（土地资源管理专业论文）基于弹性规划的潜江市土地利用结构优化研究.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 我国正处于市场经济快速发展时期，土地利用需求的不确定性增加，因而土地 利用规划对未来的调控难度越来越大，必然要求制定更具弹性的规划方案。土地利 用结构优化配置是土地利用规划的核心，本研究以此作为切入点，综合运用弹性规 划理论和灰色多目标动态规划模型，设计土地利用结构优化的方法流程，并以湖北 省潜江市为例进行实证研究，取得了较好的结果，为该市新一轮土地利用总体规划 修编提供了科学的参考。本文的主要内容如下： 1 、探索性地总结了弹性规划和结构优化的理论依据、基本概念、内涵特征， 并对弹性规划中的结构优化问题进行了定性描述。 2 、对常用的结构优化方法进行利弊分析，建立了以灰色多目标动态规划模型 ( a ) p ) 为基础的结构优化方法。 3 、对研究区土地利用现状从自然条件、社会经济条件、土地利用存在的问题 等方面进行了系统分析，并对该市新一轮规划的发展战略与主要目标进行界定。 4 、研究区土地利用结构优化实证。包括：( 1 ) 构建了3 个时间序列；( 2 ) 对各阶 段土地利用的需求进行了弹性预测，以获得g m d p 模型的相关参数；( 3 ) 按照g m d p 模型的构建流程，设置了1 2 个变量，1 0 个约束条件和3 个目标函数，并运用w m q s b 软件的g p 模块对模型进行计算，得到三个套典型的供选方案：( 4 ) 通过定性与定量 相结合的分析方法，确定了方案的最优序列。 研究表明：在计算机的支持下，利用g m d p 模型开展土地利用结构优化是切实 可行的，它能为决策者展现出未来可能发生的多种情形，在一定程度上体现了规划 的弹性。 关键词：弹性规划；土地利用结构；灰色多目标动态规划模型；潜江市 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t i nt h ep h a s eo fe c o n o m i cb o o m i n g ，m o r ea n dm o r eu n c e r t a i nf a c t o r st h e r ea r ei n l a n du t i l i z a t i o n f o rt h i sr e a s o n ，i tb e c o m e si n c r e a s i n g l yd i f f i c u l tf o rl a n d - u s ep l a nt o f o r e c a s ta n dc o n t r o lt h ef u t u r e ，w h i c ht r i g g e r st h ef l e x i b l el a n d u s ep l a n n i n g t h em a i n c o n t e n ta n de l e m e n t a r ym e t h o do fl a n d u s ep l a n n i n gi sl a n d - u s es t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n , w h i c hi sr e g a r d e da sas t a r t i n gp o i n ti nt h i ss t u d yt a k i n gq i a n j i a n gc i t yi nh u b e i p r o v i n c ea sac a s es t u d y , t h i st h e s i so p t i m i z e sl a n d u s es t r u c t u r et h r o u g ht h ec o n c e p to f f l e x i b l ep l a n n i n ga n dt h em o d e lo fg r e ym u l t i g o a la n dd y n a m i cp r o g r a m m i n g ( g m d p ) t h eo p t i m i z a t i o ns c h e m ew ea c q u i r e dp r o v i d e ss c i e n t i f i cr e f e r e n c ef o rt h ec i t y sn e w r o u n do fg e n e r a ll a n d u s ep l a n n i n gr e v i s i o n f i r s t l y , b a s e do nt h er e l a t i v er e s e a r c hh o m ea n db r o a d ，t h i st h e s i ss u m m a r i z e so nt h e t h e o r yo ff l e x i b l el a n d u s ep l a n n i n ga n dg i v e saq