基于灰色線性規(guī)劃模型的土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置

蔡芹燕 鄧歡歡 錢虎

摘要：土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化致力于緩解土地供需問題，優(yōu)化土地布局，維持土地生態(tài)系統(tǒng)平衡。本文選用清鎮(zhèn)市作為研究區(qū)域，設(shè)定2016年為研究基期年，結(jié)合灰色線性規(guī)劃理論，以清鎮(zhèn)市2012-2016年的土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過算法設(shè)計，對2025年的人口總數(shù)、平均人口密度、糧食單產(chǎn)等進行預(yù)測。優(yōu)化過程中，根據(jù)清鎮(zhèn)市發(fā)展需要，共設(shè)置9個變量，13個約束條件，構(gòu)造出3種供選方案。其中，方案2能最大限度地發(fā)揮其土地利用的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益，實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：清鎮(zhèn)市;土地利用;灰色線性規(guī)劃;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

引言

在人類生活中，土地是一種不可或缺的自然資源，也是一種不可再生資源。其獨特的不可再生性注定了土地資源的珍貴性。如今，由于城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的不斷發(fā)展以及人口數(shù)量的快速增長，土地沙漠化、石漠化、鹽堿化等土地問題日益突出[1]。以清鎮(zhèn)市為研究對象，是因其在鄉(xiāng)村振興的大背景下，清鎮(zhèn)市的土地發(fā)展具有較大潛力，實現(xiàn)清鎮(zhèn)市的經(jīng)濟社會生態(tài)效益可持續(xù)、土地資源利用合理化以及土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化刻不容緩。

1研究區(qū)概況

2016年，清鎮(zhèn)市土地總面積為138658.46公頃。其中，耕地為49566.12公頃，園地1141.84公頃，林地46846.47公頃，牧草地17809.15公頃，城鎮(zhèn)工礦用地4131.07公頃，農(nóng)村居民點5145.94公頃，交通運輸用地2260.72公頃，水域及水利設(shè)施用地5964.92公頃以及未利用地5792.23公頃。

2灰色模型構(gòu)建及算法設(shè)計

2.1灰色線性規(guī)劃概述

灰色線性規(guī)劃是指含有灰數(shù)的線性規(guī)劃，具有較好的非線性求解能力，與一般的線性規(guī)劃相比，灰色線性規(guī)劃更具有動態(tài)性[2]。所以，本文對清鎮(zhèn)市土地的優(yōu)化設(shè)計中選用灰色線性規(guī)劃模型。

2.2變量設(shè)置

該規(guī)劃模型共設(shè)置9個變量，分別為耕地、園地、林地、牧草地、城鎮(zhèn)工礦用地、農(nóng)村居民點、交通運輸用地、水域及水利設(shè)施用地、未利用地。分別記為X1、X2。。。X9。

2.3約束條件

根據(jù)清鎮(zhèn)市的土地利用狀況以及社會發(fā)展需要，結(jié)合土地利用總體規(guī)劃要求，本文確定了13個約束條件以及相應(yīng)的約束方程，并建立約束方程，以優(yōu)化2025年清鎮(zhèn)市的土地利用結(jié)構(gòu)。

（1）土地總面積約束

式中：為各種類型土地面積，為土地類型的個數(shù)，為土地總面積。

（2）人口總量約束

基于土地資源有限性分析，全市人口總數(shù)不應(yīng)超過規(guī)劃年（2025年）的預(yù)測人口數(shù)，即：

（2）式中：——農(nóng)用地平均人口預(yù)測密度，通過GM（1，1）預(yù)測為3.78人/公頃。

——城鎮(zhèn)用地平均人口預(yù)測密度，預(yù)測結(jié)果為27.89人/公頃。

——農(nóng)用地利用類型。

——城鎮(zhèn)用地利用類型。

P——目標規(guī)劃年預(yù)測人口數(shù)。

（3）糧食產(chǎn)量約束

綜合考慮，目標規(guī)劃年（2025年）的糧食總產(chǎn)量應(yīng)供應(yīng)得上人民需求，通過GM（1，1）預(yù)測得出2025年清鎮(zhèn)市的糧食總產(chǎn)量為116030噸，糧食平均單產(chǎn)水平為4.4075噸/公頃，即

