环境容量与环境承载力

1、环境容量与环境承载力 （一）环境容量 概念一：环境容量是一个复杂的反映环境净化能力的量概念一：环境容量是一个复杂的反映环境净化能力的量 ，其数值应能表征污染物在环境中的物理、化学变化及空间，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。机械运动性质。 概念二：概念二：环境容量是指某环境单元所允许承纳的污染物环境容量是指某环境单元所允许承纳的污染物 质的最大数量。质的最大数量。它是一个变量，环境容量它是一个变量，环境容量M M由两个组成部分由两个组成部分 ，即基本环境容量，即基本环境容量K K和变动环境容量和变动环境容量R R。前者可以通过环境质。前者可以通过环境质 量标准减

2、去环境本底值求得：后者是指该环境单元的自净能量标准减去环境本底值求得：后者是指该环境单元的自净能 力而言。其力而言。其 基本环境容量也被称为基本环境容量也被称为K K容量或稀释容量，变动环境容容量或稀释容量，变动环境容 量也被称为量也被称为R R容量或自净容量。合理利用生态环境的稀释和容量或自净容量。合理利用生态环境的稀释和 自净容量，无疑对防治环境污染具有重要的经济价值。自净容量，无疑对防治环境污染具有重要的经济价值。 排放方式 自净 稀释 W自净 W稀释 W 例一：水环境容量例一：水环境容量: :反映流域的自然属性（水文特性），又反映人类对环反映流域的自然属性（水文特性），又反映人类对环

3、境的需求（水质目标）境的需求（水质目标） 水环境容量水环境容量= 稀释容量（稀释容量（W稀释 稀释） ） +自净容量（自净容量（W自净 自净） ） 两部分两部分 稀释容量稀释容量: :在给定水域的来水污染物浓度高于出水水质目标时，依靠稀在给定水域的来水污染物浓度高于出水水质目标时，依靠稀 释作用达到水质目标所能承纳的污染物量释作用达到水质目标所能承纳的污染物量 自净容量自净容量: :由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域 达到水质目标所能自净的污染物量达到水质目标所能自净的污染物量 环境容量 环境容量 大气环境容量大气环境容量

4、水体环境容量水体环境容量 土地环境容量土地环境容量 大气环境容量 大气污染物主要包括：TSPTSP，SOSOx x，NONOx x ，COCOx x，O O3 3，PbPb 等。 其中， 大气空间有效面积； 大气空间有效高 度 大气环境容量 000 11 ()/(1) nn aaaiaiaia ii QVBBCR 0 0 0 a ai ai ai a Q Bi Bi Ci R 表示大气环境容量， 表示第 种污染物的标准值 表示第 种污染物的本底值，是大气环境资源的自 身原始状态， 表示第 种污染物的大气同化能力， 表示其他非主要污染物占污染物总量的比率。 aaa HSV a S a H 水 体

5、 环 境 容 量 水体环境资源主要包括地表水体( (河流、湖泊等) )和地 下水体。 城市水体污染物的主要指标包括：CODCOD、BODsBODs、CuCu、 HgHg、PbPb、CrCr、AsAs、C Ca a、溶解氧、挥发酚、氰化物等。 水体环境容量 Q Qw w 水体环境容量; ; V Vw w 水体体积; ; B Bwi wi 表示第i i种污染物的标准值; ; B Bwi0 wi0 表示第i i种污染物的本底值; ; C Cwi0 wi0 表示第i i种污染物的大气同化能力，可以采用国际通用 标准值; ; R Rw0 w0 表示其它非主要污染物占污染物总量的比率。 0 11 00 1

6、/ w n i n i wiwiwiww RCBBVQ 水环境容量基本特征 资源性 水环境容量是一种自然资源能容纳一定量的污染物也能满足人 类生产、生活和生态系统的需要；水环境容量是有限的可再生自然资源。 区域性 受各类区域的水文、地理、气象条件等因素的影响，不同水域对 污染物的物理、化学和生物净化能力存在明显的差异，导致水环境容量有 明显的地域性特征。 系统性 河流、湖泊等水域一般处在大的流域系统中，水域与陆域、上游 与下游、左岸与右岸构成不同尺度的空间生态系统，因此，在确定局部水 域水环境容量时，必须从流域的角度出发，合理协调流域内各水域的水环 境容量。 土 地 环 境 容 量 首先就其资

