基于CA-Markov的臺(tái)前縣城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界劃定研究

安濟(jì)文

(大連市勘察測(cè)繪研究院集團(tuán)有限公司，遼寧 大連 116000)

當(dāng)前，中國(guó)經(jīng)濟(jì)已邁入高質(zhì)量發(fā)展階段，城市的發(fā)展建設(shè)也由粗放外延增長(zhǎng)向集約內(nèi)涵發(fā)展轉(zhuǎn)變，城市“攤大餅”式發(fā)展模式將一去不復(fù)返。但據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009—2018年，我國(guó)土地城鎮(zhèn)化遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于人口城鎮(zhèn)化，二者發(fā)展速度極不協(xié)調(diào)。因此，通過(guò)劃定城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界，促進(jìn)城鎮(zhèn)發(fā)展由外延增長(zhǎng)向內(nèi)涵提升轉(zhuǎn)變已成為國(guó)土空間規(guī)劃的核心任務(wù)。城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界作為遏制城市盲目擴(kuò)張的政策工具，近年來(lái)全國(guó)很多地區(qū)都對(duì)其內(nèi)涵和劃定方法進(jìn)行了探索，但尚未形成統(tǒng)一的規(guī)則。

2019年5月10日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于建立國(guó)土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見(jiàn)》，要求在“雙評(píng)價(jià)”基礎(chǔ)上，科學(xué)有序劃定“三條控制線”等空間管控邊界，強(qiáng)化底線約束，為可持續(xù)發(fā)展預(yù)留空間。2019年11月2日，中辦、國(guó)辦聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于在國(guó)土空間規(guī)劃中統(tǒng)籌劃定落實(shí)三條控制線的指導(dǎo)意見(jiàn)》，進(jìn)一步明確了“三條控制線”劃定的基本原則、具體要求和管制規(guī)則，為全國(guó)統(tǒng)籌劃定三條控制線提供了政策依據(jù)。本文結(jié)合河南省臺(tái)前縣國(guó)土空間總體規(guī)劃實(shí)踐，借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長(zhǎng)規(guī)律研究，探索臺(tái)前縣城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界的劃定方法，以期為城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界劃定工作提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 研究方法

目前預(yù)測(cè)城市增長(zhǎng)的模型有很多，元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automata)模型和Markov模型是較為常用的2種方法。元胞自動(dòng)機(jī)模型具有十分強(qiáng)大的空間運(yùn)算能力，擅長(zhǎng)從空間維度上對(duì)城市發(fā)展進(jìn)行模擬，但對(duì)于土地利用變化的預(yù)測(cè)結(jié)果不夠精準(zhǔn)。Markov 模型擅長(zhǎng)從時(shí)間維度上進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)和模擬，但其對(duì)空間位置變化的預(yù)測(cè)結(jié)果不夠精確。如果將二者結(jié)合形成CA-Markov模型，彼此互為補(bǔ)充，就能夠提高預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

CA-Markov模型是以歷年土地利用變化數(shù)據(jù)計(jì)算出土地利用轉(zhuǎn)移概率矩陣，再運(yùn)用MCE模塊生成土地利用變化適宜性圖集為基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)未來(lái)土地利用的變化趨勢(shì)，該模型綜合了CA模型在空間維度上模擬復(fù)雜系統(tǒng)的預(yù)測(cè)水平和Markov模型在時(shí)間維度的數(shù)據(jù)分析優(yōu)勢(shì)，既能高精度的預(yù)測(cè)土地利用類型變化趨勢(shì)，又可以準(zhǔn)確的模擬國(guó)土空間利用變化，克服2個(gè)模型的不足，大大提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性?；诖耍疚倪\(yùn)用CA-Markov模型，結(jié)合遙感、GIS軟件對(duì)河南省臺(tái)前縣2009—2018年的城市擴(kuò)張情況進(jìn)行模擬，得到城市增長(zhǎng)趨勢(shì)轉(zhuǎn)換規(guī)則，以此趨勢(shì)模擬2035年城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界的空間分布狀態(tài)。

2 項(xiàng)目區(qū)概況及數(shù)據(jù)處理

2.1 項(xiàng)目區(qū)概況

臺(tái)前縣隸屬于河南省濮陽(yáng)市管轄，位于黃河下游北岸，豫魯兩省交界位置。南臨黃河接山東省鄆城、梁山縣，北跨金堤河與山東省陽(yáng)谷縣接壤，西鄰河南省范縣，東與山東省東平縣隔黃河相望。全縣東西長(zhǎng)約40.4km，南北寬約31km，土地總面積448.48km2。全縣轄6鎮(zhèn)3鄉(xiāng)，372個(gè)行政村。全縣1/3土地位于黃河灘區(qū)，2/3土地位于蓄滯洪區(qū)，發(fā)展限制因素較多。

