许昌市土地资源利用结构优化配置研究.doc

土地 081 曹帅200822321许昌市土地资源利用定量分析土地利用优化配置是实现土地资源合理利用和可持续发展的重要途径和手段科学的土地利用优化配置能充分发挥土地利用潜力，提高土地聚集效应，保持土地生态系统平衡，实现土地的可持续利用，促进区域经济快速发展 土地利用结构优化涉及到社会、生态、技术和经济的问题，前人已做过较多的研究有学者将灰色线性规划方法运用到土地规划过程中；有学者用层次模糊综合评判法，运用 GIS 技术对土地利用变化及景观格局进行研究，结合当地社会经济发展需求和规划控制指标，借助模型求解未来某区域的土地利用结构优化值，寻求满足最大效益的规划方案1 研究区概况 许昌市位于河南省中部，地处伏牛山余脉向豫东平原过渡地带，东西长117km，南北宽 75km，面积约 5002km22008 年许昌市辖 3 县( 许昌县、鄢陵县、襄城县)2 市( 禹州市、长葛市)1 区( 魏都区)，总面积 4996km2许昌西部和西北部为低山丘陵，最高海拔 1150.6m；中部和东部是黄淮冲积平原，最低海拔 50．4m，地面坡度为 2.6‰，平均海拔 74m该区属于黄淮流域，气候为北暖温带半湿润季风气候区，年平均气温 14.3℃，年平均降水量 706mm，年平均相对湿度 71％。

全市土壤划分为棕壤、褐土、紫色土、红黏土、潮土和砂礓黑土等 6 个土类多年平均天然水资源量为 3.90 亿 m3，地下水资源量为 4．62亿 m3；天然河流有颍河、双洎河、清泥河等，人工河有颍汝总干渠等，河川年径流总量为 0.9 亿 m3，年平均水资源总量仅 8.9 亿 m32 .土地资源利用优化模型的选择2.1 土地资源优化模型的建立 本文运用灰色线性规划(GLP)模型来实现土地利用结构配置的优化由于该模型具有当约束方程中约束值随时问变化时，可用 GM(1，1)等模型预测变化的 约束值，每经一时间段便得到一组约束值及相应的一组规划解，从而通过规划解的变化反应规划的动态性目标函数值最大或最小是相对的若规划模型系数是区间数时，可利用区间数的边界值在漂移范围内进行模拟，直到满意为止变量设置应满足 3 个原则：土地利用类型的设置要符合全国《土地利用现状分类规程》 ；各变量在地域上独立，不能重叠，并具有综合性与典型性，粗细得当；各变量的效益资料能够取得，以便于确定各类用地的效益系数据此依照许昌市土地利用现状、土地适宜性及各业对土地利用的需求特点和社会经济发展要求出发，按照土地利用分类体系(3 大类)标准，共设置了 10 个变量：x 1(耕地面积)、x 2(园地面积 )、x 3(林地面积 )、x 4(牧草地面积 )、x 5(养殖水面)、x 6(其他农用地)、x 7(居民点及独立工矿用地)、x 8(水利设施用地 )、x 9(交通用地) 、x 10(未利用地)。

2.2 约束条件约束条件主要有：①土地总面积约束即各类用地面积之和应等于土地总面积：x 1+x2+x3+…+x10 =476365.3(hm2)②人口总量约束农用地和城镇用地承载的人口应控制在 2015 年规划人口之内，即 式中，M l 为农用地平均预测密度， M2 为城镇用地Pxkj21M平均预测密度，x j 为农用地， xk 为城镇用地，P 为许昌市规划总人口人口灰区间 456.5—459.245603.25)(67.0 8794321 x 万人主要依据规划中的人口预测结果，其下限为回归预测所得 2015 年许昌市人口预测值，指标偏紧；上限的设置是许昌市 “十一五”规划控制指标③ 宏观计划约束根据许昌市土地利用总体规划要求全市耕地面积控制在34.44 万 hm2 以上，1997—2010 年间净减少耕地 800hm2，补充耕地4533.33hm2，耕地减少 5333.33hm2全市治理改造中低产田面积 l3.81 万hm2，粮食平均单产 5639kg，人均粮食占有量 500kg，确保粮食等主要农产品增长 目标的实现耕地面积由 1996 年的 345239.02hm2 调整到 2000 年的435274.57hm2、2015 年的 344439.02hm2，占土地总面积的比重由 1996 年的69.35％调整到 2000 年的 69.36％、2015 年的 69.19％，则可构成约束条件：x1≥344439．02。

