基于 PVW-Voronoi 圖的工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)
——以湖北省縣域?yàn)槔?/h1>
2017-08-14 17:27:32張冬妍李江風(fēng)趙劍雄
中國土地科學(xué) 2017年6期
張冬妍，李江風(fēng)，趙劍雄
（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）公共管理學(xué)院， 湖北 武漢 430074；2.教育部長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中心， 湖北 武漢 430074）
基于 PVW-Voronoi 圖的工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)
——以湖北省縣域?yàn)槔?/p>
張冬妍1，李江風(fēng)1，趙劍雄2
（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）公共管理學(xué)院， 湖北 武漢 430074；2.教育部長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中心， 湖北 武漢 430074）
研究目的：加強(qiáng)對湖北省工礦廢棄地復(fù)墾成耕地進(jìn)行利用的潛力及其空間分區(qū)格局的認(rèn)識。研究方法： 懲罰變權(quán)模型（PVW模型）、加權(quán)Voronoi圖、層次分析法（AHP）。研究結(jié)果：（1）湖北省工礦廢棄地共7.19×104hm2，可分為4種類型；（2）PVW模型有利于提高對評價(jià)起限制作用的因素的重視程度；（3）復(fù)墾利用潛力處于中度可復(fù)墾成耕地利用（Ⅰ3）到臨界不可復(fù)墾成耕地利用（Ⅱ2）之間；（4）潛力大小從鄂中地區(qū)由高到低向周邊下降，在空間上呈現(xiàn)明顯地域特征。研究結(jié)論：湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力水平總體偏低，但鄂中偏東地區(qū)潛力相對較優(yōu)，其中包括復(fù)墾（耕地）空間集中連片度在內(nèi)的5個指標(biāo)成為制約全省潛力大小的因素。PVW-Voronoi圖能夠綜合多種因素實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，突破行政界限進(jìn)行分區(qū)：潛力優(yōu)勢區(qū)、內(nèi)斂區(qū)、劣勢區(qū)及限制區(qū)，使結(jié)果更趨合理，具有針對性地指導(dǎo)中宏觀尺度上復(fù)墾利用的戰(zhàn)略制定。
土地整治；土地復(fù)墾；復(fù)墾潛力評價(jià)；PVW-Voronoi圖；工礦廢棄地；湖北省
Abstract:The purpose of this study is to strengthen the understanding of the potential of industrial and mining land reclamation as agricultural land for using and its spatial zoning in Hubei Province. Method: Punishment Variable Weight model（PVW model）, weight voronoi diagram and analytic hierarchy process（AHP）. The results show that: 1）Total area of the industrial and mining land of Hubei province of 71.87 thousand hm2, and it can be divided into four types. 2）It is be beneficial to improve the emphasis of limiting factor of evaluation by using PVW model. 3）The potential of land reclamation as agricultural land for using in Hubei province between mild reclamation as agricultural land forusing（Ⅰ3）and can not to be reclaimed as agricultural land for using（Ⅱ2）. 4）The potential of reclamation from east of Hubei province from high to low down to the surrounding area, it has obvious regional characteristics on the space. It is concluded that the potential of reclamation in Hubei Province was inferior as a whole, but the level of potential in the east of central of Hubei is more better. And there are 5 factors restricting the ability of the potential mainly are the improvement of capacity of food production in per unit area, spatial connectivity of industrial and mining land, and so on. PVW-Voronoi diagram can consider multiple factors going to achieve dynamic adjustment, break through the administrative boundaries, divide the whole province into 4 reclamation potential zones: the potential advantage zone, potential introverted zone, potential disadvantage zone and potential restricted zone, make the result more reasonable and provide a target-guidance for planning strategies of industrial and mining land reclamation in Hubei Province on the medium macroscopic scale.
Key words:land consolidation; land reclamation; evaluation of potential of reclamation; PVW-Voronoi diagram; the industrial and mining land; Hubei Province
1 引言