u a l i t a t i v ed e s c r i p t i o no ff l e x i b l e l a n d u s es t r u c t u r e s e c o n d l y , b ya n a l y z i n gt h e m e r i t sa n dd r a w b a c k so ft r a d i t i o n a lo p t i m i z a t i o n m e t h o d s ，t h i st h e s i si n t r o d u c e sag r e ym u l t i g o a la n dd y n a m i cp r o g r a m m i n gm e t h o d ，a n d d e s c r i b e st h em o d e l i n gp r o c e s s t h i r d l y , t h i st h e s i sa n a l y z e st h es t a t eo fl a n d - u s ec o n d i t i o n si nq i a n j i a n gc i t yf r o m t h r e ea s p e c t s ：t h en a t u r a lf o u n d a t i o n , s o c i a l - e c o n o m i ce n v i r o n m e n ta n dt h ep r o b l e m si n e x i s t e n c eo fl a n du t i l i z a t i o n t h e n ，i td e f i n e st h es t r a t e g i e sa n dt h em a i no b j e c t i v e si n n e wr o u n do fg e n e r a ll a n d - u s ep l a n n i n g a tl a s t ，t h i st h e s i sa i m sa tt h es t u d ya r e at os i m u l a t et h ew h o l eo p t i m i z i n gp r o c e s s t h ed e s i g ni sd r i v e na sf o l l o w s ：( 1 ) d i v i d e st h e p l a n n i n gp e r i o d i n t ot h r e e s t a g e s ；( 2 ) f o r c c a s t s t h ef l e x i b l ed e m a n d so fl a n d u s et o g e tt h ep a r a m e t e r so ft h e m o d e l ；( 3 ) p u t s1 2v a r i a b l e s ，1 0t e r m so fr e s t r a i n i n g ，a n d3g o a lf u n c t i o n st os e tu pt h e m o d e la n ds o l v e si tb ya p p l y i n gw l n q s b ；( 4 ) c o n s t r u c t st h r e et y p i c a ls c h e m e s ，t h e n d e t e r m i n e st h eo p t i m a lo n eb yac o m b i n a t i o no fq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s t h es t u d yp r o v e st h a ti t sf e a s i b l et oo p t i m i z el a n d u s es t r u c t u r eb yt h eg m d pw i t h s u p p o r to fc o m p u t e r , a n di ts h o w sav a r i e t yo fr e s u l t si nt h ef u t u r el a n du t i l i z a t i o n ，t h a t r e f l e c t st h ef l e x i b i l i t yo f t h ep l a n n i n g k e yw o r d s ：f l e x i b l ep l a n n i n g ；l a n d u s es t r u c t u r e ；m o d e lo fg r e ym u l t i - g o a la n d d y n a m i cp r o g r a m m i n g ；q i a n j i a n gc i t y i i 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 砖爹，么 日期：砂夕年厂月z 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：毋磐方、 日期删严厂月1 日 导师 日期 磅 歹日 苫翥篆勰 言篓汐鼢日 日规 户月洳日飙叩年叨如 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 绪论 1 1 研究背景与意义 上世纪八十年代以来，我国己先后开展了两轮土地利用总体规划修编工作。