喀什市土地資源優化配置研究

劉曉萬 張永福 黃莉莉

摘要

以新疆維吾爾自治區喀什市作為研究對象，以2009年喀什市土地結構利用數據作為基期數據，借助線性規劃方法對喀什市土地資源進行優化配置。通過對喀什市土地利用現狀的分析，并結合當地社會經濟發展特點以及相關規劃調控指標，預測2020年喀什市土地利用結構優化數據，以使得喀什市土地綜合利用效益達到最大。

關鍵詞 灰色線性規劃;GM（1，1）;優化配置;層次分析法（AHP）;喀什

中圖分類號 S28 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2015）03-299-03

Research on Optimal Allocation of Land Resources in Kashgar， Xinjiang Uygur Autonomous Region

LIU Xiaowan， ZHANG Yongfu*， HUANG Lili

（College of Resource and Environment Sciences， Xinjiang University， Urumqi， Xinjiang 830046）

Abstract Taking Kashgar， Xinjiang Uygur Autonomous Region as the research object， with land use structure in 2009 data as the base data， linear programming method was used to optimize the allocation of land resources in Kashgar. Through analysis on the present situation of land use in Kashgar， combined with local economic and social development features and related planning control index， and prediction of structure optimization data of land use in 2020， Kashgar land utilization comprehensive benefits reaches a maximum.

Key words ?Grey liner programming; GM（1，1）; Optimal allocation; Analytic Hierarchy Process（AHP）; Kashgar

作者簡介

劉曉萬（1988-），男，寧夏固原人，碩士研究生，研究方向：地圖學與地理信息系統。*通訊作者，副教授，碩士生導師，從事國土資源評價與規劃、土地管理研究。

收稿日期 20141124

土地是人類賴以生存的物質基礎，為人類提供了生存和社會發展的活動空間。我國人口數量眾多，人均土地資源占有量有限。然而，我國人口數量的不斷增長使得人均土地資源占有量逐漸下降的現實，以及土地生態系統污染嚴重成為土地資源優化配置的挑戰^[1]。土地資源優化配置是實現土地資源合理利用和可持續發展的重要途徑和手段。科學合理的土地資源配置能夠充分發揮土地使用潛力，提高土地綜合利用效率，實現土地的可持續利用，保持土地生態系統的平衡，促進區域經濟快速平穩發展^[6]。

1 研究區概況

喀什市（75°48′～76°18′E、39°23′～39°37′3N）是喀什地區政治、經濟、文化、交通以及宗教中心，東西部與疏附縣接壤，北倚古瑪塔格山，北與克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿圖什市毗鄰，南面與疏勒縣相連。喀什市歷史悠久，是著名的古“絲綢之路”的交通樞紐，是我國連接中亞、西亞以至歐洲等國的陸上必經之地，有“中國的西大門”之稱。2011年喀什市被國務院批準成為最年輕的經濟開發區，社會經濟呈現出強勁的發展勢頭。根據喀什市城市總體規劃，城市人口由2010年的27.04萬發展到2020年的45萬，土地利用情況計劃喀什特區用地需達到45.5 km²，遠期規劃控制用地為164 km²。隨著城市人口的急劇增長和經濟社會的快速發展，喀什市面臨著土地及各種資源粗放利用、城鎮土地擴張迅速、生態環境惡化、土地利用結構不合理以及人地矛盾加劇等問題。優化土地資源配置能夠協調人與土地、社會經濟發展與土地資源之間的關系，提高土地資源的綜合利用效率，實現土地資源利用的可持續發展。

2 ?指標體系構建

2.1 ?建立土地資源優化模型

線性規劃是一種優化資源配置的有效方法，它是一種在具有確定目標又有一定約束限制條件下，從所有可能的選擇方案中找出最優方案的數學方法，也是目前研究多變量復雜系統常用的一種最優化方法^[2]。然而，一般的線性規劃也存在很多的問題^[3]。灰色系統的思想和建模方法在一定的程度上能夠解決這些問題。灰色線性規劃彌補了一般線性規劃的不足，它不要求目標函數中的效益系數、約束條件中的技術系數、資源量及其他限制量等都被固定下來，而可在技術系數是可變的灰數，約束值是發展的情況下進行，是一種動態的線性規劃^[1-5]。當線性規劃的約束條件系數是可變的區間時，既可以按下限規劃又可按上限規劃，直到得到滿意的規劃解為止。

該研究運用灰色線性規劃模型來求解喀什市土地資源優化配置方案，從中選擇最優方案。變量的設置應滿足以下3個原則：①土地利用類型的設置要符合全國《土地利用現狀分類規程》;②各變量在地理位置上是獨立的，不能有重疊部分，并具有綜合性與典型性，粗細得當;③各變量的效益資料能夠取得，以便于確定各類用地的效益系數^[7]。因此根據喀什市土地利用現狀和土地適宜性及各業對土地利用的需求特點，從社會經濟發展的要求出發，按照喀什市土地利用現狀分土地利用分類體系（3大類）標準，共設置以下10個變量：x₁（耕地面積）、x₂（園地面積）、x₃（林地面積）、x₄（其他農用地）、x₅（城鎮用地）、x₆（農村居民點）、x₇（工礦建設用地）、x₈（交通水利用地）、x₉（其他建設用地）、x₁₀（未利用地）^[8]。

