The evaluation of geo-resources and environment carrying capacity in Yixing City of Jiangsu Province
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摘要:
当前资源环境承载能力的研究多针对区域尺度，县域尺度地质资源环境承载能力评价较少。以江苏宜兴市为例，基于承载本底和承载状态建立了评价指标体系，并从地质资源、水土环境和地质安全3个方面，开展了地质资源环境承载能力评价，为县市地质资源环境承载能力评价技术要求制定提供了支撑和参考。评价结果显示，宜兴南部丘陵山区地质资源承载能力大于北部平原区，地质安全承载能力则小于北部平原区，水土地质环境承载能力总体为中等水平，提出宜兴市应加强南部山区资源环境保护与地质灾害防范，中部地区水土污染重点防控，为宜兴市地质资源合理利用与地质环境安全保障提供科学依据。
Abstract:At present, the studies of the carrying capacity of resources and environment are mostly focused on the regional scale, while the study of the county scale is relatively less. Inviewof such a situation, the authors chose Yixing City as an example, and established the system of assessment index from two aspects of carrying background and actuality, and carried out the evaluation of geo-resources and environment carrying capacity inthree aspects:geological resources, water and soi environment and geological safety. The evaluation provicies support and reference for the technical specification on the evaluation of geological resources and environmental carrying capacity at the county scale. The evaluation results show that the carrying capacity of geological resources in southern hilly and mountainous areas is higher than that in northern plain areas, while the carrying capacity of geological safety is lower than that in northern plain areas.The carrying capacity of soil and water geological environment is generally of medium level.It is suggested that the protection of resources and environmental and the prevention of geological disasters should be strengthened in southern areas of Yixing City, and that emphasis should be placed on prevention and control of water and soil pollution in central areas.The evaluation results provide a scientific basis for the rational use of geological resources and geological environment security in Yixing City.
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Key words:
- geo-resource /
- geo-environment /
- carrying capacity /
- Yixing City
