馬丹馴, 李滿春, 金曉龍, 劉小強(qiáng), 姜朋輝

(1.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京 210023; 2.江蘇省地理信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京210023)

土地利用總體規(guī)劃的根本目的是加強(qiáng)對(duì)土地利用的宏觀控制和統(tǒng)一管理，對(duì)十分寶貴和極其稀缺的土地資源進(jìn)行優(yōu)化配置，提高土地利用的綜合效益[1]。建設(shè)用地空間管制分區(qū)是土地利用總體規(guī)劃的重要組成部分，將規(guī)劃區(qū)域土地劃分為允許建設(shè)區(qū)、有條件建設(shè)區(qū)、限制建設(shè)區(qū)以及禁止建設(shè)區(qū)，以控制、引導(dǎo)建設(shè)用地的空間布局，協(xié)調(diào)各類用地之間的矛盾與沖突。城市化進(jìn)程中，建設(shè)用地與農(nóng)用地、生態(tài)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(zhǔn)確識(shí)別城市擴(kuò)張與建設(shè)用地空間管制分區(qū)之間的潛在沖突分布區(qū)，對(duì)于合理編制土地利用總體規(guī)劃，推進(jìn)土地資源的節(jié)約集約利用均具有重要的意義。國外開展關(guān)于土地利用沖突的研究相對(duì)較早。20世紀(jì)70年代，Alterman和Hill[4]通過手繪單元格評(píng)價(jià)了土地實(shí)際利用與土地利用規(guī)劃之間的“一致性和不一致性”問題，并嘗試對(duì)“不一致性”做出解釋。土地利用實(shí)際與土地利用總體規(guī)劃之間關(guān)系的分析評(píng)價(jià)主要包含在土地利用總體規(guī)劃的實(shí)施評(píng)價(jià)中。對(duì)土地利用總體規(guī)劃的實(shí)施進(jìn)行評(píng)價(jià)主要有兩個(gè)不同的方向，分別是基于規(guī)劃執(zhí)行過程的評(píng)價(jià)與基于一致性的評(píng)價(jià)[5]?；谝?guī)劃執(zhí)行過程理論中，土地利用規(guī)劃的作用在于引導(dǎo)決策，即雖然在執(zhí)行過程中土地實(shí)際利用可能與規(guī)劃不相符，但規(guī)劃只要實(shí)現(xiàn)了正確的引導(dǎo)，那么規(guī)劃實(shí)施仍然有效。具體研究過程中，基于規(guī)劃執(zhí)行過程的評(píng)價(jià)主要通過假設(shè)沒有規(guī)劃的情況下土地利用狀況的差異，開展土地利用總體規(guī)劃的實(shí)施效果分析研究[6-8]?；谝恢滦缘脑u(píng)價(jià)則是建立在明確土地利用結(jié)構(gòu)與布局的基礎(chǔ)上，以此為土地利用總體規(guī)劃實(shí)施應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)，進(jìn)而通過分析土地利用實(shí)際與規(guī)劃之間的一致性程度來評(píng)價(jià)土地利用總體規(guī)劃的實(shí)施效果[9-11]。國內(nèi)關(guān)于土地利用總體規(guī)劃實(shí)施評(píng)估的研究起步較晚，主要研究內(nèi)容包括了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建、指標(biāo)權(quán)重確定、評(píng)價(jià)方法研究等，并在土地利用總體規(guī)劃理論、方法以及實(shí)踐方面等取得一系列研究成果[12-13]。然而，已有研究構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的方式過于綜合，難以實(shí)現(xiàn)土地實(shí)際利用與土地利用總體規(guī)劃之間關(guān)系的空間可視化分析。對(duì)此，部分學(xué)者基于“一致性”評(píng)價(jià)的分析思路與研究方法，逐漸轉(zhuǎn)向通過土地實(shí)際利用與土地利用總體規(guī)劃之間關(guān)系的空間分析，探索二者之間的時(shí)空響應(yīng)機(jī)理[14-15]。但是，已有研究多聚焦于歷史或現(xiàn)行土地利用過程，對(duì)未來潛在的土地利用與土地利用總體規(guī)劃之間的空間互動(dòng)關(guān)系尚未充分重視。土地利用總體規(guī)劃最重要的功能是其對(duì)未來土地利用的時(shí)空導(dǎo)向性，因此如何對(duì)土地利用總體規(guī)劃執(zhí)行過程中可能發(fā)生的沖突進(jìn)行預(yù)測，這將是未來土地利用總體規(guī)劃編制與實(shí)施過程中需要集中突破的科學(xué)問題之一[16]。為此，本文基于“一致性”的評(píng)價(jià)分析理念，結(jié)合多源國土空間信息數(shù)據(jù)，通過集成CA-Markov土地利用過程模擬模型和GIS空間分析技術(shù)，在模擬研究區(qū)未來土地利用時(shí)空格局的基礎(chǔ)上，識(shí)別與分析土地利用時(shí)空過程與土地利用總體規(guī)劃之間的沖突，以期對(duì)下一輪土地利用總體規(guī)劃的實(shí)施與土地資源管理工作的開展提供理論參考與技術(shù)方法支撐。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)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(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，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(zhèn)江兩市接壤。區(qū)域地勢(shì)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(zhèn)山脈尾部，中部和東部為寬廣的平原、圩區(qū)。常州市行政區(qū)劃于2015年調(diào)整為下轄溧陽市及金壇、武進(jìn)、新北、天寧、鐘樓5區(qū)，2015年年末常住總?cè)丝?70.14萬人，區(qū)域面積437 243 hm2；地區(qū)生產(chǎn)總值5 273.15億元，居江蘇省第6。在建設(shè)用地空間管制分區(qū)結(jié)構(gòu)與布局中，常州市允許建設(shè)區(qū)面積108 769 hm2，占比約24.88%，主要分布在天寧區(qū)、鐘樓區(qū)、新北區(qū)以及武進(jìn)區(qū)。有條件建設(shè)區(qū)面積8 968 hm2，占比約2.05%，主要圍繞允許建設(shè)區(qū)分布。限制建設(shè)區(qū)面積312 288 hm2，占比約71.42%，主要分布在金壇區(qū)、溧陽市、武進(jìn)區(qū)南部以及新北區(qū)北部。禁止建設(shè)區(qū)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(shù)據(jù)來源

