基于GIS的土地利用規劃空間布局合理性評價

李建春，張軍連，周 楊，李憲文，肖 霖，袁雪紅

（1.中國農業大學資源與環境學院，北京 100193；2.中國土地勘測規劃院，北京 100035；3.銀川市國土資源局，寧夏 銀 川 750003）

1 前言

土 地利用總體規劃由各級人民政府組織編制，對一定行政區域內的土地利用起總體控制作用，是進行土地管理的重要手段[1]。市（縣）級土地利用總體規劃，以指標控制和土地用途分區管制為核心。由于地方政府存在著實現自身利益最大化的動機[2]，試圖憑借修編土地利用總體規劃的契機，擴大城市用地規模[3]、減少耕地數量與降低耕地質量[4]，因而一些地區土地利用規劃成果，偏離了土地資源集約、節約與合理利用的目標。在規劃編制與管理的實踐過程中，對 于規劃中土地利用結構的調整可通過上級規劃下達的指標進行數量控制與約束，而對于土地利用總體規劃布局的 安排，則缺少評判的客觀標準，從而導致規劃在編制、調整與執行過程中，土地利用空間布局存在了較多不合理之處，如城鎮發展“貼邊建設”、基本農田“上山下水”等現象。因此，為了及時發現土地利用規劃方案中存在的問題，進一步完善規劃成果，亟待對土地利用規劃空間布局的合理性建立一套客觀可行的評價方法與指標體系。

國內外學者對土地利用總體規劃的相關評價研究，多集中于運用多種數理模型與方法來評價土地利用規模與結構變化[5]，而對于土地利用規劃空間布局評價研究，還處于探索階段。土地利用規劃布局的相關研究成果不僅可以應用于多種布局方案的優選，并且其方法體系也適用于規劃后期的相關評價[6]。有部分學者把土地適宜性評價、景觀生態學理論等方法應用到土地利用布局研究中，取得了一定成果[7]。然而，目前相關研究報道大多仍然沿用了土地適宜性評價的思路與方法體系，即通過選取主要的土地利用類型，如耕地或建設用地布局作為研究對象，分析地類的變化及其相互之間的空間關系，從而得出相應的結論。采用這種研究思路存在一定局限性，事實上，市（縣）級規劃主要強調預期安排，并且規劃確定的土地利用布局基于土地利用功能（用途）分區而不是某一地類，功能（用途）分區又是一個邊界模糊與不確定的概念。鑒于此，本文在已有研究基礎上，以土地利用規劃的直接成果——土地利用規劃功能分區作為研究的切入點，并在此基礎上結合多方面因素，從宏觀、符合土地利用規劃實際特點的層面分析和評價土地利用規劃 的空間布局。

2 土地利用規劃布局 合理性評價方法體系與指標選取

2.1 評價對象與目標

2.1.1 土地利用功能分區 土地利用功能分區指為合理利用土地、控制和引導土地利用的主要功能，根據土地的自然、社會經濟條件的差異性及土地分類與土地利用方向的相對一致性，在土地利用規劃中劃定的土地利用類型的空間區域[8]。規劃中確定的土地利用功能分區為有效落實用途管制制度，有針對性地制定管理政策，實行差別化管理提供了重要的基礎和依據[9]。

2.1.2 土地利用規劃空間布局合理性目標 聯合國糧食與農業組織（FAO）編制的土地利用規劃指南強調了土地利用適宜性的重要作用，作為最佳土地利用的選擇，土地利用規劃的核心內容以土地評價為基礎，不僅包括自然質量的適宜性評價，也包括經濟效益的評價和環境效應適宜性的檢驗[10]。同時，根據系統論的觀點，土地利用的實質為土地自然生態子系統和土地社會經濟子系統耦合而成的土地生態經濟系統[11]，因而在通過規劃調控實現系統最優化的過程中，一個重要的指標測度就是系統協調度。因此，土地利用規劃功能分區的空間布局合理性即包括了自然經濟的適宜性和系統要素的協調性兩個方面，本文基于此理論構建指標體系。

2.2 評價指標與方法

評價指標分為適宜性指標[12]、協調性指標[13]以及合理性指標。在本文中，通過定義適宜性指數與協調性指數來分別反映土地利用功能分區的適宜度與協調度，而合理性指標是結合適宜性指數與協調性指數對土地利用功能分區進行綜合評判的總體性指標。由于受到各個限制性因素的影響，規劃形成的方案實際是綜合取舍、博弈均衡的結果，需要綜合考慮得出結論。主要評價方法有：

（1）經驗指數和法。在進行綜合評價時，國內外通常采用的方法有經驗指數和法、經驗指數乘積開方法、模糊聚類法以及動態模擬法等[14]。從實踐來看，參評指標之間若沒有明顯的限制與相關性，經驗指數和法的應用較為成熟[15]，本文基于經驗指數和法完成了適宜性指數、協調性性指數以及布局合理性指數的定義。