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“承载力”最早根于力学，源于生态学。1798年Maltus[1]发表《论人口原理》一书，提出了资源有限并影响人口增长的理论，被认为是承载力概念的最初起源；Park等[2]、Hawden[3]将承载力概念扩展到人类生态领域，强调资源环境的容纳能力对人口的限制性作用；Arrow等[4]发表“经济增长、承载力和环境”一文，引发了资源环境承载能力研究热潮。20世纪末期以来，随着经济的发展，人口的剧增，资源耗竭和环境恶化愈发严重，以人口、资源、环境与发展为一体的资源环境承载力研究[5-6]，成为一个重要的科学命题和关键政策问题，越来越受到重视。2015年9月, 中共中央、国务院下发《生态文明体制改革总体方案》，提出“要创新市县空间规划编制方法；规划编制前应当进行资源环境承载能力评价，以评价结果作为规划的基本依据”，将资源环境承载能力评价工作的重要程度提高到一个新的层次。
然而目前资源环境承载力研究仍未形成一套完整的理论体系，资源环境承载力评价多是针对区域尺度的，如环渤海地区、长株潭城市群、京津冀地区、中原城市群等[7-9]，对县域尺度资源环境承载能力细致性评价较少，且多是针对水资源[10-11]、土地资源[12]等单一要素的承载力评价，全国-区域-省级-县(市)尺度的评价方法体系尚未建立[13]。基于此，本文旨在探索县(市)尺度多要素地质资源环境承载能力评价方法。地质资源环境承载能力评价，是充分利用地质资源环境调查监测成果资料，对地质资源环境多要素的承载能力等级进行综合评定①，圈定市县(市辖区)资源禀赋和环境容量优劣的空间范围，为市县(市辖区)空间规划编制提供依据②[14]。
宜兴市地处江苏省南端、沪宁杭三角中心，东南临浙江长兴，西南界安徽广德，西接溧阳，西北毗连金坛，北与武进相傍(图 1)，是江苏省经济较发达的县(市)之一。地貌类型以丘陵、岗地和平原为主，国土资源禀赋优异，素有“三山、二水、五分田”之称，涵盖“山水林田湖”；且宜兴市以往地质工作程度较高，1:5万基础地质、水工环地质及土地质量地球化学调查基本做到全区覆盖，具备较好的工作基础。因此, 本文以宜兴市为例，从地质资源、水土环境、地质安全三方面进行了地质资源环境承载能力评价，探索了县(市)尺度地质资源环境承载能力评价思路及方法，以期为县(市)地质资源环境承载能力评价技术标准制定提供支撑和参考。同时，评价结果可为宜兴市地质资源合理利用与地质环境安全保障提供科学依据。
1. 宜兴市地质资源环境特征
1.1 资源优势
宜兴市耕地资源优良，富硒土壤分布广泛，岩溶水资源量大，南部山区地下空间开发适宜性好，地质遗迹众多，有利于支撑宜兴市经济社会发展。
1.1.1 富硒土地资源
宜兴市土壤条件良好，土壤养分元素中等偏丰富的农用地面积约占80%，土地质量为优质-良好级的农用地占比约68%。宜兴市富硒土壤资源丰富，一级富硒土壤占农用地总面积的42.14%，主要分布在南部低山丘陵区，开发潜力显著③。
1.1.2 岩溶水资源
宜兴市湖盆地、张渚盆地岩溶水资源丰富，储量资源量约2.36×108m3。其中湖盆地富水块段位于市中心南部的低山地带，距市区较近，补给资源丰富，储存资源量大，含水层厚度大且稳定，水质良好，含水层的给水能力较强，尤其在断裂带和接触带，单井涌水量超过1500×108m3/d。
1.1.3 地质遗迹资源
宜兴地质遗迹资源丰富，具有代表性的珍稀地质资源有岩溶洞穴、生物化石和陶土矿，其中岩溶洞穴资源最丰富，且发育非常集中，在不到80km2 的范围内共有岩溶洞穴83个，可谓景色瑰丽，奇异天成，堪称“洞天世界”。位于张渚镇的牛犊山恐龙蛋化石产地是江苏省最早发现，也是省内唯一发现的恐龙蛋化石产地[15]。
1.1.4 地下空间资源
宜兴市平原区岩土层结构较简单，土体强度较高，分布稳定，软土局部分布且厚度不大；低山丘陵区岩体强度较高、完整性较好，除石灰岩分布区外，地下水贫乏，适宜地下空间开发。宜兴市目前仅在中心城区存在小规模的地下空间资源利用，开发利用深度较浅，以地下停车场为主，其他区域地下空间资源基本未开发利用，地下空间资源开发潜力大。
1.2 主要地质环境问题
随着宜兴市经济社会发展，一系列地质环境问题出现，土壤、地下水质量恶化趋势明显，地质灾害点多面广，地面沉降灾害亦有严重趋势。
1.2.1 地质灾害
(1) 滑坡崩塌
宜兴市的滑坡、崩塌地质灾害隐患点具有量多面广、规模小、突发性强的特点。历史上已发生滑坡和崩塌灾害29处④。露天采矿、建房修路、开挖边坡等人类工程活动是导致宜兴市滑坡、崩塌灾害隐患形成的主要因素。
(2) 岩溶塌陷
宜兴南部的湖、张渚盆地石灰岩埋藏浅，平均不足30m深，当地下暗河溶蚀灰岩，形成的空洞扩大直至开窗，上覆土层流失，最终形成地面塌陷。宜兴市已发生岩溶塌陷4处，分布在查林村、阳羡茶场、桂花地等地。
(3) 地面沉降
