資源約束型鄉鎮級土地利用結構優化技術研究

摘要：土地利用結構的優化配置是土地利用總體規劃的主要內容和基本方法。以濟源市梨林鎮為例，分析該鎮土地利用結構現狀存在的問題，運用灰色多目標規劃模型，結合其未來社會經濟發展的需求和有關控制指標，對梨林鎮土地利用結構進行優化，建立土地利用結構方案優選評價指標體系。通過灰色關聯分析法，選出梨林鎮土地利用結構優化的最優方案，為全鎮土地資源的合理開發利用提供“定量”參考獲取最佳的社會、經濟和生態效益。

關鍵詞：土地利用結構；優化；灰色多目標規劃模型；灰色關聯分析法；梨林鎮

中圖分類號：F301.24 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）01－0048-04

Research on Land Use Structure Optimizing Technique in Resource Constrained Town

——A Case Study on Lilin Town

ＺＨＡＮＧ Ｈｅ－ｂｉｎｇ，ＺＨＡＯ Ｓｕ－ｘｉａ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｌａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４０００， Henan， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｏｐｔｉｍａｌ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｕｂｊｅｃｔ ａｎｄ ｂａｓｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｏｖｅｒａｌｌ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ． Ｔａｋｉｎｇ Ｌｉｌｉｎ ｔｏｗｎ ｉｎ Ｊｉｙｕａｎ ｃｉｔｙ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ， ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｆｕｔｕｒｅ ｓｏｃｉａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｄｉｃｅｓ， ｕｓｉｎｇ ｇｒｅｙ ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ， ｔｈｅ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｌｉｌｉｎ ｔｏｗｎ ｗａｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ； ａｎｄ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｌｉｌｉｎ ｔｏｗｎ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｇｒｅｙ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｌａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｓｏｃｉａｌ， ｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｎｄ ｕｓｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ； ｇｒｅｙ ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｍｏｄｅｌ； ｇｒｅｙ ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ； Ｌｉｌｉｎ ｔｏｗｎ

鄉鎮級土地利用總體規劃雖然屬于基層規劃，但仍然是一個綜合性系統，內容涉及社會、經濟、生態等諸多方面的問題，關系錯綜復雜。土地利用結構優化問題是在同時保證“吃飯”、“建設”以及“環境保護”的前提下，合理安排各業用地，兼顧社會效益、經濟效益和生態效益，實現土地資源的合理配置和可持續利用。近年來，隨著經濟發展和人口增長，工業化和城市化進程不斷加快，土地利用問題日益嚴峻，特別是我國人多地少，耕地后備資源嚴重不足，使得土地的合理利用更為重要。因此，調整和優化土地利用結構是加強土地利用管理控制的關鍵，也一直是土地學專家與土地管理部門重點研究的問題［１，２］。

１ 梨林鎮土地利用概況

梨林鎮位于河南省濟源市東部，區域總面積５６．４９ ｋｍ２，其中耕地３ ８４２．１６ ｈｍ２，人均耕地０．０９１ ｈｍ２?，F轄４５個行政村，２００５年總人口為４．２萬人，生產總值達到７１ １９８萬元。梨林鎮土地資源開發利用的主要問題如下：①人均耕地較少，低于同期的全國平均水平。隨著梨林鎮經濟社會的不斷發展，對建設用地需求持續增加，并且規劃期內人口數量還將繼續增長，而鎮域內土地特別是耕地資源有限，導致其人地矛盾日益突出。②耕地后備資源不足，開發利用制約因素較多。２００５年全鎮未開發利用土地面積占土地總面積的３．９０％，其中絕大部分為河流水面和灘涂，耕地開發難度較大，補充耕地潛力極為有限。③土地利用結構不夠合理。林地面積相對較小，林木覆蓋率偏低。２００５年梨林鎮林地面積１６４．４３ ｈｍ２，占全鎮土地總面積的２．９１％，遠低于全市３１．２９％的平均水平。農村居民點用地面積較大。截至２００５年，全鎮農村居民點用地面積為 ５８３．５４ ｈｍ２，占全鎮土地總面積的１０．３３％，人均農村居民點用地１８４ ｍ２，是國家規定標準上限（１５０ ｍ２）的１．２倍。

２ 資源約束型土地利用結構優化方法選擇

土地利用規劃系統的數學模型種類很多，例如綜合平衡法、線性規劃、灰色線性規劃、模糊線性規劃等，但都不能完全客觀反映土地利用結構的不確定性，用于土地利用結構的分析存在一定缺陷?；疑嗄繕艘巹澘梢詮浹a一般線性規劃的不足，可在參數變化和發展的情況下進行，是一種動態的線性規劃。灰色多目標規劃模型約束條件的約束值可以隨時間變化，模型系統可以在一定范圍內漂移，提供的信息多，可以提供多種選擇方案，決策時選擇性較強。而在土地利用系統中，其信息具有部分已知和部分未知，即土地利用系統是一個信息不完全系統，屬于灰色系統，因此灰色線性規劃模型是優化土地利用結構的一種有效方法。本研究采用灰色多目標規劃模型［３－６］。

