基于聚類分析法的縣域主體功能區(qū)劃分

徐倩　李浩華　歐名豪

摘要：從資源環(huán)境承載力、現(xiàn)有開發(fā)強(qiáng)度和發(fā)展?jié)摿?個方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系，對江蘇省新沂市各鎮(zhèn)級地域單元進(jìn)行綜合評價，并運(yùn)用K-means聚類分析法對各地域單元綜合評價值進(jìn)行歸類分析，結(jié)合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實際情況及其他規(guī)劃將新沂市劃分為重點開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)和禁止開發(fā)區(qū)3種區(qū)劃類型，為縣域主體功能區(qū)劃分、戰(zhàn)略目標(biāo)及政策制定提供借鑒及依據(jù)。

關(guān)鍵詞：縣域；主體功能區(qū)劃；重點開發(fā)區(qū)；限制開發(fā)區(qū)；禁止開發(fā)區(qū)；熵值法；聚類分析法

中圖分類號： F323.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0444-03

為有效解決我國目前人地矛盾突出、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)失衡、區(qū)域開發(fā)狀況混亂等問題，國家“十一五”規(guī)劃《綱要》明確提出，根據(jù)資源環(huán)境承載能力、現(xiàn)有開發(fā)密度和發(fā)展?jié)摿Γy(tǒng)籌考慮未來我國人口分布、經(jīng)濟(jì)布局、國土利用和城鎮(zhèn)化格局，將國土空間劃分為優(yōu)化開發(fā)、重點開發(fā)、限制開發(fā)和禁止開發(fā)四類主體功能區(qū)[1]。在規(guī)范開發(fā)秩序，控制開發(fā)強(qiáng)度，形成高效、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的國土空間開發(fā)格局的同時[2]，引發(fā)學(xué)術(shù)界對于主體功能區(qū)劃分的廣泛關(guān)注。相關(guān)研究中關(guān)于主體功能區(qū)劃理論及政策研究較多見[1-6]，但關(guān)于主體功能區(qū)劃分實踐研究仍顯不足。有學(xué)者認(rèn)為，縣域以其在行政體系中的獨特性，決定了縣域主體功能區(qū)劃不僅有助于依據(jù)區(qū)域整體性、結(jié)構(gòu)性、功能性規(guī)律開展各種開發(fā)活動，也有助于提升地理學(xué)研究的實踐應(yīng)用價值[7]，但怎樣進(jìn)行縣域主體功能區(qū)劃分仍缺乏相關(guān)依據(jù)。

因此，本研究從資源環(huán)境承載力、現(xiàn)有開發(fā)強(qiáng)度和發(fā)展?jié)摿?個方面構(gòu)建評價指標(biāo)體系，對新沂市各鎮(zhèn)級地域單元進(jìn)行綜合評價，并運(yùn)用K-means聚類分析法對各鎮(zhèn)域單元綜合評價值進(jìn)行歸類分析，將新沂市劃分為重點開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)和禁止開發(fā)區(qū)3種區(qū)劃類型，為縣域主體功能區(qū)劃分、戰(zhàn)略目標(biāo)及政策制定提供借鑒及依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

新沂市位于江蘇省西北部，屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，地勢低平，位于蘇魯交界，下轄新安鎮(zhèn)等16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。2010年新沂土地總面積1 616.00 km2，2010年末總?cè)丝?07.15萬人，全年地區(qū)生產(chǎn)總值301.37億元，按可比價格計算，同比增長144%，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入達(dá)到15 508.00元，農(nóng)民人均純收入8 634.00元，分別增長17.9%、19.4%。新沂是沿東隴海線產(chǎn)業(yè)帶中心節(jié)點城市，同時也是全國百強(qiáng)縣，交通發(fā)達(dá)，正處于工業(yè)化加速階段。目前，新沂市建設(shè)用地需求旺盛，土地利用矛盾突出，區(qū)域土地合理利用面臨巨大壓力。對新沂市進(jìn)行主體功能區(qū)劃分，有利于形成人口、經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境相協(xié)調(diào)的國土空間開發(fā)格局。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究的人口密度、人均GDP、地均GDP、人均固定資產(chǎn)投資、地均固定資產(chǎn)投資、二三產(chǎn)業(yè)值比重等社會、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來自于《江蘇省統(tǒng)計年鑒2011》《新沂市統(tǒng)計年鑒2011》；生態(tài)功能區(qū)面積數(shù)據(jù)來自《徐州市生態(tài)規(guī)劃（2011—2015年）；林地、水域、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、道路等面積提取自新沂市 1 ∶5 000 土地利用變更矢量圖。

2 新沂市主體功能區(qū)劃分

2.1 指標(biāo)體系的建立

參照國家“十一五”規(guī)劃綱要對主體功能區(qū)規(guī)劃的闡釋，結(jié)合新沂市的實際情況，遵循指標(biāo)選擇的科學(xué)性、系統(tǒng)性、獨立性、可比性、可量化性和數(shù)據(jù)可獲取性等原則[8]，從資源環(huán)境承載力、現(xiàn)有開發(fā)強(qiáng)度和開發(fā)潛力3個方面建立指標(biāo)體系測算各單元區(qū)域的綜合評價值。指標(biāo)體系共包括三級指標(biāo)17個指標(biāo)項：第1層為準(zhǔn)則層，包括源環(huán)境承載力、現(xiàn)有開發(fā)強(qiáng)度、開發(fā)潛力3個準(zhǔn)則；第2層為因子層，將準(zhǔn)則層分為11個因子項；第3層為指標(biāo)層，分為人均可利用土地面積、城鄉(xiāng)建設(shè)用地比重、城鎮(zhèn)化率等17個指標(biāo)（表1）。

