何歡，楊君，嚴梅月

（湖南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，長沙410128）

基于突變級數(shù)法的城市建設(shè)用地集約利用研究

何歡，楊君*，嚴梅月

（湖南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，長沙410128）

隨著我國城市化進程的推進，集約利用建設(shè)用地是土地資源合理利用的必然趨勢。采用突變級數(shù)法構(gòu)建城市建設(shè)用地節(jié)約集約利用評價模型，以永州市11個縣（區(qū)）為實證進行研究，結(jié)果表明，突變級數(shù)法評價結(jié)果與傳統(tǒng)方法的評價結(jié)果一致：（1）整體而言，永州市建設(shè)用地節(jié)約集約利用狀況處于中等水平，大部分縣（區(qū)）處于中度利用狀況；（2）在空間格局上，永州市北部縣區(qū)優(yōu)于南部地區(qū)，北五縣區(qū)集約用地水平的內(nèi)部差異較小，建設(shè)用地利用整體處于集約水平狀態(tài)；而南六縣建設(shè)用地集約利用水平差距比較顯著，呈現(xiàn)極度不均衡狀態(tài)；（3）建設(shè)用地節(jié)約集約利用狀況地域分異明顯，大致按地貌類型劃分呈現(xiàn)區(qū)域分布。

突變級數(shù)法；城市建設(shè)用地；集約利用

建設(shè)用地是社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著我國城市化的推進，建設(shè)用地擴張迅速、耕地銳減；城鄉(xiāng)建設(shè)用地“雙向擴張”，各類建設(shè)用地需求增大；建設(shè)用地激增，利用效率低等問題嚴重[1]，國家提出實行最嚴格的節(jié)約用地制度，大力推行節(jié)約集約用地，集約利用建設(shè)用地是土地資源合理利用的必然趨勢[2]。在這一時代背景下，研究建設(shè)用地集約利用問題，展開城市建設(shè)用地集約利用評價具有重要的理論與現(xiàn)實意義。

在對區(qū)域建設(shè)用地節(jié)約集約利用研究中不乏運用數(shù)學方法進行定量評價，這些方法主要包括層次分析法[3]，熵權(quán)系數(shù)法[4]，回歸分析法[5，6]、模糊數(shù)學法[7]等，有效地推動了建設(shè)用地節(jié)約集約利用研究的發(fā)展，但這些方法對于權(quán)重值的確定，加大了主觀性或者評價過程較繁瑣。突變理論構(gòu)造數(shù)學模型不需對評價指標權(quán)重進行賦值，在對區(qū)域建設(shè)用地節(jié)約集約利用進行評價時，避免了主觀性較大的“權(quán)重”概念。它考慮了各評價指標的相對重要性，定性與定量相結(jié)合，因而更顯簡易和科學[8]。本文基于突變級數(shù)法，以永州市11個縣（區(qū)）為例進行城市建設(shè)用地集約利用評價，以期為城市建設(shè)用地集約利用評價以及永州市城市建設(shè)用地集約利用政策的制定提供參考。

1 研究區(qū)域概況

永州市地處湘南西部，湘江流域上游，湘粵桂三省區(qū)結(jié)合部，是湖南歷史文化名城之一。地理位置為東經(jīng)111°06′-112°21′，北緯24°39′-26°51′。北鄰邵陽、衡陽，東接郴州，西臨廣西桂林，東南與廣東連州接壤，總面積為2.23萬平方公里。2014年永州市建設(shè)用地總面積有129518.34公頃。全市戶籍人口630.94萬人，常住人口538.24萬人。其中，城鎮(zhèn)人口229.22萬人；鄉(xiāng)村人口309.49萬人，人口自然增長率為7.61‰。

永州市地勢西南部較高，東北及中部較低，呈現(xiàn)向東傾斜的“山”字形地貌總輪廓；境內(nèi)地貌復雜多樣，河川溪澗縱橫交錯，山崗盆地相間分布，山地面積大；地處南嶺多金屬成礦帶，礦產(chǎn)資源種類繁多，已探明的礦藏有56種；屬中亞熱帶大陸性季風濕潤氣候區(qū)，雨熱同期；境內(nèi)河流受地形地貌及構(gòu)造斷裂帶的控制，大都呈由南向北或自西向東的走向，共有大小河流733條，總長10515公里。

