人居地學環(huán)境初論

辛建榮 李同德 袁昕

[摘 要] 人居地學是研究人類聚居空間所在區(qū)域的地質(zhì)學和地理學環(huán)境特征的邊緣學科。人居地學環(huán)境是人居環(huán)境與自然系統(tǒng)的結(jié)合，主要研究人類聚居地的地學環(huán)境和生存條件及其變化特征；分析人居地學環(huán)境的基本要素及其空間差異性和時間演變性；以人地融合思想和地學工程學理論為城市規(guī)劃、工程建設(shè)等提供科學指導(dǎo)和服務(wù)；提升建設(shè)宜居城市和人居環(huán)境工程的科學性；解決城市所面臨的生態(tài)環(huán)境困境。人居地學環(huán)境研究的意義在于科學建立人居用地的理論體系，尋求不同地域文明的自然成因基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 人居地學；人地關(guān)系；人居地學環(huán)境；地學環(huán)境要素；宜居城市建設(shè)

[中圖分類號] TU981 [文獻標識碼] A [文章編號] 1002-8129（2019）02-0040-08

一、人居環(huán)境與地學

人居環(huán)境由自然系統(tǒng)、人類系統(tǒng)、居住系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)5大系統(tǒng)構(gòu)成[1]。這里自然系統(tǒng)的主體就是地球表層系統(tǒng)。地球表層系統(tǒng)是由巖土圈、大氣圈、水圈、生物圈和人類圈所構(gòu)成的地表自然社會綜合體，是人類圈與地球相互作用的復(fù)合物質(zhì)系統(tǒng)。地球表層系統(tǒng)與周圍的地球圈層其他部分存在物質(zhì)能量交換關(guān)系，是一個開放的復(fù)雜次級巨系統(tǒng)[2]。人居環(huán)境與地球表層系統(tǒng)的結(jié)合，形成一門新學科——人居地學。人居地學研究的核心是人居環(huán)境與地學，即人居地學環(huán)境。

地球表層系統(tǒng)是人類與萬物賴以生存的環(huán)境和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是地球圈層結(jié)構(gòu)中的特定部分，它和人類的基本生活需求“衣、食、住、行”息息相關(guān)，是人居環(huán)境發(fā)展的基礎(chǔ)[3]。人類生活在地球表層，天體的運行、氣候的變化、人居環(huán)境的開發(fā)建設(shè)和地球資源的利用，都對人類至關(guān)重要。可以說，這種“開發(fā)、建設(shè)、利用”，隨時隨地都在影響著地球與人類的關(guān)系。就此而言，地球科學是研究人居環(huán)境的基礎(chǔ)和前提。

二、人居地學研究

（一）人居地學及其學科特點

人居地學是研究人類居住空間所在區(qū)域地質(zhì)背景和地理環(huán)境特征的科學。人居地學研究的核心問題是人類聚居與自然的關(guān)系，它是人居環(huán)境與地球科學交叉的產(chǎn)物。人居地學的支撐學科是人居地質(zhì)學和人居地理學，其研究內(nèi)容主要包含與人類聚居相關(guān)的地理學、地質(zhì)學和地學工程學3大領(lǐng)域。

地理學早期研究的重點是人類生產(chǎn)與經(jīng)濟活動對環(huán)境的利用、改造和管理，如資源開發(fā)、國土規(guī)劃、區(qū)域發(fā)展、空間布局等[4]。也就是說，地理學很早就已經(jīng)涉足人類聚落的研究，包括鄉(xiāng)村聚落和城市地理，并形成了相對獨立的城市地理學，也有些學者結(jié)合人類的基本需求，把“住”（個體人居地理）納入城市地理學的研究。城市是人類個體居住的空間，是人類活動與地球表層相互作用最強的區(qū)域，因此，城市理所當然成為地理學研究的重點領(lǐng)域，城市地理學也隨之得到了快速發(fā)展，并與聚落地理結(jié)合形成人居地理學[5]。人居地理學包括自然地理學、人文地理學兩大部分。

人居地質(zhì)學主要包含與人類生活關(guān)系密切的地質(zhì)學、巖石學、地貌學、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、構(gòu)造地質(zhì)和工程地質(zhì)等。工程地質(zhì)是地學工程學的基礎(chǔ)，地學工程學科類主要涉及建筑工程、土木建筑、巖土工程、城鎮(zhèn)建設(shè)、風景園林及城市規(guī)劃等。為了研究和解決城市環(huán)境問題，地球科學家還提出了地學環(huán)境工程學的概念（Mattig，1994）[6]。

