不同生态保育尺度下铜陵市土地利用结构优化

doi:10.11821/dlyj201412001

摘要/Abstract

摘要：

与传统发展模式相比,新阶段的土地利用应该与区域自然基础和生态环境格局相匹配,科学判别和保护土地空间增长的生态底线,引导地区土地利用结构的优化具有重要意义。以铜陵市为例,从生态环境约束角度出发,利用土地利用的生态环境敏感性评价方法对区域用地进行分等定级,设定了不同生态保育尺度和不同发展情景下的用地约束界限。在此基础上对铜陵市土地利用结构进行多目标情景分析与优化配置研究,从保障生态环境约束并实现效益最优的角度提出铜陵市土地利用结构优化的方案。

关键词: 生态保护, 多情景分析, 多目标规划, 土地利用结构优化, 铜陵市

Abstract:

Compared with the traditional development way, new land use pattern should be better adapted to regional natural and ecological endowments. It is of great significance to identify and protect the ecological bottom line of growth, in order to guide optimal land use. Meanwhile, in the process of urbanization and industrial transferring of Wanjiang city belt, ecological land occupation turns out to be inevitable. Therefore, land use structure optimization within ecologically allowable scale has representative and important significance.This essay introduced ecological priority conservation concept into traditional land structure optimization path, taking the city of Tongling as a research object. Firstly, the paper completed the evaluation of ecological sensitivity of land use, using ERDAS image and ARCGIS analysis platform. According to the ecological sensitivity scores, land in Tongling was classified into five grades, namely, most suitable construction area, suitable construction area, general ecological protection zone, the secondary ecological protection zone, important ecological protection zone. Furthermore, through matching different development scenarios and their corresponding ecological conservation scales, construction land constraints limit value and ecological conservation land constraints limit value on different ecological conservation scales were determined.Then, the multi-objective optimization model was established. Based on grey prediction of each target coefficient, a series of constraint conditions under the premise of ecological land conservation was set, in order to obtain the optimization scheme which can achieve optimal effectiveness under the premise of ecological environment protection. At the same time, considering different development scenarios, the model finally obtained multi-scenario and multi-objective optimization schemes of land use structure.Finally, through the comparison of different schemes, in perspective of protecting ecological environment and achieving optimal effectiveness, the paper selected the best land use structure optimization scheme for Tongling which most fitted the study area's development ideas and mode. In the future, the results will be applied extensively, as we look forward to applying this research path to other cities in Wanjiang city belt.

Key words: ecological protection, multi-scenario analysis, multi-objective optimization of land use, land use structure optimization, Tongling

冯长春, 曹敏政, 谢婷婷. 不同生态保育尺度下铜陵市土地利用结构优化[J]. 地理研究, 2014, 33(12): 2217-2227.

Changchun FENG, Minzheng CAO, Tingting XIE. Optimization of land use structure in Tongling city based on different ecological conservation scales[J]. GEOGRAPHICAL RESEARCH, 2014, 33(12): 2217-2227.

图/表 8

表1

图1

表2

表3

表4

铜陵市土地资源优化配置约束条件"

	约束因素	约束表达式	约束条件解释
总量约束	土地面积	x₁+x₂+x₃+x₄+x₅+x₆+x₇+x₈+x₉+x₁₀+x₁₁+x₁₂=总面积	土地总面积不变
宏观计划约束	耕地面积	x₁≥[耕地保有量,耕地现值]	控制性指标
	园地面积	x₂≥目标年规划值	约束性指标
	林地面积	x₃≥覆盖率 $×$ 总面积	约束性指标
	草地面积	x₄≥目标年规划值	约束性指标
	农业用地面积	x₁+x₂+x₃+x₄+x₅≤规划农用地总面积	约束性指标
	城镇工矿用地面积	x₆≤[100,120] × 2020年城镇人口	国家标准
	村庄用地面积	x₇≥[120,150] × 2020年乡村人口	国家标准
	交通水利用地面积	x₉≤城镇工矿用地下限 $×$ 0.6	经验数据
现状约束	城镇工矿用地	x₆≥现状值	经济发展要求
	风景名胜及特殊用地	x₈=现状值	基本恒定
	交通水利用地	x₉≥现状值	经济发展要求
发展趋势预测	其他农用地	x₅≥设施农用地现状值	农业发展趋势
	村庄用地	x₇≤现状值	集约用地
	未利用地	x₁₂≤现状值;x₁₂≥[0.3,0.5] ×现状值
生态环境约束	水域面积	x₁₀≥0.95×现状值
生态环境约束	滩涂沼泽	x₁₁≥0.7×现状值
不同生态保育尺度约束	建设用地	x₆+x₇+x₈+x₉≤该尺度下最大允许建设面积
不同生态保育尺度约束	生态保育用地	x₁+x₂+x₃+x₄+x₅+x₁₀+x₁₁+x₁₂≥该尺度下的生态保育面积
非负约束		x₁,x₂,…,x₁₂≥0