根据上级下达的建设用地占用耕地的指标、社会经济发展的要求和许昌市土地需求与供给预测，各主要建设用地应以宏观计划量为控制：x7+x8+x9≤87569.45④ 社会需求约束许昌市 2015 年粮食单产水平 5860kg／hm2 ，灰区间取5490---5860kg／hm 2，其下限为 2000 年粮食单产水平，上限用 GM(1，1)模型预测值，即 2015 期间粮食的需求，可根据粮食单产水平的增加速度选择可达到的粮食单产水平这样设置灰区间能保证规划期间粮食的需求，可根据粮食单产水平的增加速度选择规划方案为满足人民生产生活需要，以小康水平为标准测算，需粮食 2.288 亿 kg(灰区间 2.27--- 2.29 kg)此外，根据公式：耕地总需求量=(粮食需求量／耕地粮食单产／粮作比／复种指数)，再用该值乘许昌市粮食自给率预测耕地需求量，经计算得约束方程：x 1≥348443.56水域面积由 1996 年的 17990.25hm2 调整到 2000 年的 17822．22hm 2、2010 年的17704．51hm 2, 占土地总面积的比重由 1996 年的 3．61％调整到 2000 年的3.58％、2015 年的 3.56％：x 5≤17826.42。

⑤ 生态平衡约束根据河南省规定的森林覆盖率指标和许昌市土地利用情况，因地制宜地制定造林绿化目标，在规划期间内森林覆盖率由 18％提高到 24％，林地面积由 1996 年的 10073.38hm2 调整到 2000 年的 10213.58hm2，2015 年林地面积将达到 10917.76hm2，即 x3≥10917.76⑥未利用土地开发约束未利用土地面积由 1996 年的 26487.36hm2 调整到 2000年的 26039.75hm2、2015 年的 25332．59hm 2，占土地总面积的比重由 1996 年的 5.32％下降到 2000 年的 5.23％、2015 年的 5.09％根据土地开发整理规划和对未利用地开发利用预测，到 2015 年未利用地开发可增加可利用的最大 土地面积为 25332.59hm2 ，则构成如下约束条件：x l0≥25332.59⑦实际情况和经济约束为适应市场经济发展要求，独立工矿用地和交通用地等在现状基础上是增加的，而未利用地将随着土地开发力度加大而适度减少城镇村及工矿用地由 1996 年的 76548.83hm2 调整到 2000 年的76945.5hm2、2015 年的 78092.19hm2， 占土地总面积的比重由 1996 年的15.38％调整到 2000 年的 15.46％、2015 年的 15.69％，则可构成如下约束条件：x8≥1516.407；x 9≥4066.533；x 10≤22986.32；x 2≥6106.887；x 4≥1.706667。

