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西安苏州为例分析城镇化对环境的影响
西安、苏州为例分析城镇化建设对环境的影响
——第二次作业
组员:
前言
自改革开放以来,我国的城镇化发展速度加快进入了比较活跃的时期,城市劳动力由农业转移到非农业的速度加快,农村人口向城镇转移增多,随着城市化过程中大规模的工程建设、交通运输、污染物排放,不当的土地利用和管理等,使城市及周边环境遭受了强烈的影响,并发生许多不良变化,有些甚至是不可逆的。
本文以西安、苏州为例,从土地、能源、粮食、城市温度等角度分析城镇化建设对环境的影响,为接下来的研究提供参考。
1.城镇化
城镇化是指农村人口转化为城镇人口的过程。
反映城镇化水平高低的一个重要指标为城镇化率,即一个地区常住于城镇的人口占该地区总人口的比例。
城镇化是人口持续向城镇集聚的过程,是世界各国工业化进程中必然经历的历史阶段。
当前,世界城镇化水平已超过50%,有一半以上的人口居住在城市。
早在“十一五”规划纲要就已经明确“要把城市群作为推进城镇化的主体形态”,十二五规划再次建议,以大城市为依托,以中小城市为重点,逐步形成辐射作用大的城市群,促进大中小城市和小城镇协调发展。
本文中西安城镇化率68.8%,在全国286个城市中位列第33,苏州的城市化率已经达到了72.3%。
2.城镇化对土地的影响
2.1西安
根据西安发展的历史和现状特点,在地域上将其划分为市中心区City-core)、内圈(Inner-city)、中圈(Sub-urban)和外圈(Ex-urban)4个圈层。
市中心区即西安明城墙以内,面积13km2;内圈即城墙与内环线之间的区域,面积约90km2;中圈即西安内外环线之间的区域,面积约360km2;外圈即外环线以外的区域,面积约9500km2。
(04年数据)
表11982年,1990年和2000年西安市不同地域圈层的人口数量和人口密度
表2西安地区土地利用分类结果(1988和2003年)
表2是1988和2003年西安地区土地利用分类结果。
可以看出,15年来,六大土地利用,类型都发生了不同程度的变化。
其中城镇用地的变化率最大,1988年其面积为59711.31hm2,而到了2003年为75043.53,增幅达25.68%。
可见,在这15年间,西安地区的城镇扩展是较快的。
同时从图2中可以发现,西安市区的扩展为整个地区城镇扩展的主体,其它县城及乡镇扩展的面积并不显著。
同期面积增加较多的还有果园,由1988年的25329.69hm2增加到2003年的28612.26hm2,变化率为12.96%;林地有少量的增加,增幅为1.11%。
这主要是受到退耕还林政策和农业经济结构调整的影响,使得果园和林地面积都有所增加。
在6类土地利用中,面积减幅最大的为耕地,1988—2003年,其面积共减少19951.65hm2,减幅达11.48%,另外,水体面积在15年间减少了2.37%,使西安地区的水资源形势更加紧张,未利用地面积变化不大,只减少了0.32%,但它所占的面积比依然很高,达23.08%。
从上图可以看出,1988—2003年间,城镇的新增面积主要是由耕地、未利用地、果园和水体转化而来。
其中耕地有23718.60hm2转化为城镇,转移概率达13.65,是转化为城镇用地面积最多的土地利用类型。
这与城镇周边地区分布大量耕地有关,在城镇扩展过程中,自然首当其冲。
其次是未利用地,随着城市化进程的加快,城镇附近原先没有被利用的土地逐渐被城镇占用,在这15年中,有12617.01hm2的未利用地转化为城镇用地,转移概率为9.51%。
果园和水体转化为城镇用地的面积不大,分别为2343.06hm2和990.27hm2,但是由于它们基数较小,其转移概率依然较高,分别达到9.25%和13.30%。
