基于用地规划的污染地块修复多目标优化研究

环境修复网讯:摘要：本研究构建了一个基于再开发的污染地块修复环境与社会经济多目标优化决策方法,并以华北某大型污染地块开展实证研究.结果显示:调整用地规划布局,采用第二类用地修复治理标准(GB3660-2018)可使修复方量降低62.5%,同时降低修复的环境影响; 其次,基于多目标优化调整的用地规划和修复技术,使修复成本分别降低28.3%、27.4%,而优化土地开发强度使收益同期增长24.3%,并能兼顾多重社会可持续目标. 最后,对多目标优化的盈亏平衡分析显示,提高用地开发强度所增加的土地收益高于同期增加的修复成本,达到一定的土地开发强度方能实现地块修复与再开发的盈亏平衡.因此,通过地方政府、社会公众、污染责任方和土地开发商等利益相关方分析,构建的污染地块修复多目标优化策略可综合平衡不同利益相关方的权力和资本关系,提升修复的环境和社会经济效益,实现绿色可持续的修复与再开发.

近些年来,随着我国的快速城市化进程和“退二进三”等产业转移政策实施,因污染工业企业关停转移而遗留的污染地块(也称“棕地”)问题日益突出[1].据粗略统计,目前我国遗留的污染地块超过50 多万块,而北美和欧洲的各类型污染地块多达45 万块和34.2 万块[2-3].数量众多的城市污染地块不仅限制了土地的使用用途,而且引发地区经济萧条并危害公众健康,造成严重的环境与社会经济后果[4].通过对修复后的污染地块进行再开发,能够实现土地增值以补偿前期的修复成本,是地方政府普遍接受的土地开发模式[5-6].如何有效的平衡修复与再开发关系,是污染地块再开发成功与否的关键[7-9].

再开发的污染地块要求未来使用不对人体和生态系统造成危害,必须先实施修复然后才能使用,而其修复要求又取决于土地的未来用途[10].因此,污染地块的修复治理与再开发的未来用途紧密相连.在我国,地块再开发依据的控制性详细规划与修复实施程序相对独立,使规划土地使用目标难以兼顾地块污染的修复实际[6,11].污染严重且修复量大的地块布局居住、医疗等敏感用地将造成过高的修复成本而使开发难以为继[6,12].因此,应有效整合污染地块修复与相关用地规划,实现可持续修复和成功的棕地复兴.

早期整合污染地块修复的土地使用决策方法主要基于收益-成本分析,分别发展了基于风险评估的修复成本核算[13-14]和基于条件估值、享乐价值方法的土地收益估算[15-16].进一步对棕地复兴成功因素的分析显示,收入水平、政策激励和相关利益方参与也显著影响再开发过程[17],如土地开发商更关注污染责任的减免对土地预期收益的影响[18];而修复后土地重新使用产生的环境正效益可大量抵消修复的负面环境影响,但这些因素在地块再开发修复决策中常常被忽视[19-20].近二十年来,综合考虑修复全生命周期内的环境、社会、经济方面因素,实现净效益最大化的修复与再开发模式已成为国际修复界的主流趋势[21-22].绿色可持续修复要求再开发的污染地块应优化规划配置,并在规划阶段引入污染调查和修复设计从业人员的意见[23].因此,多目标决策支持工具(DSS)被引入到再开发污染地块修复决策中来[24-25].如Wedding 等[26]、Zavadskas 等[27]构建的再开发污染地块修复决策模型,能够依据地块污染特征及土地开发用途提供修复实施策略建议;张丽娜等[28]、邓一荣等[6]结合风险评估对用地规划方案调整,发现调整土地使用类型可以显著降低修复成本;Morio 等[8]、Schädler 等[29]融合可持续性评估和多准则遗传算法构建了一个棕地再开发的土地优化配置工具,能够为再开发提供最优化的土地配置.然而,以上决策支持方法主要基于评估指标的定性整合,或对土地用途的多目标优化建议,缺乏与修复治理和规划编制的上层管理制度有效衔接.因此难以指导具体的修复与再开发实践.

本研究结合我国污染地块管理和用地规划编制程序,构建了一个再开发污染地块修复多目标优化方法, 能够在地块环境调查阶段即可给出后期修复治理与土地未来使用的最优决策.该方法以华北某大型污染场地为案例,通过综合从修复治理到再开发阶段的成本收益关系、环境与社会可持续性评估来构建多目标优化模型,给出地块修复治理与用地规划的多目标优化决策.