两 轮规划的编制实施，在保护耕地、规范用地行为等方面取得了很大的成效，同时， 也暴露出许多问题。一方面，建设占用耕地面积、耕地保有量等指令性指标在经济 快速增长的形势下提前突破，于是诸如“折抵指标、“周转指标 等变相增加地方 用地规模的新名目纷纷出台；另一方面，城乡建设与基本农田保护的空间布局矛盾 突出，基本农田盲目圈定、工业园区无序布点的情况遍地皆是，造成预留土地无人 问津、急需用地地区不符合规划的尴尬局面。地方政府为了上项目，不得不频繁地 进行规划调整，实在调整不了的甚至违规操作，以致规划形同虚设，毫无效力可言。 诚然，规划失效有实施管理方面的原因，但究其根本，必须从规划编制的角度来看。 已经实施的前两轮规划是在非市场经济条件下形成的，没有充分考虑到市场对土地 利用的影响，它的基本出发点是试图由单一的计划手段包揽土地利用的宏观管理， 根据国民经济对未来的土地利用进行预测和安排，忽视实施过程中的变化，是一种 刚性的、静态的规划模式【l 】。随着中国改革的不断深化，投资主体呈现多元化，产 业结构和布局的调整加快，影响土地利用的不确定性因素增多，规划编制的基础和 背景不断发生快速变化，致使土地利用规划工作更加紧迫，难度将进一步加大，这 就迫切要求使原来过于具体的刚性规划转变为应变能力较强的弹性规划【2 】。 由于现行的规划已经不适应社会经济的发展形势，国家相关部门从2 0 0 2 年开 始就逐渐启动了新一轮土地利用总体规划的修编工作，2 0 0 2 年6 月，国土资源部下 发了国土资源部关于开展县级土地利用总体规划修编试点工作的通知，选择黑 龙江省呼兰县等1 2 个县、市、区为规划修编试点单位，之后又陆续出台了一系列 文件指导规划编制，直到2 0 0 8 年1 0 月，全国土地利用总体规划纲要( 2 0 0 6 2 0 2 0 ) ) ) 由国务院审查通过并批准实施，标志着新一轮土地利用总体规划修编工作进入新的 阶段，县、乡两级规划的编制是这一阶段工作的重点任务。 在此背景下，本研究以湖北省潜江市土地利用总体规划修编课题为依托，试图 改变以往过于刚性的规划模式，将弹性规划的理念应用于规划实践活动。然而，土 地利用规划作为一项系统工程，包含土地利用现状分析、土地供求预测、土地利用 结构与布局调整、土地利用分区管制、规划实施等方面的内容，头绪繁多，由于研 究条件的限制，不能一一展开论述。土地利用结构优化配置是规划的核心内容，这 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 项活动目的性明确、工作方法成熟、计算机应用前景广泛，因此本文以之作为弹性 规划研究的切入点，通过建立一套新的模型方法，实现土地利用结构优化方案的弹 性与灵活性，使土地利用在长时期内保持较高的效益产出，保障国民经济的持续发 展。本研究针对潜江市新一轮规划的实际工作开展，对其土地利用总体规划的编制 具有指导作用，同时也为其它地区的规划编制提供了参考和借鉴。 1 2 国内外研究综述 1 2 1 弹性土地利用规划研究进展 目前，国外没有明确提出弹性土地利用规划的理论，但是“精明增长 、“动 态结构模型等新规划理念与方法奠定了弹性土地利用规划的基石。例如，j a n e t h e n s h a l lm o m s e n 认为土地利用规划模型需要动态( d y n a m i c ) 署 h 弹性( n e x i b l e ) p j ；d a v i d l i s t o k i n 提出对土地利用规划进行弹性控制，建立决策单元，转换区域土地利用分 区方式和区域结构【4 】；r a n d a l lg h o l c o m b e 和s a m u e lr s t a l e y 提出精明增长( s m a r t g r o w t h ) 的概念和土地混合利用的观点【5 】：w a l l a c em i k e 提出复杂环境下的弹性规划 的方法，他将城市系统比作一种复杂环境，并将多目标决策模型应用于城市发展的 弹性规划【6 】。 我国弹性土地利用规划的研究近年来取得了一定的进展。王万茂、吴次芳首先 提出弹性土地利用规划的思想。王万茂认为，我国经济体制向社会主义市场经济体 制转变，要求规划也由原来以行政手段为主的计划型转变为以行政手段和价格手段 并用的市场型，最终使原来过于具体的刚性规划转变为应变能力较强的弹性规划【1 1 ； 吴次芳认为，用非理性、不确定性、弹性的规划理论来补充与完善理性、确定性、 刚性理论，建立和完善土地利用规划的思想和方法论，可最大限度地避免规划与实 际的分离1 2 1 。 