可见,城镇的扩展不仅是一个人口增加的过程,而且对耕地、果园等其他土地利用都产生了很大的影响,尤其是对耕地的占用,使得本来就十分有限的耕地资源更为紧缺。
2.2苏州
全区地形以平原为主,境内地势平坦,河网密布,素有“鱼米之乡”之称。
总面积10177.9km2,平原占59.48%,,低山丘陵占3.51%,水面占37.01%,人口密度石644人/km2.三十年来,全区土地减少了83万亩,人口增长了226万,,人均土地从1949年的2.11亩/人下降到1979年的1.22亩/人,下降了41.2%。
。
每个劳动力负担的耕地从1949年的4.77亩下降到1979年的2.99亩。
图21984~2003年苏州地区土壤动态度空间分布
图31984~2003年城市化指数空间分布
图苏州历年来人口密度变化趋势图苏州市农业人口与非农业人口变化
2.2.1总量高速增长
进入90年代后,城镇土地利用总量呈高速增长,4年的增长量几乎超过历史的累积,但同时,各年增长速度波动加强。
全地区城镇建设用地总量1991年为220.68km2,1994年增加到419km2。
苏州市城市建设用地1982年为30.0km2,1994年达66.0km2。
其中,1982-1990年8年间增加7.1km2,年增不足0.9km2,年均增长率2.69%;而1990-1994年,平均每年增长即超过7km2,年均增长率15.50%。
但整个80年代城市建设用地变化的起伏均不大,进入90年代,增长最快的1991年,年增幅达32.61%,而增长最慢的1993年年增幅仅5.01%。
六市(县)建制镇、集镇用地的变动情况相似。
小城镇、中小城市城镇土地扩张明显快于大城市,尤以小城镇突出,但90年代中小城市城镇土地扩张加速,小城镇发展势头有所下降且小城镇之间城镇土地增长速度出现明显分化。
1986-1990年,苏州市建成区面积共增长6.61%,同期苏州地区建制镇、集镇用地共增长11.65%,后者是前者的1.76倍;至1994年,苏州市建成区面积比1990年增长77.90%,而同期建制镇、集镇用地增长高达145.57%,两者之比达到1.87。
在1991年城镇建设用地总量中,苏州市、六市(县)城区、建制镇和集镇建设用地分别占22.35%,26.11%,51.77%,而1994年为15.75%,26.49%,57.76%,可见小城镇、中小城市(区域次级中心城市)城镇土地的扩张速度要快于大城市,而小城镇则是增长最快的。
但与中小城市相比,从80年代到90年代的较长时段考察分析,其发展势头已不如80年代。
2.2.2讨论
粘壤质普通简育水耕人为土和粉砂粘壤质普通简育水耕人为土是苏州地区的主要土壤类型,20年来面积比重分别减少了11%和14%,是苏州地区城市扩张用地的主要土壤类型;壤质石灰淡色水耕人为土和粘壤质饱和粘盘湿润淋溶土属于地方特有土壤类型,它们仅在太仓市西部地区有小面积分布,20年来面积比重没有变化.
金阊区、平江区、沧浪区是苏州地区城市扩张的中心城市,3个时期中土壤多样性动态变化都很激烈。
部分城市的一些土壤类型已濒临消失,如平江区的粘壤质普通简育滞水潜育土、太仓市的砂质石灰性斑纹湿润正常新成土90%以上的土壤表面已经变为城镇用地.统计分析表明,城市化对土壤多样性的影响极显著,城市化是苏州地区土壤多样性变化的一个首要驱动因子。
1984-2003年是整个苏州地区经济高速发展、城镇快速扩张的时期,未受或受城市化影响较小的土壤微乎其微。
目前,虽然一些地方独有稀有土壤类型(如壤质石灰淡色水耕人为土和粘壤质饱和粘盘湿润淋溶土)还未受到城市化干扰,但苏州地区城镇建设仍处于继续加速发展阶段,土壤多样性保护面临更加严峻的挑战。
土壤多样性变化受多种因素或条件的影响和控制。
本研究由于数据库正在建立中,尚未建成完善的包括土壤理化性质、土壤景观、土地利用及分类等子库的有关长江三角洲地区的土壤数据库,因而文中只对苏州地区土壤多样性动态变化特征进行了初步探索。