7、源量的确定来说，有两个方面必须考虑： 第一笼统而论，土地环境资源总量应是市域范围内的 国土总面积。第二具体来讲，从城市环境污染影响出 发，土地环境资源有效总量应为有土壤层覆盖和裸露 的市域国土总面积。 城市土地污染物的主要指标包括：CODCOD、BODBOD5 5、HgHg、CrCr 、AsAs、CaCa、SOSO2 2、挥发酚、氰化物、油类等。 土地环境容量 Ql 表示土地环境容量； Se 表示土地环境资源总量； Ml 为每公顷土地的土壤重量2250000kg ； Bli 表示第i种污染物的标准值； Bli0 表示第i种污染物的本底值； Cli0 表示第i种污染物的同化能力； Rl0 表示其

8、他非主要污染物占污染物总量的比率 0 11 00 1/ l n i n i lilililel RCBBMSQ 应用一 环境容量是在环境管理中实行污染物浓度控制时提出的概念。污染 物浓度控制的法令规定了各个污染源排放污染物的容许浓度标准，但没 有规定排入环境中的污染物的数量，也没有考虑环境净化和容纳的能力 ，这样在污染源集中的城市和工矿区，尽管各个污染源排放的污染物达 到（包括稀释排放而达到的）浓度控制标准，但由于污染物排放的总量 过大，仍然会使环境受到严重污染。因此，在环境管理上开始采用总量 控制法，即把各个污染源排入某一环境的污染物总量限制在一定的数值 之内。采用总量控制法，必须研究环境容

9、量问题。 n1996年7月，第四次全国环境保护会议召开，提出了国家 环境保护“九五”计划和2010年远景目标，明确“实施污 染物排放总量控制计划”和“中国跨世纪绿色工程计划”。 n1998年，国家环保总局颁布了全国环境保护工作（1998- 2002）纲要，提出了“一控双达标”（全国主要污染物实 施总量控制；工业污染源排放污染物要达到国家或地方规定 的标准；全国重点城市环境空气、地面水环境质量，按功能 区分别达到国家规定的标准）和33211工程，加大了重点地 区和重点流域的治理力度。 n2002年1月，第五次全国环境保护会议召开，会议提出了 国家环境保护“十五”计划，明确了“十五”期间努力完 成

10、控制污染物排放总量，改善重点地区环境质量，节制生态 恶化趋势“三大任务”。 n 国家关于总量控制的规定 我国“十一五”环境保护规划：到2010年，二氧化硫和化 学需氧量排放得到控制，重点地区和城市的环境质量有所 改善，生态环境恶化趋势基本遏制，确保核与辐射环境安 全。 我国“十二五”环境保护规划：到2015年，主要污染物排 放总量显著减少；城乡饮用水水源地环境安全得到有效保 障，水质大幅提高；重金属污染得到有效控制，持久性有 机污染物、危险化学品、危险废物等污染防治成效明显； 城镇环境基础设施建设和运行水平得到提升；生态环境恶 化趋势得到扭转；核与辐射安全监管能力明显增强，核与 辐射安全水平进

11、一步提高；环境监管体系得到健全。 国家关于总量控制的规定 （一）环境容量应用（二） 在环境规划与管理程中，人们认识到，如果将环境在环境规划与管理程中，人们认识到，如果将环境 这样一个复杂的维持自组织的系统，视为一个容纳废弃这样一个复杂的维持自组织的系统，视为一个容纳废弃 物的物的“容器容器”，显然是不合适的。，显然是不合适的。 环境容量应是一个描述系统性的、与人类社会行为环境容量应是一个描述系统性的、与人类社会行为 息息相关的动态变化量。环境容量的概念表述了环境容息息相关的动态变化量。环境容量的概念表述了环境容 纳污染物的能力，但这只是环境功能的一部分。在这一纳污染物的能力，但这只是环境功能的

