一种自下而上的乡村用地空间碳排放评估模型

技术领域

本发明涉及碳排放计算技术领域，尤其适用于一种自下而上的乡村用地空间碳排放评估模型。

背景技术

目前碳排放计算方法，一方面是基于统计年鉴中的地区终端能耗进行计算，仅能计算区/县的碳排放总量，并不能反映农村地区的碳排放强度和水平；另一方面是基于乡村固定碳源(包括燃烧燃料碳排放、建筑碳排放、路灯碳排放、废水碳排放、生活垃圾碳排放)、移动碳源(交通碳排放)进行汇总计算乡村社区碳排放的总量。两种计算方法均不能直接反映农村地区不同用地空间上的碳排放强度，无法进行乡村地区建设用地的碳排放强度和碳排放水平的横向对比，故无法直接指导村庄规划中对建设用地碳排放的管控。且已有计算方法对于具体的燃料碳排放源和建筑碳排放源的类别，碳排放源消耗量的计算方式，碳排放因子阐述不足，使得计算方法的指导性、应用性不强。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种自下而上的乡村用地空间碳排放评估模型，其能够按照不同用地类型的边界、要素，确定不同类型用地的碳排放强度，然后根据用地面积与碳排放强度计算不同用地的碳排放量，最终得到乡村用地空间的碳排放总量。

为达到上述目的，本发明公开一种自下而上的乡村用地空间碳排放评估模型，首先按照不同用地类型的边界、要素，确定不同类型用地的碳排放强度，然后根据用地面积与碳排放强度计算不同用地的碳排放量，最终得到乡村用地空间的碳排放总量，以实现国土空间规划中对于用地碳排放管控；

具体包括：

首先根据国土空间规划中土地利用规划管控的用地指标，理清当前国土空间规划中影响碳排放总量与碳排放强的的空间规划管控内容包括：土地利用、交通设计、环境容量、建筑建造；

然后聚焦于影响土地利用碳排放的四个要素确定准则层：用地布局、用地规模、用地模式和用地结构，构建乡村用地空间的碳排放评估模型，包括反映用地布局合理性的用地碳排放强度指标，反映用地规模的碳排放总量指标，反映用地模式的碳排放效率指标以及反映用地结构合理性的用地碳排放结构指标；

利用单位住宅用地碳排放量E

利用地碳排放总量反应乡村用地整体碳排放水平；

利用单位GDP碳排放量E

利用各类建设用地碳排放比值E

最终根据用地要素与碳排放的关系确定碳排放评估模型。

进一步，碳排放总量通过以下公式进行计算：

C＝C

其中，C为农村用地碳排放总量，C

1)建设用地碳排放量C

2)农用地碳排放量为农用地碳排放和林地草地湿地等用地碳吸收量的总和；

3)生态用地碳排放量为水域和其他碳汇功能的生态用地的碳吸收量总和。

进一步，所有建设用地碳排放的总和，各类建设用地的主要碳排放要素包括：

居住用地，碳排放源来自于居住建筑，所以居住用地上的碳排放计算首先需要明确乡村建筑类型：

经营性建设用地：碳排放源主要来源于经营性建筑，经营性建筑的能源使用情况按照建筑所经营的产业进行分类调研，经营性建筑碳排放同样采用建筑的全生命周期进行碳排放的计算；

