濟南市城市地球化學系統評價指標體系初探

于林松,李世勇

(1.山東省物化探勘查院,山東 濟南 250013;2.山東省地質礦產勘查開發局,山東 濟南 250013)

濟南市城市地球化學系統評價指標體系初探

于林松1,李世勇2

(1.山東省物化探勘查院,山東 濟南 250013;2.山東省地質礦產勘查開發局,山東 濟南 250013)

城市生態環境地球化學風險性評價已經成為地球化學界普遍關注的問題,近年來我國進行了大量的城市地球化學工作,但還沒有形成一個公認的、完善的系統評價體系與方法。結合濟南市發展現狀,嘗試從城市化進程和城市地質環境角度,提出城市地球化學系統評價體系的模型,以期協調城市化進程中人為擾動(工程活動等)和地質環境的對策,也是對城市環境地球化學工作的一種探索。

城市地球化學;地球化學系統;評價體系;濟南市

0 引言

城市是一個包括自然條件、社會經濟、意識形態在內的復雜綜合體系,是以聚集經濟效益和社會效益為目的,集人口、經濟、科技、文化等于一體的空間地域大系統[1]。而城市化是世界各國發展的共同趨勢,是人類文明和進步的標志。隨著城市化進程的加快,城市生態環境問題引起了人們的高度重視。特別是人類活動作為一種影響地球形態、結構和組分變化的營力,已經到了不可忽略的程度。地球科學越來越多地滲透到城市規劃中,因而大批地球科學家開始獻身于地質地球化學環境的研究。

時至今日,大中小城市都面臨著嚴峻的城市環境問題,需要能夠認真合理地作好相應的評價工作來指導發展,這就從總體上為城市地球化學工作提供了廣闊的發展空間。濟南的城市地球化學工作起步晚、工作程度相對較低,遠未達到同等程度城市的關注水平。而有關濟南城市環境地球化學系統評價工作尚未見報道,該文嘗試從城市化進程和城市環境地質角度,以濟南為例,提出城市地球化學系統評價體系的模型,以期協調城市化進程中人類工程活動和地質環境的對策,也是對濟南市城市地球化學系統評價工作的一種探索。

1 城市地球化學工作展望

城市地球化學理論上屬于環境地球化學的研究范疇。環境地球化學是20世紀60年代興起的一門新的研究領域,城市地球化學起初即為環境地球化學研究的重要內容之一。但直到20世紀80年代初,英國的 Tho rnton等才率先提出了“城市地球化學”的概念。目前,城市地球化學是環境地球化學與城市環境研究的重要次級學科及重要方向之一。國外城市地球化學工作起步早,進行的廣度和深度均高于我國。20世紀80年代,英國開展了20多個城市的地球化學基線調查工作;20世紀90年代,德國即開展了柏林地區污染狀況和潛在承載力的城市地球化學工作[2];Kelly等(1996)作了人為擾動對英國傳統工業區和非工業區土壤重金屬含量的城市地球化學研究;Thum s等(2001)進行了地理信息系統在城市地球化學研究上應用的調查;21世紀伊始,歐洲部分國家[3,4]便開展了城市地球化學填圖工作,這標志著新時期城市地球化學的一個發展方向。在我國,自20世紀末開始,已進行了包括香港在內的大部分城市的城市環境及生態地球化學工作,其中尤以成都、蘇州、青島及沿海經濟帶、珠江三角洲及長江三角洲各市和典型礦業城市等為代表;相關研究工作的文獻近年來呈明顯上升之勢的情況也表明,我國的城市地球化學工作也正穩健地走向成熟,而其也必將發展成為研究城市生態環境的基礎學科之一。

在城市地球化學研究發展的同時,地球化學評價作為一種階段性成果逐漸受到重視。俄羅斯最早從理論上提出應加強生態地球化學評價研究,西方其他國家則代之以環境地球化學評價和污染/風險評估[5],進而發展到城市地球化學評價。國外針對城市地球化學系統的評價仍未脫離傳統的城市土壤、灰塵中有毒有害重金屬元素和有機物的濃集程度、空間分布、來源及其運移規律和城市地球化學填圖等方面。國內城市地球化學評價工作發展較晚,其概念、研究思路與方法內容也多是參考國外并借用環境地球化學評價的準則。