12、一部分。在这一 部分内，部分内，任一环境，它的环境容量越大，可接纳的污染任一环境，它的环境容量越大，可接纳的污染 物就越多，反之则越少物就越多，反之则越少。除此之外，环境还为人类提供除此之外，环境还为人类提供 生存和发展所必需的资源、能源，为人类提供各种精神生存和发展所必需的资源、能源，为人类提供各种精神 财富和文化载体。财富和文化载体。 一种说法认为，承载力是从工程地质领域转借过来的概念，其本意是指地基的强度 对建筑物负重的能力。生态学最早将此概念转引到该学科领域内，即“某一特定环 境条件下，某种个体存在数量的最高极限”。承载力概念引入生态学后发生了演化 与发展，体现了人类社会对自然界的认识

13、不断深化，在不同的发展阶段和不同的资 源条件产生了不同的承载力概念和相应的承载力理论。 生态承载力是生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境的供应与容纳能力 及其可维持的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量。对于某一区域， 生态承载力强调的是系统的承载功能，而突出的是对人类活动的承载能力，其内容 包括资源子系统、环境子系统和社会子系统。所以，某一区域的生态承载力概念， 是某一时期某一地域某一特定的生态系统，在确保资源的合理开发利用和生态环境 良性循环发展的条件下，可持续承载的人口数量、经济强度及社会总量的能力。生 态承载力大体可以分为土地资源承载力、水资源承载力等类型。 （二）环境

14、承载力 在人类面临粮食危机、土地日趋紧张的情况下，科学家提出了土地承载力 的概念。在环境污染蔓延全球、资源短缺和生态环境不断恶化的情况下， 科学家相继提出了资源承载力、环境承载力、生态承载力等概念。 另一种说法认为，承载力的起源可以追溯到马尔萨斯时代。马尔萨斯是第一 个看到环境限制因子对人类社会物质增长过程有重要影响的科学家，他的资 源有限并影响人口增长的理论不仅反映了当时的社会存在，而且对后来的科 学研究产生了广泛的影响。达尔文在其进化论观点中采用了人口几何增长和 资源有限约束的观点。同样马尔萨斯的资源环境对人口增长的限制的观点对 人口统计学也存在巨大的影响。将马尔萨斯的理论用逻辑斯缔方程的

15、形式表 示出来，用容纳能力指标反映环境约束对人口增长的限制作用可以说是现今 研究承载力的起源。 1. 环境承载力的内涵 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。 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、物流和负熵流来维持自身的稳态，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，还与人类作用有关。 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

16、要判据。 （二）环境承载力 2. 2. 环境承载力的描述环境承载力的描述 环境承载力是环境系统固有功能的表现，它不仅与环境系统环境承载力是环境系统固有功能的表现，它不仅与环境系统 本身的结构有关，还与外界（人类社会经济活动）的输入输本身的结构有关，还与外界（人类社会经济活动）的输入输 出有关。若将环境承载力（出有关。若将环境承载力（EBCEBC）看成一个函数，那么它至）看成一个函数，那么它至 少包含三个自变量：时间（少包含三个自变量：时间（T T）、空间（）、空间（S S）、人类经济行为）、人类经济行为 的规模与方向（的规模与方向（B B）：）： EBC=fEBC=f（T, S , BT, S

17、 , B） 环境承载力的特点是时间性、区域性、主客观的结合性。环境承载力的特点是时间性、区域性、主客观的结合性。 为了方便量化描述，将环境承载力划分为：为了方便量化描述，将环境承载力划分为：环境能够容纳环境能够容纳 污染物的量；环境持续支撑经济社会发展规模的能力；污染物的量；环境持续支撑经济社会发展规模的能力；环环 境维持良好生态系统的能力。境维持良好生态系统的能力。 （二）环境承载力 3. 3. 环境承载力指标体系环境承载力指标体系 从环境系统与人类社会经济系统之间物质、能量和信息从环境系统与人类社会经济系统之间物质、能量和信息 的联系角度，可以将环境承载力指标分为三部分：的联系角度，可以将

18、环境承载力指标分为三部分： （1 1）资源供给指标。）资源供给指标。如水资源、土地资源和生物资源的如水资源、土地资源和生物资源的 数量、质量和开发利用程度；数量、质量和开发利用程度； （2 2）社会影响指标。）社会影响指标。如经济实力、污染治理投资、公用如经济实力、污染治理投资、公用 设施水平和人口密度等；设施水平和人口密度等； （3 3）污染容纳指标。）污染容纳指标。如污染物的排放量、绿化状况和污如污染物的排放量、绿化状况和污 染物净化能力等。染物净化能力等。 通过环境承载力指标体系，可以间接量化表达某一区域通过环境承载力指标体系，可以间接量化表达某一区域 的环境承载量和环境承载力。环境承载