2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

主要包括永州市城市建設(shè)用地數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。其中2010-2014年建設(shè)用地數(shù)據(jù)及城鄉(xiāng)建設(shè)用地數(shù)據(jù)主要來源于永州市各縣市區(qū)土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)以及第二次全國土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)。社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)主要來自于2010-2014年的《湖南統(tǒng)計年鑒》[9]和《永州市統(tǒng)計年鑒》[10]及相關(guān)年份的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。

2.2 研究方法及步驟

突變理論誕生于1979年，以法國數(shù)學家雷內(nèi)·托姆在《結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形態(tài)發(fā)生學》一書中闡明的突變理論為標志，其基本原理為：利用拓撲理論構(gòu)造數(shù)學模型來描述、預測自然現(xiàn)象與社會活動中事物連續(xù)性中斷的質(zhì)變過程[11]。突變級數(shù)法是基于該理論的重要方法之一，其基本原理就是利用落在分叉集內(nèi)的控制變量的取值會使評價對象的狀態(tài)發(fā)生突變這一性質(zhì)來構(gòu)建評價模型，其計算過程如下。

2.2.1 指標體系構(gòu)建

依據(jù)評價總目標多層次分解評價指標，構(gòu)建具有低階層次結(jié)構(gòu)的評價體系。結(jié)合研究區(qū)當前經(jīng)濟社會及生產(chǎn)力發(fā)展水平等客觀實際，本文基于人口與經(jīng)濟對永州市區(qū)域建設(shè)用地狀況開展評價，通過參考相關(guān)文獻要求以及《建設(shè)用地集約利用評價規(guī)程》確定的區(qū)域用地狀況指標體系，從土地利用強度、增長耗地、用地彈性及管理績效四個方面建立指標體系，具體評價指標如表1。常見的突變模型的狀態(tài)變量的控制變量數(shù)一般不超過4個，故而各層單指標的子指標也應(yīng)不超過4個，且重要的指標放在前面，相對次要的指標放在后面[8]。

2.2.2 評價指標標準化

因評價指標含義不同，量綱不同，為使同一指標的數(shù)據(jù)能進行相互比較，在突變模型計算前，需要對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，本文主要采用極值法，公式為：

其中，Yij(Y＇ij)為標準化處理后的標準值，X為評價指標現(xiàn)狀值；Xmax、Xmin分別為指標上下閾值，本文在其基礎(chǔ)上分別增、減2%作為該定量指標的上下限，標準化處理結(jié)果如表2。

2.2.3 確定各指標層突變類型并進行歸一運算

根據(jù)突變級數(shù)法的基本原理，按照表1中指標分類體系選取相應(yīng)的突變模型（見表3），計算永州市各縣市區(qū)建設(shè)用地集約節(jié)約利用的突變隸屬度，然后采用互補性原則進一步計算準則層及目標層的突變隸屬度，最終得出城市建設(shè)用地集約利用綜合隸屬度（見表4）。

2.3 計算結(jié)果

根據(jù)表1建立的城市建設(shè)用地集約利用評價指標體系，以永州市11個縣市（區(qū)）2014年統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用歸一公式自下至上逐步綜合，直到得出最高層總指標即綜合隸屬度的評價結(jié)果，如表4所示。根據(jù)區(qū)域建設(shè)用地節(jié)約集約利用評價規(guī)程確定權(quán)重值，計算各評價單元的評價指標現(xiàn)狀值，確定評價指標理想值，進行指標標準化處理，計算各評價單元的區(qū)域用地狀況評價分指數(shù)、指數(shù)及總指數(shù)計算，得出永州市區(qū)域建設(shè)用地節(jié)約集約利用評價綜合集約度如表5。