表4

表5

图2

表6

参考文献 27

[1]	刘盛和, 何书金. 土地利用动态变化的空间分析测算模型. 自然资源学报, 2002, 17(5): 533-540.
	[Liu Shenghe, He Shujin.A spatial analysis model for measuring the rate of land use change. Journal of Natural Resources, 2002, 17(5): 533-540.]
[2]	Martin H, Helen C, Keith C.The role of spatial metrics in the analysis and modeling of urban land use change. Computers, Environment and Urban Systems, 2005, 29(4): 369-399.
[3]	田光进, 刘纪远, 庄大方, 等. 基于遥感与GIS的20世纪90年代中国城镇用地时空特征. 第四纪研究, 2003, 23(4): 421-427.
	[Tian Guangjin, Liu Jiyuan, Zhuang Dafang, et al.The temporal-spatial characteristics of urban land in china in 1990s by remote sensing and GIS. Quaternary Sciences, 2003, 23(4): 421-427.]
[4]	Weber C, Puissant A.Urbanization pressure and modeling of urban growth: Example of the Tunis metropolitan area. Remote Sensing of Environment, 2003, 86(3): 341-352.
[5]	Carsjens G J, van der Knaap W. Strategic land-use allocation: Dealing with spatial relationships and fragmentation of agriculture. Landscape and Urban Planning, 2002, 58(2): 171-179.
[6]	Hazell P B R, Norton R D. Mathematical Programming for Economic Analysis in Agriculture. New York: Macmillan, 1986.
[7]	Rabbinge R, Van Latesteijn H C. Long-term options for land use in the European community. Agricultural Systems, 1992, 40(1): 195-210.
[8]	Makowski D, Hendrix E M T, van Ittersum M K, et al. A framework to study nearly optimal solutions of linear programming models developed for agricultural land use exploration. Ecological Modelling, 2000, 131(1): 65-77.
[9]	赵小敏, 王人潮, 吴次芳. 土地利用规划的系统动力学仿真: 以杭州城市土地利用总体规划为例. 浙江农业大学学报, 1996, 22(2): 143-148.
	[Zhao Xiaomin, Wang Renchao, Wu Cifang.System dynamics imitation of land use planning: Exemplified by integrated land use planning in Hangzhou city. Journal of Zhejiang Agricultural University, 1996, 22(2): 143-148.]
[10]	赵庚星, 王人潮, 尚建业. 黄河三角洲垦利县土地利用的系统动力学仿真模拟研究. 浙江农业大学学报, 1998, 24(2): 141-147.
	[Zhao Gengxing, Wang Renchao, Shang Jianye.Study on land use system dynamics simulation of Kenli county, Yellow River Delta. Journal of Zhejiang Agricultural University, 1998, 24(2): 141-147.]
[11]	郑新奇, 阎弘文, 徐宗波. 基于GIS的无棣县耕地优化配置. 国土资源遥感, 2001, 48(2): 53-56.
	[Zheng Xinqi, Yan Hongwen, Xu Zongbo.Cultivated land optimal disposition based on GIS in Wudi county. Remote Sensing for Land & Resources, 2001, 48(2): 53-56.]
[12]	周宗丽, 宁大同, 杨志峰. 三峡库区秭归县土地资源优化配置. 北京师范大学学报: 自然科学版, 1999, 35(4): 536-541.
	[Zhou Zongli, Ning Datong, Yang Zhifeng.Land resource optimized distribution of Zigui county in Three Gorges Reservoir area. Journal of Beijing Normal University: Natural Science, 1999, 35(4): 536-541.]
[13]	Yin Y, Pierce J T, Love E.Designing a multisector model for land conversion study. Journal of Environmental Management, 1995, 44(3): 249-266.
[14]	宋嗣迪, 陈燕红. 基于神经网络的土地利用规划方案优化方法研究. 广西农业大学学报, 1997, 16(4): 317-320.
	[Song Sidi, Chen Yanhong.Study on a neural network based method of optimizing land utilization plans. Journal of Guangxi Agricultural University, 1997, 16(4): 317-320.]