宜兴市地面沉降灾害主要发育在北部新建镇及周边地区，沉降范围和沉降量较大，沉降中心位于新建镇西南部，2017年最大沉降年速率约54mm/a，与新建镇紧邻的官林镇局部最大年沉降速率约49mm/a。该区域为苏锡常地区2017年沉降速率最大的地区⑤。
1.2.2 水土污染
(1) 地下水污染
宜兴市最新一轮地下水水质超标状况评价结果显示，宜兴市东北部的芳桥、周铁、和桥、高塍等地潜水水质超标点较多，与工厂、企业布局关系较大。宜兴市潜水超标情况最普遍的指标是锰，超标率达到31.4%。宜兴市深层地下水水质较差，主要为Ⅳ和Ⅴ类水。影响深层地下水水质的主要指标为铁、锰、氨氮、亚硝酸盐等。
(2) 土壤污染
宜兴市土壤局部存在重金属污染，三级、超三级土壤面积29.44km2，占全区面积的2.62%，主要分布在徐舍、丁蜀等乡镇，主要超标重金属有As、Cd和Hg③。主要污染源为陶瓷产业、金属冶炼等工矿企业排放的废水、废气、废渣等。
2. 宜兴市地质资源环境承载能力评价
2.1 评价指标体系
地质资源环境承载能力评价的核心是指标体系的构建。指标体系是在资源环境承载协调理论指导下，基于地质背景条件本身，从短期内不易发生变化的自然资源和环境容量要素考虑，遵循重要性与差异性、普遍性与可行性原则，筛选出关键因子构成评价指标体系。针对宜兴市地质资源分布及主要地质环境问题，宜兴市地质资源环境承载能力评价从地质资源、水土环境和地质安全3个方面开展，其中地质资源包括地下水资源、地质遗迹资源、地下空间资源及特色土地资源，水土环境包括地下水环境和土壤环境，地质安全评价要素包括滑坡崩塌、岩溶塌陷、地面沉降等。针对各评价要素分别从承载本底和承载状态2个方面构建指标体系，承载本底反映资源禀赋与环境容量的优劣程度，承载状态反映资源环境供容能力与社会经济发展的匹配程度(表 1)。
表 1. 地质资源环境承载能力评价指标体系Table 1. Evaluation indexes of geo-resources and environment carrying capacity评价要素 评价因子 评价指标 承载本底 承载状态 地质资源 地下水资源 可开采资源模数 地下水开采程度 地质遗迹资源 地质遗迹分级 地质公园状态 地下空间资源 地下空间资源
开发适宜性地下空间资源
开发强度特色土地资源 土壤富硒等级 土壤重金属污染 水土环境 地下水环境 浅层地下水质量
背景浅层地下水质量 土壤环境 土壤质量背景 土壤质量地球化学
综合等级地质安全 滑坡崩塌 滑坡崩塌易发程度 滑坡崩塌风险性 岩溶塌陷 岩溶塌陷易发程度 岩溶塌陷风险性 地面沉降 地面沉降累计
沉降量沉降中心地面
沉降速率| Show Table
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宜兴市地质资源环境承载能力评价指标中，一部分为定量指标，依据相关技术标准或数据分布形态进行标准化处理，划分不同等级，例如地下水可开采资源模数、地下水开采程度、地面沉降累计沉降量、沉降中心地面沉降速率等。其他评价指标多为综合性评价指标，例如地质灾害易发性和风险性，地下空间开发适宜性等需进一步考虑影响因素，综合分析划分不同等级。各项评价指标的分级标准见表 2。
表 2. 地质资源环境承载能力评价指标分级Table 2. The classification of geo-resources and environment carrying capacity evaluation index指标类别 指标 指标分级 承载本
底指标可开采资源模数/
(104m3/km2·a)≥10，7.5~10，3.5~7.5，
2~3.5， < 2地质遗迹分级 Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、无 地下空间资源开发适宜性 好、较好、一般、差 土壤富硒等级 高、适量、边缘、缺乏 浅层地下水质量背景 Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类 土壤质量背景 一等、二等、三等、四等、五等 滑坡崩塌易发程度 高易发、中易发、低易发、不易发 岩溶塌陷易发程度 高易发、中易发、低易发、不易发 地面沉降累计沉降量/mm < 200，200~800，800~1600，
1600~2400，>2400承载状
态指标地下水开采程度/% < 70，70~100，>100 地质公园状态 已建公园(已保护)、在建公园、
未建公园地下空间资源开发强度/% < 5，5~10，>10 土壤重金属污染程度 无污染、轻微污染、轻度以上污染 浅层地下水质量 Ⅰ和Ⅱ类、Ⅲ和Ⅳ类、Ⅴ类 土壤质量地球化学
综合等级一等和二等、三等和
四等、五等滑坡崩塌风险性 高风险、中风险、低风险 岩溶塌陷风险性 高风险、中风险、低风险 沉降中心地面沉降速率/(mm·a-1) >40，20~40， < 20 | Show TableDownLoad:
