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    湖南湘江新區(qū)建設用地適宜性評價研究

    2016-05-25 00:37:06馮長春李天猜郝文璇
    地域研究與開發(fā) 2016年4期
    關鍵詞:評價建設

    肖 莉 , 李 韋 , 馮長春 , 李天猜 , 郝文璇

    (1.湖南省國土資源規(guī)劃院,長沙 410007; 2.北京大學 城市與環(huán)境學院,北京 100871; 3.北京大學-國土資源部國土規(guī)劃與開發(fā)重點實驗室,北京 100871)

    湖南湘江新區(qū)建設用地適宜性評價研究

    肖 莉1, 李 韋2,3, 馮長春2,3, 李天猜2,3, 郝文璇2,3

    (1.湖南省國土資源規(guī)劃院,長沙 410007; 2.北京大學 城市與環(huán)境學院,北京 100871; 3.北京大學-國土資源部國土規(guī)劃與開發(fā)重點實驗室,北京 100871)

    建設用地適宜性評價對城市規(guī)劃和土地利用規(guī)劃具有重要意義。將GIS和模糊綜合評價方法相結合,對湖南湘江新區(qū)進行了柵格尺度的建設用地適宜性評價,并通過對現狀用地和評價結果的對比,詳細探討了湘江新區(qū)今后城鎮(zhèn)建設擴張的主要潛在區(qū)域。研究結果表明:(1)評價結果較客觀地反映了研究區(qū)域建設用地適宜性的分布情況,并有效劃分出了適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū);(2)基于GIS的模糊綜合評價法不但能克服多準則評價中各指標分類的不確定性,還能根據模糊集理論有效劃分出不同的評價類別,是建設用地適宜性評價的有效方法。

    建設用地適宜性;模糊綜合評價;GIS;湖南湘江新區(qū)

    0 引言

    土地適宜性評價是指評定土地對于某種用途是否適宜以及適宜的程度,它是進行土地利用決策、科學編制土地利用規(guī)劃的基本依據[1-2]。土地適宜性評價是一個多準則評價問題。從1990年開始,將多準則評估和GIS相結合成為城市規(guī)劃中解決空間問題的重要方法[3]。多準則評價需要對各評價指標定量化,確定相應的評價準則和權重。但是土地利用適宜性評價涉及的許多評價因子沒有明確的外延邊界,具有很大的不確定性。用傳統方法確定評價因子的分值或等級,有時會人為夸大它們之間的差異,影響評價精度[4]。對建設用地適宜性評價而言,科學劃分適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)對城市規(guī)劃和土地利用規(guī)劃具有重要意義。已有研究一般根據適宜性評分結果結合實際需要主觀確定適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)[5]。這種劃分方法受主觀因素影響較大,在實際運用中缺乏統一劃分標準,具有很大不確定性。因而,如何克服土地適宜性評價中的不確定性,探索較科學的建設用地適宜性區(qū)域劃分具有重要意義。

    模糊綜合評價法是一種應用非常廣泛和有效的模糊數學方法,能有效解決多準則評價中的賦值不確定性問題。許多研究將模糊綜合評價方法運用于土地評價中[4, 6-10]。董黎明等在國內首次運用模糊綜合評價方法進行了濟南市區(qū)土地經濟評價,對城市土地經濟綜合評價具有重要的理論和實踐意義[4];A.K.Braimoh等基于模糊集理論進行嘎納北部地區(qū)玉米地的適宜性評價[7];楊敏基于GIS和模糊評價法進行了土地生態(tài)適宜性分析[8];L.F.V.Zoran等運用模糊邏輯學原理通過衛(wèi)星遙感數據研究城市土地覆蓋的環(huán)境影響分級[9];劉靈輝等運用模糊綜合評價方法對柳州市區(qū)及下轄6個縣的土地集約利用水平進行了綜合評價[10]。

    模糊綜合評價與傳統方法相比能更有效地反映評價指標確定中的不確定性,而且能運用模糊集原理有效劃分評價結果類型。但是將模糊綜合評價運用于建設用地適宜性評價的方法還較少。此外,由于模糊綜合評價對數據的要求較高且運算量較大,已有研究基本都選取大尺度的區(qū)縣或鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行評價,將模糊綜合評價方法運用于柵格尺度的評價還較少。GIS技術能有效進行大規(guī)模地理數據運算。將模糊綜合評價與GIS相結合進行柵格尺度的建設用地適宜性評價成為一種可能的有效方法。因此,本研究將模糊綜合評價方法與GIS相結合,以湖南湘江新區(qū)為例進行柵格尺度的建設用地適宜性評價,以期有效地劃分出不同的適宜性區(qū)域。