人居地學從地球科學的理論、技術(shù)和方法入手，研究人—地交互系統(tǒng)，探討地球科學領(lǐng)域中的環(huán)境保護、減災(zāi)防災(zāi)和全球變化[7]。研究內(nèi)容涉及到城市及其周邊地區(qū)的地質(zhì)、地理、地球物理、氣候、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等，以及與之相關(guān)的潛在性地質(zhì)災(zāi)害研究、防護和管理（環(huán)境地質(zhì)）。

（二）人居地學前期相關(guān)研究

最早涉及人居與地學關(guān)系的文獻資料是從人居地理研究開始的。1939年，我國著名地理學家嚴欽尚在《地理學報》發(fā)表了“西康居住地理”[8]一文，可以說嚴欽尚是我國學者中把人與地學結(jié)合探討人居環(huán)境的先驅(qū)研究者。

錢學森也是主張用地球科學與人類聚居相結(jié)合來研究城市問題的早期倡導(dǎo)者。1983年，錢學森倡議建立“地球表層學”，以加強地球表層系統(tǒng)5大圈層的研究，1987年又提出“山水城市”的概念[9]。1990年他在給吳良鏞的信中提出，要把中國的山水詩詞、古典園林建筑和山水畫融合在一起，創(chuàng)立“山水城市”。他認為“人離開自然，又要返回自然”[10]。這可被看作是我國學者關(guān)于人居地學理念的開啟，其核心問題就是要重視人與地球表層系統(tǒng)的關(guān)系。

在錢學森的提議和倡導(dǎo)下，許多學者開始從人類聚居與地理環(huán)境的密切關(guān)系思考城市規(guī)劃、建設(shè)和工程設(shè)計問題[11]，地質(zhì)環(huán)境問題[12]；從理論上探討“人地關(guān)系思想的演變”[13][14]，“人—地系統(tǒng)”與人地關(guān)系系統(tǒng)[15] [16]；從地理學的角度研究人居環(huán)境[17] [18]，探討人居環(huán)境因素對人居的影響[19]；論證自然地理環(huán)境對城市文化的影響[20]，并提出人居地理學[21] [22] [23]。趙鵬大院士從社會學的角度探討社會地質(zhì)學問題，他認為人類與地球相互作用問題是一個古老且持續(xù)存在的課題[24]。

（三）人居地學的任務(wù)

人居地學主要任務(wù)就是以人類居住地為研究對象，探索地球表層系統(tǒng)與人類聚居相關(guān)的問題。吳良鏞認為，人居環(huán)境5大系統(tǒng)的研究，應(yīng)該從全球、區(qū)域、城市、社區(qū)（村鎮(zhèn)）、建筑等5個層次進行研究[1]。根據(jù)人居地學理論和人居地學環(huán)境研究內(nèi)容，其任務(wù)主要有以下5個方面：

1. 指導(dǎo)人居地學環(huán)境的選擇。人居地學首先是指導(dǎo)選擇最佳或適宜居住的地學環(huán)境條件和區(qū)位的應(yīng)用學科。其任務(wù)主要是探討在不同地貌類型區(qū)域所構(gòu)筑的人居地學環(huán)境的差異性，由此為人口密度分布、城鎮(zhèn)布局、城市規(guī)劃、工程建設(shè)等提供科學指導(dǎo)和服務(wù)。

2. 研究人居地學環(huán)境聚居條件。研究以地球科學為主體的自然系統(tǒng)，包括人地關(guān)系的融合，人類對地球表層各種地理環(huán)境的適應(yīng)性特征。地理分區(qū)、地貌類型、大地構(gòu)造背景及其后生的自然與人為變化特征、人類聚集的關(guān)系，由此為選擇與構(gòu)建安全適宜的人居環(huán)境，為城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計提供理論基礎(chǔ)，為合理開發(fā)利用區(qū)域土地資源提供科學依據(jù)。

地球表層有高原、山地、平原、丘陵和盆地等地貌單元及其毗鄰的水系，而這些自然單元還處于不停的變化中，在不同的地貌單元環(huán)境和生態(tài)條件變化里都有人類聚居，從而形成具有地域特色的人居地學環(huán)境。