公共服务设施用地：公共建筑的碳排放同样采用建筑的全生命周期进行碳排放的计算；

交通用地：碳排放主要来自于交通运输工具，以住户为基本单位统计户均年碳排放量。

进一步，乡村建筑类型包括砖混建筑、木结构建筑、框架结构建筑3种类型；建设用地碳排放量C

其中C

S

建筑碳排放量采用全生命周期的建筑碳排放包括建筑建造材料的间接碳排放，材料运输、建造过程和建筑使用阶段直接碳排放4个部分，计算方式如下：

A

乡村建住宅建筑碳排放计算方法及调查项目表

进一步，住宅建筑不同阶段的碳排放包括：

a.建材生产阶段的碳排放根据建筑材料碳排放系数与相应的消耗量计算，同时应考虑材料运输与施工过程的废弃比例，计算公式如下：

C

式中：M

b.建材运输阶段的碳排放计算：通过建筑材料来源地与建筑所在地距离与交通运输能耗核算运输碳排放，计算公式如下：

C

其中，L为建筑材料来源地与建筑所在地距离，B

c.建设阶段碳排放根据实际施工队建设全过程的能源调查为基础计算；计算公式如下：

其中，C

d.建筑使用阶段碳排放计算根据对住户的能耗调查为基础计算，计算公式如下：

采用的IPCC的碳排放计算方法；即由能源消耗量与对应能源的碳排放系数乘积决定，碳排放量计算公式如下：

其中，C

进一步，建筑碳排放的计算方法为：

单位经营性建设用地碳排放量

单位公共服务设施用地碳排放量

进一步，户均交通碳排放的计算公式如下：

C

其中L

进一步，农用地碳排放和林地草地湿地的碳吸收量的总和为：

C

其中，C

农用地碳排放估算公式如下：

C

式(9)中，C

各类别农业碳排放量计算公式如下：

E

E

E

E

E

E

式中，a，b，c，d，e，f分别为各碳源的碳排放系数，其中a＝0.895 6kg/kg，b＝4.9341kg/kg，c＝5.18kg/kg，d＝266.48kg/hm2，e＝312.6kg/hm2，f＝0.592 7kg/kg；G

进一步，水域和其他碳汇功能的生态用地的碳吸收量总和为：

C

其中，C

生态用地碳汇总量，是衡量农村生态用地碳中和效果的重要指标，本研究中立足于我国农村地区农业生态系统，将消纳碳排放所需要的生产性土地转化为森林、草地、农田、水域四种用地类型；

NEP＝NEP

NEP反映了植被的固碳能力，即1hm

E

其中，E

进一步，计算E

用地碳排放结构，设E

E

E

公式中，E

有益效果：1)本发明可以明确不同用地类型的碳排放强度，实现与同一区域同类型乡村用地碳排放水平的更像对比，从而有效地引导乡村空间规划中的功能布局；2)本发明可以实现乡村部分地块、乡村社区整体的碳排放总量的计算，引导乡村社区从整体用地发展模式上实现碳排放总量控制；3)本发明利用碳排放效率指标反映乡村地区的低碳建设水平，可反向促进乡村产业发展中对碳排放的控制；4)本发明记载的碳排放结构指标可以引导乡村用地结构的调整，从用地功能结构上实现控碳。总之，该评估模型可为“双碳”目标下乡村国土空间规划中对于用地空间碳排放的管控提供参考。

附图说明

图1为本发明自下而上的乡村用地空间碳排放评估模型示意图；

图2为本发明实施例中的乡村碳排放测算要素与边界示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步说明：

如图1所示，本发明的一种自下而上的乡村用地空间碳排放评估模型，其中，评估模型与国土空间规划的关系如下：

根据国土空间详细规划(村庄规划)的管控内容，本模型从土地使用视角确立了用地规模、用地结构、用地布局、用地模式四个准则层，不同准则层与碳排放指标的关系如下图1。其中，用地整体布局方式，以及典型地块内建筑的布局方式均会影响用地碳排放强度。遵循“可量化可评可控”原则最终确定了年碳排放总量、单位GDP碳排放量、人均碳排放量、单位建设用地年碳排放量等10个主要的详细规划碳排放评价指标，建立与村庄规划管理匹配的碳排放评估模型，如下表1。

表1农村用地碳排放评估指标体系

用地碳排放指标与测算方法：

碳排放总量

在相同的评估模型和计算方法下，碳排放总量具有可比性，是农村低碳人居环境建设的主要指标；

C＝C

其中，C为农村用地碳排放总量，C

1)建设用地碳排放量C

①居住用地上的主要碳排放源来自于居住建筑，所以居住用地上的碳排放计算首先需要明确乡村典型居住建筑类型。假设乡村居住建筑类型相似，则采用户均碳排放量乘以户数的方式计算居住用地上的碳排放量；若乡村居住建筑类型多样，则分别计算每一种建筑类型的碳排放量再乘以对应的户数。一般来说，乡村建筑类型包括砖混建筑、木结构建筑、框架结构建筑3种类型。计算公式如下：