1 材料与方法

1.1 基于用地规划的污染地块修复多目标优化方法

图1 污染地块修复与再开发的利益相关方相互作用关系

存在污染的城市地块经调查发现污染,地方政府即要求土地使用权人(污染责任方)进行治理,土地使用权人通过委托修复实施方(含设计、施工)开展修复.地块修复完成达到土壤环境质量要求后可进入再开发程序[30].地块再开发收益由控制性详细规划确定的用地类型、控制指标和配套设施决定[6,31],而修复成本则取决于需要修复的方量和采用的修复技术[8].土地使用权人需要平衡修复投入与再开发收益来进行修复治理决策.当土地使用权转移到土地开发商时,污染修复的责任同时发生转移(图1),土地开发商需同时支付土地出让金和用于修复的额外成本.围绕地块修复治理与土地未来使用,平衡土地再开发收益和修复成本成为各方博弈的焦点.因此,为有效衔接地块修复治理与规划编制的上层管理制度,需要综合地方政府、土地使用权人(污染责任方)、土地开发商、修复实施方等利益相关方诉求,实现再开发污染地块修复的多目标优化.

基于利益相关方相互作用关系分析,本研究构建了基于用地规划的污染地块修复多目标优化方法.该方法以地块污染调查数据、初步规划方案和当地社会经济信息作为系统输入,能够为地块修复与规划编制提供最优的解决方案(图2).该方法首先基于地块详细调查结合建设用地土壤污染风险评估技术和风险管控标准等文件确定修复目标并计算修复成本[32-33],依据用地规划方案及社会经济信息核算再开发的土地收益.然后依据CAEPI-1 2015 等文件和利益相关方分析开展环境和社会可持续性评估[34].最后,根据多目标优化模型及人口、经济和环境约束条件实现多目标优化,并进行盈亏平衡与参数敏感性评价.多目标优化分析结果可确定土地未来使用的最优开发强度和规划布局,以及地块修复治理策略.方法采用的地块调查、用地规划方案、地区社会经济信息以及优化决策评估指标体系及权重可根据不同地块实际而做相应调整.

图2 城市再开发污染地块修复的多目标优化方法

1.2 修复成本-土地收益分析

1.2.1 单位修复成本核算 污染地块的修复成本通过经验模型获得,其取决于地块污染风险及采用的修复技术平均成本[35-36].采用单位修复成本作为衡量地块修复的投入指标,即场地调查范围内单位面积去除污染物所需的平均成本.单位修复成本为每种污染物的修复量与修复单价乘积除以污染调查面积.修复方量通过样点污染物空间插值(Kriging 法)后根据修复目标确定修复范围乘以污染深度来计算.修复单价参考生态环境部文件《2014 年污染场地修复技术目录(第一批)》推荐值[37].其中地块的修复目标值是在地块详细调查基础上,经风险评估后依据GB36600-2018 确定[32,38].风险评估的暴露途径包括经口摄入土壤、吸入土壤尘、吸入室外空气中的污染物、吸入室内空气中的污染物、吸入地下空间中的污染物等,计算参数来源于HJ 25.3-2019 文件[33]和场地实测信息.计算公式为:

式中:ULRC 为地块单位修复成本,万元/m2;RPx1、RPx2…、RPxk分别为修复目标污染物x1,x2…xk 的修复技术平均市场价格;RA 为需要修复的用地面积,m2;并按不同污染深度划分为不同修复单元(i,j);Dep 为对应修复单元的修复深度,m;TLRA 为污染调查面积.

1.2.2 单位土地收益核算 核算单位土地收益的方法包括模拟市场法、条件价值法(CVM)、享乐价格法(HPM)[9,13]本研究采用模拟市场法计算单位土地收益.模拟市场法计算的土地开发收益来源于将用地开发为居住、商业和附属地下空间等商品房出售后,扣除土地交易、建安工程成本以及依据规划的附属配套设施建设成本所剩余的利润[29].土地收益的参数取决于控制性详细规划确定的土地性质和面积、容积率规定和附属配套设施.其中,配套附属设施应满足《城市公共服务设施规划标准GB50442 (修订)》的规定,输入经济参数可参考周边开发地块的相关市场数据,结合销售 比较分析和地价综合确定[8].计算公式为:

式中:ULI 为规划用地单位土地收益,万元/m2;LAi为第i 块产生土地收益的面积(R2:居住用地,B1:商业用地);LAj为第j 块配套设施用地的用地面积(R2,B1以外的用地类型);PCH 为商品房销售价格,万元/m2;FAR 为用地容积率;PCUS 为地下空间商品房价格;LSP、PLSP 分别为商住用地和附属设施用地的土地交易价格,万元/m2;CP 为建安工程价格,万元/m2;TLA 为规划用地总面积,m2.