对于刚性与弹性的关系问题，张友安等认为，刚性与弹性是矛盾的统一体，规 划必须在保持一定刚性的前提下，具有适度弹性【刀；陈丽认为，规划的刚性与弹性 具有层次性，在我国五级土地利用总体规划体系中，规划目标应由宏观到微观，规 划任务应由粗到细，规划弹性应由大到小【8 】；陈敏等人认为，县级土地利用总体规 划中，在用地指标、用地布局、土地用途分类等不同的层面，刚性与弹性有不同的 结合形式【9 1 。 弹性土地利用规划的方法研究方面，张友安等提出了滚动规划方法，即在一定 的规划期间内对规划指标存量进行控制，如果规划指标库存量接近预设的最低库存 量，则以此为基期，对下一个同样长度规划期的用地规模进行安排，使规划保持在 理性的刚性和弹性之中【7 1 ；张丽琴认为弹性土地利用规划的重点是建设用地的配置 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 弹性，时间上要体现与高、中、低水平需求相应的灾活供给模式，空间上能对不同 单元的用地指标按其实际需求进行再分配【1 0 、尹奇等提出了弹性预测、弹性评价、 弹性决策与弹性分区的方法，主要思蹈是首先确定规划的中值目标，然后制定合理 的弹性上限和弹性下限，使规划对不确定的市场经济环境拥有更强的适应性i l l j ；刘 卫东等认为，弹性土地利用规划中不论目标函数还是约束条件都具有不同形式的不确 定性，因此，弹性约束下的线性规划是弹性土地利用规划的最优方法【1 2 】。 1 2 2 土地利用结构优化研究进展 作为土地利用规划的核心内容，土地利用结构优化问题历来是人们关注的焦 点。从十九世纪至今，土地利用结构的研究大致经历了这样几个阶段： ( 1 ) 资本早期的土地利用结构研究 这一阶段的研究主要为资本主义经济活动的空间组织优化服务，其中以德国的 区位布局理论最具影响力。1 8 2 6 年杜能发表孤立国同农业和国民经济的关系， 集中阐述了农业土地利用最优空间结构的思想。 ( 2 ) 以合理利用土地为目的土地资源优化配置研究 这一阶段的研究以土地资源调查与土地规划为契机，主要是为了应对随着社会 经济发展而开始出现的土壤侵蚀、水土流失等环境问题，开展合理的土地利用和土 地管理【1 3 1 。 ( 3 ) 以土地潜力评价为基础的土地利用规划阶段 2 0 世纪中期，世界人口爆炸使得农产品及农用地需求量激增，而城市化和工业 化又要占用大量农用地。如何在社会各部门间合理分配土地资源，保证经济持续增 长的同时防止土地利用造成环境污染，成为了各国关注的焦点。这一时期，以土地 评价为基础的土地利用规划开始在各国出现，其中又以美国的土地潜力分类系统为 代表。 ( 4 ) 土地利用结构优化研究标准化阶段 2 0 世纪7 0 年代以来，土地利用规划工作在世界范围内广泛开展，其要解决的 主要问题是如何在较广的时空范围内根据土地适宜性及土地需求配置土地资源。为 使土地适宜性评价得以标准化，1 9 7 6 年联合国粮农组织( f a o ) 发布了土地评价纲 要，这是世界土地评价及应用趋向成熟的重要标志。 ( 5 ) 土地可持续利用研究阶段 2 0 世纪8 0 年代以后，随着可持续发展思想被各国接受，土地利用结构优化作 为实现区域可持续发展的重要手段，受到了高度重视。土地可持续利用评价、土地 可持续利用规划等相关理论与方法的研究取得了丰硕的成果。随着3 s 技术、计算 机技术在地学领域的应用，土地资源利用的研究手段大为改进，从前不可能处理的 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 大范围、多时空海量数据开始成为研究对象，人们得以从一个更高和更长远的角度 审视土地利用问题，发掘土地利用的规律。 目前，土地利用结构优化的方法主要有两种：一是定性分析法，主要依靠人的 认识或专家的知识来选择土地利用结构方案。二是模型法，即通过建立数学模型来 进行土地资源的配置，这种定量方法减少了人为因素的干扰，使土地利用结构方案 更加客观，但纯数学的方法也可能产生完全脱离实际的结果。目前基于模型法的研 究比较多，主要包括多目标规划模型、灰色线性规划模型、人工神经网络、系统动 力学模型、基于g i s 的空间优化模型等【1 铊2 1 。 1 2 3 简要评论 通过以上对国内外研究的综述，有如下结论： ( 1 ) 目前国内外对于弹性土地利用规划的研究屈指可数，且处于理论探索和 方法描述阶段，既没有深入地分析弹性土地利用规划的运行机制，也没有系统地探 讨弹性土地利用规划的内容和方法。 ( 2 ) 作为土地利用规划的主要内容之一，在土地利用结构方案的设计上体现 弹性规划的理念，符合新时期土地利用规划的要求，但目前对于这一问题的专项研 究还未见报道。 ( 3 ) 土地利用结构优化模型呈多元化发展趋势，各学科的各种方法不断向土 地利用规划领域渗透，定性分析与定量分析相结合的方法得到广泛应用，这些模型 方法为土地利用弹性结构的研究提供了可能。 1 3 研究目的与内容 1 3 1 研究目的 以湖北省潜江市新一轮土地利用总体规划修编为平台，着重对其土地利用结构 优化的弹性方法进行创新研究，通过研究区现状分析、问题诊断、模型构建、优化 目标制定、供选方案择优，完成土地资源的再配置过程，力争为潜江市土地利用总 体规划提供科学、可行的工具和手段。 