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2.2 评价单元
本次评价中，评价单元采用自然单元和行政单元相结合的方式，针对地质安全和水土环境的各要素评价单元为自然单元，采用不规则多边形网格法进行划分。地质资源承载能力评价中承载本底以自然单元为主，承载状态评价则以乡镇级行政区为评价单元。
2.3 评价流程
利用Mapgis空间分析平台开展宜兴市地质资源环境承载能力评价，分别进行承载本底和承载状态评价，参照《区域地质资源环境承载能力评价技术要求(征求意见稿)》⑥，将承载本底评价结果划分为高、较高、中、较低、低5级，承载状态评价结果划分为盈余、均衡、超载3级，结合承载本底和状态评价结果，按表 3确定承载能力等级，划分为大、较大、中等、较小和小5级。
表 3. 承载能力等级划分标准Table 3. Grading standards of carrying capacity evaluation承载能力等级 承载本底等级 高 较高 中 较低 低 承载状
态等级盈余 大 大 较大 中 较小 均衡 大 较大 中 较小 小 超载 较大 中 较小 小 小 | Show TableDownLoad:
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2.4 评价结果
2.4.1 地质资源承载能力
地质资源承载能力评价依据宜兴市1:5万环境地质调查、土地质量地球化学调查数据和相关成果资料进行。宜兴市地下水资源承载本底为较低和低，承载状态盈余，因此地下水资源承载能力等级仅划分为中等和较小2个级别(图 2)；湖镇地质遗迹资源丰富，承载能力大，适宜地质公园开发建设(图 3)；宜兴市南部丘陵山区富硒耕地资源丰富，地质资源承载能力大，适宜进行富硒产业开发(图 4)；同时，宜兴市地下空间资源本底较高，地下空间开发利用程度不高，地下空间资源承载能力总体较大，适宜进行地下空间资源开发(图 5)。
图 2. 宜兴市地下水资源承载能力评价图Figure 2. Evaluation map of groundwater resources carrying capacity in Yixing City
图 3. 宜兴市地质遗迹资源承载能力评价图Figure 3. Evaluation map of geological relic resources carrying capacity in Yixing City
图 4. 宜兴市富硒土地资源承载能力评价图Figure 4. Evaluation map of selenium-rich land resources carrying capacity in Yixing City2.4.2 水土环境承载能力
水土环境承载能力评价是依据宜兴市地下水和土壤污染调查数据及相关成果资料进行的。宜兴市浅层地下水水质较差，以Ⅲ类和Ⅳ类水为主，Ⅰ类和Ⅱ类水缺失；土壤质量总体情况良好，优质和良好土壤面积占比67.84%；综合评价宜兴市水土环境承载能力总体为中等水平，丁蜀镇、芳桥镇、徐舍镇等局部地区承载能力小(图 6)，这些区域存在土壤重金属污染，且浅层地下水水水质差，后期应加强水土环境修复与监测工作。
2.4.3 地质安全承载能力
地质安全承载能力评价是依据宜兴市地质灾害调查数据及相关成果资料进行的。宜兴市北部平原区地质安全承载本底高于南部丘陵山区，本底较低的区域主要为滑坡崩塌及岩溶塌陷高易发区；地质安全承载状态总体盈余，超载区域主要位于丁蜀镇、张渚镇等地；综合评价宜兴市地质安全承载能力总体较大，仅丁蜀镇、张渚镇等局部区域承载能力较小(图 7)。
2.5 宜兴市国土空间优化建议
(1) 宜兴市南部低山丘陵区，富硒土壤及地质遗迹资源丰富，滑坡崩塌等地质灾害隐患也多分布于此。因此，建议加强对南部低山丘陵区资源环境的保护与防范，将太华镇优良富硒土地划定为永久基本农田的优选区，重点开发优质富硒土壤；加强湖镇地质遗迹保护，加快推进省级地质公园申报；地质灾害高风险区提前部署防灾减灾工程。
(2) 宜兴市中部丁蜀镇、徐舍镇、芳桥镇等区域，应加强水土环境重点防治，调整土地利用类型和种植结构，开展土壤重金属污染治理工作，完善地下水环境质量监测网络，规划实施重点污染源企业搬迁。
(3) 宜兴城区地下空间资源承载能力大，适宜开发地下交通设施。南部低山丘陵区，适宜建设地下物资储备系统。同时地下空间开发时应重点关注岩溶问题，加强岩溶塌陷灾害防范。
3. 结论
(1) 本文从地质资源、水土环境、地质安全3个方面开展了宜兴市地质资源环境承载能力评价，评价结果表明，宜兴南部丘陵山区地质资源承载能力总体大于北部平原区，地质安全承载能力则小于北部平原区，水土地质环境承载能力总体为中等水平。评价结果较好地反映了不同空间地区不同因子指标的承载状态，与实际情况相符。
(2) 根据承载能力单要素及综合评价结果，提出了宜兴市应加强南部地区资源环境保护与地质灾害防范，中部丁蜀镇、徐舍镇等地水土环境重点防控；表明地质资源环境承载能力评价工作能较好地服务于国土空间规划，提高国土资源管理决策的科学性。