２．１ 優化目標

根據梨林鎮土地資源稟賦、經濟社會發展目標以及對梨林鎮土地利用系統分析的結果，梨林鎮土地利用結構優化應達到以下目標：①切實保護耕地特別是基本農田，嚴格控制耕地的減少數量，確?；巨r田保護率達９３．７％以上；②重點保障中心鎮區和重點產業發展用地，大力推進產業結構的戰略性調整；在確保糧食綜合生產能力不降低的前提下以優化基本農田布局為重點，科學調整基本農田布局，為經濟社會發展留出必要的、合理的用地空間的同時，把質量較好的農地優先補劃為基本農田，保證基本農田總量不減少、質量有所提高。③根據梨林鎮的地勢平坦，呈北高南低、西高東低走勢，氣候屬于北溫帶半干旱氣候，加強沁河、蟒河和廣利渠等河渠生態建設；④挖掘梨林鎮農村居民點用地內部潛力，轉變土地利用方式，集約用地，促進經濟發展。

２．２ 模型構建

（１）模型構建。

式中，ｘ為所求變量；ｃ為目標函數的系數矩陣； ?茚（Ａ）為約束條件的灰色系數矩陣。

（２）變量設置。變量設置是構建土地利用結構優化模型的關鍵，在變量選擇過程中，要考慮以下3個原則進行變量設置：①充分體現耕地總量、動量平衡和土地用途管制的要求，同時應反映地區實際；②各變量要在地域上獨立，不能重疊，具有綜合性與典型性，粗細得當的特點；③各變量的效益資料容易取得，以便于確定各類用地的效益系數。

根據上述要求，從梨林鎮土地資源特點、社會發展要求以及目標設置的需要等因素出發，共設置１４個變量。

２．３ 擬定目標函數

在研究中根據三效統一的原則，構建梨林鎮土地利用結構優化目標，分別設定為經濟目標、社會目標以及生態目標。

（１）經濟效益目標函數。

ｍａｘ ｆ１（ｘ）＝■ｃｊｘｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ；ｊ＝１，２，…，ｎ）

本研究采用相對權益系數來估算各用地的單位經濟產出，通過土地來反映社會經濟的發展，因此該目標反映的是梨林鎮國民經濟總量水平，即目標年ＧＤＰ值。

①各土地類型效益相對權益系數的確定。相對權益系數的確定一般可以通過層次分析法、特爾菲法等方法確定。在研究中以１９９７～２００５年梨林鎮各項用地的經濟產出數據為依據，通過與２００５年梨林鎮各項用地經濟產出的比較分析確定２０２０年各項用地的相對權益系數Ｗｉ如下：

Ｗｉ＝（０．０５８，０．０８９，０．０１５，０．０９６，０．１５０，０．０８０，

０．１５０，０．１５０，０．０１２，０．１５０，０．０４３，０．００３，０．００２，０．００２）。

②確定各地類單位面積產出。選用耕地效益，即單位耕地面積產出效益的預測值來確定效益常數Ｃ，然后乘以各地類的相對權數求得相應單位面積上的產出效益，以１９９７～２００５年梨林鎮單位耕地第一產業中農業產值為依據，以２００５年為基期年同時考慮梨林鎮經濟發展和農業技術進步等因素影響，預測２０２０年單位耕地效益，到２０２０年梨林鎮單位耕地第一產業中農業產值為９ ９４０元／ｈｍ２，即Ｃ１＝０．０５８×Ｃ＝９ ９４０，故Ｃ＝１７１ ３７９

Ｃｊ＝（９ ９４０，１５ ２５３，２ ５７１，１６ ４５２，２５ ７０７，

１３ ７１０，２５ ７０７，２５ ７０７，２ ０５７，２５ ７０７，７ ３６９，５１４，

３４３，３４３）。則，經濟效益目標函數為：

ｆ１（ｘ）＝９ ９４０ｘ１＋１５ ２５３ｘ２＋２ ５７１ｘ３＋１６ ５４２ｘ４＋２５ ７０７（ｘ５＋ｘ７＋ｘ８＋ｘ１０）＋１３ ７１０ｘ６＋２ ０５７ｘ９＋７ ３６９ｘ１１＋５１４ｘ１２＋３４３（ｘ１３＋ｘ１４）

（２）生態效益目標函數。根據前述構建生態效益目標函數，采用生態服務價值系數構建生態效益目標函數為：

ｆ２（ｘ）＝４ ０３５．２ｘ１＋７ ６０７．２ｘ２＋１１ １７９．１ｘ３＋６ ６５３ｘ４－２ ２５０（ｘ５＋ｘ７＋ｘ８）＋２８ ４７３．２ｘ１１＋４０ ６７６ｘ１２＋５３ ８１９ｘ１３＋３７１．４ｘ１４