1 3 。2 研究内容 本文研究主要内容包括以下四个方面： ( 1 ) 基础理论研究。主要是对弹性规划和土地利用结构优化的理论依据、基 本概念、内涵特征等方面的理论探讨。 ( 2 ) 土地利用结构优化技术方法研究。对常用的土地利用结构优化方法进行 简要分析，结合弹性规划的特点提出灰色多目标动态规戈0 ( g m d p ) 模型，并阐述模 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 型的构建过程和优化方案决策的方法。 ( 3 ) 潜江市土地利用研究，包括研究区的自然、经济、社会条件，土地利用 现状，存在问题，以及新一轮规划的发展战略与主要目标等方面的分析。 ( 4 ) 土地利用结构优化实证研究。在对潜江市土地利用需求进行弹性预测的 基础上，构建g m d p 模型，运用w i n q s b 软件的g o a lp r o g r a m m i n g 模块来实现模 型的运算，对供选方案进行定性与定量分析，并对土地利用结构方案进行择优。 1 4 研究方法与技术路线 1 4 1 研究方法 ( 1 ) 系统分析方法 土地利用是一个多目标、多因素的复杂系统，开展县域土地利用结构优化研究， 必须依据系统分析的方法，综合把握，全面分析，才能权衡利弊，得出合理的结果。 ( 2 ) 定性与定量相结合 采用定性分析和定量测算相结合的研究模式，能弥补两者的不足之处，既有利 于准确地把握问题本质，又能减少主观因素对结果的影响。 ( 3 ) 实证研究法 通过对土地利用结构优化的弹性理论与弹性方法进行应用实证，校验该理论、 方法的科学性与可操作性。 1 4 2 技术路线 本文研究的技术路线如下图1 - 1 所示： 5 图1 1 研究的技术路线 f i g 1 - 1t e c h n o l o g yr o a d m a p 6 基础理论与技术方法研究 2 1 弹性土地利用规划的理论依据 2 1 1 可持续发展理论 可持续发展改变了单纯注重经济增长、忽视生态环境保护的传统发展模式，使 社会经济的发展既能满足当代人的需求，又不致于对后代人的需求构成危害，最终 达到社会、经济、资源与环境的持续稳定发展。具体到土地利用，可持续发展理论 为人口、经济、技术及资源利用的变化导致的土地利用变化研究提供了新的视角， 它是弹性规划方案决策的基本理论依据。 2 1 2 系统工程理论 系统工程以大型的复杂系统为研究对象，有目的地对其进行规划、研究、设计 和管理，使其达到总体最优的效果。系统工程方法论的特点是研究方法上的整体化。 由于土地利用系统的复杂性，对其进行描述和分析需要大量的信息，有些的信息难 以获取。系统工程方法的引入使规划编制人员得以系统的观点看待土地利用，对土 地利用和规划过程进行了抽象和概括，并以定量和数学模型的方法表达出来。 2 1 3 不确定理论 不确定性是指客观事物联系和发展的过程中无序的、或然的、模糊的、近似的 属性，不确定性影响着一种事物预测的可信度。规划最重要的特征是其未来异向性， 未来是不确定的，确定的规划是不确定的未来的反映，而不确定的未来又是现时确 定的规划作用结果。因此，对规划中不确定性因素的分析可使规划更趋于科学合理。 2 1 4 需求引致理论 虽然土地利用规划是在供给约束与需求引导双向调节下配置土地资源的，但由 于土地资源供给缺乏弹性，从长远角度看，无论哪种土地类型，其利用均是一种需 求引起的变化，供给约束仅仅对需求从资源或其它方面进行满足和控制。需求引致 理论要求规划必须深入分析土地利用需求的影响因素，对不确定的需求作出科学预 测，并通过弹性的土地供给方案将土地利用可能产生的机会成本降至最低【1 0 1 。 2 2 相关概念的内涵探究 2 2 1 弹性 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 弹性( e l a s t i c i t y ) 一词来源于物理学，是指某一物体对外力的反应力。经济学对“弹 性 的定义是“当经济变量之间存在函数关系时，一变量对另一变量变化反应的灵 敏程度 【2 3 1 。比如价格弹性，即由于价格的变化导致需求和供给在一定的弹性范围 变化。而在规划学中，弹性是指规划对不确定性的市场经济发展的适应程度【1 。规 划和市场之间存在一种相互制约的关系，规划调控市场，而市场也对规划具有导向 作用。一定意义上规划p 可看作是市场母的函数： p = 厂( 墨，s ：，s 。) = f ( s i ) 式中& ，最为不确定的市场因素，只要其中某一市场因素变动，就会导致规 划本身做出反应，这种反应的灵敏程度就是弹性。 2 2 2 弹性土地利用规划 弹性土地利用规划是指在规划的思路、指标体系以及指标值中制定一个中值目 标，然后围绕中值目标制定合理的弹性上限和弹性下限，使规划对不确定的市场环 境拥有更强的适应性，如图2 1 所示【l l 】。值得注意的是，弹性上限和下限并不等于 市场信息的峰值，这是因为规划对市场具有缓冲作用，可以引导土地资源的节约利 用。另外，图2 1 描绘的是基于现状的弹性区间，而实际上弹性上限和下限可以在 规划实施过程中进行适当的修正，并非始终保持直线状态。 