    1 模糊綜合評價方法

    1.1 確定因素集和評語集

    1.2 權重的確定

    評價指標的權重是評價指標相對重要性的定量表示。它關系到整個評價結果的準確性。目前確定評價指標權重的理論和方法已較成熟,一般分為主觀賦權法和客觀賦權法。主觀賦權法借助有關專家的知識和判斷確定各因素的權重,充分反映了專家在該領域長期研究積累的經驗,主要有德爾菲法、層次分析法、專家經驗評估法等;客觀賦權法是從實際數據出發(fā),根據數據分布和實際水平進行調漲,主要有主成分分析法、灰色關聯法、因子分析法和熵值法等。本研究選取主觀賦權法的德爾菲法進行指標權重確定[13]。

    1.3 建立隸屬度函數

    隸屬函數是指通過一定的函數運算確定評價指標對應評語集的隸屬程度,使得模糊數學關系變得更直觀。它是刻畫因素模糊性的指標。常用的隸屬函數有矩形分布、半矩形分布、半梯形分布、降半梯形分布、K次拋物分布、正態(tài)分布、柯西分布等[10,13]。本研究采用降半梯形隸屬函數進行模糊綜合評價。降半梯形隸屬函數的定義如下:

    (1)

    (2)

    (3)

    式中:r(x)為評價對象集中單個指標對j評價等級的隸屬度函數;x為各指標的實際值;a1,a2,a3分別為各指標的相應分級標準值。

    (4)

    1.4 模糊綜合評價

    將模糊權集A與單因素模糊評價矩陣R復合,得到各評價對象的模糊綜合評價結果向量。模糊綜合評價的模型為[14-15]:

    (5)

    式中:bj(j=1,2,3)是綜合考慮所有指標的影響時評價對象對評價集中第j級等級的隸屬程度。集合B即為評價子集的多因素綜合評價結果。模糊綜合評價結果是評價集對評價等級自己的隸屬度,它構成的是一個模糊向量,而不是一個單值,提供的是更豐富的信息。因此,需要對模糊綜合評價向量進行進一步的評判。常用的方法有最大隸屬度、加權平均、模糊向量單值化等[16]。本研究采用最大隸屬度原則進行評價,即評價單元的等級屬于模糊隸屬度最大的等級。

    上述模糊綜合評價過程需要對每一個柵格單元進行。運用GIS技術對每個柵格進行模糊綜合評價,從而得到整個評價區(qū)域的適宜性評價結果。

    2 評價過程

    2.1 研究區(qū)概況

    湘江新區(qū)位于湘江西岸,隸屬于湖南省長沙市,是我國“資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會”綜合配套改革示范區(qū)。湘江新區(qū)地屬亞熱帶季風性濕潤氣候,年均氣溫16.9~17.5 ℃,年均降水量1 360~1 400 mm。境內山脈縱橫,地貌類型復雜多樣,大部分地區(qū)海撥60~80 m,最低海撥約 29 m,最高點谷山海撥362 m,地勢起伏較大。

    湘江新區(qū)總用地面積約1 200 km2,涉及3個區(qū)縣。將湘江新區(qū)土地利用類型分為城鎮(zhèn)建設用地、風景及特殊用地、農村建設用地、耕地、園地、林地、草地、水域、未利用地。根據湘江新區(qū)2013年土地利用現狀(圖1),湘江新區(qū)主要用地類型為林地和耕地,分別占全區(qū)面積的34.35%,30.96%;其次為城鎮(zhèn)建設用地和農村建設用地,分別占全區(qū)面積的13.57%,11.13%;其余各類用地面積比例均小于10%。

    圖1 湘江新區(qū)土地利用現狀圖

    湘江新區(qū)總體上土地利用率較低,除中心區(qū)及部分產業(yè)用地較為規(guī)整,大部分建設用地布局零散,缺乏統籌完整的規(guī)劃。自兩型社會建設示范區(qū)成立以來,湘江新區(qū)人口持續(xù)增加,城市化、工業(yè)化進程加快,城鎮(zhèn)用地快速擴張。本研究評價的建設用地適宜性主要是指城鎮(zhèn)建設用地適宜性,即城市用地和鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設用地。