目前，中國工礦廢棄地尚無明確概念，本文結(jié)合已有研究[1]，認(rèn)為工礦廢棄地是指在生產(chǎn)建設(shè)過程中，因挖損、塌陷、壓占造成損毀的土地和交通、水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)廢棄地的總和，包括歷史遺留的廢棄地在內(nèi)。早在20世紀(jì)60年代開始，發(fā)達(dá)國家便逐步進(jìn)入了礦區(qū)土地復(fù)墾時代，不僅土地復(fù)墾立法比較完善[2]，還對土地復(fù)墾技術(shù)[3]、土地復(fù)墾效益[4]、復(fù)墾適宜植被選擇[5]、露天采礦環(huán)境影響[6]、礦山固廢綜合利用、土壤重金屬去除[7]和生態(tài)環(huán)境評價(jià)等方面展開了大量研究，尤其對德國魯爾等多個資源枯竭型城市的轉(zhuǎn)型路徑和可持續(xù)發(fā)展有著豐富的成功經(jīng)驗(yàn)[8]。土地復(fù)墾的研究尺度以及研究內(nèi)容都十分廣泛，國內(nèi)學(xué)者從宏觀、微觀、行政層次等多個不同尺度深入探討學(xué)習(xí),從研究進(jìn)展[9]、復(fù)墾模式[10]、工藝技術(shù)[11]、監(jiān)測和評價(jià)[12-13]、規(guī)劃設(shè)計(jì)、效益分析及問題對策[14]等多個方面推進(jìn)土地復(fù)墾事業(yè)蓬勃發(fā)展。從1980年土地復(fù)墾萌芽到如今的快速發(fā)展，隨著《土地復(fù)墾條例》的實(shí)施，土地復(fù)墾管理工作及學(xué)術(shù)研究進(jìn)入了一個多維度的發(fā)展空間。但中國在結(jié)合技術(shù)手段研究復(fù)墾和關(guān)于土地復(fù)墾評價(jià)、預(yù)測與監(jiān)測的研究少有進(jìn)展，今后需加強(qiáng)研究[15]。2015年8月國土資源部下發(fā)了《歷史遺留工礦廢棄地復(fù)墾利用試點(diǎn)管理辦法》，要求復(fù)墾需堅(jiān)持以生態(tài)建設(shè)為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)復(fù)墾后的土地不得改變農(nóng)業(yè)用途，而《土地復(fù)墾條例》第四條同樣規(guī)定，復(fù)墾的土地應(yīng)當(dāng)優(yōu)先用于農(nóng)業(yè)。因此，本文把工礦廢棄地優(yōu)先復(fù)墾成耕地利用作為前提條件（下文簡稱復(fù)墾利用），基于縣域中小尺度，結(jié)合PVW模型與加權(quán)Voronoi圖，揭示省域范圍的工礦廢棄地空間分布特征，為復(fù)墾的宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)。
2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源
2.1 研究區(qū)概況
湖北省位于長江中游地區(qū)，處于中國第二級階梯向第三級階梯過渡地帶， 2014年GDP為27379.22×108元，農(nóng)村常住居民人均可支配收入10849元。全省地勢西高東低，總體呈三面高起、中間低平、向南敞開的不完整盆地，在進(jìn)一步細(xì)化前人研究成果后[16]，將其劃分為8個地貌類型區(qū)，并通過實(shí)地調(diào)查，把工礦廢棄地分為4種類型：露天采礦挖毀地、地下采礦塌陷地、固廢堆放壓損地及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)毀損地。截止2014年底，全省工礦廢棄地共7.19×104hm2，就總量而言，鄂城區(qū)最多達(dá)2.18×104hm2，大冶市次之，達(dá)1.86×104hm2，分別占工礦廢棄地總面積的30.28%和25.87%，分類型來看，全省損毀地以露天采礦挖毀地和地下采礦塌陷地為主。
2.2 數(shù)據(jù)來源
工礦廢棄地復(fù)墾數(shù)據(jù)主要來源于《湖北省土地整治規(guī)劃（2011—2020）》的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，湖北省土地利用現(xiàn)狀圖，社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒（2015）》、《湖北統(tǒng)計(jì)年鑒（2015）》、各市州2015年統(tǒng)計(jì)年鑒、各市州2014年政府工作報(bào)告以及國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。本文以湖北省103個縣域?yàn)檠芯繂卧紤]到復(fù)墾利用潛力評價(jià)是基于工礦廢棄地的存在而開展的，對于部分縣市數(shù)據(jù)的不可獲得性，適當(dāng)剔除包括洪山區(qū)在內(nèi)的32個縣市區(qū)，最終劃分出71個研究單元。
3 研究方法
3.1 PVW-Voronoi圖的構(gòu)建
3.1.1 PVW模型 PVW模型即“懲罰型”變權(quán)模型，其變權(quán)思想是汪培莊教授首先提出的[17]，李洪興教授亦在文獻(xiàn)[18]中給出了“懲罰型”變權(quán)的公理化定義。PVW模型是通過“懲罰”特別差的指標(biāo)，使其指標(biāo)權(quán)重隨狀態(tài)值的減小而增大[19]，來克服常權(quán)的缺點(diǎn)。為了解決加權(quán)求和（亦稱常權(quán)綜合）因權(quán)重不變而導(dǎo)致對決策變量制約不均衡的問題，本文采用“懲罰型”變權(quán)方法，運(yùn)用層次分析法（AHP）確定常權(quán)權(quán)重，構(gòu)建工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)PVW模型。
（1）稱權(quán)重隨著指標(biāo)狀態(tài)值的不同而變化為狀態(tài)變權(quán)向量，記為：
基于前人研究成果[20]，構(gòu)造懲罰型局部狀態(tài)變權(quán)向量：
式（2）中，n表示指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后可復(fù)墾成耕地和不可復(fù)墾成耕地利用的臨界線，亦稱為閾值（指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值），引進(jìn)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度概念，通過對比判斷法，工礦廢棄地可復(fù)墾成耕地利用界限n為0.75。當(dāng)0≤≤n時，對應(yīng)的權(quán)重增大，而的值較小，從而達(dá)到“懲罰”第j項(xiàng)指標(biāo)的目的；當(dāng)n＜≤1時，則對第j項(xiàng)指標(biāo)不進(jìn)行“懲罰”。m為懲罰因子，當(dāng)m取值為0時，S（jX）=1，表示無懲罰效果；當(dāng)m取值越大，對低于閾值的指標(biāo)“懲罰”力度越重，出現(xiàn)“懲罰過度”現(xiàn)象。借鑒前人研究成果，取m = 0.8155[19-20]。
（2）工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力常權(quán)綜合評價(jià)模型如下：
（3）結(jié)合變權(quán)思想構(gòu)建復(fù)墾利用潛力PVW綜合評價(jià)模型如下：
式（4）中：
3.1.2 加權(quán)Voronoi圖 Voronoi圖由Georgy Voronoi提出，因其是一種空間剖分方法，近年來有許多學(xué)者將其用于城市空間影響范圍[21-22]、農(nóng)村居民點(diǎn)分布[23]、功能分區(qū)[24]等研究，并取得一定的成果。常規(guī)Voronoi圖，僅將距離作為唯一影響因素，把空間目標(biāo)視為等規(guī)模的觀念，但在具體問題中并未能考慮多個因素影響。加權(quán)Voronoi圖是常規(guī)理論的升華，將空間目標(biāo)的規(guī)模（中心性強(qiáng)度）大小納入了Voronoi圖模型的變量中[24]。其定義為：
式（6）中，n=1，2，…，m，Pn=（P1，P2，…，Pm）為二維歐式空間上的m個點(diǎn)；μn=（μ1，μ2，…，μm）為給定的m個正實(shí)數(shù)，μn為Pn的權(quán)重，當(dāng)m個μn相等時，加權(quán)Voronoi圖變?yōu)槌Ｒ?guī)Voronoi圖。
3.1.3 PVW-Voronoi圖 將PVW模型與加權(quán)Voronoi圖相結(jié)合，把影響因子的綜合評價(jià)分值I視為權(quán)重μ，即：
由此構(gòu)建PVW-Voronoi圖模型為：
3.2 復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)
