快速城鎮(zhèn)化過程中建設(shè)用地空間安全預(yù)警分析

李 燦，張鳳榮，王 楓，胡月明

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.國土資源部建設(shè)用地再開發(fā)重點(diǎn)實驗室，廣東廣州 510642；3.廣東省土地利用與整治重點(diǎn)實驗室，廣東 廣州 510642；4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

快速城鎮(zhèn)化過程中建設(shè)用地空間安全預(yù)警分析

李 燦1,2,3，張鳳榮4，王 楓1，胡月明2,3

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.國土資源部建設(shè)用地再開發(fā)重點(diǎn)實驗室，廣東廣州 510642；3.廣東省土地利用與整治重點(diǎn)實驗室，廣東 廣州 510642；4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193）

研究目的：基于空間視角，探索建設(shè)用地空間安全預(yù)警的思路與方法，使預(yù)警結(jié)果在空間上直觀體現(xiàn)出來。研究方法：利用ArcGIS空間分析技術(shù)，采用因子加權(quán)分析法和數(shù)理分析法，構(gòu)建預(yù)警評價指標(biāo)體系。研究結(jié)果：北京市順義區(qū)建設(shè)用地空間擴(kuò)展警情態(tài)勢相對嚴(yán)峻，重警及其以上的區(qū)域主要集中在高麗營、趙全營、李橋、北務(wù)等西部和南部鎮(zhèn)區(qū)，并且規(guī)劃被打破和諸多優(yōu)質(zhì)耕地被侵占的警情嚴(yán)重。未來順義區(qū)需加強(qiáng)城市管理與規(guī)劃部門對城鎮(zhèn)擴(kuò)展的空間管控能力。研究結(jié)論：本文研究提出的空間預(yù)警方法與思路能夠迅速發(fā)現(xiàn)建設(shè)用地擴(kuò)展的空間因素及其格局特征，能為城鎮(zhèn)發(fā)展與規(guī)劃指導(dǎo)提供有效的參考。

土地利用；建設(shè)用地；空間預(yù)警；順義區(qū)

1 引言

土地資源安全預(yù)警分析是對區(qū)域土地資源開發(fā)利用未來的演化趨勢進(jìn)行預(yù)期性評價，以提前發(fā)現(xiàn)未來可能出現(xiàn)的問題，預(yù)報土地利用未來狀態(tài)的時空范圍和危害程度，并提出方法措施的一種管理活動[1]。土地資源安全預(yù)警是當(dāng)今國際社會公共管理改革發(fā)展的新方法，是資源環(huán)境緊張形勢下土地管理的有效手段。J. T. McCloskey等運(yùn)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型來識別土地開發(fā)區(qū)域與保護(hù)區(qū)域之間潛在的沖突，為優(yōu)化目標(biāo)制定提供決策依據(jù)[2]；G. Zurlini等探索了跨尺度的土地覆蓋格局下地中海地區(qū)荒漠化的預(yù)警信號以及與社會生態(tài)景觀之間的關(guān)系[3]；M. Piquer-Rodr í guez等對西班牙東南部土地利用變化對保護(hù)區(qū)未來網(wǎng)絡(luò)連通性的影響進(jìn)行了預(yù)警分析[4]；Li Yangfan等運(yùn)用P-S-R模型開展了對中國廈門快速城市化地區(qū)景觀生態(tài)安全預(yù)警分析[5]。國內(nèi)學(xué)者圍繞耕地保護(hù)[1,6-8]、糧食安全[9]、土地生態(tài)環(huán)境與安全[10-11]、土壤質(zhì)量及污染防治[12]，以及土地預(yù)警管理與系統(tǒng)構(gòu)建[6,13-14]等方面開展了相關(guān)研究。上述成果更多重視從時間維度和可持續(xù)發(fā)展的角度看待土地資源利用數(shù)量上的危機(jī)，而從空間規(guī)劃和環(huán)境承載的角度對土地利用空間內(nèi)涵的探索還不夠重視。在資源環(huán)境問題凸顯的形勢下，更需要土地管理者強(qiáng)調(diào)對土地利用“過程”的掌控，重視對土地利用空間過程的探索，因為空間上的可視化預(yù)警分析更具有強(qiáng)烈的震撼作用，且由于土地資源的不可移動性和不可替代性，數(shù)量預(yù)警只是顯示了警示危機(jī)的程度，而空間預(yù)警進(jìn)一步表明了警示危機(jī)的格局。因此，在快速城鎮(zhèn)化過程中，探索土地利用空間變化的趨勢和警情狀態(tài)能夠發(fā)現(xiàn)土地問題的空間因素與分布格局，從而有針對性地提出預(yù)防措施和辦法，特別是針對建設(shè)用地空間變化的預(yù)警分析能為城鎮(zhèn)發(fā)展政策和規(guī)劃空間指導(dǎo)提供有效的參考。本文基于土地利用的空間視角，嘗試對建設(shè)用地利用的空間安全狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警分析，為拓展土地空間預(yù)警思路提供參考。