（4）耕地保護約束

根據(jù)嚴格耕地保護制度，清鎮(zhèn)市耕地紅線為48698.91公頃。即：

（5）經(jīng)濟發(fā)展約束

根據(jù)清鎮(zhèn)市發(fā)展建設(shè)需要，農(nóng)用地總量將減少。

（5）為促進清鎮(zhèn)市城鎮(zhèn)化發(fā)展，加強建設(shè)用地綜合整治，城鎮(zhèn)工礦用地可適度擴張;此外，為響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，應(yīng)對清鎮(zhèn)市交通運輸用地進行合理布局，促進土地節(jié)約集約利用。結(jié)合清鎮(zhèn)市土地利用總體規(guī)劃，得：

此外，為實現(xiàn)清鎮(zhèn)市土地節(jié)約集約利用，保證清鎮(zhèn)市土地可持續(xù)發(fā)展。2025年的未利用地面積應(yīng)不小于現(xiàn)狀面積。即：

（6）政策約束

根據(jù)《清鎮(zhèn)市環(huán)境總體規(guī)劃》規(guī)定，清鎮(zhèn)市設(shè)定65.8萬畝的生態(tài)林地，即：

目前，生態(tài)農(nóng)業(yè)已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大趨勢，為了優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，圍繞園林發(fā)展，開展休閑觀光、莊園經(jīng)濟等，加快農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，故規(guī)劃年園地面積應(yīng)不低于土地利用總體規(guī)劃面積。

為加速清鎮(zhèn)市產(chǎn)業(yè)發(fā)展，擴大肉牛、奶牛養(yǎng)殖等生態(tài)畜牧業(yè)，推動農(nóng)林牧漁結(jié)合發(fā)展。規(guī)劃期間，應(yīng)合理利用并保護牧草地，達到土地可持續(xù)利用的目的，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。故：

2.4目標函數(shù)

（1）確定各類用地效益的相對權(quán)重系數(shù)

運用GM（1，1）模型與層次分析法相結(jié)合，計算出9個變量的效益權(quán)重，構(gòu)成效益權(quán)重集，其中未利用土地的用地效益視為0。

（2）確定效益系數(shù)C

選取某一變量單位面積土地收益的預(yù)測值，再結(jié)合該預(yù)測值計算出其他變量的收益預(yù)測值，乘以各自的相對權(quán)重系數(shù)，得到產(chǎn)出效益[3]，即價值向量（i=1，2，3，4，5，6，7，8，9），其中未利用土地的系數(shù)設(shè)為1。選用林地計算其土地產(chǎn)出效益，運用灰色模型預(yù)測，到目標規(guī)劃年（2025年）清鎮(zhèn)市的林地產(chǎn)出效益為119.93元/公頃。故：

因此，目標函數(shù)為：

3結(jié)論

綜合本文所述，得出的結(jié)論如下：

通過設(shè)置的9個變量、13個約束條件，結(jié)合林地產(chǎn)值，計算出林地產(chǎn)出效益，得到目標函數(shù)。運用Lingo軟件，分別對人口和糧食產(chǎn)量的三種取值進行計算，得到3種優(yōu)化供選方案。在備選方案中，方案2的取值為參數(shù)灰區(qū)間的中間值，充分的考慮了清鎮(zhèn)市的自然、社會、經(jīng)濟和環(huán)境現(xiàn)狀以及未來社會經(jīng)濟發(fā)展的需求，實現(xiàn)的可能性最大。因此，本文建議方案2作為清鎮(zhèn)土地利用規(guī)劃的最佳土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置方案。

參考文獻：

[1]杜金龍，朱記偉，解建倉等.基于GIS的城市土地利用研究進展[J].國土資源遙感，2018，30（3），9-17.

貴州師范學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目。

（貴州師范學院 貴州貴陽 550018）