[15]	郭怀成, 张振兴, 于湧. 流域土地可持续利用规划方法及应用研究. 地理研究, 2003, 22(6): 672-675.
	[Guo Huaicheng, Zhang Zhenxing, Yu Yong.Sustainable basin land-use planning and its application. Geographical Research, 2003, 22(6): 672-675.]
[16]	李丽红, 李鲁华, 马松梅, 等. 基于灰色线性规划土地资源优化配置研究. 石河子大学学报, 2007, 25(4): 254-259.
	[Li Lihong, Li Luhua, Ma Songmei, et al.Research on optimal allocation of land resource based on gray linear programming. Journal of Shihezi University, 2007, 25(4): 254-259.]
[17]	戴金华, 赵筱青. 基于灰色线性规划的土地利用结构优化: 以云南省澜沧县为例. 云南地理环境研究, 2009, 21(3): 27-29.
	[Dai Jinhua, Zhao Xiaoqing.Optimization of land utilization structure based on grey linear programming with Lancang county, Yunan province as a case. Yunnan Geographic Environment Research, 2009, 21(3): 27-29.]
[18]	Zander P, Kächele H.Modelling multiple objectives of land use for sustainable development. Agricultural Systems, 1999, 59(3): 311-325.
[19]	王万茂, 但承龙. 海门市土地利用结构优化研究. 国土与自然资源研究, 2003, 1(1): 44-46.
	[Wang Wanmao, Dan Chenglong.Research on optimization of land use structure in Haimen city Jiangsu province. Territory & Natural Resources Study, 2003, 1(1): 44-46.]
[20]	Yin Y, Xu X.Applying neural net technology for multi-objective land use planning. Journal of Environmental Management, 1991, 32(4): 349-356.
[21]	王红瑞, 张文新, 胡秀丽, 等. 土地利用区间数多目标规划模型及其应用. 农业工程学报, 2008, 24(8): 68-73.
	[Wang Hongrui, Zhang Wenxin, Hu Xiuli, et al.Model of interval multi-objective programming of land-use and its application. Transactions of the CSAE, 2008, 24(8): 68-73.]
[22]	沈惊宏, 孟德友, 陆玉麒. 皖江城市带承接长三角产业转移的空间差异分析. 经济地理, 2012, 32(3): 43-49.
	[Shen Jinghong, Meng Deyou, Lu Yuqi.The analysis of spatial difference of Wanjiang demonstration zone undertaking the Yangtze River Delta's industry transfer. Economic Geography, 2012, 32(3): 43-49.]
[23]	欧阳志云, 王效科, 苗鸿. 中国生态环境敏感性及其区域差异规律研究. 生态学报, 2000, 20(2): 9-12.
	[Ouyang Zhiyun, Wang Xiaoke, Miao Hong.China's eco-environmental sensitivity and its spatial heterogeneity. Acta Ecologica Sinica, 2000, 20(2): 9-12.]
[24]	李广娣, 冯长春, 曹敏政. 基于土地生态敏感性评价的城市空间增长策略研究:以铜陵市为例. 城市发展研究, 2013, 20(11): 69-74.
	[Li Guangdi, Feng Changchun, Cao Minzheng.Study of urban spatial growth strategy based on ecological sensitivity assessment: A case study of Tongling. Urban Development Studies, 2013, 20(11): 69-74.]
[25]	谢高地, 鲁春霞, 冷允法, 等. 青藏高原生态资产的价值评估. 自然资源学报, 2003, 18(2): 189-195.
	[Xie Gaodi, Lu Chunxia, Leng Yunfa, et al.Ecological assets valuation of the Tibetan Plateau. Journal of Natural Resources, 2003, 18(2): 189-195.]
[26]	何浩, 潘耀忠, 朱文泉, 等. 中国陆地生态系统服务价值测量. 应用生态学报, 2005, 16(6): 1122-1127.
	[He Hao, Pan Yaozhong, Zhu Wenquan, et al.Measurement of terrestrial ecosystem service value in China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 16(6): 1122-1127.]
[27]	王吉华, 刘永, 郭怀成, 等. 基于不确定性多目标的规划环境影响评价研究. 环境科学学报, 2004, 24(5): 922-929.
	[Wang Jihua, Liu Yong, Guo Huaicheng, et al.Strategic environmental assessment on regional development plans based on an inexact multi-objective method. Acta Scientiae Circumstantiae, 2004, 24(5): 922-929.]

