城市環(huán)境與生態(tài)學(xué)：第2篇 要素分析-優(yōu)化篇 第04章 城市物質(zhì)

1、第04章 城市物質(zhì),4.1 城市物質(zhì)的概念與特征 4.2 城市物質(zhì)（流）對(duì)城市發(fā)展的影響 4.3 城市物質(zhì)效應(yīng)分析之一：城市物質(zhì)流分析 4.4 城市物質(zhì)效應(yīng)分析指二：城市物質(zhì)代謝分析 4.5 城市物質(zhì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展,4.1 城市物質(zhì)的概念與特征,4.1.1 城市物質(zhì)的概念 4.1.2 城市物質(zhì)的組成及類型 4.1.3 城市物質(zhì)的特征,4.1.1 城市物質(zhì)的概念,自然生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)： 指維持生物生命活動(dòng)正常進(jìn)行所必須的各種營(yíng)養(yǎng)元素。 依附于一定的物理環(huán)境（大氣圈、水圈和土壤圈等）才能產(chǎn)生作用 具有兩個(gè)基本特征：空間性（為生物提供空間場(chǎng)所）和營(yíng)養(yǎng)性（為生物提供營(yíng)養(yǎng)） 城市生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)：城市物

2、質(zhì)是指構(gòu)成城市及維持城市運(yùn)行所必須的成分。,4.1.2 城市物質(zhì)的組成及類型,組成： 從構(gòu)成要素而言，城市物質(zhì)與自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)沒有本質(zhì)區(qū)別 從城市運(yùn)行而言，城市物質(zhì)在來源和類型等有獨(dú)特的性質(zhì),4.1.2 城市物質(zhì)的組成及類型,類型： 從物理形態(tài)來分有三類：空氣、水和固體 從“流”的角度：資源流、貨物流、人口流、資金流 從循環(huán)再生來分有三類： 可再生物質(zhì)：如生物質(zhì)、太陽能等 可循環(huán)利用的不可再生物質(zhì)：如鐵、銅、鋁等 不可循環(huán)利用的不可再生物質(zhì)：煤、石油、天然氣等,4.1.3 城市物質(zhì)的特征,城市對(duì)物質(zhì)資源的依賴性（外部輸入 VS 內(nèi)部生產(chǎn)） 物質(zhì)輸入與輸出并重 （內(nèi)耗 VS 輸出-服務(wù)性）

3、流動(dòng)性與變異性 （物質(zhì)的數(shù)量、形態(tài)、質(zhì)量和性質(zhì)的變動(dòng)） 以生產(chǎn)性物質(zhì)為主（經(jīng)濟(jì)聚集決定生產(chǎn)性生活性） 城市物質(zhì)流動(dòng)與污染排放 （物質(zhì)循環(huán)的不徹底）,2,4.2 城市物質(zhì)（流）對(duì)城市發(fā)展的影響,4.2.1 物質(zhì)豐盈程度對(duì)城市選址的影響 4.2.2 城市物質(zhì)中隱藏流 4.2.3 城市物質(zhì)的人均消耗強(qiáng)度 4.2.4 城市物質(zhì)流對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境的影響 4.2.5 城市物質(zhì)數(shù)量與城市規(guī)模的關(guān)系,4.2.1 物質(zhì)豐盈程度對(duì)城市選址的影響,物產(chǎn)豐盈度：農(nóng)、林、牧、副、漁、礦、水等 為城市的興起提供物質(zhì)基礎(chǔ)，影響城市的選址,4.2.2 城市物質(zhì)中隱藏流,城市物質(zhì)中隱藏流的比例反映城市發(fā)展的環(huán)境代價(jià)和負(fù)面效應(yīng)大小

4、 隱藏流：即非直接流和生態(tài)包袱，是指人類為獲得有用物質(zhì)而動(dòng)用的沒有進(jìn)入社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生產(chǎn)和消費(fèi)過程的物質(zhì)。,4.2.3 城市物質(zhì)的人均消耗強(qiáng)度,城市物質(zhì)的人均消耗強(qiáng)度反映了城市的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)特征 中國(guó)城市人均物質(zhì)消耗量世界其他發(fā)達(dá)國(guó)家 中國(guó)經(jīng)濟(jì)的粗放型特征,4.2.4 城市物質(zhì)流對(duì)城市地質(zhì)環(huán)境的影響,主要通過人為物質(zhì)流的作用來體現(xiàn)，即人類對(duì)地球表層的改造集中體現(xiàn)。 人為物質(zhì)流與城市地質(zhì)災(zāi)害：P72，圖4.1,4.2.5 城市物質(zhì)數(shù)量與城市規(guī)模的關(guān)系,城市物質(zhì)輸入量與城市人口規(guī)模的正相關(guān)性 城市物質(zhì)輸出（大氣和水體污染物、固廢等）與城市人口規(guī)模的正相關(guān)性,1,4.3 城市物質(zhì)效應(yīng)分析之一：城市物質(zhì)流

