战结束后，各国进入经济快速发展阶段，随着城市化水平不断提高，关于城市承载力的研究应运而生。在全球工业化程度持续推进、耕地面积的不断减少和资源危机的大背景下，各类自然资源成为影响城市发展的主要因素，城市发展过程中出现的水资源、矿产资源、土地资源、森林资源等的短缺问题逐渐引起了人们的关注，从这一时期开始，人们对城市承载力的研究主要逐渐转向各类不可再生资源对城市经济社会发展的制约作用[14-19]。

近几十年来，粗放的经济增长方式使环境污染、城市地质灾害、特殊土工程问题等日益严重[8,20-22]，关于城市承载力的研究已经从以往只考虑自然环境制约下物种生存繁衍的问题逐渐转变为城市地质环境、生态环境、自然资源、社会经济等多重约束条件下城市发展建设问题[23-29]。

总结国内外近年对“地质环境承载力”的研究[30-36]可以发现，关于城市地质环境承载力的研究总体上呈现从单因素到多因素，从简约概化到综合考虑，从研究自然属性为主的简单系统到耦合“人口-资源-环境-经济-社会”的复杂系统发展[30]。

目前对于地质环境承载力的研究还主要集中在承载力内涵和外延的确定上。在总结前人的基础上[5,37-43]，本文将城市地质环境承载力定义为在保证环境功能结构不被破坏的前提下，针对现有的科学技术、经济发展和社会管理水平，依据特定评价目标确定的地质环境所能承受人类改造的极限值。也就是在特定的地质环境和规定的环境目标下，地质环境所能承受人类改变的最大潜能，即临界值或阈限值。

2　城市地质环境承载力评价的特性

城市地质环境承载力评价与其他承载力评价相比，在评价内容和评价流程上基本相同，同时由于城市地质环境的独特性，导致城市地质环境承载力评价有其独特之处，具体表现为评价指标选取的特定性、承载力阈值的相对性、承载力评价的综合性和复杂性三个方面。

2.1　评价指标选取的特定性

城市地质环境承载力评价因子的选取与评价的城市区位和时间有关，同一城市在不同发展阶段制约城市发展的关键性因素有所不同，同一时间不同城市由于其地质环境客观因素和经济发展水平的差异导致评价指标的选取不同[44]。同时，评价指标的选取为评价目标服务，具有明显的专用性，不同评价目标下选取的评价指标侧重不同[45]。

在进行城市地质环境承载力评价因子的选取工作时，一方面，应重点考虑目前对该城市经济社会发展极为敏感或者具有决定性制约作用的因子[46]，即完全不能适应人类活动,一旦发生无法改善或需投入经费很大才能改善的环境敏感因子[47]，例如水、土地、空气、矿产等不可再生资源因素[48]和人类活动对地质环境不可恢复的改造作用。另一方面，城市地质环境承载力与其他承载力不同，其承载力值的大小受现有的科学技术水平、管理水平和经济发展水平等的影响，因此在确定评价指标时应考虑城市经济、交通、人口等因子。总而言之，城市地质环境承载力评价指标主要围绕资源、环境、社会经济、自然地理等几个大的方面选取，针对区域特色和评价目标，建立的评价指标体系各不相同，并无适用于所有评价对象的固定通用指标体系。

2.2　承载力阈值的相对性

城市地质环境承载力是一个相对值而非绝对值，其大小不是一成不变的，客观的地质环境条件、人类对地质环境的认识水平、科学技术所处的发展阶段、城市规划的资金投入、城市管理水平和相关的国家政策等都会影响城市地质环境承载力的大小[38,49-53]。承载力值的确定是承载力评价中最为关键的内容，目前关于承载力值的确定有两种看法，主流研究认为环境承载力即环境结构不变条件下可承受改造的最大值，同时也有学者提出承载力值应设定为改造最适宜值而非极限值，即小于极限阈值的某一改造水平。目前指标阈值主要是根据各类已有标准确定，包括有国际标准、国家标准、行业标准、企业标准等，或根据对某区位地质环境的多年监测统计得出一定的规律结合经验确定[4]；对于那些定性指标，无法用数值描述阈限值，主要根据其容量饱和度确定[54]。

2.3　承载力评价的综合性和复杂性

城市地质环境是一个开放的、独立的复杂多因子环境系统，主要因子包括岩石、土壤、气体、地下水和地质作用等[4]。城市地质环境的复杂性导致其承载力评价的复杂性，评价过程需要综合考虑地形地貌、地层岩性和地质构造等多重地质环境因素。