（３）社會效益目標函數。根據梨林鎮實際情況構建土地利用的社會效益目標函數。

ｆ２（ｘ）＝ｘ１＋０．８ｘ２＋０．８ｘ３＋ｘ５＋ｘ６＋ｘ７＋ｘ８＋ｘ９＋ｘ１０＋ｘ１１

２．４ 約束條件確定

為保證梨林鎮土地利用總體規劃的動態性，采用灰色動態模型ＧＭ（１，１）、特爾菲法、綜合平衡法等多種方法預測，約束系數ａｉｊ和約束常數ｂｉ，并結合對梨林鎮定性分析得其白化值，最后進行求解，約束目標年為２０２０年。

１）土地總面積約束。研究區域各類用地面積之和等于其土地總面積（５ ６４８．７ ｈｍ２），即ｘ１＋ｘ２＋…＋ｘ１4＝５ ６４８．７（ｈｍ２）。

２）人口總量約束。根據農用地（包括農村居民點）和城鎮用地平均人口密度ＧＭ（１，１）預測，梨林鎮農用地和城鎮用地承載的人口應控制在２０２０年規劃人口之內，即７．３×（ｘ１＋ｘ２＋ｘ３＋ｘ４＋ｘ６）＋８３×ｘ５≤４８ ３００（人）。

３）耕地面積約束。規劃期內，梨林鎮耕地保有量不得低于上級規劃下達的耕地保有量目標，即ｘ１≥３ ８４２．２（ｈｍ２）。

４）建設用地面積約束。梨林鎮建設用地總規模、城鎮工礦用地等受上級規劃嚴格約束，不能突破上級下達的指標，即

■ｘｉ≤８７０．５（ｈｍ２）；ｘ５＝１２７．９（ｈｍ２）；ｘ５＋ｘ７＋ｘ８≤２０１．７（ｈｍ２）；ｘ５＋ｘ６＋ｘ７＋ｘ８≤７５８．２（ｈｍ２）；８９．９（ｈｍ２）≤ｘ１０＋ｘ１１≤１１２．２（ｈｍ２）。

根據梨林鎮規劃要求，保障對經濟社會發展有重要促進作用的獨立建設用地，鄉鎮企業及其他工業應相對集中，即工業用地進工業園區，以提高土地利用率，規劃期內共安排獨立建設用地不得突破５６．９ ｈｍ２，即ｘ７≤５６．９（ｈｍ２）。

５）土地生態環境約束。根據梨林鎮實際確定土地生態環境方面約束，即ｘ３≥１６４．４（ｈｍ２）；ｘ２≥１１６．１（ｈｍ２）；８９．６（ｈｍ２）≤ｘ１２≤１２１．１（ｈｍ２）；６５．８（ｈｍ２）≤ｘ１３≤９８．３（ｈｍ２）；ｘ１４＝１．１（ｈｍ２）。

６）非負約束。由于各變量在研究中具有實際意義，各變量為非負，即ｘｉ≥０，（ｉ＝１，２，…，１４）。

２．５ 模型參數處理及求解

利用運籌學軟件ＷＩＮＱＳＢ中的Ｇｏａｌ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ模塊對上面建立的灰色多目標規劃模型進行求解，并且根據實際情況選擇３個具有一定代表性的優化方案。

３ 土地利用結構優化方案的優選

根據土地利用總體規劃方案優選的內容、程序以及構建的規劃方案優選指標體系，同時結合對梨林鎮土地利用結構優化的結果方案，運用灰關聯分析法進行規劃方案的優選。建立如圖１的評價指標體系［７］。

經綜合分析計算，梨林鎮３個規劃方案的關聯度分別為０．５５８ ０，０．５２５ ６，０．５４１ １。關聯度大小為方案Ⅰ＞方案Ⅲ＞方案Ⅱ，因此確定方案Ⅰ為梨林鎮土地利用總體規劃的推薦方案。該方案以保障糧食自給所需耕地為條件，以土地供給為前提，優先保障以發揮梨林鎮自然資源優勢為對象的工程項目用地，促進了社會、經濟、環境效益的綜合發展，提高了土地利用率。規劃期內實現了耕地總量的動態平衡并略有增加。規劃期間園地、林地、水利用地等都有不同程度的增加，保證了建設用地的需要，同時有利于環境保護。而居民點用地、獨立工礦用地的變化也符合梨林鎮的建設和發展需求?；诶媪宙偟默F狀與未來發展，實現該方案的可能性最大。

４ 結語

通過分析證明，將灰色多目標規劃模型和灰關聯分析法相結合，合理配置了全鎮的土地資源，土地利用結構優化達到了比較滿意的效果，發揮了土地利用的生態，經濟和社會綜合效益，實現全鎮的土地資源可持續發展，提高了土地利用規劃工作的科學性與可操作性。

參考文獻：

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［７］ 黃建軍．基于灰色關聯分析的河南省農業經濟發展實證研究［Ｊ］．湖北農業科學，２０１０，４９（６）：１５０６－１５０９．