1.3 环境与社会可持续评估

1.3.1 修复技术环境影响评估 地块修复技术的环境影响评估包含定性、半定量以及定量的生命周期影响评价方法[23].受限于前瞻性评估的专家知识和项目资料,采用应用成熟的定性综合评分法进行评估[23,37].

首先基于文献调研,确定目标污染物可用的修复技术.结合技术可操作性,分别就修复效率EIi、修复环境影响REi开展评估.定性综合评估通过对各项指标按1～5 分(1 极差、2 较差、3 一般、4 较好、5很好)区间进行评价.评分依据可参考场地调查参数和同类场地信息,结合污染场地修复技术筛选指南(CAEPI-1 2015)等[34]标准文件.

1.3.2 再开发的社会可持续性 可持续的地块再开发要求确保土地开发者能从开发中获益,当地政府能通过治理污染推动当地发展,公众希望消除污染并享受发展成果[17].结合联合国《21 世纪议程》的可持续城市土地管理目标,可持续的地块再开发包括高质量居住环境、保护自然资源并减少排放、以及促进城市经济发展等方面[39-40].其中,高质量的居住环境要求居住区临近休闲空间、供应资源、商业网点和公共服务设施,远离污染工业区并与交通枢纽形成隔离[29].对于污染土地,需要尽量减少修复方量并降低环境影响,同时保护当地栖息地、动植物及历史建筑[41].通过地块再开发,能够为当地提供供应和公共设施、居住和创新创业场所,同时有效减少环境污染来推动城市发展[17].

因此,研究构建了一个包含15 个评估指标的社会可持续评估指标体系,结合五分钟生活圈居住区标准评估土地开发的社会可持续性(表1).每一项评估指标用于评估与之关联的要素特征在不同的用地单元中对可持续的促进或阻碍作用(-1～1),并用覆盖全部用地类型的规则格网以表征不同规划用地属性的空间特征.采用半定量的多准则分析(MCA)综合评估社会可持续性[42].权重设置突出地块污染修复对整体可持续性的影响,参考Morio 和Schadler等方法确定[8,29].总体可持续指标计算式为:

表1 污染地块再开发社会可持续性评估指标

续表1

注:*依据《城市居住区规划设计标准(GB50180-2018)》.

1.4 多目标优化模型

1.4.1 修复与再开发多目标优化函数 在修复成本-土地收益分析和环境与社会可持续性评估的基础上,进一步构建再开发污染地块修复的多目标优化函数[43].多目标优化函数细分为经济目标f1、环境目标f2和社会可持续目标f3函数:

同时,基于利益相关方分析,确定多目标优化函数的约束条件:

式中:Pop 为用地规划人口;TLA 为规划用地面积;x 为满足规划人口需求以外的居住用地面积;ULIR, ULIB为居住用地和商业用地的单位土地收益,LARB为商业用地面积;ULRCf,ULRCm分别为第一类用地和第二类用地的单位修复成本;EIi,REi为第i种修复技术的修复环境影响和修复效率.Einit为初始用地方案的可持续性平均得分;Es为第s 个用地方案的可持续性评估得分.

为获得Maxf1,首先根据地块规划人口Pop、用地面积TLA 和容积率范围FAR,采用式(2)确定居住和商业用地单位土地收益ULIR,ULIB.代入(7)中构建关于规划人口Pop、用地面积TLA 和容积率FAR的单位土地收益关系ULIx.基于第一类用地和第二类用地修复治理标准确定的修复量带入式(1)计算单位修复成本ULRCf,ULRCm,代入式(8)中构建关于规划人口Pop、用地面积TLA 和容积率FAR 的单位修复成本关系ULRCx.以ULI、ULRC 为横纵坐标,Pop、TLA 和FAR 为约束条件形成关于土地收益-修复成本关系的用地规划策略图.

