环境系统规划理论与方法课程论文

环境系统规划理论与方法的研究进展

摘 要：介绍环境系统和环境系统规划的相关概念，总结目前环境系统规划的相关理论与方法的研究现状，从环境系统的组成要素入手，分析环境系统规划在各个要素环境子系统的规划进展，探讨环境体系规划理论与方法的进展和发展趋势。

关 键 词：环境规划 规划 理论与方法 进展

引言

环境系统是地球表面各种环境要素或环境结构及其相互关系的总和，研究环境系统应从其功能入手，通过与人类系统的相互输入输出关系来掌握系统的整体特征。环境规划学正是侧重从环境系统的功能角度来进行研究的。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。

从上世纪七十年代到现在的近几十年的历程中，我国环境规划从无到有，尤其是城市环境规划取得了相当的成绩，但与一些发达国家相比，还是显得经验不足，存在不少的问题。目前，我国城市发展缺乏统一、科学的总体规划和政策指导，形成无序发展的状态，导致环境问题的产生具有一定的无序性，环境规划相对分散，不能很好的形成系统，加上经济和技术的原因，使得环境规划难以很好的付诸实施[1]。镇村的环境规划在近年来随着社会主义新农村的热潮也逐渐得到重视，在借鉴城市环境规划经验的同时结合自身的特点发展了一系列环境系统规划的理论和方法，但是也存在很多的不足[2]。

1. 基本概念

1.1 环境系统 环境系统是指地球表面各种环境要素或环境结构及其相互关系的总和。环境系统是一个复杂的、多层次的、开放的巨系统，它具有物流、能流、信息流等，包含大气、水、土、各种生物以及人类生存所处的近地空间以及各种人工建筑物。环境系统可以按组成要素分为大

气环境、水环境、土壤环境、城市环境。

环境系统是具有一定调节能力的系统，对来自外界比较小的冲击能够进行补偿和缓冲，从而维持环境系统的稳定性。环境系统的稳定性在很多情况下取决于环境因素与外界进行物质交换和能量流动的容量。容量愈大，调节能力也愈大，环境系统也愈稳定；反之，就不稳定。环境中也存在着某些不稳定因素，对外来的影响比较敏感。在一定的条件下，某个关键性因子发生小的变化，可能触发内在的反馈机制, 引起一系列链式反应, 对整个环境系统造成无法挽救的严重后果。

1.1.1 环境系统的结构

环境系统的结构是指环境系统各要素之间的联系和相互作用方式，包括各环境要素的赋存量及其有规律的运动变化。

1.1.2环境系统的功能

环境系统的功能是指环境系统与外部介质相互作用的能力，它由环境系统的固有结构决定。具体地说，某一区域环境或某一要素环境子系统的功能是指其维持自身稳态或自组织的能力及其与人类系统相互作用（提供自然资源、容纳并净化废弃物）的能力和方式。

1.2 环境规划

研究环境系统应从其功能入手，通过与人类系统的相互输入输出关系来掌握系统的整体特征。环境规划学正是侧重从环境系统的功能角度来进行研究。环境规划的研究重点正是环境系统与人类社会的相互作用 。环境规划既要研究环境系统本身规律，如人类排放出的污染物的传输和自净过程，又要研究人类社会的组织形式和管理方式，以便有效地减少环境破坏、治理污染。

1.3 环境系统规划的主要理论和方法

环境系统的规划涉及环境承载力、复合生态系统、空间结构理论等，环境规划的技术方法包括环境调查与评价、环境预测和环境决策等方法，其中环境预测和决策是环境规划中具有重要作用的两项基本活动。它们贯穿渗透在环境规划过程的许多环节中。

环境调查与评价方法主要是环境特征调查方法、污染源调查与评价方法、环境质量评价方法。环境特征调查方法主要是收集资料法、现场调查法和遥感调查法。污染源调查与评价方法主要包括社会调查、理论计算、实地监测。污染源评价是在查明污染物排放地点、形式、数量和规律的基础上，综合考虑污染物毒性、危害和环境功能等因素，以潜在污染能力来表达区域内主要环境污染问题的方法。主要包括：①类别评价②综合评价。环境质量评价方法从大气、水、土壤等环境要素角度看，可分单因子评价和综合质量评价。

2. 环境系统规划理论与方法研究现状

随着研究的深入，环境系统规划的理论与方法在不断的补充和改善，也有更多较为成功的案例。从国内到国外，不仅有了更为有效的理论及方法，也引入一些其他学科的先进理论和技术手段，为环境系统规划的理论与方法注入了新的源泉和生气。