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與預(yù)警思路

2.1 研究區(qū)概況

順義區(qū)位于北京市東北郊，地理位置處于40°01′— 40°18′N和116°28′—116°59′E，土地面積1019.37 km2，約占北京市土地總面積的6.22%，轄12個建制鎮(zhèn)7個辦事處。2013年實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值1232.20×108元，居北京市所有區(qū)縣第5位，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為2.0∶45.9∶52.1，人均GDP接近20000美元，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入后工業(yè)化階段和新型城鎮(zhèn)化階段。與此同時，順義區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)擴(kuò)展迅速，土地利用經(jīng)歷著復(fù)雜而劇烈的變化，屬于大都市近郊農(nóng)用地向建設(shè)用地快速轉(zhuǎn)變的典型區(qū)域，面臨著城鄉(xiāng)轉(zhuǎn)型、新型城鎮(zhèn)化等諸多挑戰(zhàn)。

2.2 數(shù)據(jù)來源與準(zhǔn)備

本文所使用的數(shù)據(jù)包括：順義區(qū)2013年土地利用圖及2020年土地利用模擬圖、土地利用變化轉(zhuǎn)化潛力圖，2020年土地利用規(guī)劃圖、北京市生態(tài)安全格局矢量數(shù)據(jù)（順義區(qū)部分）、農(nóng)用地分等定級矢量數(shù)據(jù)，以及順義區(qū)2013年街坊（村級）一級人口數(shù)據(jù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)。

運(yùn)用GIS空間分析中的核密度函數(shù)，獲取順義區(qū)街坊一級人口空間核密度分布圖；2013年土地利用圖為利用ETM+遙感影像在ENVI 5.0下采用監(jiān)督分類方法解譯，分類精度在0.88以上；在IDRISI Andes軟件中LCM（Land Change Modeler）模塊下選取驅(qū)動因子進(jìn)行土地利用變化模擬分析，獲取建設(shè)用地轉(zhuǎn)化潛力圖和2020年土地利用模擬圖（圖1，封二），模擬精度超出75.0%，符合模擬測算要求；產(chǎn)業(yè)規(guī)劃導(dǎo)向、生態(tài)安全格局和水源影響度分析采用GIS空間分析中的距離分析函數(shù)進(jìn)行處理；土壤自然質(zhì)量借鑒農(nóng)用地分等思路進(jìn)行測算。所有圖件統(tǒng)一投影坐標(biāo)，在ArcGIS 10.0軟件平臺下采用30 m×30 m柵格進(jìn)行分析。

2.3 預(yù)警思路

空間預(yù)警需要對建設(shè)用地空間失衡問題及其所帶來的負(fù)面影響進(jìn)行評估，需要根據(jù)區(qū)域資源、發(fā)展基礎(chǔ)和潛力、空間規(guī)劃與定位、環(huán)境承載能力等，開展空間預(yù)警評價分析。從預(yù)警分析過程來看，基于城市系統(tǒng)空間分異和演化的角度，城市化是一種以已有城市為中心向外擴(kuò)散的過程，特別是在城市邊緣區(qū)，這種新的城市空間形成和演化體現(xiàn)出強(qiáng)烈的“年輪效應(yīng)”和“非均衡推進(jìn)過程”[15]，城鎮(zhèn)建設(shè)新擴(kuò)展區(qū)域的用地結(jié)構(gòu)和空間形態(tài)往往沿襲已有城鎮(zhèn)用地的特點(diǎn)。從土地利用/覆被變化來說，土地空間安全預(yù)警的重點(diǎn)在于土地利用空間格局與過程解析。本文運(yùn)用基于CA-Markov的土地利用變化模擬研究成果，基于土地變化的空間視角，利用建設(shè)用地變化的趨勢和空間格局特征，獲取預(yù)警指標(biāo)值并設(shè)定“警情”等級，以此警示出建設(shè)用地擴(kuò)展的潛在區(qū)域及其空間因素特征。