Maxf2包括单位修复成本函数ULRCx和修复技术目标max(EIi,REi).修复技术目标的确定首先依据文献调研确定目标污染物适用的修复技术,结合CAEPI-1 2015 等文件开展修复环境影响EIi和修复效率REi评估.根据评估结果,建立以EI_{i、REi为横纵坐标的修复效率-修复环境影响的修复技术策略图.修复技术目标最优化选项即为策略图右上角的选项.}

Maxf3采用MCA 评估法结合公式(3)计算初始用地规划方案的规则格网可持续性平均得分Einit,然后根据Maxf1、Maxf2目标要求下得到优化用地方案Es.通过进一步优化用地方案下使Es和Einit的比值最大化,实现社会可持续性最优.

1.4.2 盈亏平衡与参数敏感性分析 对于受污染的土地而言,地块修复与再开发能否实现盈亏平衡是实现可持续修复的关键,其受土地类型、地块位置和感知经济风险等因素影响[15-17,44].因此,需要对构建的多目标优化函数进行盈亏平衡和参数敏感性分析.根据式(1)、(2),以规划用地容积率(FAR)和修复目标值作为分析指标,分别设置不同开发强度和修复治理标准进行盈亏平衡分析.选取10 个城市的平均经济参数进行敏感性分析.此外,修复技术可能存在污染残留而产生潜在的健康风险,并受成本、时间等因素影响.因此,依据生态环境部《污染场地修复技术应用指南》[45]确定的修复技术筛选指标与评价标准进行污染无害化率和成本因素敏感性分析.污染无害化敏感性为《污染场地修复技术应用指南》确定的该技术污染物去除率水平,成本敏感性为选取修复技术与适用修复技术平均参考市场价格的比值.根据构建的社会可持续性评价指标体系,采用相同权重和十分钟生活圈标准[46]进行社会可持续性评估的敏感性分析.

1.5 研究案例与数据来源

选取华北某城市郊区一大型冶炼场地开展实证研究,该场地占地面积约50hm2.原企业建于上世纪五六十年代,主要使用冶炼矿石、煤等原材料,生产氨化肥、煤气、聚乙烯等产品,目前已停产空置.初步调查显示,该地块砷(As)和苯并芘(BaP)污染严重,浓度范围分别在1～96mg/kg 和0.1～46.3mg/kg 之间,平均值为18.23mg/kg 和1.97mg/kg.根据规划,该片区定位为城市居住社区,规划居住人口3 万人.规划需配套商业、教育、医疗、社会福利与供应、环卫等设施,并附属城市公交场站用地(图3).

图3 土壤调查点位分布及用地规划

表2 地块风险评估参数定义及取值

为详细调查地块污染,采用均匀布点法布设178 个土壤样点,同时采集了相关污染区的土壤参数以开展修复目标值计算(表2).根据文献分析,As污染的修复技术包括固化/稳定化、土壤淋洗、电动修复、微生物修复和植物修复等[47-48];苯并芘污染治理的修复技术包括热脱附、化学氧化还原、土壤淋洗和微生物降解等[49].单位修复成本参考生态环境部推荐值采用式(1)计算[37].单位土地收益核算采用式(2),参数来自国家统计局官方统计数据[50]:PCHR= 3.74, PCHB=3.41, PCUS=0.84,LSP=3.27, CP=0.42 (其中CPG1=0.04, CPG2,G3=0.04,CPS1=0.0076).其中,按当地文件要求,规划居住用地容积率应控制在1.6～2.8 之间,商业用地不超过4.0.

2 结果与分析

2.1 不同规划土地类型修复成本与土地收益

采用HJ25.3-2019 方法按照同一地块As 和BaP最大检出值作为暴露点浓度进行风险评估,计算得出第一类用地 As 和 BaP 风险控制值分别是0.45mg/kg 和0.54mg/kg,第二类用地为1.41mg/kg 和1.49mg/kg.结合GB36600-2018 标准及地方环境背景值[32,51-52],选取20mg/kg 和60mg/kg 分别作为As第一类用地和第二类用地的修复目标值,0.55mg/kg和1.5mg/kg 作为BaP 的修复目标值.As 和BaP 取样浓度Kriging 插值结果显示(图4a),约20.2hm2用地As 浓度超过20mg/kg,占总调查面积的40.7%;超过修复目标值的BaP 范围达36.69hm2,占总面积的73.9%,其中17hm2超过风险管制值.根据As 和BaP浓度分布及修复目标值,确定As 需要修复12.91 万m3,BaP 需要修复33.8 万m3,合计修复量37.97 万m3.污染严重的用地类型为R2、A5、A6 和S1(图4b),若采用第二类用地的修复标准,R2、A5 等第一类用地的修复量相对减少62.5%.