2.1 水环境系统规划理论与方法

水环境系统是一个规模庞大、结构复杂、变量众多的灰色大系统，包括社会灰系统、经济灰系统、水质灰系统等等。对水环境系统的规划，郭生练总结了区域水环境质量灰色模拟、

规划和评价的理论和方法，主要包括应用灰色系统理论、兼之其它不确定性理论(如模糊集理论、随机理论等) , 研究区域水环境灰色大系统 ，在本质上加深对环境系统变化的客观规律性认识，发展环境科学中的新理论 ，为环境管理、规划提出新方法[3]。何玲、赖国友提出了运用信息熵理论的基本原理和方法，在水环境规划方案中进行优选，极大的消除主观性和不确定性的影响，提高了规划结果的可信度[4]。

Evgenii S. Matrosov等指出与污染物有关的规划系统的平稳性假设经常无效，水很深或规划条件下发生的严重的不确定性，会导致统计分布的不佳。在这种情况下预测系统仿真模型通常是运行在不同的场景下评估未来的计划在不同条件下的性能，从而提出了健全的决策和Info-Gap 决策理论。 [5]

2.2 大气环境系统规划理论与方法

大气的污染问题主要是点源和面源污染，对大气环境的规划治理主要有减少污染物排放量、充分利用大气自净能力、植物绿化等。减少污染物排放量表现在采取合理的能源政策、集中供热、采用有效的治理技术、实施清洁生产、控制移动源的排放。

汪光寿等运用大气环境数值模拟技术，就不同规划方案进行环境影响评估[6]。Ching-Ho Chen 等研究开发了一个利用计算机系统的集成方法和规划空气质量监测的网络体系，确定了使用系统分析和多目标规划，根据可持续发展的原则，进行多目标优化模型和可持续开发空气质量监测网络规划。 [7]

2.3 土地利用系统规划理论与方法

土地利用规划作为社会经济发展到一定阶段的产物，是一种优化配置土地资源的

手段，具有协调社会、经济、环境发展的作用。土地利用规划是对一定区域未来土地利用超前性的计划和安棑[8]。而传统的土地利用规划的制定只追求近期社会效益、经济效益的增长，对远期的社会问题、生态环境问题缺乏必要的考虑当前我国土对地利用总体规划的相关理

论、评价方法的研究仍处于探索阶段[9]。

Wayde C. Morse 等以一个哥斯达黎加的生态系统服务的支付程序的演示经验的适用性为例，提出了一种框架的社会生态复杂自适应系统作为一个方法来评估支付生态系统服务、保护政策、城市生态系统和土地利用的变化[10]。Wei Shi 等针对甘肃天水的土地利用规划情况，阐述了DPSIR 模型和改进的熵方法在天水地区土地利用规划中的应用，而且得出其可靠性的结论[11]。

2.4 固体废弃物规划理论与方法

固体废物管理规划是在资源利用最大化、处置费用最小化的条件下，对固体废物管理系统中的各个环节、层次进行整合调节和优化设计，进而筛选出切实的规划方案，以使整个固体废物管理系统处于良性运转。通常固体废物管理系统自身的复杂性，决定了其规划工作亦是一个较为复杂的过程，既有对大量数据的调查和分析，又有众多规划方法的运用和模型的构建，当规划方案产生后，还要对其进行对比分析，以求得最优化的结果。

H.G. Sun等人探讨了一个不精确的fuzzy-queue 编程(IFQP)模型在开发市政固体废物 (城市固体垃圾) 管理下的不确定性，模糊队列(FQ)模型引入区间-模糊线性规划(IFLP)框架。拟议中的IFQP 模型可以处理不确定方面的关系，此外, 它可以帮助量化成本系统的满意程度和约束下的不确定性。它改进了现有的优化模型，优势在数据可用性、不确定性反射和结果分析。在它的解决方案过程中, 模型变成了两个基于交互式算法确定性的因子[12]。

Lei Jin 等提出了一种新的强大的交互式间隔完全模糊线性规划(RIIFFLP)方法, 使用模糊排序法找到一个平衡约束条件和目标函数要求的模糊集函数。还提出了快速两步法（robust two-step method，RTSM ）大大改善了区间模糊线性规划，RTSM 有更高的模糊子集的隶属度, 它允许间隔结果留在边界约束条件。这个RIIFFLP 模型正很好应用于研究城市固体废物管理。结果表明, 从RIIFFLP 模型获得的解决方案相比现有的其他方法有更多可行的结果[13]。

2.5 环境能源利用系统规划理论与方法

能源问题一直是全世界广泛关注的一个敏感话题, 它受经济发展、人口增长、环境因素等多方面的制约。为了能更好地预测能源消费，规划调整环境能源结构, 一系列的能源系统模型被提出并得到广泛应用。能源系统模型正朝着复杂化、 巨型化的方向发展。国外在这种系统模型方面已经有了非常成熟的经验, 而我国在这方面的应用还较少，主要是因为数据不全面、 技术不到位等。所以可以积极借鉴国外的模型来合理规划我国的能源消费和能源需求利用, 在可持续发展的前提下积极利用新型绿色环保能源, 倡导环保节能，同时限制耗