其中C

建筑碳排放量采用全生命周期的建筑碳排放的计算方法，包括建筑建造材料的间接碳排放，材料运输、建造过程和建筑使用阶段直接碳排放4个部分，计算方式如下：

A

表2住宅建筑碳排放计算方法及调查项目

a.建材生产阶段的碳排放可根据建筑材料碳排放系数与相应的消耗量计算，同时应考虑材料运输与施工过程的废弃比例。计算公式如下：

C

式中：M

表3砖混建筑建设阶段碳排放

数据来源：碳排放系数数据参考工程设计清单和公开发表的期刊文献；材料使用量数据来源于实际调研获取，均按照建造过程中足量材料进行估算，不考虑建造时的人工误差。砖混建筑面积为户均330.76m

b.建材运输阶段的碳排放计算：通过建筑材料来源地与建筑所在地距离与交通运输能耗核算运输碳排放。计算公式如下：

C

其中，L为建筑材料来源地与建筑所在地距离，B

c.建设阶段碳排放根据实际施工队建设全过程的能源调查为基础计算。计算公式如下：

其中，C

d.建筑使用阶段碳排放计算根据对住户的能耗调查为基础计算。计算公式如下：

采用的IPCC的碳排放计算方法。即由能源消耗量与对应能源的碳排放系数乘积决定，碳排放量计算公式如下：

其中，C

②经营性建设用地

经营性建设用地的主要碳排放源主要来源于经营性建筑。经营性建筑的能源使用情况按照建筑所经营的产业进行分类调研，一般乡村产业经营性建筑主要为农业产业园办公建筑、旅游服务类建筑。经营性建筑碳排放同样采用建筑的全生命周期进行碳排放的计算，计算公式同居住建筑碳排放计算，区别在于建筑使用阶段的能源类别和能源使用量。

③公共服务设施用地

乡村用地的主要碳排放源主要是公共建筑，乡村公共建筑类型主要为村民委员会的办公建筑、卫生室、乡村学校。

公共建筑的碳排放同样采用建筑的全生命周期进行碳排放的计算。计算公式同居住建筑碳排放计算方法，区别在于建筑类型，建筑材料使用量。

④交通用地

交通用地碳排放C

C

其中L

2)农用地碳排放量为农用地碳排放和林地草地湿地等用地碳吸收量的总和；

C

其中，C

农用地碳排放估算公式如下：

C

式(9)中，C

各类别农业碳排放量计算公式如下：

E

E

E

E

E

E

式中，a，b，c，d，e，f分别为各碳源的碳排放系数，主要参考IPCC和国内外现有文献成果确定(其中a＝0.895 6kg/kg，b＝4.934 1kg/kg，c＝5.18kg/kg，d＝266.48kg/hm2，e＝312.6kg/hm2，f＝0.592 7kg/kg)。G

3)生态用地碳排放量为水域和其他碳汇功能的生态用地的碳吸收量总和。

C

其中，C

生态用地碳汇总量，是衡量农村生态用地碳中和效果的重要指标，本研究中立足于我国农村地区农业生态系统，将消纳碳排放所需要的生产性土地转化为森林、草地、农田、水域四种用地类型。

NEP＝NEP

NEP反映了植被的固碳能力，即1hm

碳排放强度：各类建设用地碳排放强度是评估和横向比较农村建设用地整体碳排放强度的主要指标；也是整个模型自下而上测算碳排放的关键。E

E

其中，E

碳排放效率：以E

用地碳排放结构：E

E

E

公式中，E

低碳指标标准值确定

为了确定评价指标的参考值，在考虑低碳发展要求下，假设农村建设能够实现有管控、有秩序的低碳排放情景，转变粗放的发展模式，控制用地发展规模，开发强度，加强低碳意识的发展情景。参考已有的低碳发展报告与规划文件对建设用地碳排放强度指标作出可参考的评估标准确定了低碳情景下的各指标参考值，见下表

农村用地碳排放评价指标及标准

说明：由于碳排放总量、建设用地碳排比值不具备不同地区横向对比意义，所以总量不作为评价指标的打分指标。其中经营性建设用地河公共用地碳排放强度较其他用地更高，所以评分权重更大。

评价体系采用百分制，表中各低碳指标标准值确定及打分方法如下：

①用地模式碳排放效率：单位GDP碳排放量参考长沙市低碳发展指标体系(2015-2025年)2020年规划为0.297万吨/万元，值越大分数越低；人均碳排放量参考《北京市低碳社区评价指标体系》农村人均碳排放量基准值为2.14吨/人，值越大分数越低；