2.2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)土地利用現(xiàn)狀和特點(diǎn)，將臺(tái)前縣的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)分為耕地、林地、水域、建設(shè)用地、其它用地等5類，見(jiàn)表1。同時(shí)，為了便于數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，本文從理論分析的角度將鄉(xiāng)和鎮(zhèn)的規(guī)劃建設(shè)邊界統(tǒng)稱為城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界，即城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界包括城區(qū)的開(kāi)發(fā)邊界、鎮(zhèn)區(qū)開(kāi)發(fā)邊界和鄉(xiāng)集中建設(shè)邊界。

表1 臺(tái)前縣土地利用類型分類

在CA-Markov模型運(yùn)算下，對(duì)臺(tái)前縣2009—2018年城市增長(zhǎng)進(jìn)行模擬，得出轉(zhuǎn)移概率矩陣。運(yùn)用CA-Markov模型中MCE模塊生成地圖集，其運(yùn)算法則中土地利用的變化受到多種因子的影響，如耕地受到土壤性質(zhì)、坡度、水域等因素影響，建設(shè)用地受到高程、坡度、道路、基本農(nóng)田等因素的影響。

以2009年為預(yù)測(cè)起點(diǎn)，定義5×5的元胞濾波器，將適宜性圖集加入到預(yù)測(cè)的模型中，使其作為約束性因素，預(yù)測(cè)2018年土地利用狀況，并將結(jié)果與2018年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以便于驗(yàn)證模型構(gòu)建的合理性與科學(xué)性。在預(yù)測(cè)精度較好的情況下，以2018年為起點(diǎn)，對(duì)2035年進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)。

表2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣表

3 結(jié)果與分析

3.1 精度校驗(yàn)

為了保證2035年土地利用狀況的模擬精度，先將模擬預(yù)測(cè)的2018年的土地利用情況與2018年土地利用變更調(diào)查現(xiàn)狀對(duì)比，進(jìn)行精度檢驗(yàn)，以保證預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表3 臺(tái)前縣土地利用現(xiàn)狀模擬誤差分析

從數(shù)量誤差來(lái)看，耕地、林地、水域的誤差較小，都在95%以上。建設(shè)用地的誤差稍大，但基本在10%范圍內(nèi)。從空間誤差來(lái)看，建設(shè)用地和耕地誤差較大，主要存在2方面原因：黃河灘區(qū)遷建政策因素的影響，灘區(qū)內(nèi)部分農(nóng)村居民點(diǎn)拆除，在城區(qū)和鎮(zhèn)區(qū)周邊布局了安置區(qū)，導(dǎo)致灘區(qū)建設(shè)用地減少，城鎮(zhèn)周邊建設(shè)用地增加；2016年臺(tái)前產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)擴(kuò)區(qū)規(guī)劃獲河南省發(fā)改委批復(fù)，2016—2018年產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)增加了大量建設(shè)用地。不考慮政策因素，預(yù)測(cè)結(jié)果與建設(shè)用地實(shí)際發(fā)展方向和規(guī)?；痉?。

基于以上分析，CA-Markov模型可以對(duì)臺(tái)前縣城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖1 2018年土地利用現(xiàn)狀

圖2 預(yù)測(cè)2018年土地利用情況

3.2 2035年城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界預(yù)測(cè)

3.2.1 預(yù)測(cè)結(jié)果

利用CA-Markov模型，以2018年為起始年，進(jìn)行2035年的土地利用空間分布預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 臺(tái)前縣土地利用結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)分析

3.2.2 結(jié)果分析

從規(guī)模上分析，2035年臺(tái)前縣建設(shè)用地規(guī)模9674hm2，凈增加1594hm2，其中城鎮(zhèn)建設(shè)用地4350hm2。城鎮(zhèn)建設(shè)用地中，城區(qū)3292hm2，占城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模的76%；鄉(xiāng)鎮(zhèn)1098hm2，占城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模的24%，主要分布在侯廟鎮(zhèn)和夾河鄉(xiāng)。從空間布局上分析，新增城鎮(zhèn)建設(shè)用地主要集中在中心城區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)和鎮(zhèn)區(qū)周邊和以S101為發(fā)展主軸的兩側(cè)，見(jiàn)圖3。