目前城市地球化學評價不夠明確,多集中在城市地球化學概念、評價方法標準上比較混亂,而且由于各城市地質環境不同,相應地不能形成比較明確和權威的指標體系模式,難以滿足更為全面的多元評價工作的需要[2]。隨著城市地球化學概念的完善與發展,其評價工作也應轉向重視城市軟硬件環境可持續發展的綜合研究,重視評價指標體系的研究,重視城市地球化學工作超前服務戰略的研究,以期通過各方面齊備的工作程度較好地實現快速響應城市發展的需求。

2 濟南市城市地球化學工作進展

濟南地處魯中南低山丘陵與魯西北沖積平原的交接帶上,地勢南高北低。地形復雜多樣,大體可分為北部臨黃帶,中部山前平原帶,南部丘陵山區帶。濟南北接京津唐,南接長三角,西連黃河中上游,東連膠東半島,在全省處于承東接西的位置;在全國來說是連接華東與華北的門戶,是連接華東、華北和中西部地區的重要樞紐;位于環渤海經濟圈,是黃河三角周最大的中心城市。這說明濟南具有很大的區域協作的潛在優勢。

2008年濟南市 GDP總值達到3 017.42億元,比上年增長13.0%。經濟總量的增長,城市化水平的提高,必然消耗大量的能源和資源,污染物的排放給城市環境帶來了巨大壓力。濟南是中國面臨生態學問題的城市之一[6]。然而,濟南的城市環境地球化學關注程度遠未達到與經濟增長的同步效果。近年來,濟南地區生態環境工作多限于對泉域巖溶水環境及水文地質、地質災害及巖土工程問題、土壤污染現狀、沿黃地區生態問題等的單項研究,缺乏針對濟南市多層次城市景觀的地球化學系統化研究。直到2005年黃河中下游多目標生態地球化學工作展開[7]及2007年濟南都市圈生態環境地質調查的啟動[8]才標志著正式的多層次環境地球化學工作的展開。

筆者在明確城市環境地球化學內涵的基礎上,建議從城市化進程和城市環境地質角度提取評價指標體系,展開城市地球化學系統評價,也作為對濟南城市地球化學工作的一種探索。

3 濟南城市地球化學系統評價指標的提取及可行性分析

城市功能體系為了繼續其本身的機能必須不斷地向城市體系內輸入能量和物質,同時又必須向外輸出。因而,城市也是一種具有綜合性、動態性的系統。為了科學、全面、準確地進行城市地球化學評價,該文按照地球化學評價指標體系選取的原則,結合濟南市主要影響因素,從城市化進程和城市地質環境信息兩方面嘗試建立了評價指標體系(表1)。

表1 濟南城市地球化學系統評價指標體系

3.1 指標的提取

城市化進程的評價中,筆者選取了2個具有代表性的模型:城市蓋子模型、庫茲涅茨曲線。城市規模即市域所轄范圍,代表了城市化水平和生態地球化學研究的時空區域。所謂的“蓋子網度”是借鑒倪師軍等[9]有關“蓋子模型”的概念,介于土壤暫存庫與城市生態系統的大氣、水、生物等幾個層面之間的界面體系,屬一種復雜的界面地球化學體系。它是在較低溫度和壓力條件下,包括有生命物質/有機物質參與的多元、多相體系,其實質是不同物質相之間的反應。

環境庫茲涅茨曲線(EKC)是發達國家和新興工業化國家及地區在工業化時期普遍適用的[10]。這說明在城市化經濟發展的進程中,外在環境先是惡化,然后得到改善,其均符合倒“U”型 EKC曲線的特征。事實證明,EKC曲線的形狀是可以改變的,主要與人為活動與環境的親善程度有關。據牟文龍等[11]對濟南市經濟發展與環境污染的庫茲涅茨曲線圖進行分析發現(圖1),濟南市還沒達到EKC的穩定階段,不能走“先污染后治理”的模式,為此需要改變經濟發展模式,實施可持續發展,完善環境政策。其應當代表濟南市地球化學系統指標評價過程中的一方面。