图2 - i 土地利用规划的弹性机制【l l 】 f i g 2 1f l e x i b l es y s t e mo fl a n d u s ep l a n n i n g 因此，弹性土地利用规划首先是一个多阶段的动态决策问题，即它包含的量总 是随着时间的变化而变化；其次，它是一种带有反馈性质的决策过程，总是通过目 标界定一方案选择一实施反馈的决策秩序不断调整更新。 2 2 3 土地利用结构 国民经济各部门生产活动都要占用一定类型、一定面积的土地，因此，土地利 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 用结构是国民经济各部门占地的比重及其相互关系的总和1 。按照过渡期土地分类 ( 图2 2 所示) ，土地利用结构可以描述为耕地、园地、林地、牧草地、其他农用 地、居民点及工矿用地、交通、水利用地、未利用土地和其他土地占区域总面积的 比例。 图2 2 土地利用结构示意图 f i g 2 2s k e t c hm a po fl a n d u s es t r u c t u r e 2 2 4 土地利用结构优化 土地利用结构优化是针对现状土地利用结构的不合理性提出的，所谓结构决定 功能，通过改变现状结构中的不合理之处，可使土地资源利用发挥更大的效益。 在可持续发展论指导下，土地利用结构优化不仅要能够获得经济效益和社会效 益，而且必须保证生态环境安全和人类的可持续发展，因此，土地利用结构优化是 一个多目标决策行为，追求经济、社会和生态的协调共进。 由于影响土地利用的自然和社会经济要素是动态变化的，随着这些影响因素的 改变，可能导致原定土地利用结构方案变得不再“优化，因此优化方案具有相对 性【2 4 1 。 2 3 设置弹性土地利用结构的必要性 通过前文对“弹性”与“土地利用结构 的定义，土地利用结构的弹性就是土 地利用结构对市场条件变化引起的土地利用需求变化所具有适应能力。社会经济快 速发展时期，经济活动的变化带来产业结构的不断升级重组，由于不同产业的用地 方式不同，导致土地需求也处于一种不稳定状态，刚性规划模式难以应对这种局面， 因此，土地利用结构方案只有具有一定的弹性，能够在规划实施过程中适时进行修 改和调整，才能保持方案相对优化的状态。 1 王万茂土地利用规划学【m 】北京：中国大地出版，1 9 9 6 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s 2 4 常用的土地利用结构优化方法 2 4 1 土宜法 土宜法是根据国民经济各部门的土地需求和土地质量评价结果，在土地需求和 适宜土地阈值范围内进行匹配，最终确定较为满意的土地利用结构【2 5 1 。土宜法的优 点是制定的方案符合土地适宜性条件，但前提条件是己经完成土地质量评价工作， 另外，单纯以土地的自然条件来确定土地利用结构，缺乏对土地利用的系统分析和 优化。 2 4 2 综合法平衡法 综合法平衡法是在各行业土地需求状况分析的基础上，采用逐步逼近的办法， 以达到土地面积综合平衡。该方法从总体上反映了一个区域土地的需求趋势，但是 由于各部门在用地需求预测过程中从自身利益考虑较多，致使总的需求量大大超过 可能的供给量。因此，预测结果有一定的局限性，需反复协商调整，耗时耗力。 2 4 3 模型法 模型法通过数学模型反映土地利用与其影响因素之间的关系，建立多个解式并 借助计算机求解得到优化方案。作为一种定量化研究方法，模型法能排除人为因素 对方案设计的干扰，得到的方案比较客观、有说服力，是目前常用的一种方法。典 型的数学模型有：线性规划模型、模糊线性规划模型、多目标规划模型、灰色线性 规划模型等。 ( 1 ) 线性规划模型：线性规划模型是一种最简单的数学模型，基本思路是求一 组变量的值，这组变量需要同时满足一定的约束条件，这些约束条件可以用一组线 性不等式或者线性方程组表达，这组变量同时可以使某个可以用线性函数表示的指 标达到最大或最小值。线性规划模型是一个静态模型，只能在静态条件下求解，而 且只能处理单个目标的优化。 ( 2 ) 模糊线性规划：模糊规划是处理不确定问题的有效手段，土地利用中的模 糊性问题，如土地质量优、中、劣，土地利用效益好、中、差等，都可以用模糊线 性规划模型来求解。如张光宇和刘永清建立了基于模糊相似关系的土地资源空间分 布系统递阶结构模型【2 6 】；刘宇等建立了一种基于用地负荷预测的模糊土地利用空间 决策方案【2 7 】。 ( 3 ) 多目标规划模型：对于某些现实问题，通常决策者面对的是一连串的目标， 即问题本身需要一个以上的标准来衡量。多目标规划正是为适应这种复杂的多目标 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 最优决策而发展起来的。近年来，多目标规划方法己广泛应用于土地利用结构优化 中【2 8 2 9 1 。 ( 4 ) 灰色线性规划模型：灰色系统是指部分信息已知、部分信息未知，即信息 不完全的系统【3 0 1 。灰色规划模型的系数可以在一定范围内变化，具有上限、下限和 区间白化值，目标函数不一定是数学上的极值，而是一个相对优化值或灰区间值。 灰色线性规划提供的信息多，决策时选择性强，可以提供多种可供选择的方案。 