3.2.1 評價(jià)指標(biāo)功效標(biāo)準(zhǔn)化 將工礦廢棄地可復(fù)墾為耕地利用的區(qū)間認(rèn)為是指標(biāo)取值的最優(yōu)區(qū)間，借鑒功效系數(shù)法原理分別對正向（越大越優(yōu)型）和負(fù)向（越小越優(yōu)型）指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
式（9）中，xj為指標(biāo)狀態(tài)值，Lj為指標(biāo)狀態(tài)值判別為可復(fù)墾成耕地利用與不可復(fù)墾成耕地利用的臨界線，即閾值（指標(biāo)狀態(tài)值）。
3.2.2 復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)指標(biāo)體系 結(jié)合已有研究成果[25-26]，眾多學(xué)者根據(jù)廢棄地類型及環(huán)境特點(diǎn)，選用土壤、地形改造、投資效益和社會經(jīng)濟(jì)條件等多方因素構(gòu)建指標(biāo)體系。鑒于湖北省工礦廢棄地?fù)p毀類型多樣以及自身特點(diǎn)的不同，重點(diǎn)關(guān)注在縣域尺度下，能夠反映區(qū)域土地復(fù)墾潛力大小的指標(biāo)，從土地?fù)p毀現(xiàn)狀、耕地生產(chǎn)情況、地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平3個角度，將工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)指標(biāo)體系劃為3個準(zhǔn)則層和13個指標(biāo)層，通過層次分析法（AHP）確定指標(biāo)常權(quán)權(quán)重（表1）。
3.2.3 復(fù)墾利用潛力等級評判標(biāo)準(zhǔn)確定 本文以土地復(fù)墾潛力指數(shù)LRPI（0＜LRPI＜1）作為工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)分值來判別復(fù)墾利用潛力等級，當(dāng)LRPI越接近于1時，表示復(fù)墾成耕地利用的潛力越大；當(dāng)LRPI越接近于0時，表示復(fù)墾成其他地類利用的潛力越大。由于LRPI是綜合性指標(biāo)，其數(shù)值的細(xì)微變化都會有巨大的差別，為了有利于在區(qū)間內(nèi)進(jìn)行復(fù)墾利用潛力大小的對比，以工礦廢棄地可復(fù)墾成耕地利用界限作為判別標(biāo)準(zhǔn)，將其劃分為9個等級（表2）。
4 結(jié)果與分析
4.1 工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)指標(biāo)權(quán)重變化
通過計(jì)算得出71個研究單元指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值、變權(quán)權(quán)重及評分分值。鑒于文章篇幅有限，僅分析大冶市。對比指標(biāo)常權(quán)與變權(quán)權(quán)重看出，C11、C13、C21、C234個指標(biāo)的變權(quán)權(quán)重大于常權(quán)權(quán)重，其余指標(biāo)則低于常權(quán)權(quán)重，尤其是C11，因損毀面積占比遠(yuǎn)大于全省平均水平（閾值），在PVW模型作用下，變權(quán)權(quán)重增大，對指標(biāo)進(jìn)行“懲罰”；其中C22的常權(quán)和變權(quán)權(quán)重變化幅度較小，是由于本身常權(quán)權(quán)重較高，狀態(tài)值又與閾值十分貼近，而且調(diào)整各個指標(biāo)之間的權(quán)重必須兼顧整體指標(biāo)權(quán)重的變化差異，因此幾乎相等；此外，大冶市經(jīng)濟(jì)類指標(biāo)均超過閾值水平，在復(fù)墾資金方面有較大優(yōu)勢。PVW在權(quán)重變化上考慮了指標(biāo)狀態(tài)的均衡性，當(dāng)決策變量發(fā)生改變時，起到良好的制約平衡作用，有利于提高對工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力起限制作用的因素的重視程度。
表1 湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 The evaluation index system of the potential of industrial and mining land reclamation as agricultural land for using in Hubei Province
表2 區(qū)域工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力等級評判標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The potential criteria of industrial and mining land reclamation as agricultural land
4.2 工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)結(jié)果
通過比較常權(quán)權(quán)重和變權(quán)權(quán)重下潛力綜合評價(jià)分值發(fā)現(xiàn)最終數(shù)值普遍減小，這是由于PVW作用，懲罰達(dá)不到理想狀態(tài)的指標(biāo)，使指標(biāo)權(quán)重隨狀態(tài)值減小而增大，差距越遠(yuǎn)，懲罰力度越大，最終評分值越小，進(jìn)而達(dá)到懲罰指標(biāo)的效果，使結(jié)果更加合理。
湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)結(jié)果整體上是處于中度可復(fù)墾成耕地利用（Ⅰ3）到臨界不可復(fù)墾成耕地利用（Ⅱ2）之間，江夏區(qū)、新洲區(qū)、潛江市在內(nèi)的10個地區(qū)的LRPI處于Ⅰ3，宣恩縣、長陽縣、咸豐縣等5個地區(qū)的LRPI處于Ⅱ2，其余地區(qū)均介于低度可復(fù)墾（Ⅰ4）到臨界可復(fù)墾（Ⅱ1）之間。其中，江夏區(qū)綜合評分值最高，為0.6983，這是由于該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)可行性子系統(tǒng)貢獻(xiàn)較多，復(fù)墾難易性和生產(chǎn)穩(wěn)定性也處于較高水平的原因；神農(nóng)架林區(qū)綜合評分值最低，為0.3576，主要因?yàn)樵摰貐^(qū)復(fù)墾經(jīng)濟(jì)可行性不高，雖損毀面積占比低，但其90%以上的林地地貌導(dǎo)致復(fù)墾（耕地）空間集中連片度低，復(fù)墾難度增大，單位面積復(fù)墾成本增加。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，制約全省LRPI大小的主要是復(fù)墾難易性和生產(chǎn)穩(wěn)定性子系統(tǒng)，復(fù)墾成耕地進(jìn)行利用后地均產(chǎn)能無法提高，獲得的經(jīng)濟(jì)效益不夠明顯，部分地區(qū)復(fù)墾（耕地）空間集中連片度較差，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平落后，加上社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不高等均成為制約復(fù)墾利用潛力提高的因素。
圖1 大冶市工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)指標(biāo)權(quán)重對比二維坐標(biāo)圖Fig.1 Two dimensional chart on contrast of index weight of industrial and mining land reclamation potential comprehensive evaluation in Daye County