5、分析,4.3.1 物質(zhì)流分析的內(nèi)涵及意義 4.3.2 物質(zhì)流分析的類型 4.3.3 物質(zhì)流分析的框架 4.3.4 物質(zhì)流分析指標(biāo)體系,4.3.1 物質(zhì)流分析的內(nèi)涵及意義,城市物質(zhì)效應(yīng)：物質(zhì)進(jìn)入城市后被城市使用后產(chǎn)生的各種影響和效果的總和。 城市物質(zhì)效應(yīng)一般基于物質(zhì)流分析加以認(rèn)識(shí)。 物質(zhì)流分析：是從質(zhì)量出發(fā)，將通過社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的物質(zhì)分為輸入、儲(chǔ)存，輸出三大部分，通過研究三者的關(guān)系，揭示物質(zhì)在特定區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)特征的方法。,4.3.1 物質(zhì)流分析的內(nèi)涵及意義,分析的物質(zhì)可包括：元素、原材料、建筑材料、產(chǎn)品、制成品、廢棄物及向空氣和水利的排放物。 物質(zhì)流分析的基礎(chǔ)：熱力學(xué)第一定律（不同形式的能量在傳遞

6、與轉(zhuǎn)換過程中守恒的定律），應(yīng)用為“物質(zhì)的流入量=物質(zhì)的流出量+物質(zhì)存量的凈變化” 物質(zhì)流分析分析涉及物質(zhì)流動(dòng)的源、路徑與匯（全過程追蹤考察）,4.3.2 物質(zhì)流分析的類型,第一類：針對(duì)具有時(shí)空邊界的系統(tǒng)所展開的物質(zhì)流分析。對(duì)象尺度涉及家庭、企業(yè)、城市、區(qū)域、國(guó)家等 第二類：關(guān)注某一種或幾種元素或產(chǎn)品的流動(dòng)過程。研究其在特定時(shí)空系統(tǒng)中的流動(dòng)與動(dòng)力機(jī)制等，識(shí)別特定環(huán)節(jié)上減緩資源消耗和減輕對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。,4.3.3 物質(zhì)流分析的框架,圍繞物質(zhì)的輸入、輸出與存量來進(jìn)行。 P74，圖4.2,4.3.4 物質(zhì)流分析指標(biāo)體系,物質(zhì)流分析主要包括數(shù)據(jù)收集、整理、指標(biāo)計(jì)算和分析等環(huán)節(jié)。 指標(biāo)的確定為其中的關(guān)

7、鍵，主要有四大類指標(biāo)：P75,表4.4 物質(zhì)輸入指標(biāo) 物質(zhì)輸出指標(biāo) 物質(zhì)消耗指標(biāo) 物質(zhì)使用強(qiáng)度及效率指標(biāo),4.4 城市物質(zhì)效應(yīng)分析指二：城市物質(zhì)代謝分析,4.4.1 城市物質(zhì)代謝的含義 4.4.2 城市物質(zhì)代謝分析的意義 4.4.3 城市物質(zhì)代謝分析重點(diǎn) 4.4.4 城市物質(zhì)代謝分析的方法 4.4.5 城市物質(zhì)代謝效率分析 4.4.6 城市物質(zhì)代謝的生態(tài)效率,4.4.1 城市物質(zhì)代謝的含義,物質(zhì)代謝：是從物質(zhì)流動(dòng)的角度，描述物質(zhì)使用的全過程，主要指資源開發(fā)、加工制造、產(chǎn)品消費(fèi)、循環(huán)回用、廢物處理等五個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)所構(gòu)成的人類社會(huì)物質(zhì)的生產(chǎn)和消費(fèi)過程。 對(duì)生物圈而言，物質(zhì)代謝代謝良好，則生產(chǎn)者、消費(fèi)

