面向土地利用總體規劃的建設用地空間管制潛在沖突檢測

馬丹馴, 李滿春, 金曉龍, 劉小強, 姜朋輝

(1.南京大學 地理與海洋科學學院, 江蘇 南京 210023; 2.江蘇省地理信息技術重點實驗室, 江蘇 南京210023)

土地利用總體規劃的根本目的是加強對土地利用的宏觀控制和統一管理，對十分寶貴和極其稀缺的土地資源進行優化配置，提高土地利用的綜合效益[1]。建設用地空間管制分區是土地利用總體規劃的重要組成部分，將規劃區域土地劃分為允許建設區、有條件建設區、限制建設區以及禁止建設區，以控制、引導建設用地的空間布局，協調各類用地之間的矛盾與沖突。城市化進程中，建設用地與農用地、生態用地等之間的用地競爭日益激烈，用地矛盾與沖突日益突出[2-3]。準確識別城市擴張與建設用地空間管制分區之間的潛在沖突分布區，對于合理編制土地利用總體規劃，推進土地資源的節約集約利用均具有重要的意義。國外開展關于土地利用沖突的研究相對較早。20世紀70年代，Alterman和Hill[4]通過手繪單元格評價了土地實際利用與土地利用規劃之間的“一致性和不一致性”問題，并嘗試對“不一致性”做出解釋。土地利用實際與土地利用總體規劃之間關系的分析評價主要包含在土地利用總體規劃的實施評價中。對土地利用總體規劃的實施進行評價主要有兩個不同的方向，分別是基于規劃執行過程的評價與基于一致性的評價[5]。基于規劃執行過程理論中，土地利用規劃的作用在于引導決策，即雖然在執行過程中土地實際利用可能與規劃不相符，但規劃只要實現了正確的引導，那么規劃實施仍然有效。具體研究過程中，基于規劃執行過程的評價主要通過假設沒有規劃的情況下土地利用狀況的差異，開展土地利用總體規劃的實施效果分析研究[6-8]。基于一致性的評價則是建立在明確土地利用結構與布局的基礎上，以此為土地利用總體規劃實施應達到的目標，進而通過分析土地利用實際與規劃之間的一致性程度來評價土地利用總體規劃的實施效果[9-11]。國內關于土地利用總體規劃實施評估的研究起步較晚，主要研究內容包括了評價指標體系構建、指標權重確定、評價方法研究等，并在土地利用總體規劃理論、方法以及實踐方面等取得一系列研究成果[12-13]。然而，已有研究構建評價指標體系的方式過于綜合，難以實現土地實際利用與土地利用總體規劃之間關系的空間可視化分析。對此，部分學者基于“一致性”評價的分析思路與研究方法，逐漸轉向通過土地實際利用與土地利用總體規劃之間關系的空間分析，探索二者之間的時空響應機理[14-15]。但是，已有研究多聚焦于歷史或現行土地利用過程，對未來潛在的土地利用與土地利用總體規劃之間的空間互動關系尚未充分重視。土地利用總體規劃最重要的功能是其對未來土地利用的時空導向性，因此如何對土地利用總體規劃執行過程中可能發生的沖突進行預測，這將是未來土地利用總體規劃編制與實施過程中需要集中突破的科學問題之一[16]。為此，本文基于“一致性”的評價分析理念，結合多源國土空間信息數據，通過集成CA-Markov土地利用過程模擬模型和GIS空間分析技術，在模擬研究區未來土地利用時空格局的基礎上，識別與分析土地利用時空過程與土地利用總體規劃之間的沖突，以期對下一輪土地利用總體規劃的實施與土地資源管理工作的開展提供理論參考與技術方法支撐。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

常州市(31°09′—32°04′N，119°08′—120°12′E)位于江蘇省南部，屬長江三角洲沿海經濟開發區，北倚長江，南與安徽省交界，東瀕太湖與無錫市相連，西與南京、鎮江兩市接壤。區域地勢西南略高，東北略低，高低相差1.5～2 m。西、南分別為茅山山脈、天目山山脈，北部為寧鎮山脈尾部，中部和東部為寬廣的平原、圩區。常州市行政區劃于2015年調整為下轄溧陽市及金壇、武進、新北、天寧、鐘樓5區，2015年年末常住總人口470.14萬人，區域面積437 243 hm2；地區生產總值5 273.15億元，居江蘇省第6。在建設用地空間管制分區結構與布局中，常州市允許建設區面積108 769 hm2，占比約24.88%，主要分布在天寧區、鐘樓區、新北區以及武進區。有條件建設區面積8 968 hm2，占比約2.05%，主要圍繞允許建設區分布。限制建設區面積312 288 hm2，占比約71.42%，主要分布在金壇區、溧陽市、武進區南部以及新北區北部。禁止建設區面積7 210 hm2，占比約1.65%，主要分布在長蕩湖、滆湖、天目湖等水域范圍。

