基于多目標規劃的唐山市土地資源優化配置研究

□趙艷霞 董洪丹 蔡文柳

（華北理工大學管理學院 河北 唐山 063000）

基于多目標規劃的唐山市土地資源優化配置研究

□趙艷霞 董洪丹 蔡文柳

（華北理工大學管理學院 河北 唐山 063000）

土地是城鄉統籌的重要生產要素，如何優化配置土地資源直接影響社會經濟發展與生態文明建設。運用多目標規劃法，根據2003—2012年統計信息及數據，分析唐山市土地利用現狀及存在的問題，以社會、經濟、生態的綜合效益為目標，構建唐山市土地優化配置模型并應用到預測未來土地資源規劃與利用中。研究預測表明到2020年唐山市土地資源配置方案為：在經濟發展方面要逐步減少獨立工礦用地面積，大力開發利用未利用地和河流水面中的灘涂等；在生態方面應加大開展植樹造林種草，重點增加林地用地面積；在社會方面應該在保障耕地面積不減少的前提下穩步推進城鎮化進程等。

土地利用結構；優化配置；多目標規劃

1 研究區域與數據來源

唐山市位于京津冀經濟發展圈，緊鄰北京與天津，是河北省參與區域經濟發展的最重要城市之一。隨著京津冀經濟區的騰飛，唐山市的經濟社會發展面臨前所未有的機遇，國際知名度、區域競爭力和重要輻射作用將進一步提高。在“兩極三帶”和唐山灣“四點一帶”戰略實施的當下，未來唐山市將成為東北亞地區經濟合作的窗口城市和首都經濟圈的重要支點，土地利用和管理面臨新的挑戰。近年來，隨著經濟總量的不斷增長，造成城市的土地利用結構極大的向單一經濟效益目標傾斜，對生態環境造成較大的影響，對社會需求的給予嚴重不足。為踐行十八大最新土地戰略改革和適應河北省城鄉統籌發展目標，對未來唐山市綜合目標下的土地利用結構優化是值得首要考慮與重點研究的問題。

2 構建唐山市土地利用結構優化模型及求解過程

基于唐山市土地利用結構特點，研究以2014年為基準年，2020年為規劃目標年。在充分考慮唐山市城市總體規劃(2006一2020)和《唐山生態市建設規劃》的前提下，將經濟效益和生態效益作為目標函數，設置包括社會需求在內的一系列約束條件，構建土地數量配置模型，之后利用WINQSB軟件進行模型求解，最后進行效果分析與提出政策建議。

土地利用結構優化模型如下:

模型中，opti——目標函數Z取最大值或者最小值；

g(x)——約束函數；

x——決策變量。

2.1 變量設置

主要參考唐山市國土資源局對土地的分類設置及數據統計，設置耕地(xl)、園地(x2)、林地(x3)、草地(x4)、城鎮建設用地(x5)、農村居民用地(x6)、交通運輸用地(x7)、水利設施用地(x8)、河流水面(x9)、獨立工礦用地(x10)和未利用地(x11)11種土地類型為決策變量。

2.2 構建唐山市土地規劃多目標函數

選擇唐山市地區生產總值(GDP)作為經濟效益目標的主要衡量指標，選擇生態服務量作為生態效益目標的主要衡量指標，因為土地利用在社會方面的效益難以量化，將在約束條件中間接體現。

2.2.1 經濟效益目標函數。

式中，k——各類用地效益系數，為一常數；wi——各類用地效益的相對權重；

ci——經濟效益系數。

經濟效益系數(ci）的計算方法如下：首先，通過德爾菲法進行領域內專家打分、層次分析法，計算確定各類用地的效益權重 wi（因未利用地對 GDP的貢獻較小，所以未參與到權重打分，權重取為 0）；其次，基于 2003——2012年唐山市單位耕地產值，運用平均增長法預測得到 2020的耕地經濟效益系數 c1，進而得出 k；最后，按照 ci=k*wi的公式計算得出模型中各地類經濟效益系數 ci（未利用地的效益系數取1，不會對結果產生明顯的影響）。