    2.2 評價指標體系

    規(guī)劃中選擇的因子應具有廣泛性、可度量、沒有冗余、可分解和可操作等特點[17-18]。根據建設用地適宜性評價的要求,結合調研搜集的資料,本研究選取可分級量化、數據可靠且具有較強代表性的13項指標,建立了湘江新區(qū)建設用地適宜性評價指標體系(表1)。

    表1 湘江新區(qū)建設用地適宜性評價指標體系

    上述七類13項指標分別從不同方向反映了建設用地的難易度、安全性、經濟性和生態(tài)環(huán)境保護要求。根據每項指標對建設用地的限制特征,上述指標可以分為9項彈性指標和4項剛性指標兩類。其中,彈性指標是指該指標所規(guī)定的禁建區(qū)一般禁止建設,但當其他指標非常適宜時,可以考慮建設,例如坡度、高程、水源條件、交通可達性、區(qū)位條件等;剛性指標是指該指標所規(guī)定的禁建區(qū)嚴格禁止各種工程建設,不因其他指標的適宜度而改變,例如生態(tài)環(huán)境保護區(qū)、基本農田保護區(qū)等。本研究將首先通過對彈性指標構建模糊隸屬度,進行模糊綜合評價;然后通過剛性指標劃定禁止建設區(qū)域;最后將彈性指標模糊綜合評價結果和剛性指標劃定的禁建區(qū)進行疊加,得到最終的評價結果(圖2)。

    圖2 評價流程圖

    2.3 評價準則

    本研究以西安1980 3o帶114E為投影坐標,將湘江新區(qū)劃分為100 m×100 m的柵格作為評價單元,構建適宜性評價地理信息數據庫,并進行評價。為了構建每個單元每個彈性指標的模糊隸屬度,需要構建每項指標的評價準則。根據已有建設用地各項指標的分布概況,劃定每項指標的評價準則(表2)。根據降半梯度模糊隸屬函數,確定每個柵格單元各個指標對3種建設用地適宜性的模糊隸屬度。

    表2 各指標模糊評價準則

    2.4 評價指標權重

    指標權重賦予每個指標對適宜性評價的相對權重。德爾菲調查法是一個簡便靈活的方法,能有效用于確定各指標的權重[18]。在本研究中,基于專家知識的德爾菲法被用來確定每個指標的權重。由于模糊綜合評價主要針對彈性因子,因此,只針對彈性指標進行賦權,最終得到各因子的權重(表4)。

    表3 各類現狀用地對建設用地的轉換難易度

    表4 指標權重

    3 結果分析

    3.1 各評價指標取值的空間分布

    通過上述方法在ArcGIS中分別計算各柵格內各指標的數值,可以分別得到湘江新區(qū)內各指標的空間分布圖(圖3)。從圖3可知,湘江新區(qū)總體地勢較緩,絕大部分地區(qū)的坡度均在5o以下,主要分布在北部、中部和東南部;西南部和部分中部地區(qū)地勢起伏較大,部分地區(qū)坡度在15o以上。從高程圖空間分布可知,湘江新區(qū)地勢西南高、東北低;西南部地區(qū)有部分地區(qū)高程在150 m以上;絕大部分地區(qū)的高程均在100 m以下,東北部和東南部部分地區(qū)的高程在50 m以下。湘江新區(qū)東部地區(qū)瀕臨湘江,境內有眾多支流和湖泊、水庫,水源條件非常好。湘江新區(qū)一共有16處高速公路出口,主要分布在西北、中部和東南部地區(qū);境內西北部和中東部地區(qū)公路網絡密布,交通條件非常好。湘江新區(qū)目前的城區(qū)主要分布在東部地區(qū),西北部、東北部和東南部分布了較多鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設用地,西南部也零星分布一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地。這表明湘江新區(qū)的東部地區(qū)受到城市的輻射帶動效應大,西北、東北、東南部受鄉(xiāng)鎮(zhèn)經濟輻射帶動較大,西南地區(qū)受現有城鎮(zhèn)的輻射帶動較小。

    在用地適宜性評價中,彈性指標的評價結果容易忽略某單項指標對用地適宜性的剛性約束,即短板效應。因此,在彈性指標的綜合評價結果的基礎上,需要疊加剛性指標對用地適宜性的約束,即剛性指標規(guī)定禁止建設的區(qū)域均為禁建區(qū)。圖4展示了湘江新區(qū)建設用地適宜性的4項剛性約束指標規(guī)定的禁建區(qū)空間分布。