能大污染重行业的发展，为实现环境系统能源输入和输出的平衡而不断努力[14]。

鞠美庭在系统分析中国的能源供求、能源战略及其相关环境问题的基础上，对能源规划的主要内容及技术思路进行了较深入探讨，提出了能源规划环评中费用效益分析的方法。在能源规划环境影响预测方面，提出并应用了能源结构与污染物排放关系模型：提出并应用了结合空气污染物源解析研究结果进行能源规划环境影响预测的方法[15]。

李珀松在分析了由于能源开采、转换、运输和消费过程所引起的各种环境问题的基础上，提出了火电电源建设规划和流域水电开发规划的环境影响评价指标体系以及大气污染物排放量的预测方法和RADMS 等空气质量预测模式在能源规划环评大气环境质量预测的应用

[16]。

Nazli Yonca Aydin 等以土耳其西部计划为例，阐述基于GIS 的环境评估风能系统，世界各地的许多国家, 可再生能源系统(RES)都列在他们的未来能源计划, 这样才可以产生可靠的和环保的能源[17]。Y .P. Cai 等基于inex -行为优化模型(UREM,里贾纳大学能源模型(UREM-IDSS))提出个一个交互式决策支持系统(UREM-IDSS)来帮助决策者在规划中管理能源系统。将优化建模、场景开发、用户交互、政策分析和视觉显示无缝地集成到UREM-IDSS 。。因此, 它可以作为一个有效的工具能源和环境政策, 在一个互动的、灵活的和动态语境中分析和可视化的影响区域/社区可持续发展发展战略、减排措施和气候变化[18]。

2.6 城市生态环境系统规划理论与方法

城市生态规划指以生态学及城市生态学原理为指导，以实现城市人与环境的关系的平衡协调为目的，为城市居民创造最优城市环境的一种规划。生态规划强调系统内部各种生态关系的和谐与生态质量的提高。城市环境规划可以作为城市生态规划内容的组成部分。

城市生态规划的目标（1）致力于城市人与自然的环境和谐；（2）致力于城市与区域发展的同步化；（3）致力于城市经济、社会、生态的永续发展。城市生态分析方法主要方法有：生态适宜性分析法和生态敏感性分析法。

陈冰等以旅游城市环境系统的综合性、多目标性、动态性和不确定性的特征出发，提出用不确定性模糊多目标规划( IFMOP)模型来解决旅游城市环境规划优化的问题，通过建立旅游城市环境不确定性模糊多目标规划系统模型( IFMOPMTCE) ，使旅游城市环境系统的特性在模型建立和求解过程中得以充分反映，同时也有效地协调了环境经济等目标之间的矛盾与冲突，为旅游城市环境规划工作提供了一种较为有力的工具[19]。

马健运用系统理论的分析方法，从评价目的、评价客体、评价主体、评价介入阶段、评价方法五个方面对城市规划环境影响评价和城市规划实施评价进行了比较分析，对我国城市

规划评价领域存在的问题提出了建议[20]。

Maija Faehnle 等荷兰国际集团(ing)在城市地区提供生态系统服务为例，提出将生态系统服务作为城市规划的一部分。在不同的时间尺度和经营的社会过程以及不同的地区， 这样的标量规划方法已经罕见[21]。Wei Li等分析了中国在环境规划中存在的缺乏足够的数据和因时间限制制作的紧张的时间表等问题，得出战略环境评价已成为越来越重要的决策支持工具。其目标是保障环境、促进可持续发展。为突破潜在的资源等困难，提出了迅速影响评价矩阵(RIAM)是的方法。分析应用表明, 它可能成为一个工具来评估战略备选方案，改进的快速影响评价矩阵方法其透明度和短的执行时间，使它更适合应用在中国城市规划的战略环境评价中[22]。

3. 发展趋势

3.1 多学科交叉趋势

近年来，我国环境系统规划在理论和技术研究方法上开始不断融入众多学科， 这些学科不仅有助于研究理论与方法的多样性，也大大扩展了研究的广度与深度，但是，由于起步较晚，各个学科之间的交流不是很多，因此，今后应加强多学科的交叉与融合，将其它学科的方法引入环境系统的规划研究中。

3. 2 研究队伍需壮大

环境系统规划理论和方法的研究应受到足够的重视，研究队伍需要壮大，研究力量需要增强，研究水平需要提升，研究成果的数量和质量都应大幅度增加，尤其是作为培养人才的高等院校更要重视对环境系统规划的理论与方法的研究投入和教育。