本研究中用到的數(shù)據(jù)包括土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、自然地理數(shù)據(jù)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等。土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)來源于《常州市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》(調(diào)整方案)；土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源于常州市土地利用變更數(shù)據(jù)；自然地理數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心；社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心以及夜間燈光數(shù)據(jù)反演，夜間燈光數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心；其他人口、GDP、城市化率等數(shù)據(jù)來源于《常州統(tǒng)計(jì)年鑒(2016年)》。詳見表1。

表1 數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

結(jié)合《土地利用現(xiàn)狀分類》中的土地分類、農(nóng)村土地調(diào)查分類歸并以及市級(jí)土地利用總體規(guī)劃土地用途分類，根據(jù)研究目的將原始數(shù)據(jù)中的土地利用分類歸并為耕地、園地、林地、草地、交通運(yùn)輸用地、水域、其他土地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、水利設(shè)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(jié)合了元胞自動(dòng)機(jī)(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(yù)測土地利用面積轉(zhuǎn)移概率，元胞自動(dòng)機(jī)模型模擬預(yù)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(yù)測事件發(fā)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(yù)測[19-20]。在土地利用變化預(yù)測中，可用式(1)對(duì)土地利用變化進(jìn)行預(yù)測[19]：

S(t+1)=Pij·S(t)

(1)

式中：S(t+1)，S(t)——t+1時(shí)刻和t時(shí)刻的狀態(tài)；Pij——狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣，可由公式(2)表示：

(2)

元胞自動(dòng)機(jī)模型是模擬和預(yù)測復(fù)雜系統(tǒng)行為的強(qiáng)有力工具，其“自下而上”的研究思路充分體現(xiàn)了復(fù)雜系統(tǒng)局部個(gè)體行為產(chǎn)生全局、有秩序模式的理念，非常適用于復(fù)雜地理過程的模擬和預(yù)測[21-22]。模型運(yùn)算法則可用公式(3)表達(dá)[22]：

St+1=f(St,Nt)

(3)

式中：St+1——元胞在下一時(shí)刻的狀態(tài);St——元胞在上一時(shí)刻的狀態(tài);Nt——元胞在上一時(shí)刻鄰域的狀態(tài);f——轉(zhuǎn)換規(guī)則。

具體模擬過程中，綜合考慮精度要求與計(jì)算效率，本文研究尺度選取100 m×100 m柵格大小。模擬預(yù)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(duì)比2015年土地利用模擬狀況與土地利用實(shí)際狀況，驗(yàn)證CA模擬的準(zhǔn)確度和精確性。