3.城镇化建设对粮食供给的影响
我国目前每年粮食消费量大致是9600亿斤,人口增加和生活水平提高,要引起粮食需求的增长,但我国已度过粮食需求快速增长的时期,目前的需求增长每年大约只有1%左右,今后也不大可能加快。
2012年,我国农民工数量达到2.63亿人,并且每年以近千万人的速度增长,未来“谁来种地、如何种地”已经成为回避不了的问题。
是从供应总量看,陕西省虽为农业省,但粮食产区仅限于八百里秦川,产需是紧平衡。
西安市粮食生产远不足需,缺口较大。
从产粮的根子耕地来讲,虽然目前西安市有耕地413.9万亩,粮食播种面积630万亩,单产、总产均居全省地市之首。
可西安市是一个拥有830多万人口的特大外向型城市,是西部地区的粮食主销区,随着城市经济的快速发展,加上不断增加的户籍人口、常驻人口、流动人口近1000万人,口粮消费刚性增长,同时,工业、饲料和转化等行业也人口夺食,粮食供需缺口越来越大。
据统计,仅2007年,全市粮食缺口20多亿斤,食用油缺口3亿斤左右,可以讲,居民口粮中,小麦的50%以上,大米、食用油、大豆等品种全部需要从外地调入。
要弥补缺口,单纯的依靠通过各种措施提高单产,潜力很有限,所以西安市对外依赖程度非常大。
据统计,2008年西安完成收购粮食12.5亿公斤,销售粮食12.5亿公斤,完成市级储备小麦轮换1亿公斤。
西安着力建设在8个区县、950个农户的试点工作,力争用3-5年时间,在全市500个行政村、80000家农户中普及应用新型粮仓;抓好粮食收购,合理确定收购价格,适时入市收购,采取多种有效措施,方便农民售粮。
同时继续与粮食主产区建立长期稳定的购销关系,以解决粮食缺口,保证总量平衡;加快粮食产业发展,建设西安泾阳粮食储备加工物流基地和西安徐家湾粮油物流基地,全面建成后,将保证西安市居民大米和食用油消费100%、面粉消费65%的供应,成为西安市粮食安全的根本保证;加强粮油市场监管,坚决打击囤积居奇,哄抬物价,扰乱市场秩序的违法行为,切实维护正常的粮食流通秩序。
未来5年内,苏州市水稻面积不少于110万亩,小麦面积不少于90万亩,粮食总产稳定在90万吨以上;本地粮食收购量达到50万吨,市外采购粮食不少于300万吨;全市粮食批发市场成交量年均递增5%以上;全市有效仓容达到100万吨,其中应用低温保粮技术的仓容达到25万吨;成品粮油应急日生产能力达7900吨;全市放心粮油店(专柜)达到400家;国有粮食购销企业资产规模达到30亿元,购销总量达到100万吨等。
为实现上述目标,苏州市将实行最严格的耕地保护制度,确保粮食生产基地不少于80万亩;将全面建成粮食仓储网络体系,建立和完善3个粮食物流园、8个中心库、18个骨干库、58个收纳库点;还将推动粮油加工业新技术的应用和新产品的研发,拟在5年内争创中国名牌产品2个,省名牌3个,市级名牌4个,覆盖大米、小麦粉、食用油脂等6个行业。
4.城镇化建设对热岛效应的影响
城市热岛效应(Urbanheatislandeffect)是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素,造成城市“高温化”。
城市中的气温明显高于外围郊区的现象。
在近地面温度图上,郊区气温变化很小,而城区则是一个高温区,就象突出海面的岛屿,由于这种岛屿代表高温的城市区域,所以就被形象地称为城市热岛。
4.1西安城市热岛效应
城市气候环境是区域气候背景条件下,受城市化影响而形成的局地气候环境;城市下垫面性质、空气组成的变化和人为热的影响,使得城市中的气温高于周围乡村形成热岛效应。
城市热岛效应反映了城市化进程对城市热生态环境的影响随着城市规模持续扩大,农村人口不断向城市集中,城市热岛现象已经愈演愈烈,并已经成为制约城市生态环境可持续发展的一个重要因素。