2 5 本文采用的土地利用结构优化模型 2 5 1 灰色多目标动态规划模型的提出 土地利用结构优化首先是一个多目标决策过程，要求选用一种合适的方法，能 够在通盘考虑各种因素的基础上形成统一而协调的结构，多目标规划模型可以应对 这类问题。然而，经典的多目标规划将目标函数和约束条件都视为确定的，在土地 利用的实际问题中，目标函数和约束条件都具有不同形式的不确定性，这类不确定 性如果用灰数的形式表现，就可以根据未来的可能出现的情况，通过调整灰数的白 化值得到不同的解式，从而使模型具有动态性。 本文采用的灰色多目标动态规划( g m d p ) 模型以灰色线性规划和多目标规划为 基础，是灰色线性规划和多目标规划的延伸和发展。该模型突出之处在于它解决了 约束白化的多目标问题，它不是单纯地提出某个满意解，而是为决策者更加清楚地 展现未来可能发生的多种情形，以及不同情形下的决策。 2 5 2 灰色多目标动态规划建模过程 ( 1 ) 构建时间序列 构建时间序列是土地利用结构优化的基础工作，通过构建时间序列和调控参数 的浮动可以进行多时段多方案的设计，体现了规划在时间上的弹性。 ( 2 ) 选择决策变量 决策变量要体现土地资源利用的特点，符合规划的要求及今后的发展趋势，变 量的选择应满足以下几个原则【3 1 】：土地利用类型的设置要符合一定的分类体系， 但同时应尽量反映研究区的实际；各变量在地域上独立，不能重叠，并具有综合 性与典型性，粗细得当；各变量的效益资料能够取得，便于确定各类用地的效益 系数。决策变量的数学形式为： x = k ，z 2 ，x 。，】r ( 3 ) 确定灰色约束条件 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 约束条件是实现目标函数的限制因素，主要限于与土地利用关系密切的土地资 源、社会需求和生态环境要求三个方面。 约束条件模型如下： i 彳( ) x = 6 ( o ) 盯t x o 卜( 固) a 1 2 ( 呦( 动 彳( 哟：卜 ) 口一呦卿l i i 式中：彳( p ) 为灰色技术系数， i ，( 回：( 动( 酬，( ) 隆玑一a # 】， a f ，0 ，i = 1 , 2 ，埘，j = 1 , 2 ，玎；6 ( o ) 为灰色约束系数，6 ( o ) = 【6 l ( ) ，b ：( o ) ，b 。( o ) 】7 ， 玩( ) 隆，6 f 】，查f 0 ，i = 1 , 2 ，臃。 ( 4 ) 设定目标函数 土地利用是一项多目标的社会活动，它追求的是经济、社会和生态效益的统一， 必须对各种效益并进行利弊的权衡。目标函数模型如下： m a x y = c ( 0 ) x 式中：】，为总目标效益，c ( 圆) 为灰色价格系数，c ( o ) = 【c 。( o ) ，c ： ) ，q ( 嘞】， c ，( o ) 【c _ j e l 】，0 ，= 1 , 2 ，n 。 ( 5 ) 确定模型参数 模型的参数以历年的统计数据、调查数据等为基础计算而得，为了体现灰色模 型的特点，参数计算采用g m ( 1 ，1 ) 、回归方程、专家打分法等多种方法进行，方法 中的最大值与最小值作为参数灰区间的上限与下限，并结合定性分析得到其白化 值，再带入模型进行求解。 ( 6 ) 计算机运算及结果分析 根据约束条件、目标函数和模型参数，通过计算机程序可以快速得到一组解集。 本研究利用运筹学软件w i n q s b 中的g o a lp r o g r a m m i n g 模块来进行建模与运算。 2 6 土地利用结构优化方案决策 在综合效益原则的指导下，土地利用结构方案的决策一般是通过建立综合效益 评价指标体系来获得最高分方案，最终确定的是一种数学模型上的最优方案。然而， 土地利用的经济、社会、生态效益之间存在着此消彼长的态势，比如一味追求经济 效益可能会造成生态效益的损失，一味注重社会公平可能难以保证经济发展的效率 等等，综合效益最优的方案并不意味着三种效益同时最大，可能因为某个效益达到 1 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 了最大，也可能是三种效益都处在折中的状态。综合效益最优的前提下，方案存在 着以下几种效益组合形式，见表2 1 所示。 表2 1 土地利用结构优化方案类型 t a b 2 1t y p e so fl a n d - u s es t r u c t u r eo p t i m i z a t i o ns c h e m e 类型效益组合形式 单目标型 1 ) 经济效益为主 2 ) 社会效益为主 3 ) 生态效益为主 双目标性 4 ) 经济一社会效益 5 ) 经济一生态效益 6 ) 社会一生态效益 平衡型7 ) 经济一社会一生态效益 表2 - 1 显示7 种方案类型，1 ) 、4 ) 、5 ) 、7 ) 在实际工作中较为常见，就目 前来看，经济一社会一生态效益平衡型方案代表着更先进的发展理念，一般作为推荐 方案，但是否符合研究区的实际情况与所处的发展阶段，还有待分析论证。 