2.2 約束條件

2.2.1

土地總面積約束。各類用地面積之和應該等于喀什市土地總面積，即：

x₁+x₂+…+x₉+x₁₀=55 010.90 hm²

2.2.2

人口總量約束。農用地和城鎮用地所能承載的人口總量應該小于等于2020年規劃人口，即：

M₁Σxj+M₂Σxk≤P

式中，M₁指喀什市農用地的人口平均預測密度;M₂代表城鎮用地的人口平均預測密度;xj代表農用地總面積;xk代表城鎮用地總面積;P指2020年規劃總人口。

表1 2009年喀什市土地利用狀況

類別土地利用類型變量面積∥hm²

農用地耕地x₁17 165.14

園地x₂1 637.24

林地x₃1 497.32

其他農用地x₄3 006.20

建設用地城鎮用地x₅4 146.82

農村居民點x₆3 536.06

工礦建設用地x₇745.73

交通水利用地x₈901.55

其他建設用地x₉524.09

未利用地x₁₀21 850.75

注：數據來源于喀什市國土資源局。

2009年喀什市總人口為450 633人，其中農村人口186 246人，城鎮人口264 387人。農用地總面積為23 305.90 hm²，城鎮用地總面積為41 46.82 hm²，農村居民點總面積為3 536.06 hm²，農村居民點和農用地總面積為26 841.96 hm²，則可以確定M₁的上限為6.94人/hm²，M₂的上限為63.76人/hm²，預測到2020年喀什市的總人口為577 295人，其中農村人口為128 023人，城鎮人口為449 272人，農村居民點和農用地總面積24 260.41 hm²，城鎮用地面積7 125.03 hm²。則可以確定M₁的下限為5.23人/hm²，M₂的下限為63.06人/hm²。即：

5.23（x₁+x₂+x₃+x₄+x₆）+63.06x₅≤577 295

2.2.3

宏觀計劃約束。根據喀什市土地利用總體規劃要求規劃目標年（2020年）全市的耕地面積不少于14 412.58 hm²，即可得到約束條件：

x₁≥14 412.58

根據喀什市土地利用總體規劃中上級下達的新增建設用地占用耕地的指標，既要求社會經濟快速發展又不能過多的占用耕地以滿足喀什市建設用地需求和供給，因此，各主要建設用地應控制在宏觀計劃范圍內。

x₅+x₆+x₇+x₈+x₉≤13 462.25

2.2.4

社會需求約束。經過各方面綜合預測，喀什市2020年糧食單產水平大約為6 731.98 kg/hm²，糧食單產灰區間取值范圍為5 760～6 890 kg/hm²，其下限為喀什市2000年糧食單產水平，上限是用GM（1，1）模型預測值，即2020年預計能達到的糧食單產水平。這樣設置灰區間能夠保障規劃期間糧食的需求量，因此可根據糧食單產水平的變化速度選擇適合地區發展的規劃方案。為滿足全市人民的生活生產需要，以小康水平位標準預測，需要202 784 850 kg（灰區間為202 784 850～259 782 750 kg）糧食。根據耕地總需求量的公式：耕地總需求量=糧食需求量/耕地糧食單產/糧作比/復種指數，再用該值乘以喀什市糧食自給率預測耕地需求量，經計算得耕地約束條件為：

x₁≥14 696.64

2.2.5

生態平衡約束。依據新疆維吾爾自治區給喀什市下達的森林覆蓋率的指標和喀什市土地利用的現狀情況，制定適合喀什市經濟發展和生態環境保護的造林綠化目標，在規劃期間內，喀什市森林覆蓋率由2009年的2.72%提高到2020年的2.98%，2020年林地面積將達到1638.95 hm²。即可得到林地約束條件為：

x₃≥1 638.95

2.2.6

未利用土地開發約束。2009年喀什市未利用地21 850.75 hm²，根據土地開發整理規劃和對未利用地開發利用預測，到2020年未利用地開發可增加可利用土地面積的最大面積為8 389.11 hm²，則構成未利用土地開發約束條件：

x₁₀≥13 461.64

2.2.7

實際情況和經濟約束。為了滿足社會經濟發展，規劃期間內會增加獨立工礦用地和交通用地等，土地開發將會使得未利用土地減少。則可構成如下約束條件：

x₇≥5 748.95;x₈≥3 145.08;x₂≥2 264.31;x₅≥7 125.03;x₆≥4 034.05

2.2.8

數學模型要求約束。

模型要求為：

xi≥0，i=1，2，…，10

2.3 目標函數

該研究目標函數如下：

f（x）=10 200x₁+22 500x₂+4 800x₃+4 500x₄+200 000x₅+120 000x₆+900 000x₇+30 000x₈+500x₉+100x₁₀