    3.2 評價結果分析

    根據前述評價過程,可以得到每個柵格單元的適宜性類型劃分,并進而得到整個研究區(qū)域的建設用地適宜性分區(qū)圖(圖5)。評價結果將湘江新區(qū)劃分為適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)三類不同的適宜性區(qū)域。適建區(qū)即適宜進行城鎮(zhèn)建設的區(qū)域;限建區(qū)的適宜性比適建區(qū)低,但可以根據生態(tài)、安全和資源環(huán)境的需要有限度地進行城鎮(zhèn)建設;禁建區(qū)是適宜性最低的區(qū)域,原則上禁止城鎮(zhèn)開發(fā)建設。由圖5可知,適建區(qū)主要分布在湘江新區(qū)的東部地區(qū)和部分西北地區(qū);限建區(qū)一般分布在適建區(qū)和禁建區(qū)的過渡區(qū),主要分布在中部地區(qū);禁建區(qū)主要分布在西南大部和中北部。結合前述對每項指標的分析可知,東部地區(qū)緊鄰湘江,與長沙市主城區(qū)相接,區(qū)位條件、交通條件、水源條件均非常好,故適建區(qū)主要分布在該地區(qū);而西南部地區(qū)主要為山地、丘陵,地形地勢不利于建設用地,且交通可達性不好,區(qū)位條件也不利,除西南部外大部分地區(qū)為禁建區(qū)。

    圖3 湘江新區(qū)建設用地適宜性評價彈性指標空間分布

    圖4 湘江新區(qū)建設用地適宜性評價剛性指標規(guī)定的禁建區(qū)空間分布

    圖5 建設用地適宜性綜合評價結果

    通過GIS對評價結果進行空間統計,得到每類適宜性區(qū)域的定量化評估結果。其中,適建區(qū)36 175.98 hm2,限建區(qū)14 398.61 hm2,禁建區(qū)69 025.41 hm2。結合湘江新區(qū)的行政區(qū)劃,可以得到湘江新區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)的面積(表5)。寧鄉(xiāng)縣的6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,城郊鄉(xiāng)和金洲鄉(xiāng)的適建區(qū)面積最大,分別為1 619.81,1 580.89 hm2;東湖塘鎮(zhèn)適建區(qū)面積最小,為369.60 hm2;夏鐸鋪鎮(zhèn)的禁建區(qū)面積最大,為9 182.85 hm2;玉潭鎮(zhèn)的禁建區(qū)面積最小,為230.79 hm2。在岳麓區(qū)的16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和街道中,含浦鎮(zhèn)、麓谷街道和坪塘鎮(zhèn)的適建區(qū)面積均超過2 000 hm2,分別為3 577.2,2 372.05,2 100.68 hm2;雨敞坪鎮(zhèn)的適建區(qū)面積最小,為164.04 hm2;蓮花鎮(zhèn)的禁建區(qū)面積最大,為10 329.01 hm2;其次為坪塘鎮(zhèn)和雨敞坪鎮(zhèn),分別為7 071.02,6 728.55 hm2。在望城區(qū)的6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,星城街道的適建區(qū)面積最大,為3 903.47 hm2;烏山鎮(zhèn)的適建區(qū)面積最小,為1 035.62 hm2;白箬鋪鎮(zhèn)的禁建區(qū)面積最大,為7 347.75 hm2;俞家坡街道的禁建區(qū)面積最小,為1 641.62 hm2。對3個區(qū)縣總體而言,寧鄉(xiāng)縣的適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)的面積分別為5 918.85,1 475.42 ,18 078.03 hm2;岳麓區(qū)的適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)的面積分別為18 122.5,5 647.06,29 299.92 hm2;望城區(qū)的適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)的面積分別為12 134.75,7 276.13,21 647.55 hm2。