图4 As 和BaP 污染浓度分布与土地修复方量

进一步依据规划方案确定的各类用地,按照规划容积率1.6～2.8、修复目标为自然背景、风险筛选值和风险管制值标准分析不同容积率和修复目标对应的规划人口和修复量(表3).结果显示,居住用地容积率为1.6 时,该片区仅能规划1.89 万人,同时若采用GB36600-2018 管制值进行修复,仅需修复BaP约0.31 万m3.当居住容积率到2.8,片区可规划3.31万人,采用自然背景或最低检出值时修复量达100.21 万m3.相对增加容积率所提高的规划人口,降低修复目标的修复量呈指数增长.合理的修复治理标准及规划容积率指标极大影响再开发污染地块的收益-成本关系.

表3 不同土地开发模式下的用地容积率指标及修复目标值

注: *依据地方要求,居住用地容积率控制在1.6～2.8,商业用地不高于4.0,商业用地比例不超过居住用地的20%.**1和8分别为GB36600-2018确定的As、BaP风险筛选值和管制值;11为As和BaP取样点最低检出值.

2.2 污染地块修复与再开发的多目标优化决策

在不同土地类型修复成本和收益核算结果基础上,构建规划约束条件下经济目标f1和环境目标f2函数.按照规划面积50hm2、容积率≤2.8、规划人口≥3 万人的约束条件,单位土地收益的变化区间为1.58～1.77 万元/m2.单位土地收益在居住人口3万人、居住容积率2.8 时取得最大(Maxf1=1.77).由于非敏感的商业用地能够降低总体修复量,规划人口 3 万人时取得最小修复成本(Min(ULRC)=0.03)(图5a).按照人均27m2的居住用地指标得到最大化土地收益时的居住用地面积为289285.71m2,规划商业面积73179.93m2.修复技术评估显示,固化稳定化(S/S)在As 修复技术中具有较高的修复效率和较低的环境影响,而植物修复(Pr)的修复环境影响较小但修复效率低,挖掘-填埋的效率较高但产生较大环境影响.BaP 修复中热脱附技术(TD)具有较高修复效率但存在一定环境影响,化学氧化技术(CR)修复环境影响和TD 一致但修复效率低,常温解析(RTA)修复环境影响小但修复效率低,适用于暂不开发利用的地块修复(图5b).综合规划约束和MCA 评估,Maxf2=Min(ULRC)+Max(S/S,TD/RTA),即最低单位修复成本0.03 万元/m2,分别采用固化稳定化、热脱附、化学氧化和常温解析组合的修复技术.

图5 污染地块修复与再开发策略多目标优化结果

EL 挖掘-填埋;S/S 固化/稳定化;SW 土壤淋洗;Er 电动修复;Bio 微生物修复;Pr 植物修复;RTA 常温解析;TD 热脱附;CR 化学氧化还原;SVE 气相抽提

根据Maxf1和Maxf2,结合MCA 评估方法构建Maxf3函数进一步优化用地方案及修复技术,形成3 种用地再开发模式(图6S1～S3).S1 为初步规划方案经风险评估确定As 和BaP 修复范围,S2 为经济约束目标Maxf1结合社会可持续目标Maxf3的优化情景,S3 为基于S2 结合环境约束目标Maxf2的优化情景.相对原规划方案,S2 模式将修复量大的第一类用地置换为其他第二类用地,补充居住用地周边供应设施、公共服务以及公园绿地等,目标污染物修复技术不变.根据S2 规划方案并结合用地开发时序及敏感性,采取不同修复技术组合形成S3 模式.As 采用固化稳定化,BaP 则按照地块开发时序分别采用热脱附、化学氧化、和常温解析修复方法.