3 建設(shè)用地擴(kuò)展空間安全預(yù)警方法

3.1 預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建

本文結(jié)合研究區(qū)土地利用總體規(guī)劃和生態(tài)保護(hù)的要求，在借鑒已有文獻(xiàn)[16-18]的基礎(chǔ)上，從建設(shè)用地發(fā)展?jié)摿Α⒁?guī)劃導(dǎo)向、擴(kuò)展壓力、生態(tài)影響4個方面選取8項指標(biāo)，建立建設(shè)用地空間安全預(yù)警評價指標(biāo)體系（表1）。各項指標(biāo)分析根據(jù)各自空間特征，選取相應(yīng)模型進(jìn)行空間量化計算，并根據(jù)各項指標(biāo)對建設(shè)用地空間擴(kuò)展的影響程度采用層次分析法與專家咨詢法來確定指標(biāo)權(quán)重。

表1 建設(shè)用地空間安全預(yù)警評價指標(biāo)體系框架Tab.1 Assessment index framework of spatial orderliness early warning for construction land expansion

（1）發(fā)展?jié)摿Γ航ㄔO(shè)用地擴(kuò)展?jié)摿χ饕槍ν恋乜臻g所具有的發(fā)展基礎(chǔ)，即優(yōu)先選擇區(qū)位條件好、人口密集、交通便利的區(qū)域。從區(qū)縣尺度上看，這種區(qū)位因素主要表現(xiàn)為與行政中心和已有建設(shè)發(fā)展區(qū)域的各種空間因素的距離。因此，考慮人口分布密度、建設(shè)用地轉(zhuǎn)化潛力作為發(fā)展?jié)摿χ笜?biāo)。

（2）規(guī)劃導(dǎo)向：是建設(shè)用地空間演化的重要機(jī)制，主要考察規(guī)劃因素對建設(shè)用地擴(kuò)展的空間引導(dǎo)作用。針對建設(shè)用地在空間形態(tài)上的表現(xiàn)，通過規(guī)劃一致性評價，可判斷出建設(shè)用地空間擴(kuò)展是否符合規(guī)劃的空間管控。同時，政府部門通過各種規(guī)劃管理政策引導(dǎo)和約束城市的發(fā)展方向，如區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略布局、重大工程項目布局、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃等，直接影響城市建設(shè)發(fā)展的格局[19]。在此過程中，各種資源“流”向這些經(jīng)濟(jì)活動密集的熱點(diǎn)地區(qū)集中，與之鄰近的空間區(qū)域則成為建設(shè)優(yōu)先擴(kuò)展區(qū)域，因而可通過產(chǎn)業(yè)功能區(qū)的空間布局來考察對建設(shè)用地空間擴(kuò)展的影響。

（3）擴(kuò)展壓力：主要針對建設(shè)用地擴(kuò)展過程中所占用其他類型土地資源及其質(zhì)量的時空變化，建設(shè)用地擴(kuò)展過程中必須審慎占用新的土地資源，力求減少損失，減少每一步建設(shè)用地擴(kuò)展所造成的土地資源壓力。在當(dāng)前土地利用矛盾凸顯的背景下，建設(shè)用地擴(kuò)展需堅持兩個層面的要求：一是必須盡量少占用涉及糧食安全的耕地和生態(tài)環(huán)境的林地和水域；二是必須走集約利用的道路，控制擴(kuò)展速度，提高土地利用效率，改變粗放式的外延擴(kuò)展方式。因此，基于資源利用的單向性特征考慮，重點(diǎn)考察建設(shè)占用土地類型和土壤質(zhì)量兩項指標(biāo)。

（4）生態(tài)影響：主要針對建設(shè)用地擴(kuò)展過程中對生態(tài)系統(tǒng)造成的影響，以及敏感生態(tài)因素對建設(shè)用地擴(kuò)展造成的限制。生態(tài)安全格局是區(qū)域自然生命支持系統(tǒng)的關(guān)鍵性格局，是維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程健康與完整、維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全的剛性格局，是城市發(fā)展獲得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基本保障[20]。經(jīng)歷30多年的快速發(fā)展，北京城鎮(zhèn)發(fā)展面臨著一系列的資源環(huán)境制約，國土生態(tài)安全面臨嚴(yán)重威脅，因此，選取生態(tài)安全格局和水資源影響度作為建設(shè)用地擴(kuò)展生態(tài)影響指標(biāo)。