圖1 經濟增長率與環境質量的庫茲涅茨關系示意圖

城市地球化學評價的地質環境信息包含的因素很多,結合地球化學的評價思路考慮,選取的代表性指標是地球化學和環境地質。地球化學場中的地球化學基線是判別地球表層物質中元素富集的重要參照基準,通過查證地球表層物質中化學物質(元素)濃度的自然變化,可以計算元素的富集系數、地質累積程度,從而進行沉積物中元素分布的地球化學分析和環境污染的地球化學分析。它需要建立當前地球表層環境的狀態檔案,并提供其監測環境變化的數據庫[12]。

3.2 可行性分析

城市環境地質場明顯受到大陸地殼運動的內動力機制(大氣、水、巖石、土壤和正常生物活動相互作用的結果)和外部驅動力的影響(人為地質工程)。

(1)濟南市分布的基巖,主要是由奧陶紀灰巖及巖漿巖構成。奧陶紀巖層多分布在東南、南、西南郊各山地,并伸入市內;巖漿巖侵人到奧陶紀灰巖之中,主要是基性巖,其次為中性巖和堿性巖,它們呈巖蓋和巖墻狀分布于市區及東、北、西三郊[13]。濟南市的構造主要為穹窿構造,在南郊還有背向斜的構造,其斷裂多為NEE向和NNW向為主。

(2)濟南素以泉城著稱,泉在某種意義上是濟南的名片。隨著濟南市域范圍人口的增加、工業的發展,生活污水及工業廢水日益增加,水環境問題日顯突出。近年來,泉水的間斷性斷流、小清河的流量減少,致使污水排入量遠遠超出小清河的自凈能力,從而導致小清河水體嚴重污染,水生生物絕跡。再者,大量開采巖溶地下水造成市域諸泉群間歇出流,不僅影響了濟南的旅游業,更使濟南地表水環境質量嚴重下降。泉域巖溶水環境理當做為濟南城市地球化學評價的一方面。

(3)就濟南而言,隨著城市化的推進,反映更多的是土地資源的枯竭致使城市基礎設施的立體化建設,即所謂的人為工程因素方面。這使泉域水環境下的地質結構受人為工程建筑影響很大。大量的高層建筑使市域地質結構立體范圍內受力的失衡,從而影響到該區生態環境的次生變化,引起包括不合理的工程活動及工業化過程所誘發的如滑坡、泥石流、地面沉降及地裂縫、人為地震等,以及大氣、土壤重金屬、地下水污染等等,威脅城市的安全,構成了城市發展的隱患。

4 結語

濟南市城市地球化學系統評價指標體系的提出,旨在為今后的地球化學工作提供一種研究思路和工作方法流程。城市發展中的生態環境地球化學考慮就其本質而言是城市地質環境評價和預測成果在城市發展規劃中的充分體現,同時也給濟南的城市化進程提供了一個借鑒。

隨著近年濟南市城市化進程的加速,生態環境問題將持續、動態地對該地民眾的日常生活產生一定的影響,尋求一個多層次系統評價體系是必要的。但同時也應當意識到,城市屬于生態環境脆弱帶,且城市地球化學評價指標的提取具有各異性、主觀性,這也必然要求進一步研究的規范化。該文僅是筆者在實踐工作中對城市地球化學指標體系的一種探索,濟南城市地球化學系統評價指標體系作為一項基礎性、戰略性的公益地質事業,還有待地質環境工作者在進一步的實踐中去深入探索與總結,并不斷完善。

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Primary Study on Urban Geochemistry System Evaluation System in Jinan City

YU Linsong1,Li Shiyong2
(1.Shandong Geophysical and Geochemical Exp lo ration Institute,Shandong Jinan 250013,China;2.Shandong Exploration Bureau of Geology and Mineral Resources,Shandong Jinan 250013,China)

Urban geochemical risk assessment for ecological environment generally has become a concern.In recent years,a lo t of urban geochemical work has been done,but have no t formed a recognized and a sound evaluation system and method.Combining with development of Jinan city,from the view of urbanization and urban geological environment,the model of urban geochemical evaluation system is set up.Thus,the man-made disturbances(engineering activities)and the geological environment in the process of urbanization are expected to be soluted effectively.It is also a try of urban environment geochemical Exploration work.

Urban geochemistry;geochemical system;evaluation system;Jinan city

TU 984.11+3

B

2010-04-07;

2010-05-28;編輯:陶衛衛

于林松(1980—),男,山東煙臺人,助理工程師,主要從事礦床及環境地球化學工作;E-mail:sean_yls@yahoo.com。

book=125,ebook=125