一方面，由于区域地质环境的独特性和不可复制性，提出一个普遍适用于全部区位城市的承载力评价体系较为困难，因此，进行城市地质环境承载力评价时需要考虑该城市面临的实际情况具体分析，前人的研究成果只能用作参考；另一方面，城市的发展不可避免的伴随着人类工程经济活动，地质环境对人类工程活动具有制约作用，而人类工程活动反过来会对城市地质环境产生一定影响，地质环境和人类工程经济活动之间的相互作用、相互影响导致城市地质环境评价具有复杂性[55-57]。总而言之，无论是地质环境自身的运动变化还是人类活动对地质环境造成的改造都会引起环境承载力的改变，但这两种变化又是有限的，所以承载力的变化也是在一定限度之内的[58]。

3　存在问题

(1)目前对城市地质环境承载力的评价是基于现阶段人类工程活动程度、科学技术和经济发展水平进行的。一方面，由于以往对于城市地质调查重视程度不够、调查手段有限导致城市环境地质相关资料保存不够完整，进行不同发展阶段城市地质环境承载力的对比研究较为困难；另一方面，目前对于同时期不同区位城市的地质环境承载力对比研究较少，导致对于城市发展和地质环境相互制约、相互作用以及城市地质环境承载力变化规律认识不够深入[42]，目前无法把握随时间推移承载力变化的动态发展过程并准确进行承载力变化趋势的分析预测研究，同时也对进行承载基体和承载客体之间复杂相互作用的机理研究造成一定障碍。

(2)对于承载力的评价模型多集中于定性和半定量模型，定量模型较少[43]。而在地质环境承载力的定量评价模型中，阈限值的设定又多参照各类已有标准或依据评价人员的经验确定，与被评价区位实际情况存在一定差异，导致存在部分阈值设置不合理的现象。同时常用的专家评议法等定权方法受主观因素影响较大，不同评价者对同一地区进行评价，可能会得出截然不同的结果，导致承载力评价结果与实际情况存在差异，对承载力研究成果指导城市建设规划造成了一定障碍。

(3)承载力概念和内涵存在争议[48]，对于环境承载力和环境容量等相关概念的内涵界定还不清晰。关于环境承载力评价的内容应该包括哪些部分尚没有确定的结论。承载力评价指标体系的建立有两种观点。一种观点认为城市地质环境承载力的研究应该假定环境管理和社会经济已达到最优条件下来探讨地质环境对城市发展的制约作用，这种观点注重考虑与城市建设的地质环境因素，而忽略了社会经济、文明发展水平和城市管理能力等对城市承载力的作用，对评价结果的可靠性产生一定的影响；另一种观点认为，城市地质环境与其他地质环境不同，经济、管理、政策等人为因素对城市发展至关重要，应作为承载力评价指标体系的一部分，依据这种观点建立的评价体系较完善，但过多的评价指标和复杂的评价体系会大大增加评价的工作量和计算难度，导致评价方法的可操作性大打折扣，在实际应用中往往不能达到预期的效果。

4　研究展望

(1)完善更新基础地质资料是进行城市地质环境承载力准确评价的基础。探索城市地质调查的新手段、新方法，规范城市地质调查评价的内容、技术和方法[59]，开展深入广泛的城市地质调查，建立城市地质环境数据库。一方面为环境承载力评价提供充分的基础资料，另一方面有利于进行城市地质环境承载力多层次的时空对比工作，从而掌握环境承载力变化规律及其与人类活动的相互作用机理。

(2)提高承载力评价的综合性、准确性和易操作性。进行城市地质环境承载力评价时，要将限制城市发展的关键地质因素如矿产资源、地形地貌等放在首位，同时也要应考虑当地经济发展程度、科技和管理水平的等人为因素。建立评价模型时以定量或半定量评价指标为主，排除人为主观干扰因素，简化传统评价模型中的繁琐数学问题，准确对应数学模型与地质实际，提高评价模型的有效性和可操作性，提高评价结果的准确性和科学性。

(3)从城市综合地质环境承载力出发，结合具体的城市功能和评价目标，细化评价内容，进行地质环境承载力分类定量评价。依据城市某一时期的建设目标和具体的建设内容，有针对性地确定相应的评价指标和评价模型，开展承载力专项评价，保证评价结果的实用性，使承载力评价超越单纯的理论研究层次，为下步城市国土空间规划提供地质建议，真正满足城市建设发展需要。