3. 解決城市人居環(huán)境污染問題。在城市化進程中，人類活動對地球系統(tǒng)的影響，主要表現(xiàn)為直接或間接移動地球物質(zhì)，改變地球物質(zhì)的賦存狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計，在發(fā)達國家中每人每年平均移動20噸地球物質(zhì)。對于一個大城市，特別是特大城市而言，這種搬運對地學環(huán)境影響巨大。這種城市化進展和人為的工程技術(shù)開發(fā)，包括城市的地質(zhì)和地理環(huán)境、城市水環(huán)境、城市巖土結(jié)構(gòu)環(huán)境、城市氣象環(huán)境、城市對地學環(huán)境污染以及沿海城市地學的特殊問題等[5]，引起了地球科學者的特別關(guān)注。人居地學充分利用城市地學環(huán)境工程學的成果指導(dǎo)防治和減輕自然災(zāi)害，并具體解決城市和工程建設(shè)中的實際問題。

4. 解決人居環(huán)境面臨的生態(tài)困境。隨著人類社會的發(fā)展，人類對于地球資源無休止的開發(fā)利用和對地球空間的掠奪性占有和改造，給整個地球甚至太陽系的近地環(huán)境與空間帶來威脅和破壞，由此引發(fā)的各類生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)成為人類聚居和生存的極大威脅與挑戰(zhàn)。

隨著人類活動影響范圍和強度的增加，人居環(huán)境問題越來越突出[25]，這些問題主要是地球表層系統(tǒng)環(huán)境的日益惡化。人類對地表的不合理開發(fā)，造成森林、草原、大氣等自然生態(tài)環(huán)境的嚴重破壞和地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造的緩慢變化。為尋求生存對自然資源的過量開采，大量消耗能源資源，使人類、動物、植物的生存條件和環(huán)境急劇惡化，而且衍生出各種地質(zhì)災(zāi)害。生態(tài)環(huán)境破壞造成的后果往往需要很長時間才能恢復(fù)，有些甚至是不可逆的。這關(guān)系到人類能否在地球上繼續(xù)生存、繁衍子孫、持續(xù)發(fā)展。

5. 促進城市與自然和諧發(fā)展。城市是人口密集的集聚區(qū)，是一個受“自然-經(jīng)濟-社會”因素共同作用的地域綜合體。隨著人類社會的進步和經(jīng)濟的高速發(fā)展，大量的人口聚集到城市，完全改變了原有自然生態(tài)環(huán)境。由此帶來交通擁堵、水資源短缺和大氣污染、垃圾污染（建筑垃圾、生活垃圾、固體廢物）、噪聲污染、土壤污染、綠地破壞、生態(tài)惡化等問題。從現(xiàn)代經(jīng)濟社會和高科技社會的角度來反省和看待城市——城市或成為人類為了生存而建立起來的與地球和大自然對立的產(chǎn)物[26]。城市環(huán)境破壞造成的后果更為直接地危害到人類的生存和生命安全。所以，研究人地關(guān)系，研究人類聚居和活動與大自然的協(xié)調(diào)及其可持續(xù)發(fā)展乃是人居地學面臨的重大課題，也是人居地學環(huán)境重點要研究的內(nèi)容。

三、人居地學環(huán)境要素與特性

（一）人居地學環(huán)境的基本要素

人居地學環(huán)境重點是探究人類聚居地的地學背景及其變化特征。包括：大地構(gòu)造背景、區(qū)域地質(zhì)、地形地貌、水文條件、氣候類型、生物面貌（群落）等6大基本要素。這6大要素是人類選擇聚居地必須考慮的地學因素，它們直接影響到城市規(guī)劃、村鎮(zhèn)布局、建筑形式。

（二）人居地學環(huán)境的空間差異性

人居地學環(huán)境的6大基本要素中起主導(dǎo)作用的是區(qū)域地質(zhì)特征，這是由人居地學環(huán)境所在大地構(gòu)造部位和相應(yīng)的地貌類型所決定的，它可以決定人類聚居的適宜性和居住環(huán)境的優(yōu)劣。就生態(tài)環(huán)境而言，不同緯度具有不同的氣候帶和不同的動植物種群——植被類型、植物群落、林木景觀和動物屬種等。就人文社會文化而言，不同地貌和氣候帶會對生態(tài)環(huán)境和人文社會環(huán)境產(chǎn)生影響。人類聚居地形成不同的人居環(huán)境風貌，不同地貌和氣候條件影響到不同地域人群的生活規(guī)律、服飾和飲食，也影響到當?shù)氐纳a(chǎn)方式、交往方式、民族風情、節(jié)慶活動、文化藝術(shù)、宗教信仰等。人居地學環(huán)境還直接影響到該區(qū)域的政治統(tǒng)治、經(jīng)濟活動方式等。