(1)利用德爾菲法和層次分析法確定 W

通過向業內專家發放調查問卷，經過問卷回收、問卷數據整理與處理，得出各土地利用類型經濟效益得分，利用調查問卷數據，通過層次分析法(AHP)進行權重處理，得出W。即Wi向量分別為

(2)K值與 C值的確定

根據 2003年至 2012年的單位耕地產值，運用平均增長法預測得到 2020年的單位耕地產值為191176元/公頃，故：

所以，經濟效益目標函數為：

2.2.2 生態效益用生態服務價值來核算生態效益，將各類單位面積生態服務價值換算成人民幣表示。參考陳仲新等人的研究成果，并針對具體實際做出修正，得出唐山市各地類的生態服務價值系數 di,見表 2：則生態效益目標為：

2.3 約束條件構建

本文參照《唐山市城市總體規劃（2006-2020）》，選取了社會需求、生態需求以及實際限制與經濟約束等 6方面，包含土地總面積、人口總量等 14個約束條件，具體如下：

(1)土地總面積約束:

式中，S——土地總面積（14196409hm2）；

(2)人口總量約束：

po≤M1*xn+M2*∑xc≤P，式中:

M1——2020年農用地平均人口預測密度；

M2——2020年城鎮用地平均人口預測密度；

Xn——農用地面積；Xc——城鎮用地面積；

P0——2013年唐山市人口

P——2020年唐山市的預測總人口。

(3)社會需求約束：根據唐山市土地利用總體規劃(2006一 2020)的指標要求，2020年末唐山市耕地保有量必須達到 551500hm2,城鄉建設用地規模控制在163400hm2以內，全市人均城鎮工礦用地面積控制在141m2以內，即:

耕地保有量約束：x≥551500hm2

城鄉建設用地規模約束:x6+x7+x8+x9≤163400hm2

城鎮建設用地：68630hm2≤x5≤73100hm2

獨立工礦用地：59200hm2≤x10≤79175hm2

人均城鎮工礦用地面積約束：P 2*90≤x10≤P2*141

人均農村居民點用地：P1*90≤x6≤P1*252

注：P 1——2020年唐山市的農村預測人口P2——2020年唐山市的城鎮預測人口

(4)生態效益約束:根據唐山市土地利用總體規劃(2006一 2020)的指標要求，2020年末唐山市林地面積 200000 hm2，牧草地面積 100hm2，即：x3≥200000 hm2；

(5)實際情況約束:根據經濟社會發展的規律,隨著時間向前推移，生產力水平不斷的提高，交通用地、水利設施用地面積會大于現狀面積，而農村居民點及未利用地會隨著土地的整理和不斷開發而減少，園地、林地等應逐步增加，即：

表1 唐山市各土地利用類型的經濟效益系數

表2 唐山市各土地利用類型的生態效益系數

(6)模型約束：模型要求變量取值非負，即:

2.4 模型求解

根據上述構建的規劃模型，將目標函數、各個約束條件及數據錄入計算機，運用WINQSB

軟件運算，經過綜合修正，輸出規劃年（2020年）土地資源的數量優化結果，見表3：

3 結果與分析

3.1土地利用優化結果與現狀比較

從上表中，可以看出，優化后的各用地類型中，變化最為突出的一是林地面積大幅增加了將近20個百分點，二是農村居民用地大幅減少了將近7個百分點，三是河流水面的減幅超過9個百分點，除此之外，獨立工礦用地和未利用地也有小幅減少，耕地、園地和草地變化不大。總體來說，配置結果在經濟發展方面逐步減少了獨立工礦用地面積，加大了未利用地和河流水面中的灘涂等的開發；在生態方面加大了開展植樹造林種草，重點增加了經濟林地的用地面積；在社會方面保障了耕地面積不減少，以提高居民生活質量和改善城鎮化建設為主，這種配置還是比較符合城鄉統籌戰略要求和未來社會發展的必然走勢的。優化后的土地利用結構在保障了糧食安全的前提下，建設用地得到適度擴充并節約集約利用，林地覆蓋率得到提高，既可滿足唐山市經濟建設需要，又極大的體現了生態效益的要求，較符合唐山市目前及未來“兩極三帶”和唐山灣“四點一帶”戰略的工作思路，全面體現了地方經濟效益、社會效益、生態效益協調統一發展。