4.1.1热红外遥感数据的地表温度定量反演分析
城市景观格局与热环境之间具有密切的相关关系,其演变必然会导致城市热环境的演变。
西安作为我国西部地区重要的经贸和人文城市,随着城市面积的扩大、产业结构的调整,城市的景观格局发生了巨大变化。
遥感方法通过对长时间尺度、大范围遥感数据的分析,为研究城市地面热岛的时空分布特征提供了技术支撑。
为了了解西安热环境的动态变化特征,本文利用TM/ETM+热红外数据通过单窗算法研究了西安市热环境景观的总体分布特征、格局演变及分异特征,以Landsat卫星数据热红外波段为基础,影像成像时间分别为1995年5月7日、2006年7月24日,遥感数据经ERDAS和ENVI预处理,结合西安市地形图分别进行几何校正、裁剪、地表温度反演等最终获得研究区热场空间分布图。
利用热红外波段反演地表温度(landsurfacetemperature,LST)主要包括辐射亮温计算和地表温度计算2个步骤。
从TM、ETM+影像的第6波段求算亮温温度主要包括辐射定标,用定标系数(增益和偏移系数)把DN值转化为相应的辐射强度值,后根据辐射强度值推算相应的亮度温度。
色调越亮,温度越高,反之亦然。
地表亮温相对强度图(左:
1995;右:
2006)
结合西安市的实际情况,1995年,强热岛区域主要集中在人口比较密集的城墙以内的老城区以及工厂较多的东部区域。
2006年,热岛范围进一步扩大,主城区以外的南、北、西、西南等方向开始出现大量的强热岛中心,主要由于这里分布着许多新兴的工业区、企业密集区、人流量大的车站、商业区、高新区、开发区等;东部区域由于发展缓慢、工厂停滞等原因热岛范围和强度有所减小;东南方向的曲江由于植被和水体覆盖率高,虽然进行了开发但热岛强度却有所降低。
另外,公园及附近区域亮温较低,特别是拥有大片水域且周围绿化状况好的浐河、灞河、护城河以及东南方向的大唐芙蓉园、曲江遗址公园等周围出现了低亮温。
4.1.2气象站的气温观测资料分析
根据1977-2006年西安及周边中小城市台站的气温观测资料,应用线性拟合方法对比分析了西安市气温变化的趋势特征。
研究表明:
近30年来,受城市化发展的影响,西安市气温一直呈现增幅,其中平均最低温度增幅最大,其次是平均气温,平均最高温度上升趋势微弱,使得年平均日较差呈下降趋势为0.10°C/10a。
并在此基础上,应用主成分分析方法初步探讨了城市发展对平均气温变化的影响,结果表明人口城市化水平、下垫面性质或结构的改变、城市居民生活水平是导致西安市平均气温变化的主要因子,它们与温差变化呈线性关系,其相关系数分别达到0.892、0.844、0.880。
1977-2006年平均温差的年际变化
图为西安站与周围对比站平均温差的年际变化。
1997-2006年的10年与1977-1986年的10年相比,平均气温差增大了0.75°C,平均最高气温差增大0.05°C,平均最低气温差增大1.28°C。
由于城市热岛效应在夜晚表现较为显著,因此夜晚温度更为明显的增加趋势,可以证明城市化影响是西安增温的重要原因。
西安1977-2006年极端高(低)温
利用西安站1977-2006年的日最高、最低气温数据,筛选出每年的极端高温和极端低温。
图是历年的极端高(低)温变化曲线图,由图知,西安从1977年以来,年极端高温一直处于波动变化状态,除个别年份外,没有明显的上升或下降趋势;而年极端低温在20世纪80年代之后呈现明显的上升趋势,80年代上升速度很快,在90年代初期下降后又继续上升。
说明西安80年代后迅速的城市化发展对城市的极端高温影响不大,但对极端低温有较大的影响。
图1966~1998年城市化指数与西安城区冬季温度空间距平关系
近40年来,西安市的城市建设迅速发展,城市规模不断扩大,本文利用城市房屋竣工面积、市区总人口、公共汽车数量这3类城市化指数来描述西安城市的巨大变化,并讨论其与城市热岛效应的关系,其中市区总人口、公共汽车数量部分年代数据用前后年份的数据插值得到。
