城市代谢视角下的土地利用时空动态优化研究

发布时间：2020-11-17 05:39

　　 城镇化进程中社会经济活动改变了土地原有的利用方式,造成城市的能量流动、物质循环和信息传递过程发生紊乱。城市代谢是对城市物质能量信息输入、转化和输出过程的综合描述,以其为透镜,通过优化土地利用结构和布局调控城市系统资源利用、物质能量转化和废弃物排放过程,是促进城市可持续发展的有效途径。本研究围绕土地利用优化问题,以城市代谢的理论和方法为指导,以物质能量的动态流动为基础,探索了一套城市代谢视角下的土地利用优化方法。本研究首先在系统梳理城市代谢的理论内涵、研究视角、测度方法和评价指标的基础上,从土地利用层面对城市系统内部的代谢组分进行了划分,提出“土地代谢元”的概念以表征城市系统内部的代谢单元,并分析了土地代谢元的内涵;基于对城市代谢实体空间和现有土地利用类型划分标准的探讨,构建了包括6个一级类和15个二级类的土地代谢元两级分类体系,同时分析了不同类型土地代谢元的代谢过程和驱动机制,为土地利用优化寻求了基本依据。其后,本研究以土地代谢元的代谢机制为基础,从土地代谢元的空间布置规律和城市发展对土地代谢元的选择规律入手,解析了城市代谢视角下土地利用优化的原理,并根据城市系统和土地代谢元的特征,提出了土地利用优化的原则和目标;再以土地利用优化原理、原则和目标为依据,将系统动力学模型、多目标规划和智能求解算法进行改进并集成,构建了时空动态优化模型,形成了城市代谢视角下的土地利用时空动态优化方法。最后,本研究从市域和区县两个层面分别以济南市和济南市槐荫区的土地利用优化实践为案例,验证了上述土地利用优化方法的有效性和可行性,并为济南市和槐荫区的土地利用及城市发展提出了新的建议。本研究验证了土地利用优化在低碳和资源高效的城市建设中的积极作用;提出的土地代谢元及对其代谢机制的分析为土地利用优化提供了视角和依据;从优化原理、原则、目标到模型,构建的城市代谢视角下的土地利用优化方法有效、可行。土地代谢元的提出及其代谢机制的分析为土地利用优化的研究提供了新的视角和内涵,也丰富了土地利用的研究内容;土地利用时空动态优化模型的构建丰富了土地利用优化的方法体系,为探讨复杂土地系统问题提供了技术支撑。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：F301.24
【部分图文】：

Currie 和 Musango(2017)认为物质、能量、人口和信息流动通过一系列复杂的社会技术和社会生态过程塑造了城市。Bai(2016)认为城市系统以人为主导，各组成部分之间复杂的相互作用以及形成社会和生态过程的独特调节与管理机制决定着城市生态系统的运行，他从物质和能量流动的角度展示了较为完整的城市代谢概念框架（图 2-1）：城市代谢的输入包括各种有形和无形的物质能量，如食物、水、建筑等材料、产品、能源、能量、资本、信息和人力等，这些投入支撑着社会活动并推动城市内部的效能，形成城市存量，如住房、建筑、基础设施和公园绿地等；代谢输出包括工业产品、服务、知识以及废弃物和排放。城市系统的规模、分布、内部互动和反馈受到政策、管理、文化和个人与集体行为的影响。Guibrunet 等人(2017)对城市代谢的社会经济内涵进行了补充，提出城市代谢能够清楚地表明政治是如何嵌入资本主义经济特定形势下的物质循环和城市不平等发展当中。

2.2 城市代谢的研究视角2.2.1 代谢特征分析与状态评价在 Wolman 提出城市代谢的概念之后，学者们对城市代谢进行了大量的研究。在十九世纪七十年代，化学工程、土木工程和生态学等不同领域的学者对迈阿密(Zucchetto,1975)、巴黎(Stanhill,1976)、东京(Hanya and Ambe,1977)、布鲁塞尔(Duvigneaud and De Smet,1977)和香港(Newcombe, et al.,1978)的城市代谢进行了研究，开启了城市代谢的真实案例研究，同时也突出了城市代谢跨学科的特性。图 2-2 描述了比利时布鲁塞尔在 20 世纪 70 年代初期的城市代谢过程，包括了太阳能、风能、雨的重力势能和化学能、地球循环和河流重力势能等自然能源投入，食品、电能、燃料、煤、石油、天然气和矿产资源等本地物质能量输入和外部进口，工业产出，固体、液体和气体废弃物的排放等。

中国地质大学（北京）博士学位论文使用规模和城市碳封存过程动力学的影响。Dijst 等人(2统内部互相关联的要素，分别为流量和存量、城市活动、、驱动因子，将各要素之间的关系表述为：为了满足城市活动，城市活动在各项促进和约束条件的影响下驱动各项存，驱动因素不仅影响其他四项要素的状态与活动，同时。结合 Dijst 等人的分析和城市代谢各部门的活动具体来到农业部门、工业部门、服务业部门和技术部门，构建明关系，研究城市系统内部的代谢机制（见图 2-3）。
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本文编号：2887148