基于聚類分析法的縣域主體功能區劃分

徐倩　李浩華　歐名豪

摘要：從資源環境承載力、現有開發強度和發展潛力3個方面構建評價指標體系，對江蘇省新沂市各鎮級地域單元進行綜合評價，并運用K-means聚類分析法對各地域單元綜合評價值進行歸類分析，結合各鄉鎮實際情況及其他規劃將新沂市劃分為重點開發區、限制開發區和禁止開發區3種區劃類型，為縣域主體功能區劃分、戰略目標及政策制定提供借鑒及依據。

關鍵詞：縣域；主體功能區劃；重點開發區；限制開發區；禁止開發區；熵值法；聚類分析法

中圖分類號： F323.1 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0444-03

為有效解決我國目前人地矛盾突出、生態環境系統失衡、區域開發狀況混亂等問題，國家“十一五”規劃《綱要》明確提出，根據資源環境承載能力、現有開發密度和發展潛力，統籌考慮未來我國人口分布、經濟布局、國土利用和城鎮化格局，將國土空間劃分為優化開發、重點開發、限制開發和禁止開發四類主體功能區[1]。在規范開發秩序，控制開發強度，形成高效、協調、可持續的國土空間開發格局的同時[2]，引發學術界對于主體功能區劃分的廣泛關注。相關研究中關于主體功能區劃理論及政策研究較多見[1-6]，但關于主體功能區劃分實踐研究仍顯不足。有學者認為，縣域以其在行政體系中的獨特性，決定了縣域主體功能區劃不僅有助于依據區域整體性、結構性、功能性規律開展各種開發活動，也有助于提升地理學研究的實踐應用價值[7]，但怎樣進行縣域主體功能區劃分仍缺乏相關依據。

因此，本研究從資源環境承載力、現有開發強度和發展潛力3個方面構建評價指標體系，對新沂市各鎮級地域單元進行綜合評價，并運用K-means聚類分析法對各鎮域單元綜合評價值進行歸類分析，將新沂市劃分為重點開發區、限制開發區和禁止開發區3種區劃類型，為縣域主體功能區劃分、戰略目標及政策制定提供借鑒及依據。

1 研究區域概況及數據來源

1.1 研究區域概況

新沂市位于江蘇省西北部，屬于溫帶季風氣候區，地勢低平，位于蘇魯交界，下轄新安鎮等16個鄉鎮。2010年新沂土地總面積1 616.00 km2，2010年末總人口107.15萬人，全年地區生產總值301.37億元，按可比價格計算，同比增長144%，城鎮居民人均可支配收入達到15 508.00元，農民人均純收入8 634.00元，分別增長17.9%、19.4%。新沂是沿東隴海線產業帶中心節點城市，同時也是全國百強縣，交通發達，正處于工業化加速階段。目前，新沂市建設用地需求旺盛，土地利用矛盾突出，區域土地合理利用面臨巨大壓力。對新沂市進行主體功能區劃分，有利于形成人口、經濟、資源環境相協調的國土空間開發格局。

1.2 數據來源

本研究的人口密度、人均GDP、地均GDP、人均固定資產投資、地均固定資產投資、二三產業值比重等社會、經濟數據來自于《江蘇省統計年鑒2011》《新沂市統計年鑒2011》；生態功能區面積數據來自《徐州市生態規劃（2011—2015年）；林地、水域、城鄉建設用地、道路等面積提取自新沂市 1 ∶5 000 土地利用變更矢量圖。

2 新沂市主體功能區劃分

2.1 指標體系的建立

參照國家“十一五”規劃綱要對主體功能區規劃的闡釋，結合新沂市的實際情況，遵循指標選擇的科學性、系統性、獨立性、可比性、可量化性和數據可獲取性等原則[8]，從資源環境承載力、現有開發強度和開發潛力3個方面建立指標體系測算各單元區域的綜合評價值。指標體系共包括三級指標17個指標項：第1層為準則層，包括源環境承載力、現有開發強度、開發潛力3個準則；第2層為因子層，將準則層分為11個因子項；第3層為指標層，分為人均可利用土地面積、城鄉建設用地比重、城鎮化率等17個指標（表1）。