就人類聚居環(huán)境而言，什么樣的地學環(huán)境就會有相對應(yīng)的人類聚居特征。在不同地學環(huán)境里生活的民族，他們對空間的利用和民居建筑風格都具有自己的地方特色。

（三）人居地學環(huán)境的時間演變性

在很短的時間內(nèi)，地學環(huán)境的變遷并不容易被觀測到。在人的生命周期內(nèi)，我們今天能夠看到的主要是各種地質(zhì)災(zāi)害（滑坡、暴雨、地震、洪水、泥石流）和氣候的變化。

有一句諺語：“三十年河東，三十年河西”，這本身就是地學環(huán)境變遷的真實寫照，它是由于地殼升降導(dǎo)致江河游移所造成的。例如一些河流入海口的變動對人居環(huán)境帶來重大影響，長江入海口變動對崇明島以及上海市和江蘇省行政邊界的影響；黃河入海口的擺動對黃河下游城鄉(xiāng)人居環(huán)境的影響等，成為不以人的意志為轉(zhuǎn)移的佐證。

北京地區(qū)所處的北京灣在元朝時，還是一處遍布湖泊（海淀、海子）、濕地和沼澤的平原，也正是這片沼澤濕地造就了“馬背上的英雄”成吉思汗。但是現(xiàn)在北京地區(qū)干旱缺水，一方面是由于人口劇增，人類過度開發(fā)資源，對地下水過量開采利用所致；另一方面隨著人類對自然環(huán)境的破壞，整個西北、華北地區(qū)氣候變得干旱少雨，河流干涸，由此造成京津地區(qū)嚴重缺水。

另外，除自然因素即各種地質(zhì)作用造成的環(huán)境變化外，人類的各種生產(chǎn)建設(shè)和科學技術(shù)開發(fā)活動對自然環(huán)境變化的影響也是不容忽視的。由于地殼運動和大地構(gòu)造變動，地質(zhì)災(zāi)害和人類活動的快速變化，人居地學環(huán)境總是隨著時間演變在更迭，甚至發(fā)生滄海桑田的大變化。

四、人居地學環(huán)境研究的意義

（一）科學建立居住環(huán)境用地理論體系

人居地學環(huán)境的研究主要涉及到人類居住生存空間自然環(huán)境的安全性、舒適性、系統(tǒng)性等問題及其具體因素，并運用地學原理科學地建立選擇居住用地的理論體系，由此指導(dǎo)城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)。人居地學環(huán)境研究所提出的終極目標，是要通過理論和實踐結(jié)合，科學地解決“天人合一”的途徑，營造人類永續(xù)發(fā)展的聚居環(huán)境，真正達到人與自然長期的和睦共存。

對于人類聚居區(qū)域地學環(huán)境的調(diào)查研究，主要是為大范圍國土空間規(guī)劃和城鎮(zhèn)體系布局提供基礎(chǔ)性的自然空間環(huán)境現(xiàn)狀成果，使其成為指導(dǎo)城鎮(zhèn)規(guī)劃的理論基礎(chǔ)和切實可行的重要科學依據(jù)。

（二）提升建設(shè)宜居城市的科學性

根據(jù)人居地學環(huán)境理論，對現(xiàn)有的城市地學環(huán)境進行綜合評估，用以指導(dǎo)修復(fù)被破壞了的生態(tài)環(huán)境，限制過高的建設(shè)強度，修改或調(diào)整原有規(guī)劃，科學而不是空談建設(shè)宜居城市。在宜居城市規(guī)劃建設(shè)中，要謹防和克服對自然規(guī)律認識不清、措施盲目的傾向。

出現(xiàn)盲目性的最突出實例之一是京津冀地區(qū)。被改造的地學環(huán)境使大氣環(huán)流受到影響，限制了大氣環(huán)境對人類活動污染質(zhì)排放的自凈能力，京津地區(qū)因人口和產(chǎn)業(yè)活動過度排放污染質(zhì)超出了其自凈能力，使該地區(qū)長時間發(fā)生嚴重霧霾，不得不花費極大的決心和極高的成本去治理。所幸黨和政府已高度重視這一問題。