4.2苏州城市热岛效应
4.2.1平均气温变化
下图是1970—2007年苏州城区和郊区四季平均气温的年际变化和线性变化趋势。
可以看出,从1970年以来苏州城区及郊区年平均气温均呈现上升趋势,增温超过2℃,增暖幅度分别大约为0.62℃/10a和0.58℃/10a,城区的增温幅度要略高于郊区,大大超过全球地表平均气温升高的速度。
苏州城区和郊区平均气温上升过程和趋势比较一致,其中从1970—1990年上升幅度不大,1990s后期开始,城区、郊区出现了一个快速增长阶段,这与苏州地方经济进入高速发展阶段以及出现高新区、工业园区两个集中能耗区域相符,说明苏州城市平均气温增加是受城市化发展的影响。
从季节变化来看,城区四季增温幅度分别为:
0.71、0.44、0.69和0.66℃/10a,郊区四季增温幅度分别为:
0.70、0.41、0.62和0.59℃/10a,季节增温幅度城区均要大于郊区,另外从1990s后期开始各季节平均气温均有较大幅度上升,这与平均气温年际变化是比较一致的。
4.2.2最高、最低气温变化
从1970—2007年,苏州城区与郊区最高气温年变化呈现增温趋势,城区增温幅度0.62℃/10a要略高于郊区增温幅度0.55℃/10a。
从1970s—1990s后期,苏州城、郊最高气温变化还比较一致,但是从1990s后期开始,城区增温幅度明显要高于郊区增温幅度,这与苏州城市化高速发展的步伐是相一致的。
春、夏、秋、冬最高气温也都出现增温趋势,城区增温幅度分别为0.80、0.50、0.66和0.54℃/10a均要高于郊区四季增温幅度0.73、0.45、0.57和0.48℃/10a。
2003年开始,苏州城、郊夏季出现比较明显的增温趋势,这与苏州夏季从2003年开始连续出现≥35℃的高温日数超过20d达历史平均1倍以及2007年夏季苏州城区出现了39.3℃的历史极值这一气候背景是比较吻合的。
上述情况也能够充分的说明快速的城市化进程对城市局地气候的影响是巨大的。
与平均气温以及最高气温变化相似,从1970—2007年苏州城、郊最低气温的年季变化及四季变化均呈现总体上升的趋势,除了春季的城、郊最低气温增温幅度基本一致外,其他增温幅度城区均要高于郊区。
而最低温度上升速度在冬季城区最为明显,这与苏州城区冬季空调等取暖设备开始大量使用取暖有直接关系。
而夏季虽然也大量使用空调,但是降水要明显多于其他三个季节也可能是使城、郊夏季最低温度的上升幅度较其他季节缓慢的原因之一,这有待于进一步探讨。
从平均、最高、最低气温的年际及季节变化趋势来看,苏州城、郊从1970s开始至今均呈现逐步上升的态势,其中在1990s中后期进入一个比较高速的增幅阶段,这与苏州本地经济高速发展、城市建设快速推进是相一致的,很好地说明了城市化进程对气候变化的影响。
5.城镇化建设中能源消费变化
城镇是现代社会财富积累的中心。
矿物燃料为主的一次能源不仅是现代人类社会发展的基本动力来源,也是现代城镇化发育的基本动力来源。
随着城镇化发育不断走向成熟,城镇的生存和发展对能源消费的依赖日趋强烈。
这种消费需求不仅体现在总量增长方面,而且更体现在质量提高方面。
世界和中国的实践均证明了这一点。
所不同者,在产业发展政策和能源消费政策的作用下,中国现代城镇化发育的能源消费表现出明显的不尽人意:
第一,能源消费总量增长迅速,甚至进入21世纪以来也是如此;第二,能源消费结构演进缓慢、特别是进入国家城镇化快速发育阶段后的表现更是如此;第三,能源产出效率提高有限,甚至出现一定程度的倒退。
如此能源消费特征,对中国城镇化的持续发育构成了巨大挑战,因此,建议加快城镇产业结构调整、推进能源消费结构演进和提高城镇能源消费质量。