8、者和分解者就平衡,4.4.2 城市物質(zhì)代謝分析的意義,可以系統(tǒng)地量度特定時(shí)空尺度上的物質(zhì)分布 通過分析物質(zhì)流動(dòng)與資源消耗，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展的結(jié)構(gòu)變化來研究物質(zhì)代謝的動(dòng)力機(jī)制與調(diào)控策略,4.4.3 城市物質(zhì)代謝分析重點(diǎn),主要元素的交換方式與機(jī)制 重金屬元素在城市居民食物鏈中的轉(zhuǎn)移與形態(tài) 城市水體的自凈與污染 時(shí)空因素對(duì)城市物質(zhì)代謝的影響 生態(tài)環(huán)境 人居環(huán)境 城市居民就業(yè)等,4.4.4 城市物質(zhì)代謝分析的方法,物質(zhì)核算法 關(guān)注的是物質(zhì)資源的分類及物質(zhì)資源平衡表，通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析城市物質(zhì)的整個(gè)生命周期的流動(dòng)過程。 貨幣核算法 適用于分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和自然資本的經(jīng)濟(jì)價(jià)值 能量核算法 聯(lián)系經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生

9、態(tài)系統(tǒng)的橋梁，能夠提供城市物質(zhì)代謝核算的統(tǒng)一量度。,4.4.5 城市物質(zhì)代謝效率分析,可用以下三個(gè)參數(shù)來評(píng)價(jià)（林親鐵等，2006） 單位產(chǎn)值物質(zhì)需求量 =（國(guó)內(nèi)直接物質(zhì)輸入量+進(jìn)口直接物質(zhì)輸入量+生態(tài)包袱*2）/總產(chǎn)值 人均物質(zhì)消耗強(qiáng)度 =（國(guó)內(nèi)直接物質(zhì)輸入量+進(jìn)口直接物質(zhì)輸入量+生態(tài)包袱*2）/人口數(shù) 物質(zhì)生產(chǎn)力 =GDP/物質(zhì)需求總量,4.4.6 城市物質(zhì)代謝的生態(tài)效率,城市物質(zhì)代謝的生態(tài)效率是指城市物質(zhì)代謝過程中單位資源消耗和污染負(fù)荷所提供的社會(huì)服務(wù)量。 通過對(duì)資源的循環(huán)利用和能量的梯級(jí)利用，降低或減少城市系統(tǒng)對(duì)物質(zhì)原料的消耗強(qiáng)度以及廢物排放數(shù)量，可以提高城市物質(zhì)代謝的生態(tài)效率。 生態(tài)效

10、率不僅能夠描述和反映經(jīng)濟(jì)與環(huán)境、資源的關(guān)系狀況，也能夠綜合衡量資源、環(huán)境各領(lǐng)域之間的協(xié)調(diào)程度。,4.4.6 城市物質(zhì)代謝的生態(tài)效率,城市物質(zhì)代謝生態(tài)效率分析主要研究物質(zhì)代謝過程產(chǎn)生的環(huán)境影響，這種影響取決于進(jìn)入城市的自然資源和物質(zhì)的數(shù)量與質(zhì)量，以及從城市生態(tài)系統(tǒng)排出的廢棄物質(zhì)的數(shù)量與質(zhì)量。 世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）提出生態(tài)效率概念模型：E=S/I E 為生態(tài)效率。 S 為社會(huì)服務(wù)量，可用人口數(shù)、年產(chǎn)值（如 USV）和年工業(yè)增加值表示； I 為生態(tài)負(fù)荷，反映資源利用水平和污染物排放情況,4.4.6 城市物質(zhì)代謝的生態(tài)效率,生態(tài)負(fù)荷包括資源負(fù)荷和環(huán)境負(fù)荷，相應(yīng)的生態(tài)效率可分為資源效率和環(huán)境效率，用符號(hào)R和P表示: 資源效率R和環(huán)境效率P模型，分別從源頭循環(huán)（減少原生資源的消耗）和末端循環(huán)（減少污染物的產(chǎn)生）的角度表征城市物質(zhì)代謝的生態(tài)效率。,R,4.5 城市物質(zhì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展,4.5.1 物質(zhì)循環(huán)的狹義與廣義 4.5.2 城市常見廢棄物的生態(tài)化利用,4.5.1 物質(zhì)循環(huán)的狹義與廣義,傳統(tǒng)的狹義物質(zhì)循環(huán)：只回收以產(chǎn)生的價(jià)值高的廢棄物 現(xiàn)代的廣義物質(zhì)循環(huán)：考慮如何提高資源生產(chǎn)效率，并從源頭減少?gòu)U棄物產(chǎn)生。有必要進(jìn)行專門的城市物質(zhì)規(guī)劃，并在規(guī)劃時(shí)使用廣義的物質(zhì)循環(huán)作