表1 永州市區(qū)域建設(shè)用地節(jié)約集約利用評價指標體系

表2 永州市區(qū)域建設(shè)用地節(jié)約集約利用評價指標標準化值

表3 常見突變系統(tǒng)模型

表4 永州市各縣市（區(qū)）城市建設(shè)用地集約利用綜合隸屬度

表5 永州市各縣市（區(qū)）城市建設(shè)用地集約利用綜合集約度

表6 城市建設(shè)用地集約利用狀況評判標準

對比表4與表5可知，運用突變級數(shù)法評價結(jié)果與傳統(tǒng)方法的評價結(jié)果是一致的，雙牌縣的集約度分值最高，其次是寧遠縣及藍山縣，江華瑤族自治縣集約度分值最低。但是由于突變級數(shù)法歸一公式本身的性質(zhì)導致城市建設(shè)用地節(jié)約集約利用評價結(jié)果存在一個缺陷，所得評價指標隸屬度普遍偏高，且各區(qū)域之間的綜合隸屬度差距不大，與一般評價等級所采用的評分級別有所差異。因此，通過建立一個突變評價值與控制變量隸屬度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，可使突變隸屬度轉(zhuǎn)化為絕對意義的評價指標值。

2.4 集約隸屬度轉(zhuǎn)換及用地狀況評判標準

一般情況，城市建設(shè)用地節(jié)約集約利用狀況分為集約利用、中度利用及低效利用三類，分別用I、Ⅱ、Ⅲ類表示，對應(yīng)的分值區(qū)間分別為[0.75，1]、[0.55，0.75]、[0，0.55]。在表1的指標體系下，選用蝴蝶突變模型進行遞歸運算，得到城市建設(shè)用地集約利用狀況集約隸屬度判定標準如表6所示。

根據(jù)城市建設(shè)用地集約利用狀況評判標準可知，永州市11個縣（區(qū)）集約利用狀況分為三類，并運用arcgis10.0軟件將評價結(jié)果的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相鏈接，繪成建設(shè)用地集約利用狀況分布圖，如圖1所示，其中I類主要包括冷水灘區(qū)、雙牌縣、寧遠縣及藍山縣，屬于集約利用，土地投入產(chǎn)出比較高，土地閑置率低，人均城市用地比較合理，城市用地擴展與城市人口增長、經(jīng)濟增長處于均衡發(fā)展狀態(tài)；Ⅱ類有零陵區(qū)、東安縣、祁陽縣、道縣、新田縣，為中度利用區(qū)，該類為分布較廣的類型，其單位用地土地投入產(chǎn)出比水平處于中等水平，有不同程度的土地閑置現(xiàn)象，人均城市用地較粗放，建筑容積率較低；Ⅲ類包括江永縣及江華瑤族自治縣，城市整體功能較差，單位用地土地投入產(chǎn)出比水平低，土地閑置現(xiàn)象比較普遍，人均城市用地粗放，建筑容積率低。

3 評價結(jié)果及分析

根據(jù)對不同區(qū)域內(nèi)綜合隸屬度的平均分值、極差及標準差值進行分析見表7。

3.1 整體而言，永州市建設(shè)用地節(jié)約集約利用狀況處于中等水平，大部分縣（區(qū)）處于中度利用狀況，還需進一步提升集約利用水平。

3.2 從空間分布情況來看，總體上永州市北部地區(qū)優(yōu)于南部地區(qū)。北五縣地區(qū)平均分值為0.9084，比南部地區(qū)高出0.0417分。

3.3 從區(qū)域內(nèi)部評價分值分布情況來看，永州市各縣區(qū)建設(shè)用地節(jié)約集約利用水平之間的差異顯著。從各區(qū)域評價指標值的極差和標準偏差來看，均是北五縣低于南六縣，說明永州北五縣區(qū)集約用地水平的內(nèi)部差異較小，整體建設(shè)用地利用情況處于集約水平狀態(tài)；而南六縣建設(shè)用地集約利用水平差距比較顯著，集約利用水平有高有低，呈現(xiàn)極度不均衡狀態(tài)，部分縣區(qū)仍有較大的挖潛空間，建設(shè)用地集約利用水平有待進一步提高。