图6 三种用地规划情景及修复范围

2.3 再开发污染地块多目标优化方案评估

根据构建的多目标优化决策结果,用地调整及修复技术组合显著提高了土地的经济收益,降低了修复环境影响(表4).3 种地块再开发情景,规划人口分别为3.31 和3.0 万人、容积率为2.8,商业用地面积分别为5.71 和7.32hm2.S2、S3 情景相比S1 规划人口减少了0.31 万人,商业用地增加了1.61hm2,单位土地收益相比S1 情景从1.34 万元/m2增加到1.77万元/m2.S2、S3 总体修复量比S1 降低了31.8%,修复面积减少了38.9%.通过用地规划方案调整使S1的单位修复成本由S1 的0.11 万元/m2降低至0.07万元/m2,修复总成本降低了28.3%,S3 情景通过修复技术优化进一步将单位修复成本降低至0.03 万元/m2,总成本进一步降低27.4%.

表4 三种规划用地调整情景及修复量

注:* S/S固化/稳定化;TD热脱附;CR化学氧化还原;RTA常温解析.

社会可持续评估结果同样显示,用地规划方 案优化显著提高了再开发的可持续性.S1 模式格网可持续均值为 0.142,低可持续(负值)区域占30.6%,其中用地东北部和存在污染的西部可持续性差.S1 较低的可持续性在于相关供应设施、公共服务、商业设施覆盖率差,部分居住、教育医疗等公共服务设施用地布局在存在污染的区域(图7a).S2 和 S3 模式格网可持续均值增长至 0.148,Maxf3=1.04,其中低可持续区域(用地可持续性＜0)由30.6%降低至16.7%(图8b).通过用地规划方案和修复技术优化提升了再开发的社会可持续性,实现多目标优化.

图7 用地规划方案可持续性评估

2.4 盈亏平衡与参数敏感性分析

不同开发强度的单位土地收益-修复成本盈亏平衡分析显示(图8a),低强度土地开发的单位修复成本接近产生的土地收益,收益-成本差为0.2 万元/m2(规划人口1.89 万人),而高强度土地开发模式的土地收益-成本差达1.55 万元/m2(规划人口3.31 万人).土地收益-修复成本变化曲线显示,单位土地收益-成本差呈线性增长(R2=0.99),提高居住用地容积率产生的土地收益递增速率高于降低土地修复目标所增加的修复成本(图8b).选取10 个典型城市进行参数敏感性分析显示,不同城市的土地收益-修复成本受商品房价格、建安工程和土地成本的影响巨大.除一线经济发达城市以外,同样开发情景下的平均土地收益-修复成本差均＜0.2 万元/m2,部分经济欠发达城市的收益-成本差甚至为负值(图8b).因此,再开发污染地块的修复,需要达到一定的土地开发强度才能实现盈亏平衡.

以传统挖掘-填埋技术作为基准,对修复环境影响的污染无害化率和成本因素进行敏感性分析显示(图8c):相对完全去除污染物的挖掘-填埋技术,固化/稳定化技术的无害化率在90%以上,成本变化敏感性小于84%,固化/稳定化对As 修复具有低敏感性.热脱附技术(TD)和化学氧化技术(CR)无害化率均在70%左右,而成本敏感性超过基准水平147%和105%,成本因素对BaP 修复的选择有较大影响.常温解析(RTA)的污染无害化率低于50%,但修复成本只有平均水平的21%,残留污染物的环境健康风险是该技术选择的主要制约因子.社会可持续评估的敏感性分析显示(图8d),采用相同权重评估的初始用地方案低可持续区域由30.6%降低至20.36%,而优化用地方案比重由16.7%降低至7.91%.按照十分钟生活圈标准初始方案和优化方案敏感性水平为25.89%和16.52%.但是,两种敏感性分析的低可持续比重从初始方案到优化方案分别降低了12.45%和9.37%,接近基准方案的13.9%.因此,可持续性评估的敏感性分析对评估结论并没有显著影响.