(3) 本文建立的地质资源环境承载能力评价方法体系，对其他县区开展类似工作具有一定的参考意义。然而，由于资源环境承载力评价工作的复杂性和动态性，如何定量评价和综合分析仍处于探索阶段，后续应进一步完善。另外，地质资源环境承载能力评价工作，如何更有效支撑国土空间开发格局优化、生态文明制度建设等工作，也需进一步探讨。
致谢
感谢中国地质环境监测院殷志强博士在论文撰写过程中提出的意见和建议。
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表 1 地质资源环境承载能力评价指标体系
Table 1. Evaluation indexes of geo-resources and environment carrying capacity
评价要素 评价因子 评价指标 承载本底 承载状态 地质资源 地下水资源 可开采资源模数 地下水开采程度 地质遗迹资源 地质遗迹分级 地质公园状态 地下空间资源 地下空间资源
开发适宜性地下空间资源
开发强度特色土地资源 土壤富硒等级 土壤重金属污染 水土环境 地下水环境 浅层地下水质量
背景浅层地下水质量 土壤环境 土壤质量背景 土壤质量地球化学
综合等级地质安全 滑坡崩塌 滑坡崩塌易发程度 滑坡崩塌风险性 岩溶塌陷 岩溶塌陷易发程度 岩溶塌陷风险性 地面沉降 地面沉降累计
沉降量沉降中心地面
沉降速率
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表 2 地质资源环境承载能力评价指标分级
Table 2. The classification of geo-resources and environment carrying capacity evaluation index
指标类别 指标 指标分级 承载本
底指标可开采资源模数/
(104m3/km2·a)≥10，7.5~10，3.5~7.5，
2~3.5， < 2地质遗迹分级 Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、无 地下空间资源开发适宜性 好、较好、一般、差 土壤富硒等级 高、适量、边缘、缺乏 浅层地下水质量背景 Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类 土壤质量背景 一等、二等、三等、四等、五等 滑坡崩塌易发程度 高易发、中易发、低易发、不易发 岩溶塌陷易发程度 高易发、中易发、低易发、不易发 地面沉降累计沉降量/mm < 200，200~800，800~1600，
1600~2400，>2400承载状
态指标地下水开采程度/% < 70，70~100，>100 地质公园状态 已建公园(已保护)、在建公园、
未建公园地下空间资源开发强度/% < 5，5~10，>10 土壤重金属污染程度 无污染、轻微污染、轻度以上污染 浅层地下水质量 Ⅰ和Ⅱ类、Ⅲ和Ⅳ类、Ⅴ类 土壤质量地球化学
综合等级一等和二等、三等和
四等、五等滑坡崩塌风险性 高风险、中风险、低风险 岩溶塌陷风险性 高风险、中风险、低风险 沉降中心地面沉降速率/(mm·a-1) >40，20~40， < 20
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表 3 承载能力等级划分标准
Table 3. Grading standards of carrying capacity evaluation
承载能力等级 承载本底等级 高 较高 中 较低 低 承载状
态等级盈余 大 大 较大 中 较小 均衡 大 较大 中 较小 小 超载 较大 中 较小 小 小
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① 李瑞敏, 李小磊, 孟晖, 等.资源环境承载能力评价支撑服务国土空间规划管理[J].中国地质调查成果快讯, 2018.
② 李瑞敏, 孟晖, 李小磊, 等.国土资源环境承载力评价技术要求(试行)(地质部分).国土资源部, 2016.
③ 宜兴市1: 5万土地质量地球化学调查报告.江苏省地质调查研究院, 2018.
④ 宜兴市地质资源环境调查评价报告.江苏省地质调查研究院, 2017.
⑤ 江苏省2017年度地表形变InSAR监测报告.北京环球星云遥感科技有限公司, 2018.
⑥ 区域地质资源环境承载能力评价技术要求(征求意见稿).国土资源部, 2017.
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图(7)
表(3)
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