式1—式3中，SP為土地利用功能分區的適宜性指數；CP為協調性指數；RP為合理性指數；F為某一評價單元某項評價因子的量化分值；W為因子權重；i、j表示某項因子；m、n為參評因子個數。各項指標權重采取熵權法[16]與特爾菲法相結合來確定。綜合上述指標得到的適宜性指數、協調性指數與合理性指數的結果為一個相對值，分值在0—100之間，分值越高代表其布局越合理，可以選取經驗分值低于50的區域，認為布局中存在的不合理因素較多，并以此作為量化評判標準。

（2）GIS空間分析與建模。根據本文所選取的評價指標，對空間屬性數據進行分析與整合時，需要借助相關軟件實現表面坡度計算（Surface Analysis）、疊加分析（Overlay）與距離分析（Proximity）等。ArcGis軟件平臺在空間分析與處理的過程中優勢比較明顯。土地利用規劃布局合理性評價方法與技術路線如圖1所示。

圖1 研究技術路線圖Fig.1 Flowchart of the study

3 研究實例

3.1 研究區域概況

銀川市位于黃河上游寧夏平原中部，地域范圍在東經105°45′—107°00′和北緯37°20′—39°00′之間，是中國的歷史文化名城，素有“塞上江南”的美稱。現轄5個區（縣），土地總面積3927 km2。2012年末，總人口180.68萬人，其中城市人口141.68萬，地區生產總值達到889.73億元，占寧夏地區生產總值的38.24%，寧夏自治區的政治、經濟與文化中心。銀川市作為西北地區重要城市之一，土地利用類型多樣，近10年來社會經濟發展迅速，土地利用與覆被變化特征明顯，考慮到其規劃體系完備、研究資料充分，作為研究區域優勢明顯。

3.2 數據來源及處理

結合銀川市土地利用規劃編制中實地調研資料，分別選取銀川市《銀川市土地利用總體規劃（2006—2020）》 1∶10萬土地利用規劃數據庫成果中提取土地利用功能分區，1∶5萬銀川市數字高程模型（ASTER DEM影像數據）獲取坡度的柵格數據，2009年第二次土地利用調查變更數據獲得現狀土地利用類型、道路、河流與溝渠等要素，2005年銀川市農用地分等定級與估價成果中提取農用地土壤質地、鹽漬化程度等要素，并從城市規劃、寧夏自治區土地利用規劃提取相關的矢量圖層，從銀川市2006年統計年鑒、各個縣鄉國民經濟規劃取得經濟與背景資料。把各種矢量格式數據統一轉換成Shapefile文件格式，進行統一的投影坐標轉換，重構矢量數據的空間拓撲關系，并把各個空間數據導入Arcinfo Desktop 9.3軟件平臺，通過Join命令連接非空間屬性字段，形成土地利用規劃布局綜合評價數據庫。

3.3 評價因子量化方法

規劃一致性指數（POI）可以反映上下級土地利用規劃或相關規劃確定的功能相同或相似分區的空間布局的一致程度，計算方法如下：

式4中，So為規劃確定功能分區與相關規劃對應的功能分區重疊部分的面積；Sf為本級規劃確定的土地利用功能分區的圖斑面積。

采取地類一致性指數（TCI），量化土地利用功能分區與相應的土地利用類型之間空間的一致程度：

3.4 空間布局評價指標選取

選擇指標時，將土地利用功能分區劃分為農業功能分區、建設用地功能分區和生態功能分區3大類[17]。

3.4.1 農業功能區評價指標 農業功能分區包括基本農田集中區、一般農地區、林業用地區、牧業用地區，這些分區主要為農業生產服務，對自然條件較為敏感。由于不同分區的敏感程度不同，所以設定權重取值有所不同。本文結合銀川市引黃灌溉區域特點，適宜性指標分別選取了坡度、土壤質地、土壤鹽漬化程度和河流、灌排設施距離4個指標；協調性指標則分別選取了上級規劃一致性指數、分區圖斑面積、規劃城鎮工礦區距離、地類一致性指數4個指標。指標量化標準確定參考了農用地分等定級標準、城市規劃及一些文獻研究成果[18]，對于缺少相關研究的協調性指標的權重的確定采用德爾菲法，進行專家打分綜合取值。指標量化標準及權重見表1。

3.4.2 建設功能分區評價指標 建設功能分區包括城鎮村發展區和獨立工礦區，這兩個分區都以城鎮與產業發展為主，對于社會經濟因素較為敏感，因此，主要選擇社會經濟相關指標進行布局評價。適宜性評價分別選取社會經濟發展程度，距主要交通路線距離，距生態敏感區距離3個指標；協調性指標則選取了區域功能定位、上級規劃一致性指數、相關規劃一致性指數，新增建設用地占耕比例4個指標。其中，社會經濟發展程度以鄉鎮為單元進行分級，從統計年鑒中獲取各鄉鎮的GDP、人口、固定資產投資主要經濟指標后，通過SPSS軟件K-means聚類算法得出不同鄉鎮的5種發展類型；區域功能定位是通過城市規劃中確定的城鎮主導功能與發展方向進行量化與分級。指標量化標準及權重見表2。