綜上所述，湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)結(jié)果不太理想，部分地區(qū)復(fù)墾成耕地利用的潛力較小，因此，復(fù)墾治理不宜盲目增加耕地面積，應(yīng)因地制宜，同時也要提高自身農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，以期恢復(fù)生態(tài)平衡，消除災(zāi)害隱患，改善人們的生產(chǎn)生活條件。
4.3 工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力空間區(qū)劃
圖2可以看出，無論是常權(quán)Voronoi圖還是PVW-Voronoi圖，其與縣域范圍（虛線）在空間上有較大的差異，這是考慮到中心強(qiáng)度對覆蓋范圍的影響，在空間擴(kuò)展產(chǎn)生了作用，而差異則實(shí)際反映在邊界形態(tài)上，能夠看出復(fù)墾利用潛力不僅影響縣域內(nèi)部，還輻射影響至周邊地區(qū)。進(jìn)一步分析可見，常權(quán)Voronoi圖和PVW-Voronoi圖的復(fù)墾利用潛力影響范圍在總體分布格局上變化不大，這是由于Ⅰ值本身較小，通過變權(quán)后的Ⅰ值與常權(quán)權(quán)重下的Ⅰ值差異不大造成的，但變權(quán)后的Ⅰ值更為合理，是科學(xué)的勢力空間劃分方法。
采用表2劃分的等級，將影響范圍作為分界線，劃分潛力空間，分析空間分異及其關(guān)鍵性影響因素?？傮w上看，鄂中地區(qū)潛力明顯大于其他地區(qū)，LRPI從鄂中地區(qū)由高到低向周邊下降，尤其是中部地區(qū)的各級別潛力區(qū)由南邊較大地區(qū)向周圍擴(kuò)散遞減分布。從局部上看，主要位于鄂南地區(qū)的工礦廢棄地復(fù)墾潛力呈現(xiàn)“W”型分布，該區(qū)潛力最大，結(jié)合《湖北省土地整治規(guī)劃（2011—2020）》中的耕地整治潛力分布圖來看，在整治耕地方面占據(jù)優(yōu)勢，且處于江漢平原崗地區(qū)，地勢平坦，復(fù)墾（耕地）集中連片度高，復(fù)墾受限因素少，同時分布在該區(qū)域的縣（市、區(qū)）經(jīng)濟(jì)能力較強(qiáng)，能夠提供充足的資金，應(yīng)作為復(fù)墾重點(diǎn)區(qū)進(jìn)行治理，因此，將該地區(qū)劃分為潛力優(yōu)勢區(qū)。針對鄂中和鄂東地區(qū)，該區(qū)域復(fù)墾潛力較大，從全省的耕地分布來看，聚集了大片農(nóng)田，結(jié)合《湖北省土地整治規(guī)劃（2011—2020）》中的湖北省土地整治分區(qū)圖來看，處于耕地保護(hù)重點(diǎn)和綜合統(tǒng)籌整治區(qū)內(nèi)，但復(fù)墾潛力次于潛力優(yōu)勢區(qū)，因此，將該地區(qū)劃分為潛力內(nèi)斂區(qū)。另外，在鄂西和全省最東部均分布有復(fù)墾利用潛力較小，處于可復(fù)墾成耕地與不可復(fù)墾成耕地的臨界狀態(tài)之間的工礦廢棄地，它們多分布于山林間，耕地連片程度差，復(fù)墾難度大，限制條件多，因此，將該地區(qū)劃分為潛力劣勢區(qū)。除此之外，在湖北省西南方向及神農(nóng)架林區(qū)的部分地區(qū)，復(fù)墾潛力最小，其地形地貌多以中高山為主，在復(fù)墾上受到限制，應(yīng)依托土地利用特點(diǎn)和縣域發(fā)展戰(zhàn)略定位，優(yōu)先將工礦廢棄地復(fù)墾成林地或其他用途地類，比如神農(nóng)架林區(qū)已被列入世界遺產(chǎn)名錄，保護(hù)森林環(huán)境將作為未來發(fā)展的重點(diǎn)，因此，將該地區(qū)劃分為潛力限制區(qū)。
圖2 湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力常權(quán)/PVW-Voronoi多邊形集合Fig.2 Voronoi diagram set of industrial and mining land reclamation potential in Hubei Province
圖3 湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力區(qū)劃圖Fig.3 The map of distribution of industrial and mining land reclamation potential in Hubei Province
綜上所述，可以將復(fù)墾利用潛力劃為4個區(qū)（圖3）：潛力優(yōu)勢區(qū)、潛力內(nèi)斂區(qū)、潛力劣勢區(qū)及潛力限制區(qū)，以期更好地指導(dǎo)今后的土地整治工作。
5 結(jié)論與討論
本文結(jié)合PVW模型和加權(quán)Voronoi圖從省級層面動態(tài)分析了復(fù)墾利用潛力，是對國家層面相關(guān)研究成果的深入和完善。通過分析，有以下幾點(diǎn)結(jié)論：
（1）復(fù)墾潛力水平總體偏低。全省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力指數(shù)不高，處于中度可復(fù)墾成耕地利用（Ⅰ3）到臨界不可復(fù)墾成耕地利用（Ⅱ2）之間，其中，影響復(fù)墾利用潛力的主要因素有：地均產(chǎn)能提高量、復(fù)墾（耕地）空間集中連片度、農(nóng)林牧漁業(yè)從業(yè)人員占比、地均GDP、地均財(cái)政總收入。（2）LRPI在空間上有明顯地域特征。從鄂中地區(qū)由高到低向周邊地區(qū)下降，可將全省分為4個潛力區(qū)：潛力優(yōu)勢區(qū)、潛力內(nèi)斂區(qū)、潛力劣勢區(qū)以及潛力限制區(qū)，其中潛力優(yōu)勢區(qū)呈現(xiàn)“W”字型分布，復(fù)墾潛力最大，在明確復(fù)墾重點(diǎn)及各區(qū)優(yōu)劣勢后，可以更加具有針對性地指導(dǎo)中宏觀尺度上工礦廢棄地復(fù)墾的戰(zhàn)略安排。（3）本研究在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上，總結(jié)出PVW-Voronoi圖模型的一些性質(zhì)和定理，并應(yīng)用于實(shí)例。利用PVW均衡決策變量的優(yōu)勢，通過變權(quán)Voronoi圖模型進(jìn)行分區(qū)，不僅避免了常權(quán)Voronoi圖靜態(tài)化生成的局限性，更能根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮多種影響因素，實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，使結(jié)果更趨于合理。（4）研究初步嘗試將PVW理論和加權(quán)Voronoi圖結(jié)合起來分析工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力的空間格局，突破往常以行政區(qū)為界限的分區(qū)方法，實(shí)現(xiàn)對湖北省縣域內(nèi)復(fù)墾利用潛力空間的動態(tài)分割。但局限于部分?jǐn)?shù)據(jù)的不可獲取性和滯后性，從而對評價(jià)的結(jié)果造成一定偏差；在PVW-Voronoi模型中，構(gòu)建更加合理的狀態(tài)變權(quán)向量和選取更加合適的指標(biāo)要素有待探討；為了便于分析，將工礦廢棄地中心空間形態(tài)簡化成為點(diǎn)狀目標(biāo)，在后續(xù)研究中會嘗試考慮其面狀形態(tài)。因此，在省級視角下以縣域?yàn)榛締挝婚_展復(fù)墾利用潛力評價(jià)還有待進(jìn)一步研究。
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（本文責(zé)編：陳美景）
