基于灰色線性規劃模型的土地利用結構優化配置

蔡芹燕 鄧歡歡 錢虎

摘要：土地利用結構優化致力于緩解土地供需問題，優化土地布局，維持土地生態系統平衡。本文選用清鎮市作為研究區域，設定2016年為研究基期年，結合灰色線性規劃理論，以清鎮市2012-2016年的土地利用數據為基礎，通過算法設計，對2025年的人口總數、平均人口密度、糧食單產等進行預測。優化過程中，根據清鎮市發展需要，共設置9個變量，13個約束條件，構造出3種供選方案。其中，方案2能最大限度地發揮其土地利用的生態、經濟和社會效益，實現土地資源的可持續發展。

關鍵詞：清鎮市;土地利用;灰色線性規劃;結構優化

引言

在人類生活中，土地是一種不可或缺的自然資源，也是一種不可再生資源。其獨特的不可再生性注定了土地資源的珍貴性。如今，由于城鎮化和工業化的不斷發展以及人口數量的快速增長，土地沙漠化、石漠化、鹽堿化等土地問題日益突出[1]。以清鎮市為研究對象，是因其在鄉村振興的大背景下，清鎮市的土地發展具有較大潛力，實現清鎮市的經濟社會生態效益可持續、土地資源利用合理化以及土地利用結構優化刻不容緩。

1研究區概況

2016年，清鎮市土地總面積為138658.46公頃。其中，耕地為49566.12公頃，園地1141.84公頃，林地46846.47公頃，牧草地17809.15公頃，城鎮工礦用地4131.07公頃，農村居民點5145.94公頃，交通運輸用地2260.72公頃，水域及水利設施用地5964.92公頃以及未利用地5792.23公頃。

2灰色模型構建及算法設計

2.1灰色線性規劃概述

灰色線性規劃是指含有灰數的線性規劃，具有較好的非線性求解能力，與一般的線性規劃相比，灰色線性規劃更具有動態性[2]。所以，本文對清鎮市土地的優化設計中選用灰色線性規劃模型。

2.2變量設置

該規劃模型共設置9個變量，分別為耕地、園地、林地、牧草地、城鎮工礦用地、農村居民點、交通運輸用地、水域及水利設施用地、未利用地。分別記為X1、X2。。。X9。

2.3約束條件

根據清鎮市的土地利用狀況以及社會發展需要，結合土地利用總體規劃要求，本文確定了13個約束條件以及相應的約束方程，并建立約束方程，以優化2025年清鎮市的土地利用結構。

（1）土地總面積約束

式中：為各種類型土地面積，為土地類型的個數，為土地總面積。

（2）人口總量約束

基于土地資源有限性分析，全市人口總數不應超過規劃年（2025年）的預測人口數，即：

（2）式中：——農用地平均人口預測密度，通過GM（1，1）預測為3.78人/公頃。

——城鎮用地平均人口預測密度，預測結果為27.89人/公頃。

——農用地利用類型。

——城鎮用地利用類型。

P——目標規劃年預測人口數。

（3）糧食產量約束

綜合考慮，目標規劃年（2025年）的糧食總產量應供應得上人民需求，通過GM（1，1）預測得出2025年清鎮市的糧食總產量為116030噸，糧食平均單產水平為4.4075噸/公頃，即

（4）耕地保護約束

根據嚴格耕地保護制度，清鎮市耕地紅線為48698.91公頃。即：

（5）經濟發展約束

根據清鎮市發展建設需要，農用地總量將減少。

（5）為促進清鎮市城鎮化發展，加強建設用地綜合整治，城鎮工礦用地可適度擴張;此外，為響應國家可持續發展戰略，應對清鎮市交通運輸用地進行合理布局，促進土地節約集約利用。結合清鎮市土地利用總體規劃，得：

此外，為實現清鎮市土地節約集約利用，保證清鎮市土地可持續發展。2025年的未利用地面積應不小于現狀面積。即：

（6）政策約束

根據《清鎮市環境總體規劃》規定，清鎮市設定65.8萬畝的生態林地，即：

目前，生態農業已成為農業發展的一大趨勢，為了優化農業產業結構，圍繞園林發展，開展休閑觀光、莊園經濟等，加快農業轉型發展，故規劃年園地面積應不低于土地利用總體規劃面積。

為加速清鎮市產業發展，擴大肉牛、奶牛養殖等生態畜牧業，推動農林牧漁結合發展。規劃期間，應合理利用并保護牧草地，達到土地可持續利用的目的，推動產業發展。故：

2.4目標函數

（1）確定各類用地效益的相對權重系數

運用GM（1，1）模型與層次分析法相結合，計算出9個變量的效益權重，構成效益權重集，其中未利用土地的用地效益視為0。

（2）確定效益系數C

選取某一變量單位面積土地收益的預測值，再結合該預測值計算出其他變量的收益預測值，乘以各自的相對權重系數，得到產出效益[3]，即價值向量（i=1，2，3，4，5，6，7，8，9），其中未利用土地的系數設為1。選用林地計算其土地產出效益，運用灰色模型預測，到目標規劃年（2025年）清鎮市的林地產出效益為119.93元/公頃。故：

因此，目標函數為：

3結論

綜合本文所述，得出的結論如下：

通過設置的9個變量、13個約束條件，結合林地產值，計算出林地產出效益，得到目標函數。運用Lingo軟件，分別對人口和糧食產量的三種取值進行計算，得到3種優化供選方案。在備選方案中，方案2的取值為參數灰區間的中間值，充分的考慮了清鎮市的自然、社會、經濟和環境現狀以及未來社會經濟發展的需求，實現的可能性最大。因此，本文建議方案2作為清鎮土地利用規劃的最佳土地利用結構優化配置方案。

參考文獻：

[1]杜金龍，朱記偉，解建倉等.基于GIS的城市土地利用研究進展[J].國土資源遙感，2018，30（3），9-17.

貴州師范學院大學生創新創業訓練計劃項目。

（貴州師范學院 貴州貴陽 550018）