1.2 數據來源

本研究中用到的數據包括土地利用總體規劃數據、土地利用現狀數據、自然地理數據以及社會經濟數據等。土地利用總體規劃數據來源于《常州市土地利用總體規劃(2006—2020年)》(調整方案)；土地利用現狀數據來源于常州市土地利用變更數據；自然地理數據來源于中國科學院資源環境數據中心；社會經濟數據來源于中國科學院資源環境數據中心以及夜間燈光數據反演，夜間燈光數據來源于中國科學院資源環境數據中心；其他人口、GDP、城市化率等數據來源于《常州統計年鑒(2016年)》。詳見表1。

表1 數據與數據源

1.3 數據預處理

結合《土地利用現狀分類》中的土地分類、農村土地調查分類歸并以及市級土地利用總體規劃土地用途分類，根據研究目的將原始數據中的土地利用分類歸并為耕地、園地、林地、草地、交通運輸用地、水域、其他土地、城鎮村及工礦用地、水利設施用地共9類。具體歸并分類方式詳見表2。

表2 土地利用分類

2 研究方法

2.1 CA-Markov模擬模型

借助IDRISI軟件CA-Markov模塊模擬2020年常州市土地利用狀況。CA-Markov模型結合了元胞自動機(Cellular Automata, CA)模型和馬爾可夫(Markov)模型，分別利用馬爾可夫模型模擬預測土地利用面積轉移概率，元胞自動機模型模擬預測土地利用的空間分布[17-18]。

馬爾可夫模型是基于馬爾可夫過程而形成的預測事件發生概率的一種方法，常用于具有無后效性特征地理事件的預測[19-20]。在土地利用變化預測中，可用式(1)對土地利用變化進行預測[19]：

S(t+1)=Pij·S(t)

(1)

式中：S(t+1)，S(t)——t+1時刻和t時刻的狀態；Pij——狀態轉移概率矩陣，可由公式(2)表示：

(2)

元胞自動機模型是模擬和預測復雜系統行為的強有力工具，其“自下而上”的研究思路充分體現了復雜系統局部個體行為產生全局、有秩序模式的理念，非常適用于復雜地理過程的模擬和預測[21-22]。模型運算法則可用公式(3)表達[22]：

St+1=f(St,Nt)

(3)

式中：St+1——元胞在下一時刻的狀態;St——元胞在上一時刻的狀態;Nt——元胞在上一時刻鄰域的狀態;f——轉換規則。

具體模擬過程中，綜合考慮精度要求與計算效率，本文研究尺度選取100 m×100 m柵格大小。模擬預測2020年土地利用狀況之前，先以2010年為基期年模擬2015年土地利用狀況，對比2015年土地利用模擬狀況與土地利用實際狀況，驗證CA模擬的準確度和精確性。

2.2 GIS空間分析建設用地空間管制沖突

GIS空間分析主要通過空間疊置和柵格計算的的方式識別滿足條件的區域。建設用地空間管制潛在沖突檢測步驟分3部分(具體流程如圖1所示)。本研究中定義的建設用地空間管制沖突主要存在于禁止建設區與限制建設區內。《常州市土地利用總體規劃(2006—2020年)》調整方案規定：限制建設區內禁止中心城區、縣級市的城區、縣城和大中型工礦，以及納入允許建設區的重要鎮村建設，控制線型基礎設施和獨立建設項目用地；禁止建設區內嚴格禁止與主導功能不相符的建設活動，除法律法規另有規定外，規劃期內禁建邊界不得調整。綜合考慮土地利用總體規劃對管制分區的規定、社會經濟發展對道路交通、水利設施等基礎設施建設的需要以及數據可獲得性，本文識別的建設用地空間管制沖突包括禁止建設區內的所有建設用地和限制建設區內的城鎮村及工礦用地。

圖1 研究技術流程

3 結果分析

3.1 2020年土地利用模擬

3.1.1 CA模擬模型驗證 模型驗證過程中，通過ArcGIS空間分析計算2010—2015年土地利用面積轉移矩陣，然后以2010年為基期年模擬2015年土地利用狀況。2015年土地利用模擬與土地利用實際狀況如附圖5所示。采用IDRISI軟件Cross Tab模塊計算2015年土地利用現狀與2015年土地利用模擬之間的Kappa系數，計算得到總體Kappa系數為0.924 3，模擬精度較高。每一類土地利用的Kappa系數中草地的Kappa系數最小，為0.8771，這與常州市草地面積總量小、面積變化量大有關，常州市2010年草地面積在常州市各類用地中面積占比最小，而在2010—2015年面積變化中變化率最大。

3.1.2 2020年模擬結果分析 模擬2020年土地利用過程中，首先采用Markov模型預測2015—2020年的土地利用面積變化，得到2015—2020年的土地利用面積變化轉移矩陣(表3)。然后以2015年為基期年，模擬2020年土地利用狀況，模擬結果如附圖6所示。2015—2020年常州市土地利用面積變化預測結果中，2020年建設用地總規模為122 503 hm2，將會達到規劃目標的101.16%，即將會突破規劃目標。2015—2020年新增建設用地面積8 163 hm2，其中，占用耕地面積4 870 hm2，將分別達到規劃目標的159.97%，130.63%，即新增建設用地規模與占用耕地面積都將突破規劃目標。