    將建設用地適宜性評價結果與現狀城鎮(zhèn)建設用地面積進行對比,可以得出各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)現狀用地之外的潛在適建面積(表5)。寧鄉(xiāng)縣中,金洲鄉(xiāng)的潛在適建面積最多,為1 098.51 hm2,玉潭鎮(zhèn)的潛在適建面積最小,為103.85 hm2,表明金洲鄉(xiāng)在未來寧鄉(xiāng)縣城鎮(zhèn)擴張中潛力最大,而玉潭鎮(zhèn)潛力最小。岳麓區(qū)中,含浦鎮(zhèn)、坪塘鎮(zhèn)、岳麓街道和麓谷街道的潛在適建面積均超過1 000 hm2,分別為2 975.10,1 443.03,1 063.89,1 057.41 hm2,表明在岳麓區(qū)中這4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)今后的城鎮(zhèn)擴張潛力最大;相反,銀盆嶺街道、望月湖街道和雨敞坪鎮(zhèn)在今后的城鎮(zhèn)擴張中的潛力較小,對應的潛在建設用地面積分別為182.22,145.12,141.51 hm2。在望城區(qū)中,星城街道、雷鋒鎮(zhèn)和白箬鋪鎮(zhèn)在今后的城鎮(zhèn)擴張中潛力最大,潛在適建面積分別為2 438.44,1 485.51,1 480.90 hm2;而廖家坪街道和俞家坡街道的潛在適建面積較小,分別為573.31,566.12 hm2。對3個區(qū)縣總體而言,岳麓區(qū)的潛在適建面積最大,為10 624.13 hm2;其次為望城區(qū),潛在適建面積為7 517.73 hm2;寧鄉(xiāng)縣的潛在適建面積最小,為2 370.48 hm2。這表明湘江新區(qū)今后的城鎮(zhèn)擴張主要會發(fā)生在岳麓區(qū),其次為望城區(qū)和寧鄉(xiāng)縣。上述分析表明,通過模糊評價模型得到建設用地適宜性評價結果能較好地區(qū)分出適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū);同時能夠得出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)的數量和空間位置,對湘江新區(qū)整體和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)今后的城鎮(zhèn)用地擴張均具有較好的參考價值。

    4 結論

    應用GIS和模糊綜合評價法對湘江新區(qū)進行了柵格尺度的建設用地適宜性評價,評價結果較客觀地反映了研究區(qū)域建設用地適宜性的分布情況,并有效劃分出了適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)。通過對各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的現狀用地和適建區(qū)、限建區(qū)、禁建區(qū)的評價結果進行對比,詳細分析了各鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設用地適宜性和潛在建設用地適宜性,得到湘江新區(qū)今后城鎮(zhèn)建設擴張的主要潛在區(qū)域和應受保護的區(qū)域。研究表明模糊綜合評價法不但能克服多準則評價中各指標分類的不確定性,還能根據模糊集理論有效劃分出不同的評價類別,GIS與模糊綜合評價相結合在建設用地適宜性評價中具有較好的應用前景。

    表5 各區(qū)域模糊綜合評價結果 hm2

    模糊綜合評價雖然運用模糊數學原理克服了不同適宜性類型劃分上的主觀不確定性,但是,在評價指標的選擇、各指標的權重確定等環(huán)節(jié)依然存在一定的不確定性。如何克服適宜性評價各個環(huán)節(jié)的不確定性是今后研究的方向。

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    Evaluation of the Construction Land Suitability in Hunan Xiangjiang New Area

    Xiao Li1, Li Wei2,3, Feng Changchun2,3, Li Tiancai2,3, Hao Wenxuan2,3

    (1.HunanLandResourcesPlanningInstitute,Changsha410007,China; 2.SchoolofUrbanandEnvironmentSciences,PekingUniversity,Beijing100871,China; 3.KeyLaboratoryofLandResourcesPlanningandDevelopment,TheMinistryofNationalLandResources,PekingUniversity,Beijing100871,China)

    Construction land suitability evaluation is of significant importance for urban planning and land use planning. The paper applied a GIS-based fuzzy comprehensive evaluation method for construction land suitability evaluation at raster scale in Hunan Xiangjiang New Area, Hunan Province. The evaluation results revealed the construction suitability in Xiangjiang New Area and presented the construction-suitable area, construction-restricted area and construction-prohibited area spatially. Based on the evaluation results, this paper analyzed the construction suitability at the town/street administrative level and discussed the potential area for urban expansion in the study area. The results showed that the GIS-based fuzzy comprehensive evaluation method is suitable for the construction land suitability evaluation.

    construction land suitability; fuzzy comprehensive evaluation; GIS; Hunan Xiangjiang New Area

    2015-05-07;

    2016-06-29

    國土資源部公益性行業(yè)科研專項項目(201211023)

    肖莉(1964-),女,江西上高縣人,高級工程師,碩士,主要從事土地資源管理研究,(E-mail)xl_pyy@163.com。

    馮長春(1957-),男,山西臨汾市人,教授,碩士,主要從事房地產估價、城市與區(qū)域經濟、土地利用規(guī)劃等方面的研究,(E-mail)fcc@urban.pku.edu.cn。

    K909

    A

    1003-2363(2016)04-0131-06

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