城市生态规划关键技术方法之五：生态支持系统瓶颈分析方法

本文主要参考胡廷兰, 何孟常, 杨志峰的《城市生态支持系统瓶颈分析方法及应用研究》一文。

城市是由社会、经济和自然3 个子系统构成的复合生态系统, 城市的发展需要凭借城市生态支持系统的支撑。城市生态支持系统由多个因子组成, 瓶颈要素是城市生态支持系统中阻碍和制约城市发展的因子。

城市生态支持系统是城市用以协调城市与自然的相互关系, 维持和推动整个城市生态系统的稳定和平衡, 为城市提供生态支持和调控的系统, 它是城市赖以生存的生态基础和载体, 一定政治、社会、技术、经济背景下决定着城市可持续发展状况、方向和规模。城市生态支持系统由一系列复杂生态环境要素构成, 不同要素具有不同功能和支撑作用, 能够满足城市发展的不同要求。城市生态支持系统对城市发展的支撑作用包括由资源要素(如水资源、土地资源、能源等)、环境要素(如水环境、大气环境、绿地系统等)以及人共同决定资源的持续供给能力、环境持续容纳能力、自然持续缓冲能力以及人类自组织自调节能力。

城市社会经济系统增长型的发展趋势决定了其对资源的需求是无限的; 生态支持系统的发展是稳定型的, 它寻求在发展中的平衡与协调, 并且逐步趋向于最大的稳定态, 经济发展无限需求与生态支持系统有限供给之间的矛盾决定了制约城市生态系统可持续发展的瓶颈要素必然存在。城市生态支持系统瓶颈要素是阻碍和制约城市社会经济系统发展速度和规模、主导城市发展方向的关键要素。城市生态支持系统瓶颈要素分析最终目的是通过辨识制约城市发展的关键要素, 实施生态调控策略, 提升瓶颈要素对城市发展的支撑能力, 优化城市生态系统的发展环境。

由于城市生态支持系统各要素供给与需求状态是动态的, 因此由要素供给与需求共同决定的要素瓶颈状况也必然呈现出随时间变化的特征, 在进行城市生态系统调控时需要充分考虑其随着时间推移的发展变化, 特别是城市生态系统各要素供给与需求的动态耦合效应。

瓶颈要素评价首先需要了解各要素的供需平衡状态, 惟有如此, 城市规划才能够找出处于供小于求状态、有可能对城市生态系统产生重大影响的城市生态支持系统瓶颈要素, 以最小资源成本(包括人力、物力、财力、科学技术、情报信息等) 对其实施有效生态调控。

城市生态支持系统瓶颈要素评价方法如下：

处于短缺状态的要素, 由于其对城市发展具有阻碍和制约作用, 因此需要了解要素供给与需求的相对关系, 即由现实社会经济规模决定的要素需求与要素可持续供给之间的缺口究竟有多大, 从而才可能制订相宜的调控策略。根据要素供求关系, 可用瓶颈指数表征要素对城市发展的阻碍和制约程度。由于城市生态支持系统要素具有不同性质及供需特征, 可将要素分为资源要素和环境要素两大类, 其瓶颈指数表达式如下：

资源要素 R i=L i/D i×100% =（D i- B i）/D i×100%　(D i≥B i)

环境要素R i= H i- H si (适用要素: 林地、绿地、能源结构)

（H i- H si）/H si 　(适用要素: 大气环境、水环境)

式1为资源要素的瓶颈指数计算方法,式2为环境要素的瓶颈指数计算方法。式中, R i 为要素i 的短缺指数, i 为要素,B i 为要素供给量, 即供需均衡状况下要素i 的需求量,D i 为社会经济系统对瓶颈要素i 的实际需求量,L i 为对瓶颈要素i 的实际需求量与均衡需求量之差, H i 为要素i 的环境质量状况, H si为要素i 的环境质量标准。

对于有多个要素处于短缺状态的城市生态支持系统, 从社会资源配置角度出发, 必须对比不同短缺要素供给与需求关系,从而确定要素生态调控的优先等级和重点调控对象。可采用分等定级法将城市生态支持系统瓶颈效应分为极强、强、较强、弱、无5 级, 通过德尔菲法获取专家对瓶颈等级的原始得分判断及各要素指标标准值, 在此基础上对原始得分进行综合确定城市生态支持系统不同瓶颈等级的瓶颈指数值范围。

即将之前计算出的瓶颈指数与下表进行比较，辨别出瓶颈等级。



当城市生态支持系统存在瓶颈要素时, 需要进行生态调控, 否则城市社会经济系统的增长将受到阻碍或者城市生态支持系统将面临退化风险, 城市生态系统有可能偏离可持续发展目标。城市生态系统生态调控的目的是通过政策、管理、技术、工程等手段对城市生态系统进行调控, 以提高资源的持续供给能力、环境持续容纳能力、自然持续缓冲能力以及人类自组织自调节能力, 保证城市可持续发展。解决瓶颈问题的生态调控一般包括两个方面: 一是调节供给, 包括通过贸易、技术等手段开发新的供给源, 提升整个要素的供给能力, 表现在供给曲线上就是供给曲线向右平移; 另一个方面就是调节需求, 这种情况下又分两种情况, 一种当前社会经济发展速度过快, 与城市生态支持系统的支撑能力不相适应, 在这种情况下, 生态调控的任务是降低过快的社会经济发展速度以减少要素需求使要素供给与需求趋向平衡, 另外一种情况是当前的社会经济规模是合理的, 但是由于配套设施不健全、技术工艺落后、要素利用不合理而导致瓶颈问题出现, 生态调控的任务就是通过工程建设、技术革新、加强管理等措施提高要素的有效供容能力, 调节需求的这两种情况表现在需求曲线上就是需求曲线的上移。

在实例应用中，可选择水资源、水环境、土地资源、能源、能源结构、大气环境、林地系统、绿地系统作为评价要素，计算瓶颈指数，再根据上面的表得到瓶颈等级。可以计算不同情景下各目标年的瓶颈指数和级别，不同的情景可以包括“基于当前资源利用和环境保护情景”和“采取生态调控措施情景”，目标年就是当年和未来的某年。

该评价方法能够明确表征城市生态支持系统的状况, 准确辨识瓶颈要素和把握城市宏观整体情势, 标示城市生态调控的重点, 为城市规划和城市生态系统管理提供了基础决策支持。找到城市发展的制约因子，通过采取相应的利用、控制、调整、交易、保护、限制等宏观和微观规划措施, 对水资源、能源、水环境质量、能源结构等生态支持系统瓶颈要素实施生态调控, 瓶颈因素对城市生态支持系统的制约作用将极大缓解, 从而使部分瓶颈要素实现供需均衡,奠定实施城市生态系统可持续发展战略的生态基础。

这就是采用生态支持系统瓶颈分析法进行生态规划的意义之所在。