Evaluation of Potential of the Industrial and Mining Land Reclamation based on PVW-Voronoi Diagram: A Case Study of Each County in Hubei Province
ZHANG Dong-yan1, LI Jiang-feng1, ZHAO Jian-xiong2
（1. School of Public Administration, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 2. Three Gorgrs Research Center for geo-hazards, Ministry of Education, Wuhan 430074, China）
F301.2
A
1001-8158（2017）06-0079-09
10.11994/zgtdkx.20170622.143154
2017-01-06；
2017-05-11
中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）公共管理學(xué)院學(xué)生科技創(chuàng)新活動孵化基金（Y20161009）。
張冬妍（1992-），女，福建霞浦人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)橥恋乩靡?guī)劃和國土資源調(diào)查與評價(jià)。E-mail: dyzhang1225@126.com
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張冬妍，李江風(fēng)，趙劍雄
（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）公共管理學(xué)院， 湖北 武漢 430074；2.教育部長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中心， 湖北 武漢 430074）
基于 PVW-Voronoi 圖的工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)
——以湖北省縣域?yàn)槔?/p>
張冬妍1，李江風(fēng)1，趙劍雄2
（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）公共管理學(xué)院， 湖北 武漢 430074；2.教育部長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害研究中心， 湖北 武漢 430074）
研究目的：加強(qiáng)對湖北省工礦廢棄地復(fù)墾成耕地進(jìn)行利用的潛力及其空間分區(qū)格局的認(rèn)識。研究方法： 懲罰變權(quán)模型（PVW模型）、加權(quán)Voronoi圖、層次分析法（AHP）。研究結(jié)果：（1）湖北省工礦廢棄地共7.19×104hm2，可分為4種類型；（2）PVW模型有利于提高對評價(jià)起限制作用的因素的重視程度；（3）復(fù)墾利用潛力處于中度可復(fù)墾成耕地利用（Ⅰ3）到臨界不可復(fù)墾成耕地利用（Ⅱ2）之間；（4）潛力大小從鄂中地區(qū)由高到低向周邊下降，在空間上呈現(xiàn)明顯地域特征。研究結(jié)論：湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力水平總體偏低，但鄂中偏東地區(qū)潛力相對較優(yōu)，其中包括復(fù)墾（耕地）空間集中連片度在內(nèi)的5個指標(biāo)成為制約全省潛力大小的因素。PVW-Voronoi圖能夠綜合多種因素實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，突破行政界限進(jìn)行分區(qū)：潛力優(yōu)勢區(qū)、內(nèi)斂區(qū)、劣勢區(qū)及限制區(qū)，使結(jié)果更趨合理，具有針對性地指導(dǎo)中宏觀尺度上復(fù)墾利用的戰(zhàn)略制定。
土地整治；土地復(fù)墾；復(fù)墾潛力評價(jià)；PVW-Voronoi圖；工礦廢棄地；湖北省
Abstract:The purpose of this study is to strengthen the understanding of the potential of industrial and mining land reclamation as agricultural land for using and its spatial zoning in Hubei Province. Method: Punishment Variable Weight model（PVW model）, weight voronoi diagram and analytic hierarchy process（AHP）. The results show that: 1）Total area of the industrial and mining land of Hubei province of 71.87 thousand hm2, and it can be divided into four types. 2）It is be beneficial to improve the emphasis of limiting factor of evaluation by using PVW model. 3）The potential of land reclamation as agricultural land for using in Hubei province between mild reclamation as agricultural land forusing（Ⅰ3）and can not to be reclaimed as agricultural land for using（Ⅱ2）. 4）The potential of reclamation from east of Hubei province from high to low down to the surrounding area, it has obvious regional characteristics on the space. It is concluded that the potential of reclamation in Hubei Province was inferior as a whole, but the level of potential in the east of central of Hubei is more better. And there are 5 factors restricting the ability of the potential mainly are the improvement of capacity of food production in per unit area, spatial connectivity of industrial and mining land, and so on. PVW-Voronoi diagram can consider multiple factors going to achieve dynamic adjustment, break through the administrative boundaries, divide the whole province into 4 reclamation potential zones: the potential advantage zone, potential introverted zone, potential disadvantage zone and potential restricted zone, make the result more reasonable and provide a target-guidance for planning strategies of industrial and mining land reclamation in Hubei Province on the medium macroscopic scale.