出現(xiàn)盲目性實例之二是湖北武漢。武漢地區(qū)地學環(huán)境本身就具有吸納和調(diào)節(jié)強降水的能力，被譽為“百湖之城”，城市水域面積約占全市國土面積的25%，居全國省會城市之首。但是由于城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，包括湖泊在內(nèi)的各類水體和具有吸納容量的濕地、灘涂不斷被填塞擠占。據(jù)武漢市水務(wù)局最新的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，1987年時武漢的湖泊面積為370.97km2，到2013年，只剩下264.73km2。20多年的時間，湖泊面積減少近1/3。武漢中心城區(qū)建國初期的127個湖泊如今僅存38個，目前仍面臨繼續(xù)被侵蝕的危險。原有水體失去了吸蓄雨水的能力，導(dǎo)致武漢洪澇災(zāi)害時有發(fā)生。近些年武漢下決心整治地學環(huán)境問題，包括地學環(huán)境在內(nèi)的生態(tài)文明建設(shè)已呈健康向好的發(fā)展趨勢，“大江大河大武漢”形象日漸凸顯。

如何運用人居地學環(huán)境理論科學地指導(dǎo)環(huán)境工程建設(shè)，避免盲目性，這是人居環(huán)境工程需要重視的問題。從三峽大壩工程建設(shè)的利與弊，到高鐵的發(fā)展，這些方面也同樣需要運用人居地學環(huán)境理論進行科學指導(dǎo)。三峽工程建設(shè)對人居環(huán)境、南水北調(diào)、漁業(yè)養(yǎng)殖等帶來極大便利，對防洪、發(fā)電和航運也帶來很大收益，對發(fā)展和繁榮長江兩岸至沿海地區(qū)經(jīng)濟起到了很好的作用。但是也帶來了對當?shù)厣鷳B(tài)的不利影響和氣候變化的爭議。同樣在高鐵建設(shè)中，必須結(jié)合中國的地理位置、地形地貌和土壤結(jié)構(gòu)等，在施工時應(yīng)采取必要的措施加大地面的彈性以起到相應(yīng)的緩沖作用，盡可能減弱“夏爾謝夫力”所產(chǎn)生的斯蒂芬金效應(yīng)，避免對人居環(huán)境產(chǎn)生負面影響。

（三）科學尋求不同地域文明的自然成因基礎(chǔ)

人居地學環(huán)境理論還研究不同地貌環(huán)境對人類居住文明的影響，探求不同地域文明的自然成因，通過這種研究，建立保護不同文明形成的科學基礎(chǔ)。同時，為多元文化的交流、學習、互鑒、共存、融合尋求共同點——地球是人類共同的家園，人類有責任共同保護自身的伊甸園。

感謝地學工作者已與規(guī)劃師合作，對傳統(tǒng)村落或古鎮(zhèn)的地學環(huán)境進行調(diào)查，研究其文脈、習俗形成的自然因素，科學地編制遺產(chǎn)保護規(guī)劃，保護或修復(fù)遺產(chǎn)形成所在地的原始自然環(huán)境，使其永續(xù)傳承和發(fā)展，克服只注重遺產(chǎn)建筑物的修復(fù)，而忽視原有或原始自然環(huán)境的修復(fù)與保護的缺陷，人居地學環(huán)境的研究與實踐日臻完善。

（本文得到中國科學院趙鵬大院士的悉心指導(dǎo)，特以致謝。）

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[責任編輯：鄒立鳴]

Abstract： Habitat geoscience is an interdisciplinary subject that studies the geology and geography environmental characteristics of the region where human settle. The habitat geoscience environment is a combination of human settlements and natural systems， which mainly studies the geoscience environment， living conditions and their changing characteristics of places of human settlements； analyzes the basic elements of the human settlements environment and its spatial and temporal evolution； provides scientific guidance and services for urban planning and engineering construction by the theory of man-nature fusion and geo-engineering； enhances the scientific nature of building the cities that are livable and good for human settlements； and solves the ecological dilemma faced by cities. The significance of the study of the habitat geoscience environment is to scientifically establish the theoretical system of human settlements and seek the natural causes of different regional civilizations.

Keywords： Habitat Geoscience； Human-nature Relationship； Geoscience Environment Elements； Livable City Construction