在现代化之初,由于中国城镇职能的传统色彩强烈(集聚生活和集聚消费),其一次能源消费水平低下。
1952年城镇的一次能源消费不足1500万t标煤,仅占全国一次能源消费总量的30.5%。
此后,随着大规模工业化建设的展开,各地城镇的现代职能得到明显增强,特别是集聚生产方面。
其结果,全国城镇一次能源的消费水平也有了快速提升。
到1980年,城镇一次能源消费已经超过了3亿t标煤,约占全国消费总量的53.6%。
换言之,在初始发育时期,全国城镇一次能源的消费需求以每年1100多万t的速度增长。
改革开放以来,中国城镇的经济产出职能得到进一步的强化。
在市场经济、特别是外向经济发展的刺激下,中国城镇的一次能源消费需求呈现出更为强烈的增长势头。
数据分析表明,到2005年,全国城镇一次能源消费已经达到了17.8亿t标煤,约占全国消费总量的79.6%。
以此计算,在这一期间全国城镇一次能源的消费需求以每年增长5800多万t,是初始发育期的5.3倍。
中国城镇化能源消费总量增长,1952-2005年
在20世纪60年代中期以后,随着石油化学工业的快速发展,全国城镇一次能源消费的结构演进明显加快。
1980年,中国城镇一次能源消费结构中煤炭比重为51.2%,与1952年时相比,降幅超过42个百分点。
受此影响,1980年中国城镇一次能源消费的结构演进系数达到了2.12,为1952年时的2倍;遗憾的是,在中国城镇能源消费总量快速增长的同时,其结构却未出现同步演进。
实际上,受国内能源政策摇摆和国际能源市场动荡的共同影响,此阶段上的中国城镇能源消费结构演进反而出现了明显倒退。
数据分析显示,2005年中国城镇一次能源消费结构中煤炭比重为63.3%,比1980年时上升12.1个百分点。
相应地,2005年中国城镇一次能源消费的结构演进系数为1.58,比1980年时下降了0.54。
5.1西安能源消费结构变化
西安市1999~2007年能源消费足迹
生态足迹(EcologicalFootprint)分析方法是近年发展起来的测度生态可持续发展的定量方法,它通过引入生态生产性土地概念和建立一系列土地面积的量化指标,来计量人地系统间自然资本的供需状况和可持续程度。
生态足迹中的能源用地代表了在可持续方式下支持当前的能源消费所需要的土地面积。
笔者采用碳吸纳法(吸收燃烧化石燃料排放CO2所需要的林地面积)将能源消费量转化成能源用地的面积。
由表可知,在能源足迹总量方面,自1999~2007年一直呈上升趋势,其中2007年为最低时的1999年的2.29倍。
“十五”以来,随着国民经济政策的调整,西安市向投资导向的重型化结构转变,西安经济的快速增长带动了能源消耗的不断攀升,致使能源足迹不断增大。
从能源种类来看,1999~2007年能源足迹中,原煤的足迹最大,接下来依次为电力、原油、天然气。
在西安能源足迹中,原煤和电力的贡献率比重过大,天然气等新能源的贡献率过小。
从分配率看,原煤足迹自1999~2003年呈下降趋势,但2004年开始恢复50%的比例;电力能源足迹从1999年的41%,到2007年占28%呈下降趋势;天然气的比例在不断加大,从1999年的0.042%上升至2007年的3.299%。
“十五”以来,国家试图优化一次能源消费结构,提高天然气和水电等清洁能源的比重,减少原煤终端消费的数量,减少对原煤与原油的依赖程度,增加天然气、水电与新能源的供给比例,将西安市2006年与1999年比较,天然气增加了将近18倍,但比重仍很小。
“十一五”期间,西安市将GDP能耗降低25%作为政府考核的一项刚性指标,也是西安市走可持续发展道路的必然要求。
2005年以来,在市委、市政府强有力领导下,西安市以科学发展观为指导,认真贯彻执行国家和省关于节能降耗工
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