Key words:land consolidation; land reclamation; evaluation of potential of reclamation; PVW-Voronoi diagram; the industrial and mining land; Hubei Province
1 引言
目前，中國工礦廢棄地尚無明確概念，本文結(jié)合已有研究[1]，認(rèn)為工礦廢棄地是指在生產(chǎn)建設(shè)過程中，因挖損、塌陷、壓占造成損毀的土地和交通、水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)廢棄地的總和，包括歷史遺留的廢棄地在內(nèi)。早在20世紀(jì)60年代開始，發(fā)達(dá)國家便逐步進(jìn)入了礦區(qū)土地復(fù)墾時代，不僅土地復(fù)墾立法比較完善[2]，還對土地復(fù)墾技術(shù)[3]、土地復(fù)墾效益[4]、復(fù)墾適宜植被選擇[5]、露天采礦環(huán)境影響[6]、礦山固廢綜合利用、土壤重金屬去除[7]和生態(tài)環(huán)境評價(jià)等方面展開了大量研究，尤其對德國魯爾等多個資源枯竭型城市的轉(zhuǎn)型路徑和可持續(xù)發(fā)展有著豐富的成功經(jīng)驗(yàn)[8]。土地復(fù)墾的研究尺度以及研究內(nèi)容都十分廣泛，國內(nèi)學(xué)者從宏觀、微觀、行政層次等多個不同尺度深入探討學(xué)習(xí),從研究進(jìn)展[9]、復(fù)墾模式[10]、工藝技術(shù)[11]、監(jiān)測和評價(jià)[12-13]、規(guī)劃設(shè)計(jì)、效益分析及問題對策[14]等多個方面推進(jìn)土地復(fù)墾事業(yè)蓬勃發(fā)展。從1980年土地復(fù)墾萌芽到如今的快速發(fā)展，隨著《土地復(fù)墾條例》的實(shí)施，土地復(fù)墾管理工作及學(xué)術(shù)研究進(jìn)入了一個多維度的發(fā)展空間。但中國在結(jié)合技術(shù)手段研究復(fù)墾和關(guān)于土地復(fù)墾評價(jià)、預(yù)測與監(jiān)測的研究少有進(jìn)展，今后需加強(qiáng)研究[15]。2015年8月國土資源部下發(fā)了《歷史遺留工礦廢棄地復(fù)墾利用試點(diǎn)管理辦法》，要求復(fù)墾需堅(jiān)持以生態(tài)建設(shè)為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)復(fù)墾后的土地不得改變農(nóng)業(yè)用途，而《土地復(fù)墾條例》第四條同樣規(guī)定，復(fù)墾的土地應(yīng)當(dāng)優(yōu)先用于農(nóng)業(yè)。因此，本文把工礦廢棄地優(yōu)先復(fù)墾成耕地利用作為前提條件（下文簡稱復(fù)墾利用），基于縣域中小尺度，結(jié)合PVW模型與加權(quán)Voronoi圖，揭示省域范圍的工礦廢棄地空間分布特征，為復(fù)墾的宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)。
2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源
2.1 研究區(qū)概況
湖北省位于長江中游地區(qū)，處于中國第二級階梯向第三級階梯過渡地帶， 2014年GDP為27379.22×108元，農(nóng)村常住居民人均可支配收入10849元。全省地勢西高東低，總體呈三面高起、中間低平、向南敞開的不完整盆地，在進(jìn)一步細(xì)化前人研究成果后[16]，將其劃分為8個地貌類型區(qū)，并通過實(shí)地調(diào)查，把工礦廢棄地分為4種類型：露天采礦挖毀地、地下采礦塌陷地、固廢堆放壓損地及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)毀損地。截止2014年底，全省工礦廢棄地共7.19×104hm2，就總量而言，鄂城區(qū)最多達(dá)2.18×104hm2，大冶市次之，達(dá)1.86×104hm2，分別占工礦廢棄地總面積的30.28%和25.87%，分類型來看，全省損毀地以露天采礦挖毀地和地下采礦塌陷地為主。
2.2 數(shù)據(jù)來源
工礦廢棄地復(fù)墾數(shù)據(jù)主要來源于《湖北省土地整治規(guī)劃（2011—2020）》的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，湖北省土地利用現(xiàn)狀圖，社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒（2015）》、《湖北統(tǒng)計(jì)年鑒（2015）》、各市州2015年統(tǒng)計(jì)年鑒、各市州2014年政府工作報(bào)告以及國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。本文以湖北省103個縣域?yàn)檠芯繂卧紤]到復(fù)墾利用潛力評價(jià)是基于工礦廢棄地的存在而開展的，對于部分縣市數(shù)據(jù)的不可獲得性，適當(dāng)剔除包括洪山區(qū)在內(nèi)的32個縣市區(qū)，最終劃分出71個研究單元。
3 研究方法
3.1 PVW-Voronoi圖的構(gòu)建
3.1.1 PVW模型 PVW模型即“懲罰型”變權(quán)模型，其變權(quán)思想是汪培莊教授首先提出的[17]，李洪興教授亦在文獻(xiàn)[18]中給出了“懲罰型”變權(quán)的公理化定義。PVW模型是通過“懲罰”特別差的指標(biāo)，使其指標(biāo)權(quán)重隨狀態(tài)值的減小而增大[19]，來克服常權(quán)的缺點(diǎn)。為了解決加權(quán)求和（亦稱常權(quán)綜合）因權(quán)重不變而導(dǎo)致對決策變量制約不均衡的問題，本文采用“懲罰型”變權(quán)方法，運(yùn)用層次分析法（AHP）確定常權(quán)權(quán)重，構(gòu)建工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)PVW模型。
（1）稱權(quán)重隨著指標(biāo)狀態(tài)值的不同而變化為狀態(tài)變權(quán)向量，記為：
基于前人研究成果[20]，構(gòu)造懲罰型局部狀態(tài)變權(quán)向量：
式（2）中，n表示指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后可復(fù)墾成耕地和不可復(fù)墾成耕地利用的臨界線，亦稱為閾值（指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值），引進(jìn)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度概念，通過對比判斷法，工礦廢棄地可復(fù)墾成耕地利用界限n為0.75。當(dāng)0≤≤n時，對應(yīng)的權(quán)重增大，而的值較小，從而達(dá)到“懲罰”第j項(xiàng)指標(biāo)的目的；當(dāng)n＜≤1時，則對第j項(xiàng)指標(biāo)不進(jìn)行“懲罰”。m為懲罰因子，當(dāng)m取值為0時，S（jX）=1，表示無懲罰效果；當(dāng)m取值越大，對低于閾值的指標(biāo)“懲罰”力度越重，出現(xiàn)“懲罰過度”現(xiàn)象。借鑒前人研究成果，取m = 0.8155[19-20]。