如附圖6所示，2020年土地利用模擬空間分布中，建設用地主要分布在常州市市中心區域。具體而言，武進區、溧陽市、新北區以及金壇區建設用地分布數量較多；鐘樓區、天寧區、新北區以及武進區建設用地分布密度較大。2015—2020年新增建設用地在金壇區、武進區、新北區、天寧區、鐘樓區、溧陽市內面積分布比例約為1.11%，54.73%，16.17%，7.90%，12.77%，7.31%。超過1/2的新增建設用地分布在武進區內，金壇區內新增建設用地面積分布最少，其他各區(縣級市)中新北區、鐘樓區新增建設用地面積分布相差不大，天寧區、溧陽市新增建設用地面積分布接近。

3.2 建設用地空間管制沖突分析

3.2.1 2015年建設用地空間管制沖突現狀分析 在完成土地利用總體規劃中期評估的基礎上，常州市以2014年為基期年對《常州市土地利用總體規劃(2006—2020年)》進行了調整完善，經調整完善后，現存的用地矛盾在一定程度上得到了緩解，2015年常州市存在的建設用地空間管制沖突較少。除溧陽市外，禁止建設區內基本不存在建設用地空間管制沖突。金壇區、武進區、新北區、天寧區、鐘樓區的限制建設區內建設用地空間管制沖突面積都比較小，面積分別為23，63，13，1，3 hm2。溧陽市限制建設區內建設用地空間管制沖突面積為599 hm2，分布面積較大，分布不集中，呈零星分布狀態。這可能與溧陽市內限制建設區面積較大有關，另外，溧陽市城鎮化率僅約59.00%，在常州市各區(縣級市)內城鎮化率最低，市內有大量村莊建設用地分散分布。

表3 常州市2015-2020年土地利用面積轉移 hm2

3.2.2 2020年建設用地空間管制沖突模擬預測 根據模擬預測結果(表4)，2020禁止建設區內建設用地空間管制沖僅存在于武進區和溧陽市內。限制建設區內建設用地空間管制沖突中金壇區面積最小，新北區、天寧區以及鐘樓區面積相差不大，溧陽市面積僅次于武進區，武進區面積最大，大于其他各區(縣級市)限制建設區內建設用地空間管制沖突面積之和。

3.2.3 建設用地空間管制潛在沖突分析 如表4所示，常州市建設用地空間管制潛在沖突中，禁止建設區內潛在沖突面積較少。禁止建設區內潛在沖突僅存在于武進區、溧陽市內，面積為5，1 hm2。武進區禁止建設區內原本不存在建設用地空間管制沖突，但由于武進區新增建設用地面積較大，因此存在少量建設用地會分布在禁止建設區內的可能性，但可能性不大。溧陽市禁止建設區內原本存在建設用地，因此存在建設用地分布在原有基礎上往外擴張的可能性，但可能性也不大。限制建社區內建設用地空間管制潛在沖突總面積4 021 hm2，新增建設用地中城鎮村及工礦用地面積為6 789 hm2，即新增建設用地中城鎮村及工礦用地約有59.23%分布在限制建設區內，限制建設區內建設用地空間管制潛在沖突面積較大。在空間分布上，各區(縣級市)的限制建設區內建設用地空間管制潛在沖突面積大小主要由區域內新增城鎮村及工礦用地面積大小決定。武進區內模擬預測新增城鎮村及工礦用地面積約占總面積的59.15%，遠高于常州市其他區(縣級市)，因此武進區限制建設區內建設用地空間管制潛在沖突面積最大。金壇區內模擬預測新增城鎮村及工礦用地面積僅約占總面積的0.68%，因此金壇區限制建設區內建設用地空間管制潛在沖突面積遠小于其他各區(縣級市)。

表4 常州市建設用地空間管制沖突面積 hm2

4 討論與結論

(1) 2020年常州市建設用地總規模、新增建設用地總規模以及新增建設用地占用耕地面積都將突破土地利用總體規劃目標，2015—2015年新增建設用地主要分布在武進區。

(2) 禁止建設區內建設用地空間管制潛在沖突面積較少，繼續堅持對禁止建設區內建設用地的嚴格管制，禁止建設區內出現建設用地的可能性不大。

(3) 限制建設區內建設用地空間管制潛在沖突面積較大，預測新增建設用地中接近3/5的城鎮村及工礦用地將分布在限制建設區內；在空間分布上，潛在沖突區主要分布在武進區。

總的來說，常州市的建設用地空間管制潛在沖突主要分布在限制建設區內，禁止建設區內建設用地空間管制潛在沖突較小，常州市在下一輪土地利用總體規劃編制實施過程中，在相應的土地資源管理工作中需要繼續堅持對禁止建設區內建設開發的嚴厲管控，繼續強化對限制建設區內潛在沖突區建設開發的嚴格管控與合理布局。本研究僅分析了建設用地與土地利用總體規劃中建設用地空間管制分區之間的沖突，土地利用總體規劃還包括了基本農田保護區、土地利用功能分區等多方面的內容，相關的土地利用與規劃之間的沖突、潛在沖突都可以用類似的方法進行研究。