圖1 永州市各（區(qū)）縣建設(shè)用地利用狀況

表7 不同區(qū)域內(nèi)的評價平均分值、極差及標準差

3.4 建設(shè)用地節(jié)約集約利用狀況地域分異明顯，大致按地貌類型劃分呈現(xiàn)區(qū)域分布。平原、盆地地區(qū)如零祁盆地、道江盆地等土地利用條件優(yōu)越，綜合指數(shù)高，較多的為集約利用和中度利用；山地及丘陵地區(qū)用地條件較差，土地利用率低，相應(yīng)得綜合利用指數(shù)低，大多為低度利用和粗放利用，土地開發(fā)潛力較大。

4 結(jié)語

基于突變理論，構(gòu)造突變結(jié)構(gòu)模型，對永州市城市建設(shè)用地節(jié)約集約利用評價與分析，不需要像傳統(tǒng)方法進行權(quán)重值及理想值的確定，極大地避免了由于人為主觀因素確定權(quán)重及理想值時所產(chǎn)生的誤差，且計算的工作量小，提高了評價的精準度，評價結(jié)果與永州市實際基本相符，說明突變級數(shù)法是建設(shè)用地節(jié)約集約利用評價的有效方法之一，對明確建設(shè)用地節(jié)約集約利用狀況具有重要意義。

[1]張帆，謝炳庚，李曉青.湖南省城市建設(shè)用地集約利用研究[D].湖南：湖南師范大學，2011.

[2]張雪靚，孔祥斌，趙晶，等.我國建設(shè)用地集約利用水平時空變化規(guī)律[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報，2013，18（5）：156-165.

[3]陳銀蓉，梅昀，孟祥旭，等.經(jīng)濟學視角下城市土地集約利用的決策分析[J].資源科學，2013，35（4）：739-748.

[4]朱幼核.基于熵值法福州市土地集約利用評價[J].臺灣農(nóng)業(yè)探索，2010（4）：57-59.

[5]吳郁玲，曲福田.中國城市土地集約利用的影響機理：理論與實證研究[J].資源科學，2007，29（6）：106-113.

[6]姜海，曲福田，歐名豪，等.區(qū)域土地集約利用評價方法與應(yīng)用[J].化農(nóng)業(yè)工程學報，2008，24（8）：117-123.

[7]何芳.城市土地集約利用及其潛力評價[M].上海：同濟大學出版社，2003.

[8]解佳龍，胡樹華，蔣園園.基于突變級數(shù)法的國家高新區(qū)競爭力空間分異研究競爭力空間分異研究[J].科學學與科學技術(shù)管理，2011，32（12）：102-108.

[9]湖南省統(tǒng)計局.湖南統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2000-2012.

[10]湖南省人民政府.湖南年鑒[M].長沙：湖南年鑒社，2000-2012.

[11]徐美，朱翔，周軍.基于突變理論的湖南省土地生態(tài)安全格局分析[J].自然災(zāi)害學報，2012，21（6）：199-207.

Research on intensive use of construction land based on the Catastrophe Progress Method

HE Huan et al
(College of Resources&Environment,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)

With the advancement of urbanization in China,intensive use of construction land is the inevitable trend of rational use of land resources.The evaluation model of urban construction land saving and intensive utilization was constructed by catastrophe progression method,and the 11 counties(districts)in Yongzhou city were studied,the results show that the evaluation results of catastrophe progression method and traditional method is consistent:(1)overall,Yongzhou city construction land intensive use is at a medium level,most of the county(District)in the moderate utilization;(2)on the space pattern,the northern city of Yongzhou county is better than the south,North five counties with intensive internal differences to lower levels,the level of intensive construction land use at the state and County South six overall construction;compared with the gap between the level of land intensive utilization significantly,exhibit extreme imbalance;(3)construction land saving and intensive use of regional difference,roughly according to landform classification showing regional distribution.

The Catastrophe Progress Method;Construction land; Intensive use

F301.24

A

何歡（1993-），女，湖南衡陽人，碩士研究生，主要研究方向為土地利用管理。

楊君，女，湖南邵陽人，博士，副教授，碩士生導師。

（2016-09-14收稿M編輯）

1003-7853（2016）05-0005-05

湖南省2016年研究生科研創(chuàng)新項目（CX2016B306）