2.2 數(shù)據(jù)歸一化處理及權(quán)重確定

2.2.1 數(shù)據(jù)歸一化處理

由于各評價指標(biāo)無統(tǒng)一量綱，須對各數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。研究采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法對所采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行[0，1]區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理。

2.4 基于聚類分析法劃分主體功能區(qū)

聚類分析法是理想的多變量統(tǒng)計方法，在沒有先驗知識以及任何參考或依循的情況下，根據(jù)一批分類對象的多個觀測指標(biāo)，以能夠度量各樣品之間相似程度的統(tǒng)計量為依據(jù)，對大數(shù)量的對象進(jìn)行合理分類。本研究采用K-means距離聚類分析法來進(jìn)行新沂市主體功能區(qū)劃分，在聚類過程中，2個指標(biāo)的距離越接近，則其相似度就越大。為確保各類別間的區(qū)分度，本研究采用歐式距離作為相似度測度，則2個對象之間的歐氏距離d可表示為：

根據(jù)國家《主體功能區(qū)域劃分技術(shù)規(guī)程》，主體功能區(qū)原則上劃分為4類，但可根據(jù)實際情況允許缺失優(yōu)化開發(fā)區(qū)。針對新沂市現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，暫時不考慮優(yōu)化開發(fā)區(qū)的劃分；同時，禁止開發(fā)區(qū)即禁止開發(fā)的各類自然保護(hù)區(qū)、文化遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)、重點風(fēng)景區(qū)等，區(qū)域界限明確，不存在重新劃分的問題。因此，根據(jù)新沂市主體功能區(qū)劃實際需要，將聚類數(shù)K值設(shè)定為3，將該聚類數(shù)指定為3 類，即劃分為重點開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)和禁止開發(fā)區(qū)。基于K-means聚類的劃分結(jié)果如表3所示，從中可以看出，以新安鎮(zhèn)作為中心點，距離最近的有港頭鎮(zhèn)、邵店鎮(zhèn)、北溝鎮(zhèn)、瓦窯鎮(zhèn)、雙塘鎮(zhèn)、唐店鎮(zhèn)、馬陵山鎮(zhèn)，其次為草橋鎮(zhèn)、合溝鎮(zhèn)、棋盤鎮(zhèn)、高流鎮(zhèn)、阿湖鎮(zhèn)、時集鎮(zhèn)、新店鎮(zhèn)、窯灣鎮(zhèn)。

由于定量分析方法缺乏靈活性，分區(qū)結(jié)果會有一定的偏差，所以需要綜合考慮各評價單元內(nèi)現(xiàn)實發(fā)展情況、其他規(guī)劃成果、地區(qū)間相互關(guān)聯(lián)等因素對劃分結(jié)果進(jìn)行修正。

新安鎮(zhèn)作為新沂市的中心城鎮(zhèn)，發(fā)展?jié)摿ψ罡?，列為重點開發(fā)區(qū)，與其距離最近的港頭鎮(zhèn)、邵店鎮(zhèn)、北溝鎮(zhèn)、瓦窯鎮(zhèn)、雙塘鎮(zhèn)、唐店鎮(zhèn)與新安鎮(zhèn)一起劃分為重點開發(fā)區(qū)；草橋鎮(zhèn)、合溝鎮(zhèn)、棋盤鎮(zhèn)、高流鎮(zhèn)、阿湖鎮(zhèn)、時集鎮(zhèn)、新店鎮(zhèn)劃分為限制開發(fā)區(qū)；新沂市著名的風(fēng)景區(qū)有國家AAAA級馬陵山風(fēng)景名勝區(qū)和文化遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)、國家AAAA級古鎮(zhèn)——窯灣古鎮(zhèn)，按照國家主體功能區(qū)劃分原則，各類自然保護(hù)區(qū)、文化遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)、重點風(fēng)景區(qū)等應(yīng)被劃為禁止開發(fā)區(qū)，所以在本研究中將馬陵山鎮(zhèn)和窯灣鎮(zhèn)劃分為禁止開發(fā)區(qū)。修正后的新沂市主體功能區(qū)劃分情況見圖1。

3 結(jié)論與討論

本研究采用改進(jìn)熵值法和綜合評價法從資源環(huán)境承載力、現(xiàn)有開發(fā)強(qiáng)度和發(fā)展?jié)摿?個方面對新沂市各鎮(zhèn)級單位地域單元進(jìn)行綜合分析評價，經(jīng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，評價結(jié)果與新沂市各鎮(zhèn)級單元實際現(xiàn)狀及發(fā)展差異情況基本吻合，具有一定的科學(xué)參考性。

聚類分析法是一種較好的多元分類方法，不同的資源環(huán)境承載力、開發(fā)強(qiáng)度以及發(fā)展?jié)摿Υ呱瞬煌膮^(qū)劃以及發(fā)展模式。根據(jù)各鎮(zhèn)級地域單元綜合評價值的差異，運(yùn)用 K-means 距離聚類分析法對新沂市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行聚類，并根據(jù)新沂市及其各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實際發(fā)展情況、土地利用總體規(guī)劃等其他規(guī)劃情況對聚類結(jié)果進(jìn)行修正，將新沂市劃分為重點開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)和禁止開發(fā)區(qū)3個區(qū)劃類型，并根據(jù)不同區(qū)劃類型制定不同的戰(zhàn)略及發(fā)展方針。

由于主體功能區(qū)劃分的復(fù)雜性、各地域單元發(fā)展外部環(huán)境以及方向的差異性，本研究所使用的綜合評價指標(biāo)仍存在不夠全面、存在缺陷等方面的問題，建立一個更為全面、客觀、有效的評價體系仍有待進(jìn)一步研究。

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