此外，许昌市居民点和工矿用地如果采用人均用地定量指标预测目标年的规模，其结果偏小，因为人均用地定量指标法是基于对现有城镇和村庄用地进行科学规划和整理为前提的，而实际上许昌市要实施这一过程则非常困难因此，根据预测的人口，综合考虑该区的用地状况，确定居民和工矿用地规模为：76739.93≤x 7≤79653⑧数学模型要求约束x i 0,i=1,2,3……，102.3 目标函数 )(53.68029.12.8.508.695.)( 1098754321 xxxxxf 目标函数中各项系数为单位土地面积上的收益系数(元／hm 2)按当年价格计算各项系数为预测数，主要采用灰色预测、回归预测和平均增长率预测等方法求得 2.4 模型求解由于灰色线性规划模型中效益系数、技术系数及约束系数是区间灰数，既可按下限规划又可按上限规划，还可按区间值规划，从而使规划灵活多变富有弹性，能适应情况的发展变化结合许昌市具体情况及未来发展趋势，按照 2010 年经济发展 目标要求，经运算求解获得高、中、低经济效益目标下土地资源优化配置方案(表 1)表 1 土地利用现状和优化方案具体做法是：若效益系数、约束系数分别取其区间上限，技术系数取其区间下限，可求解出高经济效益目标方案；若效益系数、约束系数、技术系数皆取其区间值，则可求解出中等经济效益 目标方案；若效益系数、约束系数分别取其区间下限，技术系数取其区间上限，则可求解出低经济效益 目标方案。

为保证规划的动态性，约束系数和约束常数是根据 2000--2005 年的数据采用灰色GM(1，1) 模型进行预测，并结合定性分析得到其白化值再进行求解3 .土地资源优化配置方案应用层次分析法对各方案的综合效益进行评价时，首先应建立层次分析系统结构模型，即目标层、约束层、指标层、方案层3.1 建立评价指标体系和确定权重根据许昌市具体情况及三大效益耦合最大化目标要求，结合专家意见选出l0 个评价指标，然后按照 AHP 法原理计算出各指标的相应权重(表 2)表 2 方案决策计算结果3.2 评价指标数据的计算与归一化处理首先基于各供选方案计算出相应方案各评价指标数据值，然后按下式进行归一化处理其中，10/B3jijiijbi=1，2，3……，6;j=1,2,3；B ij、 bij 分别为第 i 种评价指标第 j 个方案归一化值及指标数据值,计算结果见表 23.3 优化配置方案及决策选择对各方案的 l1 个评价指标得分进行累加，得到各方案总排序，其中方案 2总排序最高，综合效益相对最好，故为推荐方案其计算公式为：各方案相应评价指标得分= 相应指标权重 ×各方案相应指标归一化值经运算求解，获得在高、中、低经济效益目标下土地资源优化配置方案的结果(表 2)可知，采取中等经济效益目标方案获得各个指标权重的和最大，即对区域经济发展是最有利的。

利用数学模型规划方法进行了土地资源优化配置研究，充分考虑了各方面因素的约束，利用模型的解算结果来规划土地，可为 “综合协调”社会、经济、生态三者效益之间的矛盾提供量化的协调依据和解决矛盾的 具体办法，同时可充分发挥地方资源优势，较好地减少人为因素对规划结果的干扰，特别是个别地方领导主观随意性的干扰，为缓解各用地部门之间的争地矛盾、保护生态环境、提高土地利用效率提供有力保障参考文献：[1]张本昀，申怀飞，郑敬刚，等，河南省土地利用景观格局分析．资源科学.[2]李丽红，李鲁华，马松梅，等．基于灰色线性规划土地资源优化配置研究．石河子大学学报(自然科学版).[3]张泊平，吴围玺，李荷香．河南省土地利用状况与可持续利用模式研究．安徽农业科学.[4]吴国玺，曹志刚，申怀飞．河南省土地利用变化及分布格局．商业研究[5]戴金华，赵筱青．基于灰色线性规划的土地利用结构优化．云南地理环境研究[6]朱艳莉，李越群，廖和平．基于灰色线性规划的土地利用结构优化研究．西南师范大学学报(自然科学版).[7]万年庆，吴国玺．基于新农村建设的河南省土地资源优化配置．信阳师范学院学报(自然科学版).[8]吴国玺，殷学永，申怀飞．基于 GIS 的许昌市土地利用／土地覆被变化 研究．水土保持研究.[9]吕春艳，王静，何挺，等．土地资源优化配置模型研究现状及发展趋势．水土保持通报.。