图8 不同土地开发模式下单位土地收益-修复成本关系及环境与社会可持续敏感性

a.不同容积率/修复目标值; b.不同容积率/城市土地开发模式;c.不同修复技术;d.不同规划方案

3 讨论

3.1 多目标优化可显著提升修复与再开发的综合效益

本研究案例中,多目标优化的用地规划与修复技术方案使华北某地块的修复成本降低了28.3%,土地收益提高了24.3%.优化后的地块修复总量减少了31.8%,降低了27.4%的修复成本,极大降低了修复的环境影响.经评估的社会可持续性平均得分由0.142 增长至0.148,低可持续区域由30.6%降低至16.7%.因此,多目标优化的地块修复与用地规划方案显著提升了环境与社会经济综合效益.Katsumata等[53]对The Industri-Plex 场地的研究显示,对土地使用规划调整可使修复成本降低30%以上,而Chen等[9]采用灵活的土地管理政策使台湾5 个修复场地的成本降低了5.741013USD[9]. Morio 和Desousa 等对污染地块再开发的可持续评估显示,综合利益相关方关系优化的方案,通过有效协调公共设施需求、美化地区环境、增加就业机会等,使修复与再开发的公众满意度和社会可持续性显著提升[8,29,54].

3.2 污染地块修复与再开发的平衡关系

现阶段,驱动污染地块修复开展的关键因素仍然是土地开发潜力和可能的地价上涨[55].低成本的修复-再开发模式,往往产生的直接经济回报不足以支撑修复成本[56];而高强度的土地开发模式将使修复成本急剧升高并增加基础设施建设压力,也可能增加公众健康风险[57].前期研究显示,随着场地修复治理标准的提高,修复本身的有害环境影响呈指数增加而收益逐渐减少[58].过于严格的修复治理标准,产生的成本最终将转嫁到消费者上而限制了土地收益[59].例如美国早期修复的“一刀切措施”产生的高额修复成本难以为责任方所接受而导致众多地块长期搁置[53].相反地,过于关注土地开发效益而降低修复治理标准,则会使修复不完全而造成环境安全隐患[60].Morio 等[8]和Schädler 等[54]关于德国某场地研究显示,居住和商业用地的市场价值远高于修复成本,提高居住用地5%的开发强度将使整个场地的市场价值提升11.5%;而规划为闲置或游憩用地,其土地市场价值将入不敷出.因此,再开发污染地块修复需要有效平衡修复标准与开发强度才能推动可持续的修复治理.

3.3 多目标优化实践的局限与展望

然而,我国污染地块修复与用地规划的上层管理制度衔接还存在诸多的不确定性.比如,再开发土地用途依据的控制性详细规划编制“自上而下”实施[11],其编制时间往往超前于地块修复,前期规划编制对地块污染特征及后期的环境经济成本了解有限.而到修复阶段,修改前期规划需要同时协调周边规划用地需求,将影响规划总体目标的实现.另一方面,规划编制与修复分属自然资源(原规划部门)和生态环境(原环境保护部门)部门,管理权力的分割和参与人员专业知识的局限性均难以将后期的修复需求纳入前期的规划编制体系[6,61].污染地块修复与用地规划编制在时序和管理上的相对独立,以及参与修复的有关利益各方以及相互之间的权力关系均会导致多目标优化决策产生较大的不确定性.从全生命周期视角,早期修复偏向于修复成本降低和环境影响最小化,而后期的土地开发则更强调土地收益和社会可持续.随着时间尺度的扩展,影响修复与再开发的相关政策、经济、管理以及环境因子均会发生改变.如何有效的应对这些外部因素的不确定性,并在修复与规划编制实践中动态优化,还需进一步的研究和讨论.

4 结论

4.1 结合场地环境调查数据,调整地块不同土地使用类型可降低用地的健康风险和总体修复量.将具有严格修复治理标准的居住用地和医疗设施用地转变为绿化、商业等其他第二类用地,经风险评估确定As 和BaP 修复目标值后总体修复量可同比降低62.5%.

4.2 基于多目标优化构建的地块修复和再开发方案可显著提升环境和社会经济效益.相对原方案,通过调整用地规划和优化修复技术可使修复成本分别降低28.3%、27.4%,而土地收益相应增长了24.3%,再开发的社会可持续性平均得分也由0.142 增长至0.148.

4.3 再开发污染地块的修复需要达到一定的土地开发强度才能实现盈亏平衡.容积率为1.6 的低强度土地开发,单位土地产生的平均修复成本接近对应土地收益;而高强度土地开发(FAR=2.8)的单位土地收益＞1.55 万元/m2.提高土地开发强度在增加土地收益的同时也增加了修复成本,但土地收益递增速率高于降低土地修复目标所增加的修复成本.