综上所述，利用灰色多目标动态规划模型开展土地利用结构优化的技术流程如 下，见图2 3 ： 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 图2 3 土地利用结构优化流程图 f i g 2 - 3f l o wc h a r to fl a n d u s es t i u c t i l r eo p t i m i z a t i o n 1 4 3 潜江市土地利用现状分析与规划概要 3 1 研究区概况 3 1 1 地理位置 潜江市位于湖北省巾南部，地理坐标为东经1 1 2 。2 9 3 9 ”一1 1 3 。0 1 2 7 ”， 北纬3 0 。0 4 5 y 3 0 。3 8 5 y ，东西横跨5 0 公里，南北纵长6 3 公甲，呈1 ；规 则长方形，周边与五前县相邻，东临仙桃市，南接监利县，曲与江陵县、荆门市接 壤，北l 临汉江与天门市隔水相望。潜汀市位十湖北省东西向发展轴线的中部、江汉 中原中心地带，其西可接资源 富的鄂西地区，采至华中地区的中心城市武汉市， 是湖北省产业梯度开发的重要地区。 图3 - l 潜江市区位示意图 f i g3 - ll o c a t i o n a lc a p a c i t yo f q i a n j i a n c i t y 3 12 自然条件 潜江市地处汀汉平原腹地位于长江和汉水之间届河湖相沉积物和现代河流 冲积物组成的平原水嘲地区。除西北部有极少数地形高差2 0 米以内平岗外，其他 皆属于冲卉河湖甲地，境内地势北高南低，以东荆河为界略向东西两侧倾斜，最高 海拔3 8 米，擐低2 4 米，丰目对岛差1 4 米，自然坡降四t 分之一。2 0 0 5 年土地利用 更新调查显示，全市总面积1 9 3 01 7 平方公罩。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 潜江市属副热带季风气候，四季分明，气候温和，雨量充沛，温、光、水同季， 年平均气温1 6 1 。年均降水日1 2 2 天，降水量1 1 1 2 6 m m ，日照1 9 4 5 5 小时，无 霜期为2 5 4 天，农业生产条件十分有利。 潜江市境内地下呈下凹陷结构，蕴藏着丰富的石油、天然气、卤水、岩盐、石 膏等矿产资源。现已探明石油地质储量2 亿吨，天然气储量7 0 0 0 亿立方米，岩盐 储量5 6 0 0 - - 7 9 0 0 亿吨，卤水储量1 3 6 亿立方米，岩盐和卤水含有锂、溴、碘、硼 等1 8 种稀有元素。 3 1 3 社会经济条件 潜江市是中部地区重要的农副产品生产加工基地、原材料生产基地、武汉城市 圈的组成部分，经济实力较强。近年来，围绕工业兴市目标，优化经济结构、增创 竞争优势、培植新的经济增长点，市域经济在提升中提速。2 0 0 5 年，全市地区生产 总值1 0 6 4 3 亿元，人均国民生产总值1 0 4 8 7 元；全社会固定投资完成额3 2 1 4 亿元； 财政收入4 4 9 亿元；外贸出口7 0 0 0 万美元，近三年年均增长6 2 6 ；三次产业比 为2 0 ：4 6 ：3 4 ；全市综合经济实力近年位居全省县市前列。 农业生产方面，潜江市是中部地区重要的农副产品生产加工基地。主要农产品 有粮、棉、特种水产、瘦肉型生猪、速生丰产林等。2 0 0 5 年实现农业总产值2 1 9 2 亿元。 工业生产方面，潜江市已初步形成了医药、石油化工、冶金、纺织服装、农副 产品加工等为支柱产业的工业布局。近年来，工业总产值增长较快，2 0 0 5 年实现工 业总产值4 4 4 3 亿元。 第三产业方面，2 0 0 5 年第三产业增加值占g d p 比重为3 3 5 。服务业发展较 为缓慢，低于全省的平均水平，相对于全省的区位商仅为0 8 1 1 ，且以传统服务业为 主。商贸业发展活力不足，2 0 0 6 年限额以上批发零售贸易业商品销售总额呈现负增 长，商贸业不足以满足当地的消费需求，对外的服务功能也较弱。同时，潜江丰富 的人文和生态资源优势尚未充分发挥，旅游业发展缓慢，2 0 0 6 年国内旅游总收入较 上年仅增长1 5 6 ，对经济增长贡献较弱。 3 1 4 生态条件 潜江市域内土壤类型有水稻土、潮土、沼泽土、黄棕壤土5 个土类，1 0 个亚类， 1 9 个土属，1 1 8 个土种。土类以水稻土和潮土为主。区域内的植被主要是人工植被， 占总面积的6 7 0 2 ，人工植被分农作植被和人工林两种，农作物植被面积1 2 2 4 8 2 1 潜江市城市总体规划报告，2 0 0 8 1 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 平方公里，占总面积的6 3 4 7 ；人工林面积6 8 6 1 平方公里，占总面积的3 5 6 。 自然植被面积占版图总面积的5 ，原生植被早已无存，次生植被主要是草地、水 生植被、沼泽植被三种。 3 2 土地利用现状分析 3 2 1 土地利用结构分析 根据潜江市已通过验收的2 0 0 5 年土地利用更新调查数据，潜江市土地利用现 状如下( 表3 1 ) ，由于潜江市牧草地面积极小，统计时归入其他农用地。 表3 12 0 0 5 年潜江市土地利用结构 t a b 3 - 1l a