2.2 數據歸一化處理及權重確定

2.2.1 數據歸一化處理

由于各評價指標無統一量綱，須對各數據指標進行標準化處理。研究采用極差標準化法對所采集的原始數據進行[0，1]區間標準歸一化處理。

2.4 基于聚類分析法劃分主體功能區

聚類分析法是理想的多變量統計方法，在沒有先驗知識以及任何參考或依循的情況下，根據一批分類對象的多個觀測指標，以能夠度量各樣品之間相似程度的統計量為依據，對大數量的對象進行合理分類。本研究采用K-means距離聚類分析法來進行新沂市主體功能區劃分，在聚類過程中，2個指標的距離越接近，則其相似度就越大。為確保各類別間的區分度，本研究采用歐式距離作為相似度測度，則2個對象之間的歐氏距離d可表示為：

根據國家《主體功能區域劃分技術規程》，主體功能區原則上劃分為4類，但可根據實際情況允許缺失優化開發區。針對新沂市現有的經濟發展情況，暫時不考慮優化開發區的劃分；同時，禁止開發區即禁止開發的各類自然保護區、文化遺產保護區、重點風景區等，區域界限明確，不存在重新劃分的問題。因此，根據新沂市主體功能區劃實際需要，將聚類數K值設定為3，將該聚類數指定為3 類，即劃分為重點開發區、限制開發區和禁止開發區。基于K-means聚類的劃分結果如表3所示，從中可以看出，以新安鎮作為中心點，距離最近的有港頭鎮、邵店鎮、北溝鎮、瓦窯鎮、雙塘鎮、唐店鎮、馬陵山鎮，其次為草橋鎮、合溝鎮、棋盤鎮、高流鎮、阿湖鎮、時集鎮、新店鎮、窯灣鎮。

由于定量分析方法缺乏靈活性，分區結果會有一定的偏差，所以需要綜合考慮各評價單元內現實發展情況、其他規劃成果、地區間相互關聯等因素對劃分結果進行修正。

新安鎮作為新沂市的中心城鎮，發展潛力最高，列為重點開發區，與其距離最近的港頭鎮、邵店鎮、北溝鎮、瓦窯鎮、雙塘鎮、唐店鎮與新安鎮一起劃分為重點開發區；草橋鎮、合溝鎮、棋盤鎮、高流鎮、阿湖鎮、時集鎮、新店鎮劃分為限制開發區；新沂市著名的風景區有國家AAAA級馬陵山風景名勝區和文化遺產保護區、國家AAAA級古鎮——窯灣古鎮，按照國家主體功能區劃分原則，各類自然保護區、文化遺產保護區、重點風景區等應被劃為禁止開發區，所以在本研究中將馬陵山鎮和窯灣鎮劃分為禁止開發區。修正后的新沂市主體功能區劃分情況見圖1。

3 結論與討論

本研究采用改進熵值法和綜合評價法從資源環境承載力、現有開發強度和發展潛力3個方面對新沂市各鎮級單位地域單元進行綜合分析評價，經數據分析發現，評價結果與新沂市各鎮級單元實際現狀及發展差異情況基本吻合，具有一定的科學參考性。

聚類分析法是一種較好的多元分類方法，不同的資源環境承載力、開發強度以及發展潛力催生了不同的區劃以及發展模式。根據各鎮級地域單元綜合評價值的差異，運用 K-means 距離聚類分析法對新沂市各鄉鎮進行聚類，并根據新沂市及其各鄉鎮實際發展情況、土地利用總體規劃等其他規劃情況對聚類結果進行修正，將新沂市劃分為重點開發區、限制開發區和禁止開發區3個區劃類型，并根據不同區劃類型制定不同的戰略及發展方針。

由于主體功能區劃分的復雜性、各地域單元發展外部環境以及方向的差異性，本研究所使用的綜合評價指標仍存在不夠全面、存在缺陷等方面的問題，建立一個更為全面、客觀、有效的評價體系仍有待進一步研究。

參考文獻：

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