19、力可以被应用于环境的环境承载量和环境承载力。环境承载力可以被应用于环境 规划，并作为其理论基础之一，成为从环境保护方面规划未规划，并作为其理论基础之一，成为从环境保护方面规划未 来人类行为的一项依据。来人类行为的一项依据。 指标体系例一环境容载力评价指标体系结构 目标层目标层A 准则层准则层B 指标层指标层C 指标层指标层D 环境承载力环境承载力A 自然资源容载力指标自然资源容载力指标B1B1社会经济容载力指标社会经济容载力指标B2B2容载力可持续指标容载力可持续指标B3B3 大气容载力指标大气容载力指标C1 水资源容载力指标水资源容载力指标C2 土地资源指标土地资源指标C3 人口资源容载力指

20、标人口资源容载力指标C5 经济发展力容载指标经济发展力容载指标C6 基础设施容载力指标基础设施容载力指标C7 优势度指标优势度指标C10 潜力度指标潜力度指标C11 d11,d12. d21,d22. d31,d32. d41,d42. d51,d52. d61,d62. d71,d72. d81,d82. 生物资源指标生物资源指标C4 社会设施容载力指标社会设施容载力指标C8 科教容载力指标科教容载力指标C9 饱和度指标饱和度指标C12 协调发展度指标协调发展度指标13 d91,d92. d111,d112. d101,d102. d121,d122. d131,d132. 例子水环境承载力

21、的定量表述方法 由表征水环境承载力大小的由表征水环境承载力大小的综合指数综合指数或或相对值相对值来表示。来表示。 假设在一个地区的经济发展规划中，有假设在一个地区的经济发展规划中，有m m个发展方案，因个发展方案，因 而存在而存在m m个水环境承载力。不妨设此个水环境承载力。不妨设此m m个水环境承载力为个水环境承载力为 Ej(j=1,2,Ej(j=1,2,，m)m)，再设每个水环境承载力由，再设每个水环境承载力由n n个具体指标个具体指标 确定的分量组成，即：确定的分量组成，即： 由于水环境承载力的各个分量具有不同的量纲，为了比较其 大小，必须对其各分量进行归一化处理。上式归一化处理后 则为

22、： 其中， 这样，第j个水环境承载力的大小（综合值），可用归一 化后的向量的模来表示，即： 为了突出水环境对不同经济发展方案的支持因子的支持作 用，可用下式表示第j个水环境承载力的相对大小： 综合指数越大，水环境承载力越大；相对值大于等于1， 表示该方案下人类活动与水环境是协调的。 资源丰富度污染抗逆调控动态趋势 大气环境气候资源丰 富度指数 大气污染指 数 大气污染调 控指数 大气环境质 量动态变化 指数 大气环境 承载力 水环境水资源丰富 度指数 水污染指数水污染调控 指数 水环境质量 动态变化指 数 水环境承 载力 土地环境土地资源丰 富度指数 土地污染指 数 土地污染调 控指数 土地环

23、境质 量动态变化 指数 土地环境 承载力 社会环境社会资源丰 富度指数 社会污染指 数 社会污染调 控指数 社会环境质 量动态变化 指数 社会环境 承载力 基本承载力污染承载力抗逆承载力动态承载力综合环境 承载力 环境承载力评价分解环境承载力评价分解 环境承载力指数计算方法 某环境要素（如大气）的污染指数； j 某环境要素污染的各项指标； wj 第 j 项指标的加权值； 第 j 项指标的污染指数。 jj EwE E j E j E 主要采用模糊归一化方法和加权法对指主要采用模糊归一化方法和加权法对指 标的原始数据进行归一化处理标的原始数据进行归一化处理 环境承载力指数计算方法 minmax min EE EE E ij j minmax max EE EE E ij j 表示第 j 项指标的污染指数； Eij 表示第 j 项指标的第 i 分量值（第 i 年值）； Emin 表示第 j 项指标各年分量最小值，也可以取该项 指标的国家标准目标上限值（如国家一级标准）； Emax 表示第 j 项指标各年分量最大值，也可以取该项 指标的