目標函數中的各項系數為單位土地面積上的收益系數（元/hm²），全部按照當年的價格計算。目標函數中的各項系數是采用灰色預測、平均增長率預測和回歸預測等方法求得的預測數。

2.4 模型求解

由于灰色線性規劃模型中的效益系數、技術系數及約束系數是區間灰區間，可以按照下限規劃又可依據上限規劃，還可選擇區間值規劃，從而使規劃方案靈活多變且有彈性空間，能夠適應未來情況的發展變化。結合喀什市具體情況及未來發展趨勢，按照2020年經濟發展目標要求，經運算求解獲得高、中、低經濟效益目標下土地資源優化配置方案（表2）。

表2 各供選方案比較

指標方案1方案2方案3

人口∥萬人60.160.7361.35

單產∥kg/hm²6 2506 0005 760

耕地∥hm²13 970.7614 432.3114 793.46

園地∥hm²1 738.182 265.742 483.16

林地∥hm²1 750.951 8001 638.95

其他農用地∥hm²1 942.141 848.141 848.14

城鎮用地∥hm²7 193.077 072.236 863.78

農村居民點∥hm²4 023.874 023.874 209.67

工礦建設用地∥hm²6 557.156 435.396 287.26

交通水利用地∥hm²3 145.083 145.083 145.08

其他建設用地∥hm²524.06524.06524.06

未利用地∥hm²14 165.6413 464.0813 217.34

GDP∥億元86.8885.5983.99

3 土地資源優化方案決策

應用層次分析法模型進行土地資源優化方案決策，首先建立層次分析系統模型。第一層為目標層，即土地利用結構的綜合效益為最大;第二次為約束層，該層分為3個子系統，即社會效益、經濟效益和生態效益;第三層為指標層，該層分為10個指標;第四層為方案層，即各個待評價的方案。

3.1 建立評價體系和確立權重

依據喀什市的具體情況以及土地利用結構的綜合性效益最大的要求，結合專家意見，參照陳其春等的研究成果^[9]，運用層次分析法（AHP）原理，選出10個評價指標并計算相應的權重（表3）。

表3 方案決策計算結果

評價指標指標權重方案1

歸一化指標 指標得分

方案2

歸一化指標 指標得分

方案3

歸一化指標 指標得分

國內生產總值0.115 7 0.338 8 0.039 2 0.333 7 0.038 6 0.327 5 0.037 9

人均GDP0.115 4 0.342 2 0.039 5 0.333 7 0.038 5 0.324 1 0.037 4

糧食單產0.115 4 0.347 0 0.040 0 0.333 1 0.038 4 0.319 8 0.036 9

城市化水平0.106 5 0.340 4 0.036 3 0.334 7 0.035 6 0.324 8 0.034 6

人均糧食占有量0.109 7 0.340 4 0.037 3 0.334 1 0.036 7 0.325 5 0.035 7

人均交通用地0.106 5 0.336 8 0.035 9 0.333 3 0.035 5 0.329 9 0.035 1

林地面積0.086 0 0.337 4 0.029 0 0.346 8 0.029 8 0.315 8 0.027 2

耕地面積0.080 4 0.323 4 0.026 0 0.334 1 0.026 9 0.342 5 0.027 5

人均林地面積0.081 7 0.340 8 0.027 8 0.346 7 0.028 3 0.312 5 0.025 5

園地面積0.082 7 0.267 9 0.022 2 0.349 3 0.028 9 0.382 8 0.031 7

總計1.000 0 0.333 2 0.337 2 0.329 5

3.2 評價指標數據的計算與歸一化處理

對各個方案的指標進行歸一化處理，然后用指標權重乘以歸一化指標即可得到各個相應指標得分。歸一化處理公式為：

Qij=qij∑3j=1qij×100%

式中，i=1，2，…，10;j=1，2，3;Qij、qij分別為第i中評價指標第j個方案歸一化值及指標數據值。計算結果列入表3。

3.3 方案決策

對10個指標得分進行累加，得到各方案總排序，見表3。由表3可知，方案2的排序最高，耦合性最大，因此土地綜合效益最大，故為推薦方案。

4 結論

方案2作為2020年推薦方案，只有耕地和其他農用地比現狀有所減少，其余規劃用地均有不同程度的增長。其中，工礦建設用地增加762.97%，交通水利用地增加249.05%，城鎮用地增加70.54%，主要目的是為了發展喀什經濟特區，加快喀什市第二產業和城鎮化建設步伐。與2009年相比，園地增加38.36%，林地增加20.24%;方案2與其他兩個方案相比，未利用地開發適中，在著力發展經濟的同時，合理兼顧生態環境保護。總體上，方案2既考慮喀什市的社會經濟發展又兼顧生態環境保護，力求社會效益、經濟效益、生態效益相協調。

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