表1 農業功能區布局評價指標表Tab.1 The evaluation table of agriculture function zoning

表2 建設功能區布局評價指標表Tab.2 The evaluation table of constructing function zoning

3.4.3 生態功能分區評價指標 生態功能分區包括生態環境安全控制區和自然與文化遺產保護區。這兩個分區對于保護自然環境，改善土地生態具有重要意義。適宜性指標選分別取了生態敏感區距離、重大生態工程距離、自然保護區距離3個指標；協調性指標則選取了上級規劃一致性指數、生態規劃一致性指數、生態地類一致性指數3個指標。其中，生態性地類指的是土地利用現狀中具有重要生態功能的用地類型（林地、灘涂、水域），同時結合銀川市賀蘭山國家自然保護區規劃確定的自然保護區的范圍。指標量化標準及權重見表3。

3.5 評價結果與分析

由于評價過程中選擇的指標較為復雜，為簡化實際操作過程中的復雜性與重復性，本文選取了Arcgis集成的Model Builder[19]工具來實現綜合分析與計算，最終評價結果如表4和圖2所示。

3.5.1 土地利用規劃空間適宜性評價 銀川市土地利用規劃的適宜性指數在0—50之間，按面積比例權重確定全市的平均適宜性指數為36.11，其中基本農田集中區的適宜性指數最高，達45.53，生態環境安全控制區的適宜性指數最低，僅為9.87。土地適宜性指數分為5級，結合可視分析：適宜性指數分布較高的區域位于銀川市北部平原區的基本農田和一般農地區域；適宜性指數較低的區域則分布在銀川市西北部的生態環境安全控制區與中心城區南部的城鎮村發展區與獨立工礦區，生態環境安全控制區主要規劃在了遠離城鎮發展區的裸地與山地上，距離生態工程的距離較遠，因而適宜性較低；銀川市中心城區北部和與南部的建設功能分區，受到水源保護地和閱海湖濕地森林公園距離的影響，適宜性較低。

3.5.2 土地利用規劃空間協調性評價 銀川市土地利用規劃的協調性指數在0—57之間，平均協調性指數為34.12，其中牧業用地區的協調性指數最高，為46.58，生態環境安全控制區的協調性指數最低，為19.43。協調性指數分為5級，協調性指數較高的區域集中分布在中心城區外圍的農業用地區，這些區域既和上級規劃相一致，同時又和現狀地類相協調，受城鎮擴展的影響較小，因而協調性指數較高。協調性低的功能分區集中分布在兩個區域，一是中心城區外圍的西夏工業園，永寧工業園與賀蘭工業園,另一個位于興慶區北部的一般農地區，該區域是規劃確定的土地開發的重點區域，與現狀的土地利用類型（牧草地）不協調。

表3 生態功能區布局評價指標表Tab.3 The evaluation table of ecological function zoning

表4 土地利用規劃布局合理性評價結果表Tab.4 The result table of evaluating land-use function zoning

圖2 土地利用規劃空間布局合理性評價圖Fig.2 Rationality evaluation map of space layout in overall land use planning

3.5.3 土地利用規劃空間布局合理性評價 銀川市土地利用規劃的合理性指數在0—95之間，平均合理性指數為70.23，其中基本農田集中區的合理性指數最高，達77.20，生態環境安全控制區的合理性指數最低，為29.30。按照等間距分為5級，合理性指數較高的區域分布在中心城區外圍的農業利用土地，銀北平原引黃灌溉農業歷史悠久，北部賀蘭縣是國家重要的商品糧基地，有大面積的優質基本農田，評價結果實際情況相符；分布在城鎮周邊的城鎮村發展區和獨立工礦區的合理性指數較低，說明銀川市規劃也部分存在著城鎮及工業園區“貼邊”發展的現象，以此來突破相關規劃對于中心城區的規模控制。同時位于西北部的生態環境安全控制區，合理性指數也不高，說明規劃中還應平衡經濟發展與土地生態環境的保護這兩個目標。

4 結論

本文試圖從土地利用功能分區這個角度來定量描述土地利用規劃空間布局的合理性，主要的研究成果有：（1）針對土地利用功能分區的相似性，把土地利用功能分區分為農業功能、建設功能、生態功能三種類型，選擇評價指標，同時根據不同功能分區的特點確定指標權重，建立了指標和方法體系。（2）結合GIS技術實現空間的計量與分析，并通過建立標準評價流程，應用了Arcgis中的建模工具完成了多指標、多類型評價單元的空間分析評價。（3）選取銀川市土地利用規劃，進行實例研究，通過結合當地的特點進行綜合評價，指出了銀川市級規劃中存在的城鎮與獨立建設用地“貼邊”發展以及對土地生態保護不夠重視等規劃布局中普遍存在的問題。

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