②建设用地碳排放效率：计算了2017年全国30个省市建设用地碳排放效率平均值为136.71kg/m

③单位住宅建筑面积碳排放量：参考中国建筑能耗研究报告(2020)我国农村住宅单位建筑面积碳排放强度取21kgCO

④单位公共建筑面积碳排放量：参考中国建筑能耗研究报告(2020)，我国农村公共建筑单位面积能耗为26kgCO

⑤单位交通用地碳排放量：经计算湖南省2016年交通碳排放量624.82*10

⑥单位农用地碳排放量：参考刘帅“基于低碳经济的青岛市新农村建设内容与路径研究”文中的单位农用地碳排放量基准值为0.05吨/公顷，值越大分数越低；

⑦生态碳汇率则以碳源碳汇平衡为标准，大于100％则碳汇量较高，得分较高。

实施例一、

金龙镇位于湖南省岳阳市，毗邻长沙，是湖南省城乡统筹发展的样板区，农村人口1万人，涉及建设用地1.4平方公里。镇域镇村职能分为综合型、工业型、旅游型、农业型四种类型。镇域内已经建成生态园区、现代农业示范区，也是田园综合体的示范点，所以金龙镇可以作为城市近郊农村的典型。

对金龙镇的土地利用规划的碳排放评估，基于以上模型对湘阴县金龙镇最新土地利用规划进行碳排放评估，结果如下：

(1)年碳排放总量

金龙镇年碳排放总量合计为281.25万吨，其中镇区2565283.41t(新兴社区106174.33t)，其他建制村金华村105202.41t，香杉村74409.69，燎原村40812.62t，望星村26818.32t，可以看出农村碳排放总量与用地开发模式关系密切，工业型(镇区)碳排放较高，综合型(新兴社区)排第二，旅游型农村(金华、燎原)次之，而农业型(望星、香杉)碳排放相对最少。

(2)碳排放效率

金龙镇2018年生产总值331.83亿元，人口16.1万人。经计算得全镇区碳排放总量为281.25万吨，单位GDP碳排放量为0.8476万吨/万元，人均碳排放量为17.48吨/人，都远大于湖南省的碳排放效率标准值。其中镇区人均碳排放量16.98吨/人，建制村人均碳排放量21.16吨/人，可以看出建制村比镇区的人均碳排放量要大，也验证了农村能源利用率较镇区更低。

(3)单位建设用地年碳排放量，见下表

各村单位建设用地碳排放效率

各村单位建设用地年碳排放量可以横向对比低碳建设情况，可以看出金龙镇作为工业型社区，建设用地碳排放效率最高；香杉村作为农业型农村，建设用地碳排放强度偏高，通过查阅数据可知，碳排放主要来自于基础设施用地，尤其是道路建设，可见农村基础设施规划建设的高效低碳也是农村低碳发展的重要环节。

(4)单位农业用地碳排放量，见下表

各村农用地碳排放效率

可以看出金龙镇单位农用地碳排放量均小于标准值0.05，平均值为0.0192tCO

(5)单位建筑面积年碳排放量

单位建筑碳排放量测算了包括建筑材料生产，运输，建设，运行四个阶段的碳排放强度，调研发现湘阴县农村建筑生产运输建设阶段单位面积年碳排放量为72.7765kg，运行阶段的单位面积年碳排放量为22.7168kg，总体来看是建筑的碳排放强度是95.4934kgCO

(6)生态碳汇率

经计算金龙镇碳汇总量为10364.05吨，碳汇率为0.368％，说明碳排放量远远大于碳汇量，在低碳建设中不仅要降低碳排放量，要同时增加碳汇量。

综合评价结果分析

通过指标值打分，金龙镇最终用地碳排放评估结果得分情况如下表11，总分为62.14，其中用地模式碳排放效率和碳汇率得分较低；具体见下表：

金龙镇用地规划碳排放评价结果

从总体评价结果来看，金龙镇单位建设用地和农用地碳排放效率得分都属于良好水平，但是单位GDP和人均碳排量得分较低，说明金龙镇的总体碳排放量仍然有很大的减排潜力。