圖3 新增建設(shè)用地分布圖

總體來(lái)說(shuō)，預(yù)測(cè)結(jié)果符合臺(tái)前縣發(fā)展趨勢(shì)。但是，本輪國(guó)土空間規(guī)劃是存量?jī)?yōu)化提升與高質(zhì)量增量配置并重的國(guó)土空間規(guī)劃，更加注重向存量要空間，因此，本輪規(guī)劃確定的新增建設(shè)用地指標(biāo)規(guī)模必然會(huì)少于上輪土地利用總體規(guī)劃確定的規(guī)模，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，模型預(yù)測(cè)的新增城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模指標(biāo)偏高。

3.3 邊界協(xié)調(diào)

基于軟件分析的城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界是對(duì)以往的土地利用變化趨勢(shì)進(jìn)行的預(yù)測(cè)，對(duì)政策環(huán)境因素、規(guī)劃傳導(dǎo)因素和資源本底情況考慮不夠充分，因此，需從以下3方面進(jìn)行修正。

3.3.1 國(guó)家重大戰(zhàn)略調(diào)整，國(guó)家重大項(xiàng)目建設(shè)影響

黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的提出，明確要求在保護(hù)生態(tài)的前提下，優(yōu)化調(diào)整區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力布局。對(duì)臺(tái)前縣而言，黃河灘區(qū)內(nèi)應(yīng)以保育生態(tài)為主，灘區(qū)外可結(jié)合實(shí)際優(yōu)化布局城鎮(zhèn)建設(shè)用地。京雄商高鐵臺(tái)前站的建設(shè)，是臺(tái)前縣未來(lái)發(fā)展的重大機(jī)遇，因此要將高鐵經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展納入城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界劃定的重要影響因素予以考慮。

3.3.2 城鎮(zhèn)建設(shè)用地指標(biāo)約束

“自上而下、上下結(jié)合”的編制方式是本輪國(guó)土空間規(guī)劃的特點(diǎn)，城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界的劃定受到上級(jí)規(guī)劃建設(shè)用地規(guī)模指標(biāo)的約束，城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界劃定過(guò)程中既要考慮自身的用地需求，還要嚴(yán)格落實(shí)上級(jí)規(guī)劃下達(dá)的建設(shè)用地總規(guī)模等約束性指標(biāo)，不得突破。

3.3.3 與“雙評(píng)價(jià)”成果銜接

CA-Markov模型適宜性圖集的制作對(duì)高程、坡度、基本農(nóng)田等土地資源因素考慮較多，但對(duì)水資源、氣候資源、災(zāi)害情況等因素考慮較少，預(yù)測(cè)結(jié)果精確度有所不足。而這些內(nèi)容是“雙評(píng)價(jià)”工作的主要內(nèi)容，因此，可通過(guò)與“雙評(píng)價(jià)”成果的銜接，完善CA-Markov模型預(yù)測(cè)的結(jié)果。

3.4 邊界劃定

利用政策環(huán)境因素、規(guī)劃傳導(dǎo)因素和資源本底情況對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正。布局上，核減了黃河灘區(qū)內(nèi)清水河鄉(xiāng)的用地布局，將其安置區(qū)納入中心城區(qū)開(kāi)發(fā)邊界，同時(shí)將高鐵經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍納入中心城區(qū)開(kāi)發(fā)邊界；規(guī)模上，依據(jù)上級(jí)部門初步確定的建設(shè)用地規(guī)模指標(biāo)的要求，核減了城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界內(nèi)城鎮(zhèn)用地規(guī)模。修正后的城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界劃定方案比模型預(yù)測(cè)的結(jié)果更符合實(shí)際，既保障了重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目用地需求，又達(dá)到節(jié)約集約用地的目的。

規(guī)劃到2035年，臺(tái)前縣城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界規(guī)模4175hm2，其中，城區(qū)城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界規(guī)模3231hm2，鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界規(guī)模944hm2。

圖4 2035年城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界

4 結(jié)論

本輪國(guó)土空間總體規(guī)劃確定臺(tái)前縣“一核兩副多節(jié)點(diǎn)”的總體格局，重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域“一核兩副”指的就是中心城區(qū)、侯廟和夾河。基于CA-Markov模型所確定的重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域與臺(tái)前縣未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展方向基本一致，因此，可以說(shuō)CA-Markov模型預(yù)測(cè)結(jié)果為城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界劃定提供了切實(shí)可行的思路。

但是，模型預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)一些外部因素考慮不足，在實(shí)際預(yù)測(cè)過(guò)程中需要用政策環(huán)境、規(guī)劃傳導(dǎo)以及資源本底等因素對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正，使城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界劃定結(jié)果更符合實(shí)際，從而有效引導(dǎo)城鎮(zhèn)發(fā)展由外延擴(kuò)張向內(nèi)涵提升轉(zhuǎn)變，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。