3.2 預(yù)警指標(biāo)空間處理

3.2.1 人口分布 人口空間分布通過運(yùn)用核密度估算法（Kernel density estimation，KDE）生成[21]，具體步驟為：先建立村一級的空間分布點(diǎn)，每個點(diǎn)代表一個村或居委會，然后把各個村或居委會的人口數(shù)量通過屬性表示出來，再計算各個點(diǎn)的人口空間核密度，選取2000 m帶寬為搜索半徑，從而估算出人口空間分布的等值密度圖。

3.2.2 建設(shè)用地空間轉(zhuǎn)化潛力 建設(shè)用地轉(zhuǎn)化潛力來自CA-Markov模擬過程中所生成的轉(zhuǎn)化潛力圖，該潛力圖表示建設(shè)用地空間轉(zhuǎn)化潛力分布。其中，土地利用空間轉(zhuǎn)化潛力分析的過程中已經(jīng)包含了基于各種區(qū)位因素（空間可達(dá)性影響）的綜合影響，因而具有較強(qiáng)的空間指示性[22]。

3.2.3 規(guī)劃一致性 規(guī)劃一致性反映擴(kuò)展建設(shè)用地與土地利用總體規(guī)劃在空間范圍上相符合的程度，提取《順義區(qū)土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）》數(shù)據(jù)成果中的建設(shè)用地規(guī)模邊界圖層，與2020年土地預(yù)測變化圖層進(jìn)行疊加分析。土地利用總體規(guī)劃是對未來土地資源配置的準(zhǔn)則，空間導(dǎo)向規(guī)則應(yīng)是符合規(guī)劃與不符合規(guī)劃，以突出土地利用規(guī)劃對土地利用變化的指導(dǎo)性。

3.2.4 產(chǎn)業(yè)功能區(qū) 產(chǎn)業(yè)規(guī)劃導(dǎo)向反映了產(chǎn)業(yè)園區(qū)對于城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間擴(kuò)展的吸引能力[23]。依據(jù)《順義區(qū)土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）》和《順義區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》的要求，未來順義區(qū)大力發(fā)展以航空研發(fā)制造、汽車制造為代表的現(xiàn)代制造業(yè)，優(yōu)化發(fā)展以電子信息為代表的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，培育壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，鞏固提升都市工業(yè)和基礎(chǔ)工業(yè)等傳統(tǒng)制造業(yè)。順義區(qū)規(guī)劃和已形成的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)功能區(qū)為北京天竺空港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、林河經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、空港物流基地、北京汽車生產(chǎn)基地、國門商務(wù)區(qū)、中關(guān)村臨空國際高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地，主要圍繞順義中心城區(qū)和首都機(jī)場分布。

3.2.5 地類構(gòu)成 根據(jù)建設(shè)用地擴(kuò)展所占用的土地利用類型，并依次設(shè)定擴(kuò)展消耗土地利用類型的重要程度。在此，借鑒劉紀(jì)遠(yuǎn)從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)提出的土地利用程度分級標(biāo)準(zhǔn)，按照土地自然綜合體在社會因素影響下自然平衡保持狀態(tài)分為4級的思路[24]，賦予擴(kuò)展地類構(gòu)成指數(shù)，將水域賦值為1.0，耕地為0.75，林地為0.50，其他土地為0.25，建設(shè)用地為0，土地類型賦值越高，建設(shè)用地擴(kuò)展影響程度越大。

3.2.6 土壤質(zhì)量 參照農(nóng)用地分等中測算土壤的自然質(zhì)量分（CL）的思路，獲取土壤資源質(zhì)量。具體步驟為：利用土壤、地形數(shù)據(jù)庫資料，獲取灌溉保證率、土層厚度、土壤質(zhì)地、土體構(gòu)型、地形坡度和土壤有機(jī)質(zhì)參評因子，根據(jù)大宗作物生長適宜性確定分級標(biāo)準(zhǔn)，利用德爾菲法獲得權(quán)重，通過綜合因素法獲得土壤的綜合自然質(zhì)量分，并采用標(biāo)準(zhǔn)差法進(jìn)行無量綱化處理（式1）。在此需要說明的是，從全域土壤資源出發(fā)，所獲取的土壤質(zhì)量評價結(jié)果是覆蓋全區(qū)的土壤質(zhì)量分布，因而是包含了建設(shè)用地等地類的土壤質(zhì)量。