3. 3 理论研究要与实践相结合

理论研究要与实践相结合，要有一定的超前性，要系统化，要有深度，要加大对国际同类理论和实践的研究，结合中国的国情，逐步形成具有中国特色的环境系统理论与方法体系。

3. 4 研究方法将不断发展和创新

研究方法随着生态学、计算机技术、遥感技术 数理统计等相关学科的不断渗入而日益完善，许多研究由定性逐步走向科学的量化与定性相结合，借助 GPS 、GIS 、 RS 等信息技术手段调查环境现状，研究环境系统的结构，制定科学合理的指标体系，逐步建立起数据全面有效易于动态管理的系统数据库，便于动态研究和控制环境系统的发展。

参考文献

[1]李智．基于环境承载力的城市环境规划理论与方法研究[D]．中国优秀硕士学位论文全文

数据库，2008(05).

[2]杨宏波. 镇村绿地系统规划研究[D]．中国优秀硕士学位论文全文数据库，2011(06).

[3]曾光明，杨春平，卓利. 区域水环境质量灰色模拟、规划和评价的理论和方法研究[J]. 应用基础与工程科学学报，1994，2(2-3):173-178.

[4]何玲，赖国友. 信息熵理论在水环境规划中的应用初探[J].中山大学研究生学刊自然科学版，1999，20(3):34-38.

[5]Evgenii S. Matrosov ，Ashley M. Woods ，Julien J. Harou. Robust Decision Making and Info-Gap Decision Theory for water[J].resource system planning，2013，494:43-58.

[6]汪光寿，王晓云，苗世光，等. 现代城市规划理论和方法的一次实践——佛山城镇规划的大气环境影响模拟分析[J].城市规划学刊，2005，06:18-22.

[7]Ching-Ho Chen , Wei-Lin Liu , Chia-Hsing Chen.Development of a multiple objective planning theory and system for sustainable air quality monitoring networks[J].Science of the Total Environment ，2006，354:1-19.

[8]熊小丽. 土地利用规划环境影响评价指标体系研究——以当涂县土地利用规划为例[D].硕士学位论文数据库，2010(12).

[9]焦坤. 区域土地利用总体规划环境影响评价理论与方法——以云南省德宏州为例[D].硕士学位论文数据库，2011(4).

[10]Wayde C. Morse，William J. McLaughlin，J. D. Wulfhorst，et al. Social ecological complex adaptive systems: a framework for research on payments for ecosystem services[J].Urban Ecosyst 2013，16:53–77.

[11]Wei Shi ，Peiming Xia .Application of DPSIR Model and Improved Entropy Method in Environmental Impact Assessment of Land Use Planning in Tianshui Region[J].2011，2647-2651.

[12]H.G. Sun ，Y.P. Li ，G.H. Huang ，et al.An inexact fuzzy-queue programming model for environmental systems planning[J].Engineering Applications of Artficial Intelligence ，2011，24:840-849.

[13]Lei Jin，Guohe H. Huang，Li Wang，et al.Robust Fully Fuzzy Programming with Fuzzy Set Ranking Method for Environmental Systems Planning Under Uncertainty[J].Environment Engineering Science，2013，280-292.

[14]李彩，黄国和. 一个基于能源-经济-环境复杂系统下的能源规划模型[J].华北电力大学学报，2009，01:31-35.

[15]鞠美庭. 能源规划环境影响评价的理论、方法与应用研究[D]．中国硕士学位论文全文数据库，2004(04).

[16]李珀松. 能源规划环境影响评价的技术方法与技术指标体系[D]．中国硕士学位论文全文数据库，2005(05).

[17]Nazli Yonca Aydin，Elcin Kentel，Sebnem Duzgun. GIS-based environmental assessment of wind energy systems for spatial planning: A case study from Western Turkey[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2010,14:364-373.

[18]Y.P. Cai ，G.H. Huang ，Q.G . Lin ，et al. An optimization-model-based interactive decision support system for regional energy management systems planning under uncertainty[J].Expert Systems with Applications，2009,36:3470-3482.

[19]陈冰，郭怀成，Zou Rui ，等. 旅游城市环境规划优化方法与应用研究(Ⅰ) 不确定性多目标规划模型[J].环境科学学报，2001，21（2）:238-242.

[20]马健. 城市规划环境影响评价和城市规划实施评价的比较分析-基于系统理论视角

[J].ESIAT ，2010:406-411.

[21]Maija Faehnle ，Tarja Soderman ，Harry Schulman ，et al. Scale-sensitive integration of ecosystem services in urban planning[J].GeoJournal，2014.

[22]Wei Li，Yuanbo Xie，Fanghua Hao.Applying an improved rapid impact assessment matrix method to strategic environmental assessment of urban planning in China[J].Environmental Impact Assessment Review，2014，46:13-24.