2.2 GIS空間分析建設(shè)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(jì)算的的方式識(shí)別滿足條件的區(qū)域。建設(shè)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(shè)用地空間管制沖突主要存在于禁止建設(shè)區(qū)與限制建設(shè)區(qū)內(nèi)?！冻Ｖ菔型恋乩每傮w規(guī)劃(2006—2020年)》調(diào)整方案規(guī)定：限制建設(shè)區(qū)內(nèi)禁止中心城區(qū)、縣級(jí)市的城區(qū)、縣城和大中型工礦，以及納入允許建設(shè)區(qū)的重要鎮(zhèn)村建設(shè)，控制線型基礎(chǔ)設(shè)施和獨(dú)立建設(shè)項(xiàng)目用地；禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)嚴(yán)格禁止與主導(dǎo)功能不相符的建設(shè)活動(dòng)，除法律法規(guī)另有規(guī)定外，規(guī)劃期內(nèi)禁建邊界不得調(diào)整。綜合考慮土地利用總體規(guī)劃對(duì)管制分區(qū)的規(guī)定、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)道路交通、水利設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要以及數(shù)據(jù)可獲得性，本文識(shí)別的建設(shè)用地空間管制沖突包括禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)的所有建設(shè)用地和限制建設(shè)區(qū)內(nèi)的城鎮(zhèn)村及工礦用地。

圖1 研究技術(shù)流程

3 結(jié)果分析

3.1 2020年土地利用模擬

3.1.1 CA模擬模型驗(yàn)證 模型驗(yàn)證過程中，通過ArcGIS空間分析計(jì)算2010—2015年土地利用面積轉(zhuǎn)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(shí)際狀況如附圖5所示。采用IDRISI軟件Cross Tab模塊計(jì)算2015年土地利用現(xiàn)狀與2015年土地利用模擬之間的Kappa系數(shù)，計(jì)算得到總體Kappa系數(shù)為0.924 3，模擬精度較高。每一類土地利用的Kappa系數(shù)中草地的Kappa系數(shù)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(guān)，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(jié)果分析 模擬2020年土地利用過程中，首先采用Markov模型預(yù)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(zhuǎn)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(jié)果如附圖6所示。2015—2020年常州市土地利用面積變化預(yù)測結(jié)果中，2020年建設(shè)用地總規(guī)模為122 503 hm2，將會(huì)達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)的101.16%，即將會(huì)突破規(guī)劃目標(biāo)。2015—2020年新增建設(shè)用地面積8 163 hm2，其中，占用耕地面積4 870 hm2，將分別達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)的159.97%，130.63%，即新增建設(shè)用地規(guī)模與占用耕地面積都將突破規(guī)劃目標(biāo)。

如附圖6所示，2020年土地利用模擬空間分布中，建設(shè)用地主要分布在常州市市中心區(qū)域。具體而言，武進(jìn)區(qū)、溧陽市、新北區(qū)以及金壇區(qū)建設(shè)用地分布數(shù)量較多；鐘樓區(qū)、天寧區(qū)、新北區(qū)以及武進(jìn)區(qū)建設(shè)用地分布密度較大。2015—2020年新增建設(shè)用地在金壇區(qū)、武進(jìn)區(qū)、新北區(qū)、天寧區(qū)、鐘樓區(qū)、溧陽市內(nèi)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(shè)用地分布在武進(jìn)區(qū)內(nèi)，金壇區(qū)內(nèi)新增建設(shè)用地面積分布最少，其他各區(qū)(縣級(jí)市)中新北區(qū)、鐘樓區(qū)新增建設(shè)用地面積分布相差不大，天寧區(qū)、溧陽市新增建設(shè)用地面積分布接近。

3.2 建設(shè)用地空間管制沖突分析

3.2.1 2015年建設(shè)用地空間管制沖突現(xiàn)狀分析 在完成土地利用總體規(guī)劃中期評(píng)估的基礎(chǔ)上，常州市以2014年為基期年對(duì)《常州市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》進(jìn)行了調(diào)整完善，經(jīng)調(diào)整完善后，現(xiàn)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(shè)用地空間管制沖突較少。除溧陽市外，禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)基本不存在建設(shè)用地空間管制沖突。金壇區(qū)、武進(jìn)區(qū)、新北區(qū)、天寧區(qū)、鐘樓區(qū)的限制建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)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(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)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(tài)。這可能與溧陽市內(nèi)限制建設(shè)區(qū)面積較大有關(guān)，另外，溧陽市城鎮(zhèn)化率僅約59.00%，在常州市各區(qū)(縣級(jí)市)內(nèi)城鎮(zhèn)化率最低，市內(nèi)有大量村莊建設(shè)用地分散分布。