式1中，CL為土壤的綜合自然質(zhì)量分；k為評價因素；m為評價因素數(shù)目；wk為第k個評價因素的權(quán)重，分別為土壤質(zhì)地0.14，有效土層厚度0.20，土壤有機(jī)質(zhì)0.12，灌溉保證率0.23，剖面構(gòu)型0.11，地形坡度0.20；fk為對應(yīng)的評價分值；CL為介于0—1的分值，分值越高，表明土壤的自然質(zhì)量越優(yōu)。經(jīng)計算，土壤綜合質(zhì)量分處于0.53—0.96之間，預(yù)警分析時再進(jìn)行無量綱化處理。

3.2.7 生態(tài)安全格局 作為向城市提供自然服務(wù)的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，確定生態(tài)安全格局是實現(xiàn)北京“精明的保護(hù)”與“精明的增長”的有效途徑，生態(tài)安全格局研究成果為在有限土地資源條件下實現(xiàn)保護(hù)與發(fā)展和諧同步提供了指導(dǎo)[20]。依據(jù)《北京市生態(tài)安全格局戰(zhàn)略研究》所確定的生態(tài)安全格局及其要求，低生態(tài)安全格局是保障生態(tài)安全的最基本要求，是城市發(fā)展建設(shè)中不可逾越的生態(tài)底線，需要重點(diǎn)保護(hù)和嚴(yán)格限制，應(yīng)納入禁止和限制建設(shè)區(qū)，中生態(tài)安全格局需要限制開發(fā)，實行保護(hù)措施，保護(hù)與恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)[20]，因此，把低生態(tài)安全水平格局內(nèi)的土地列入禁止發(fā)展區(qū)，賦值為0；中生態(tài)安全水平格局內(nèi)的土地列入限制發(fā)展區(qū)，賦值為0.20；對該區(qū)域以外的生態(tài)安全格局影響度采用空間可達(dá)性進(jìn)行量化。

式2中，Y為生態(tài)安全格局的影響值；xi為計算柵格；xman與xmin為距離低、中生態(tài)安全格局空間距離的最大、最小值。3.2.8 水源影響度 河湖濕地等水域是生態(tài)系統(tǒng)中最為敏感的區(qū)域和重點(diǎn)保護(hù)對象，為城鎮(zhèn)提供了生態(tài)服務(wù)，也為人們提供了舒適愜意的休憩環(huán)境。為此，依據(jù)《北京市河湖保護(hù)管理條例》（2012年），在提取主要河流水體及其緩沖區(qū)的基礎(chǔ)上，分別對境內(nèi)唐指山水庫、漢石橋濕地、潮白河、溫榆河、金雞河、小中河等水域設(shè)定200 m和50 m的緩沖保護(hù)區(qū)，限制建設(shè)用地擴(kuò)展，然后采用分段函數(shù)進(jìn)行量化（式3）。

式3中，Y為水源影響度指標(biāo)，xi為到水源緩沖保護(hù)區(qū)的可達(dá)性空間距離，200 m和50 m分別為主干河流和支流的保護(hù)范圍。

3.3 預(yù)警評價分析

3.3.1 預(yù)警指標(biāo)量化 由于各預(yù)警指標(biāo)之間的量綱不統(tǒng)一，不具可比性，因此需要對預(yù)警指標(biāo)因子進(jìn)行規(guī)范化處理。建設(shè)用地空間安全預(yù)警指標(biāo)體系中，對于以空間可達(dá)性表征影響大小的數(shù)據(jù)，運(yùn)用極值歸一化進(jìn)行處理，對于正、逆兩種指標(biāo)，分別采用以下方法。

式4—式5中，xi為第i個指標(biāo)的計算柵格值，i = 1，…，n，n為指標(biāo)數(shù)；xmax和xmin為第i個指標(biāo)的最大值和最小值。而對于其他需要進(jìn)行分段函數(shù)處理的數(shù)據(jù)，則根據(jù)指標(biāo)因子的空間分布特征運(yùn)用相應(yīng)的計算模型進(jìn)行處理。通過對各個指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其處于一個可以比較的范圍。但是，從預(yù)警指標(biāo)體系看，人口密度、轉(zhuǎn)化潛力、規(guī)劃一致性、生態(tài)安全格局和水源影響度5個指標(biāo)因子為“越大越優(yōu)”型；另外3個指標(biāo)有的為“越小越優(yōu)”型，有的為分級類型。為便于統(tǒng)一計算，將所有指標(biāo)進(jìn)行“同趨”轉(zhuǎn)化，即全部指數(shù)轉(zhuǎn)化為“越小越優(yōu)”型（圖2，封二）。