敏感性因子	权重	一般敏感	轻度敏感	中度敏感	高度敏感	极敏感
坡度	0.15	≤2°	2°~6°	6°~15°	15°~25°	>25°
植被覆盖度	0.20	≤10%	10%~30%	30%~45%	45%~60%	>60%
生物多样性	0.20	居民及工矿用地	交通用地	耕地	草地、水域	园林地
水体	0.10	≥500 m	350~500 m	200~350 m	100~200 m	<100 m
湿地	0.10	≥200 m	150~200 m	100~150 m	50~100 m	<50 m
道路	0.10	≥200 m	150~200 m	100~150 m	50~100 m	<50 m
地质灾害	0.15	其他地区	-	中度易发区	-	高度易发区

生态保育尺度	高生态保育	中生态保育	低生态保育
建设用地范围	适宜建设区	适宜建设区较适宜建设区	适宜建设区
			较适宜建设区
			一般生态保护区
生态敏感性分值	[0, 24]	[0, 33]	[0, 42]
占土地总面积比值(%)	24.98	46.00	56.33
可建设面积(hm²)	26439.79	48688.16	59621.83
生态保育面积(hm²)	79404.04	57155.67	46222

效益系数	耕地	园地	林地	草地	其他农用地	城镇工矿用地	村庄	风景名胜及特殊用地	交通水利用地	水域	滩涂沼泽	未利用地
经济系数	4.4	21.8	0.6	1.99	1.99	690.6	7.13	1237.6	690.6	2.47	0	0
生态系数	0.35	1.3	1.3	0.5	0.04	0.02	0.05	1.3	0.02	2.05	2.45	0.04

用地类型	高生态保育尺度			中生态保育尺度			低生态保育尺度
	情景一	情景二	情景三	情景一	情景二	情景三	情景一	情景二	情景三
	方案1	方案2	方案3	方案4	方案5	方案6	方案7	方案8	方案9
耕地	26654.50	26654.50	26654.50	26654.50	26654.50	26654.50	19154.58	19154.60	19154.60
园地	2022.93	366.15	366.15	2022.93	366.15	366.15	2022.93	366.15	366.15
林地	32238.40	31601.60	31601.60	32238.40	31601.60	31601.60	32238.40	31601.60	31601.60
草地	1071.01	1068.66	0	1071.01	1068.66	0	1071.01	1068.66	0
其他农用地	595.10	595.10	595.10	595.10	595.10	595.10	595.10	595.10	595.10
城镇工矿	12026.70	13461.60	14129.50	13156.70	14591.60	15259.50	17844.20	19279.10	19947.0
村庄	2640	2640	2640	2640	2640	2640	2640	2640	2640
风景名胜特殊用地	342.56	342.56	342.56	342.56	342.56	342.56	342.56	342.56	342.56
交通水利用地	7215.90	8076.90	8477.70	7894.0	8754.90	9155.70	10706.50	11567.50	11968.20
水域	16932.90	16932.90	16932.90	15932.60	15932.60	15932.60	15932.60	15932.60	15932.60
滩涂沼泽	4038.12	4038.12	4038.12	3230.50	3230.50	3230.50	3230.50	3230.50	3230.50
未利用地	65.52	65.52	65.52	65.52	65.52	65.52	65.52	65.52	65.52

用地类型	现状值	追求生态最优的用地结构	追求经济最大的用地结构	追求生态最优的调控空间	追求经济最大的调控空间
耕地	26654.57	26654.57	26654.57	0	0
园地	366.15	2022.93	366.15	+1656.78	0
林地	31601.63	32238.38	31601.63	+636.75	0
草地	1068.66	1071.01	1068.66	+2.35	0
其他农用地	595.10	595.10	595.10	0	0
城镇工矿	12307.96	12026.66	13461.59	-281.30	+1153.63
村庄	7952.02	2640	2640	-5312.02	-5312.02
风景名胜及特殊用地	342.56	342.56	342.56	0	0
交通水利用地	3765.69	7215.998	8076.953	+3450.31	+4311.26
水域	16932.97	16932.97	16932.97	0	0
滩涂沼泽	4038.12	4038.12	4038.12	0	0
未利用地	218.39	65.52	65.52	-152.87	-152.87