表3 常州市2015-2020年土地利用面積轉(zhuǎn)移 hm2

3.2.2 2020年建設(shè)用地空間管制沖突模擬預(yù)測 根據(jù)模擬預(yù)測結(jié)果(表4)，2020禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)用地空間管制沖僅存在于武進(jìn)區(qū)和溧陽市內(nèi)。限制建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)用地空間管制沖突中金壇區(qū)面積最小，新北區(qū)、天寧區(qū)以及鐘樓區(qū)面積相差不大，溧陽市面積僅次于武進(jìn)區(qū)，武進(jìn)區(qū)面積最大，大于其他各區(qū)(縣級(jí)市)限制建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)用地空間管制沖突面積之和。

3.2.3 建設(shè)用地空間管制潛在沖突分析 如表4所示，常州市建設(shè)用地空間管制潛在沖突中，禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)潛在沖突面積較少。禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)潛在沖突僅存在于武進(jìn)區(qū)、溧陽市內(nèi)，面積為5，1 hm2。武進(jìn)區(qū)禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)原本不存在建設(shè)用地空間管制沖突，但由于武進(jìn)區(qū)新增建設(shè)用地面積較大，因此存在少量建設(shè)用地會(huì)分布在禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)的可能性，但可能性不大。溧陽市禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)原本存在建設(shè)用地，因此存在建設(shè)用地分布在原有基礎(chǔ)上往外擴(kuò)張的可能性，但可能性也不大。限制建社區(qū)內(nèi)建設(shè)用地空間管制潛在沖突總面積4 021 hm2，新增建設(shè)用地中城鎮(zhèn)村及工礦用地面積為6 789 hm2，即新增建設(shè)用地中城鎮(zhèn)村及工礦用地約有59.23%分布在限制建設(shè)區(qū)內(nèi)，限制建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)用地空間管制潛在沖突面積較大。在空間分布上，各區(qū)(縣級(jí)市)的限制建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)用地空間管制潛在沖突面積大小主要由區(qū)域內(nèi)新增城鎮(zhèn)村及工礦用地面積大小決定。武進(jìn)區(qū)內(nèi)模擬預(yù)測新增城鎮(zhèn)村及工礦用地面積約占總面積的59.15%，遠(yuǎn)高于常州市其他區(qū)(縣級(jí)市)，因此武進(jìn)區(qū)限制建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)用地空間管制潛在沖突面積最大。金壇區(qū)內(nèi)模擬預(yù)測新增城鎮(zhèn)村及工礦用地面積僅約占總面積的0.68%，因此金壇區(qū)限制建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)用地空間管制潛在沖突面積遠(yuǎn)小于其他各區(qū)(縣級(jí)市)。

表4 常州市建設(shè)用地空間管制沖突面積 hm2

4 討論與結(jié)論

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

(2) 禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)用地空間管制潛在沖突面積較少，繼續(xù)堅(jiān)持對(duì)禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)用地的嚴(yán)格管制，禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)建設(shè)用地的可能性不大。

(3) 限制建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)用地空間管制潛在沖突面積較大，預(yù)測新增建設(shè)用地中接近3/5的城鎮(zhèn)村及工礦用地將分布在限制建設(shè)區(qū)內(nèi)；在空間分布上，潛在沖突區(qū)主要分布在武進(jìn)區(qū)。

總的來說，常州市的建設(shè)用地空間管制潛在沖突主要分布在限制建設(shè)區(qū)內(nèi)，禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)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(guī)劃編制實(shí)施過程中，在相應(yīng)的土地資源管理工作中需要繼續(xù)堅(jiān)持對(duì)禁止建設(shè)區(qū)內(nèi)建設(shè)開發(fā)的嚴(yán)厲管控，繼續(xù)強(qiáng)化對(duì)限制建設(shè)區(qū)內(nèi)潛在沖突區(qū)建設(shè)開發(fā)的嚴(yán)格管控與合理布局。本研究僅分析了建設(shè)用地與土地利用總體規(guī)劃中建設(shè)用地空間管制分區(qū)之間的沖突，土地利用總體規(guī)劃還包括了基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、土地利用功能分區(qū)等多方面的內(nèi)容，相關(guān)的土地利用與規(guī)劃之間的沖突、潛在沖突都可以用類似的方法進(jìn)行研究。