3.3.2 警度設(shè)置 警度是對建設(shè)用地空間擴(kuò)展警情大小的定量描述，根據(jù)順義區(qū)建設(shè)用地空間擴(kuò)展?fàn)顩r以及預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)的分級原理，將建設(shè)用地空間擴(kuò)展警度分為5個警報級別，分別為無警、輕警、中警、重警和巨警，并在0—1范圍內(nèi)對各級別進(jìn)行賦值，確定其警度及指示燈劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 順義區(qū)建設(shè)用地空間安全預(yù)警參照標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Standards of orderliness degree and indicator of the construction land early warning for Shunyi District

3.3.3 預(yù)警評價 為統(tǒng)一計算建設(shè)用地空間安全預(yù)警指數(shù)，在對前面各單項指標(biāo)進(jìn)行“同趨”處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對各指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理（式4—式5），使其處于一個可以比較的范圍。在構(gòu)建建設(shè)用地空間安全預(yù)警指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，以前面基于CA-Markov模型預(yù)測的2020年土地利用圖為基礎(chǔ)，對照2013年土地利用圖，獲取未來建設(shè)用地空間擴(kuò)展地塊作為基本評價單元，然后通過圖層疊加運(yùn)算，運(yùn)用多因素綜合評價法（式6），基于指標(biāo)權(quán)重和指標(biāo)映射值，計算得到建設(shè)用地空間安全警情指數(shù)，警值在［0，1］中。預(yù)警結(jié)果閾值的確定在土地資源預(yù)警中是十分關(guān)鍵而復(fù)雜的問題，還沒有一個有效、普適的評價模型[7]。在此，根據(jù)預(yù)警結(jié)果的空間分布情況，按照自然間斷點(diǎn)分級法進(jìn)行聚類分級，將警值劃分為［0，0.51）、［0.51，0.62）、［0.62，0.72）、［0.72，0.78）和［0.78，1.00］，分別代表無警、輕警、中警、重警和巨警（表2）。

式6中，E為建設(shè)用地空間安全預(yù)警分值，wi為第i個評價因子的權(quán)重，Xi為第i個評價因子。

4 預(yù)警結(jié)果

根據(jù)基于CA-Markov模型的土地利用變化模擬，至2020年建設(shè)用地擴(kuò)展面積為10440.56 hm2（圖1（b），封二）。從預(yù)警結(jié)果分布比例來看，至2020年順義區(qū)建設(shè)用地空間安全預(yù)警整體形勢比較嚴(yán)重，其中處于重警狀態(tài)下的圖斑面積最大，占擴(kuò)展圖斑總面積的29.72%，其次為無警、輕警、中警和巨警，相應(yīng)比例依次為19.80%、18.06%、20.15%和12.27%。對于處于巨警狀態(tài)的建設(shè)用地來說，該區(qū)域是未來城鎮(zhèn)建設(shè)需要重點(diǎn)關(guān)注的地帶，特別是對生態(tài)安全格局、水源影響格局所造成的危害和占用耕地對糧食安全的影響需要引起注意。在今后的城鎮(zhèn)化過程中，要充分重視生態(tài)環(huán)境等指標(biāo)對城市發(fā)展演變狀態(tài)的評判，及時調(diào)整政策措施和土地利用規(guī)劃手段進(jìn)行調(diào)控。