3.2 優化效果與分析

優化后的土地利用結構在資源配置方面，一是充分考慮了經濟目標和生態目標增長的綜合需求，將經濟效益較高的林地發展由原來不足總面積8%的覆蓋水平，提高到27%以上，如此既可保持經濟的持續穩定增長，又極大促進生態和諧的健康發展；二是平衡社會效益與經濟發展的沖突。雖然農業早已經不再是經濟發展的龍頭，但是關系民生大計，關系社會和諧的穩步推進，優化后的配置結構在保障糧食安全方面，絕對保證了耕地的配置面積；三是緩解建設用地擴充與土地集約利用的矛盾。優化后土地利用結構通過集約利用農村居民建設用地，釋放土地存量以適度擴充城鎮建設用地，如此既滿足“城鎮化”對土地的需求，又符合對土地集約節約利用的土地政策，更重要的是將改善農民居住條件，達到提高生活質量與提升幸福指數的目的，這與大力發展新農村建設，幸福農民的方針政策高度吻合。

表3 土地利用優化結果與現狀比較表

4 進一步優化唐山市土地利用結構的對策與建議

綜上，唐山市生態性用地和城市建設用地壓力較大，需進一步對土地資源挖潛，對策如下：

(1)進一步落實唐山市空間片區規劃戰略，同步推進城鎮化發展與新農村建設。目前唐山市正以生態新農村建設為契機，加大對農民居民點的整理力度，合理布局新村，促使居民向新型社區集中，這必然會提高土地利用效率，并大幅改善農村建設用地大量閑置的狀況，實現了區域土地空間結構的優化。

(2)在建設用地剛性約束下，優化現有城鎮建設用地的空間布局。唐山市受地震影響，震后很大一批建筑以多層為主，制約了當前提高土地利用率的步伐，拆遷改造是釋放這一部分土地生產力，提高城市土地利用率的有效途徑。

(3)大力開發利用未利用土地和整理、復墾部分礦區土地。唐山市未利用地面積比例達到總面積的2.16%，具有相當大的開拓空間。加大這一土地類型的開發與利用，逐步減少獨立工礦用地面積，大力開發未利用地和灘涂等，開展植樹造林種草，增幅林、草地面積，既能改善唐山因采礦造成的土地破壞，又能調整唐山市的經濟結構，既增加了生態綠地，又減少了水土流失，為建設生態宜居城市將發揮重要作用。在城鄉統籌發展的大背景下，以單純考慮經濟效益的土地規劃已經不適應當前“生態社會、和諧發展”的主旋律，為實現京津冀地區經濟一生態—社會的可持續發展，進行多目標的土地優化配置勢在必行。

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[4]王成軍,吳厚純,費喜敏.城市化加速期維持我國耕地數量穩定的可行性分析[J].中國農業資源與區劃,2015,(6):79.

1004-7026（2017）03-0139-03

F321.1

A

河北省社會科學基金項目（批準號：H B15G L055）河北省節約集約利用宅基地制度研究；作者簡介：趙艷霞（1972-），女，河北遷安人，華北理工大學管理學院副教授，碩士生導師，研究方向為土地經濟與管理、房地產宏觀調控。郵箱：996080326@qq.com.董洪丹，女，華北理工大學管理學院碩士研究生，研究方向為土地資源管理；蔡文柳，華北理工大學管理學院講師，研究方向為土地經濟與管理。

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.03.099