從建設(shè)用地空間安全預(yù)警分布來看（圖3，封三），處于無警和輕警狀態(tài)的建設(shè)用地圖斑大多位于土地利用總體規(guī)劃所確定的建設(shè)區(qū)域內(nèi)（圖2（c），封二），其中，無警狀態(tài)圖斑空間上主要分布于順義區(qū)西南部，如后沙峪、天竺、南法信、仁和等鎮(zhèn)區(qū)，屬于順義人口集聚、現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施較好、產(chǎn)業(yè)功能區(qū)域和生態(tài)影響較弱的區(qū)域，也屬于順義區(qū)新城規(guī)劃發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，符合未來城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展的要求；輕警狀態(tài)圖斑多分布于順義區(qū)中、西部區(qū)域主要鎮(zhèn)區(qū)的發(fā)展區(qū)域內(nèi)，空間上以高麗營、馬坡、李橋、北小營、趙全營、南彩、李遂等鎮(zhèn)區(qū)為主，但是基于建設(shè)用地發(fā)展現(xiàn)狀，仍有部分圖斑散亂分布于規(guī)劃區(qū)外，需要引起注意。中警和重警狀態(tài)下的圖斑主要分布于順義區(qū)西部和南部，以高麗營、李橋、馬坡、趙全營等鎮(zhèn)區(qū)分布為主，大部分圖斑是因為不符合土地利用規(guī)劃要求、占用大量優(yōu)質(zhì)耕地資源、偏離人口集聚區(qū)域和遠(yuǎn)離產(chǎn)業(yè)功能區(qū)所致，該部分預(yù)警狀態(tài)下空間分布圖斑是未來土地開發(fā)建設(shè)需要重點(diǎn)關(guān)注的地方。從巨警狀態(tài)圖斑的分布來看，在順義區(qū)中部、南部、東部區(qū)域分布零散，其中以北務(wù)、北小營、楊鎮(zhèn)和張鎮(zhèn)等鎮(zhèn)區(qū)相對集中，對照預(yù)警因素分析可知，該部分圖斑主要是由于不符合規(guī)劃一致性、占用優(yōu)質(zhì)耕地、位于生態(tài)安全和水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)所致，未來在土地開發(fā)建設(shè)過程中需要引起土地規(guī)劃和管理部門的重點(diǎn)關(guān)注。

5 討論與結(jié)論

5.1 討論

（1）城鎮(zhèn)建設(shè)無序擴(kuò)張、耕地急劇減少和生態(tài)環(huán)境破壞是當(dāng)前快速城鎮(zhèn)化過程中面臨的突出問題。本文以CA-Markov模型模擬土地變化情景作為分析前提，基于土地利用空間視角，探索影響城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間安全的影響因素，借助GIS空間分析平臺，運(yùn)用多因素綜合方法對順義區(qū)建設(shè)用地未來空間格局及其危害形勢進(jìn)行了預(yù)警分析，使土地資源安全預(yù)警結(jié)果在空間上直觀體現(xiàn)出來，有助于更加多方位評判建設(shè)用地空間安全格局可能出現(xiàn)的問題，以及深入剖析城鎮(zhèn)化空間格局與過程中人口經(jīng)濟(jì)因素、耕地資源、生態(tài)環(huán)境等各項因素的運(yùn)行狀態(tài)和變化規(guī)律，為指導(dǎo)土地資源優(yōu)化配置和規(guī)劃管理提供更加切實可行的技術(shù)研究參考。

（2）土地資源安全預(yù)警是土地規(guī)劃決策技術(shù)分析的手段之一，相較于傳統(tǒng)數(shù)量變化分析，本文采用空間分析的方法，把以往在數(shù)量上重點(diǎn)關(guān)注的預(yù)警過程在空間格局中直觀展現(xiàn)出來，探索建設(shè)用地空間失衡所帶來生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，直接從影響建設(shè)用地空間格局運(yùn)行系統(tǒng)中進(jìn)行預(yù)期性評判和查找問題，有效提升了分析過程的可視化水平和空間針對性，彌補(bǔ)了純數(shù)量分析過程中空間因素欠缺的不足，從而為進(jìn)一步完善土地資源安全監(jiān)測和預(yù)警機(jī)制提供了更為有效的思路和方法參考。

（3）本文主要從土地利用變化情景模擬的基礎(chǔ)上考察建設(shè)用地空間格局變化，而城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間擴(kuò)展是一項復(fù)雜的系統(tǒng)過程，文中所探索的空間因素也是基于簡單的動態(tài)分析，未來還需要探索更為復(fù)雜的自然、人文空間影響因素，獲取更為豐富的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時，后續(xù)研究中還可進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)采集的精度，為提高土地空間安全預(yù)警精度及其結(jié)果運(yùn)用提供支撐。

5.2 結(jié)論

（1）基于空間視角的土地資源安全預(yù)警分析能直觀地把預(yù)警結(jié)果在空間上展現(xiàn)出來。處于無警和輕警狀態(tài)的建設(shè)用地擴(kuò)展圖斑大多位于土地利用總體規(guī)劃所確定的建設(shè)區(qū)域內(nèi)，空間上多分布于后沙峪、天竺、南法信、高麗營、馬坡、李橋、趙全營等中部、西南部鎮(zhèn)區(qū)；中警和重警狀態(tài)下的圖斑則大多因為不符合規(guī)劃要求，且占用大量優(yōu)質(zhì)耕地資源、偏離人口聚集和產(chǎn)業(yè)功能區(qū)域，是未來順義區(qū)城鎮(zhèn)土地開發(fā)建設(shè)需要重點(diǎn)關(guān)注的地方，空間上多集中在高麗營、李橋、馬坡、趙全營等鎮(zhèn)區(qū)；巨警狀態(tài)下圖斑多因不符合規(guī)劃一致性、占用優(yōu)質(zhì)耕地、位于生態(tài)安全和水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，成為未來順義區(qū)土地開發(fā)建設(shè)需要引起土地規(guī)劃和管理部門重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域，空間上以東部、中部區(qū)域分布較廣，尤以北務(wù)、北小營、楊鎮(zhèn)、張鎮(zhèn)等鎮(zhèn)區(qū)分布較為集中。

（2）建設(shè)用地空間安全預(yù)警分析結(jié)果表明，城鎮(zhèn)建設(shè)用地相對嚴(yán)峻的警情態(tài)勢加深了對城鎮(zhèn)化空間過程的了解，順義區(qū)未來建設(shè)用地空間擴(kuò)張表現(xiàn)出較大的資源環(huán)境壓力。中警以上的警情圖斑與人口經(jīng)濟(jì)要素的空間集聚、土地規(guī)劃布局有所偏離，并且占據(jù)著不少中、西部優(yōu)質(zhì)耕地資源，對中部區(qū)域的生態(tài)環(huán)境影響非常明顯，這與順義區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展所確定的集中建設(shè)區(qū)域相差明顯，需要引起土地管理和規(guī)劃部門的重視。

（3）為發(fā)揮建設(shè)用地空間安全預(yù)警的警示功能，遏制警情發(fā)展，防范城鎮(zhèn)建設(shè)無序擴(kuò)張，需要加強(qiáng)對順義區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展的規(guī)劃導(dǎo)控作用，探索城鎮(zhèn)發(fā)展邊界的空間管控，強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境保護(hù)，特別是加強(qiáng)對京郊低生態(tài)安全格局、水源保護(hù)區(qū)的空間管制；同時，建立和完善土地資源安全監(jiān)測、預(yù)警和調(diào)控機(jī)制，為優(yōu)化土地資源空間格局提供保障。

（

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（本文責(zé)編：陳美景）

Early Warning Analysis on the Spatial Orderliness of Construction Land Use in the Rapid Urbanization Process

LI Can1,2,3, ZHANG Feng-rong4, WANG Feng1, HU Yue-ming2,3
（1. College of Public Management, South China Agriculture University, Guangzhou 510642, China; 2. Key Laboratory of the Ministry of Land and Resources for Construction Land Transformation, Guangzhou 510642, China; 3. Guangdong Province Key Laboratory of Land Use and Consolidation, Guangzhou 510642, China; 4. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China）

The purpose of this paper is to explore the ideas and methods of the early warning for the spatial orderliness of construction land use, especially showing the early-warning results visually. Method employed is to establish an early warning system of spatial orderliness based on ArcGIS technology of spatial analysis, weight analysis and mathematical statistics. The results show that the orderliness condition of construction land expansion is relatively serious, and the serious area and tremendous serious area are mainly concentrated in the western and southern regions of Shunyi District, example as Gaoliying, Zhaoquanying, Liqiao and Beiwu townships. Specially, the orderliness of planning breaking and high quality cultivated land occupation was very serious. In future, the department of city management and planning ofShunyi District needs to strengthen the space control capability. It is concluded that this study provides an efficient spatial early warning idea and method, which can identify the spatial factors and the pattern of construction land expansion quickly, and guide urban development and planning control effectively.

land use; construction land; spatial early warning; Shunyi District

F301.24

A

1001-8158（2015）06-0049-08

10.13708/j.cnki.cn11-2640.2015.06.007

2014-12-04

2015-05-26

國家自然科學(xué)基金青年基金項目（41401626，41301078）。

李燦（1982-），男，湖南益陽人，博士，講師。主要研究方向為土地利用/覆蓋變化與GIS技術(shù)應(yīng)用。E-mail: lcstudy@163.com