（2）工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力常權(quán)綜合評價(jià)模型如下：
（3）結(jié)合變權(quán)思想構(gòu)建復(fù)墾利用潛力PVW綜合評價(jià)模型如下：
式（4）中：
3.1.2 加權(quán)Voronoi圖 Voronoi圖由Georgy Voronoi提出，因其是一種空間剖分方法，近年來有許多學(xué)者將其用于城市空間影響范圍[21-22]、農(nóng)村居民點(diǎn)分布[23]、功能分區(qū)[24]等研究，并取得一定的成果。常規(guī)Voronoi圖，僅將距離作為唯一影響因素，把空間目標(biāo)視為等規(guī)模的觀念，但在具體問題中并未能考慮多個因素影響。加權(quán)Voronoi圖是常規(guī)理論的升華，將空間目標(biāo)的規(guī)模（中心性強(qiáng)度）大小納入了Voronoi圖模型的變量中[24]。其定義為：
式（6）中，n=1，2，…，m，Pn=（P1，P2，…，Pm）為二維歐式空間上的m個點(diǎn)；μn=（μ1，μ2，…，μm）為給定的m個正實(shí)數(shù)，μn為Pn的權(quán)重，當(dāng)m個μn相等時，加權(quán)Voronoi圖變?yōu)槌Ｒ?guī)Voronoi圖。
3.1.3 PVW-Voronoi圖 將PVW模型與加權(quán)Voronoi圖相結(jié)合，把影響因子的綜合評價(jià)分值I視為權(quán)重μ，即：
由此構(gòu)建PVW-Voronoi圖模型為：
3.2 復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)
3.2.1 評價(jià)指標(biāo)功效標(biāo)準(zhǔn)化 將工礦廢棄地可復(fù)墾為耕地利用的區(qū)間認(rèn)為是指標(biāo)取值的最優(yōu)區(qū)間，借鑒功效系數(shù)法原理分別對正向（越大越優(yōu)型）和負(fù)向（越小越優(yōu)型）指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
式（9）中，xj為指標(biāo)狀態(tài)值，Lj為指標(biāo)狀態(tài)值判別為可復(fù)墾成耕地利用與不可復(fù)墾成耕地利用的臨界線，即閾值（指標(biāo)狀態(tài)值）。
3.2.2 復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)指標(biāo)體系 結(jié)合已有研究成果[25-26]，眾多學(xué)者根據(jù)廢棄地類型及環(huán)境特點(diǎn)，選用土壤、地形改造、投資效益和社會經(jīng)濟(jì)條件等多方因素構(gòu)建指標(biāo)體系。鑒于湖北省工礦廢棄地?fù)p毀類型多樣以及自身特點(diǎn)的不同，重點(diǎn)關(guān)注在縣域尺度下，能夠反映區(qū)域土地復(fù)墾潛力大小的指標(biāo)，從土地?fù)p毀現(xiàn)狀、耕地生產(chǎn)情況、地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平3個角度，將工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)指標(biāo)體系劃為3個準(zhǔn)則層和13個指標(biāo)層，通過層次分析法（AHP）確定指標(biāo)常權(quán)權(quán)重（表1）。
3.2.3 復(fù)墾利用潛力等級評判標(biāo)準(zhǔn)確定 本文以土地復(fù)墾潛力指數(shù)LRPI（0＜LRPI＜1）作為工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)分值來判別復(fù)墾利用潛力等級，當(dāng)LRPI越接近于1時，表示復(fù)墾成耕地利用的潛力越大；當(dāng)LRPI越接近于0時，表示復(fù)墾成其他地類利用的潛力越大。由于LRPI是綜合性指標(biāo)，其數(shù)值的細(xì)微變化都會有巨大的差別，為了有利于在區(qū)間內(nèi)進(jìn)行復(fù)墾利用潛力大小的對比，以工礦廢棄地可復(fù)墾成耕地利用界限作為判別標(biāo)準(zhǔn)，將其劃分為9個等級（表2）。
4 結(jié)果與分析
4.1 工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)指標(biāo)權(quán)重變化
通過計(jì)算得出71個研究單元指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值、變權(quán)權(quán)重及評分分值。鑒于文章篇幅有限，僅分析大冶市。對比指標(biāo)常權(quán)與變權(quán)權(quán)重看出，C11、C13、C21、C234個指標(biāo)的變權(quán)權(quán)重大于常權(quán)權(quán)重，其余指標(biāo)則低于常權(quán)權(quán)重，尤其是C11，因損毀面積占比遠(yuǎn)大于全省平均水平（閾值），在PVW模型作用下，變權(quán)權(quán)重增大，對指標(biāo)進(jìn)行“懲罰”；其中C22的常權(quán)和變權(quán)權(quán)重變化幅度較小，是由于本身常權(quán)權(quán)重較高，狀態(tài)值又與閾值十分貼近，而且調(diào)整各個指標(biāo)之間的權(quán)重必須兼顧整體指標(biāo)權(quán)重的變化差異，因此幾乎相等；此外，大冶市經(jīng)濟(jì)類指標(biāo)均超過閾值水平，在復(fù)墾資金方面有較大優(yōu)勢。PVW在權(quán)重變化上考慮了指標(biāo)狀態(tài)的均衡性，當(dāng)決策變量發(fā)生改變時，起到良好的制約平衡作用，有利于提高對工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力起限制作用的因素的重視程度。
表1 湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 The evaluation index system of the potential of industrial and mining land reclamation as agricultural land for using in Hubei Province
表2 區(qū)域工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力等級評判標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The potential criteria of industrial and mining land reclamation as agricultural land
4.2 工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)結(jié)果
通過比較常權(quán)權(quán)重和變權(quán)權(quán)重下潛力綜合評價(jià)分值發(fā)現(xiàn)最終數(shù)值普遍減小，這是由于PVW作用，懲罰達(dá)不到理想狀態(tài)的指標(biāo)，使指標(biāo)權(quán)重隨狀態(tài)值減小而增大，差距越遠(yuǎn)，懲罰力度越大，最終評分值越小，進(jìn)而達(dá)到懲罰指標(biāo)的效果，使結(jié)果更加合理。
湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)結(jié)果整體上是處于中度可復(fù)墾成耕地利用（Ⅰ3）到臨界不可復(fù)墾成耕地利用（Ⅱ2）之間，江夏區(qū)、新洲區(qū)、潛江市在內(nèi)的10個地區(qū)的LRPI處于Ⅰ3，宣恩縣、長陽縣、咸豐縣等5個地區(qū)的LRPI處于Ⅱ2，其余地區(qū)均介于低度可復(fù)墾（Ⅰ4）到臨界可復(fù)墾（Ⅱ1）之間。其中，江夏區(qū)綜合評分值最高，為0.6983，這是由于該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)可行性子系統(tǒng)貢獻(xiàn)較多，復(fù)墾難易性和生產(chǎn)穩(wěn)定性也處于較高水平的原因；神農(nóng)架林區(qū)綜合評分值最低，為0.3576，主要因?yàn)樵摰貐^(qū)復(fù)墾經(jīng)濟(jì)可行性不高，雖損毀面積占比低，但其90%以上的林地地貌導(dǎo)致復(fù)墾（耕地）空間集中連片度低，復(fù)墾難度增大，單位面積復(fù)墾成本增加。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，制約全省LRPI大小的主要是復(fù)墾難易性和生產(chǎn)穩(wěn)定性子系統(tǒng)，復(fù)墾成耕地進(jìn)行利用后地均產(chǎn)能無法提高，獲得的經(jīng)濟(jì)效益不夠明顯，部分地區(qū)復(fù)墾（耕地）空間集中連片度較差，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平落后，加上社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不高等均成為制約復(fù)墾利用潛力提高的因素。
圖1 大冶市工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力綜合評價(jià)指標(biāo)權(quán)重對比二維坐標(biāo)圖Fig.1 Two dimensional chart on contrast of index weight of industrial and mining land reclamation potential comprehensive evaluation in Daye County
綜上所述，湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力評價(jià)結(jié)果不太理想，部分地區(qū)復(fù)墾成耕地利用的潛力較小，因此，復(fù)墾治理不宜盲目增加耕地面積，應(yīng)因地制宜，同時也要提高自身農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，以期恢復(fù)生態(tài)平衡，消除災(zāi)害隱患，改善人們的生產(chǎn)生活條件。
4.3 工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力空間區(qū)劃
圖2可以看出，無論是常權(quán)Voronoi圖還是PVW-Voronoi圖，其與縣域范圍（虛線）在空間上有較大的差異，這是考慮到中心強(qiáng)度對覆蓋范圍的影響，在空間擴(kuò)展產(chǎn)生了作用，而差異則實(shí)際反映在邊界形態(tài)上，能夠看出復(fù)墾利用潛力不僅影響縣域內(nèi)部，還輻射影響至周邊地區(qū)。進(jìn)一步分析可見，常權(quán)Voronoi圖和PVW-Voronoi圖的復(fù)墾利用潛力影響范圍在總體分布格局上變化不大，這是由于Ⅰ值本身較小，通過變權(quán)后的Ⅰ值與常權(quán)權(quán)重下的Ⅰ值差異不大造成的，但變權(quán)后的Ⅰ值更為合理，是科學(xué)的勢力空間劃分方法。
采用表2劃分的等級，將影響范圍作為分界線，劃分潛力空間，分析空間分異及其關(guān)鍵性影響因素?？傮w上看，鄂中地區(qū)潛力明顯大于其他地區(qū)，LRPI從鄂中地區(qū)由高到低向周邊下降，尤其是中部地區(qū)的各級別潛力區(qū)由南邊較大地區(qū)向周圍擴(kuò)散遞減分布。從局部上看，主要位于鄂南地區(qū)的工礦廢棄地復(fù)墾潛力呈現(xiàn)“W”型分布，該區(qū)潛力最大，結(jié)合《湖北省土地整治規(guī)劃（2011—2020）》中的耕地整治潛力分布圖來看，在整治耕地方面占據(jù)優(yōu)勢，且處于江漢平原崗地區(qū)，地勢平坦，復(fù)墾（耕地）集中連片度高，復(fù)墾受限因素少，同時分布在該區(qū)域的縣（市、區(qū)）經(jīng)濟(jì)能力較強(qiáng)，能夠提供充足的資金，應(yīng)作為復(fù)墾重點(diǎn)區(qū)進(jìn)行治理，因此，將該地區(qū)劃分為潛力優(yōu)勢區(qū)。針對鄂中和鄂東地區(qū)，該區(qū)域復(fù)墾潛力較大，從全省的耕地分布來看，聚集了大片農(nóng)田，結(jié)合《湖北省土地整治規(guī)劃（2011—2020）》中的湖北省土地整治分區(qū)圖來看，處于耕地保護(hù)重點(diǎn)和綜合統(tǒng)籌整治區(qū)內(nèi)，但復(fù)墾潛力次于潛力優(yōu)勢區(qū)，因此，將該地區(qū)劃分為潛力內(nèi)斂區(qū)。另外，在鄂西和全省最東部均分布有復(fù)墾利用潛力較小，處于可復(fù)墾成耕地與不可復(fù)墾成耕地的臨界狀態(tài)之間的工礦廢棄地，它們多分布于山林間，耕地連片程度差，復(fù)墾難度大，限制條件多，因此，將該地區(qū)劃分為潛力劣勢區(qū)。除此之外，在湖北省西南方向及神農(nóng)架林區(qū)的部分地區(qū)，復(fù)墾潛力最小，其地形地貌多以中高山為主，在復(fù)墾上受到限制，應(yīng)依托土地利用特點(diǎn)和縣域發(fā)展戰(zhàn)略定位，優(yōu)先將工礦廢棄地復(fù)墾成林地或其他用途地類，比如神農(nóng)架林區(qū)已被列入世界遺產(chǎn)名錄，保護(hù)森林環(huán)境將作為未來發(fā)展的重點(diǎn)，因此，將該地區(qū)劃分為潛力限制區(qū)。
圖2 湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力常權(quán)/PVW-Voronoi多邊形集合Fig.2 Voronoi diagram set of industrial and mining land reclamation potential in Hubei Province
圖3 湖北省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力區(qū)劃圖Fig.3 The map of distribution of industrial and mining land reclamation potential in Hubei Province
綜上所述，可以將復(fù)墾利用潛力劃為4個區(qū)（圖3）：潛力優(yōu)勢區(qū)、潛力內(nèi)斂區(qū)、潛力劣勢區(qū)及潛力限制區(qū)，以期更好地指導(dǎo)今后的土地整治工作。
5 結(jié)論與討論
本文結(jié)合PVW模型和加權(quán)Voronoi圖從省級層面動態(tài)分析了復(fù)墾利用潛力，是對國家層面相關(guān)研究成果的深入和完善。通過分析，有以下幾點(diǎn)結(jié)論：
（1）復(fù)墾潛力水平總體偏低。全省工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力指數(shù)不高，處于中度可復(fù)墾成耕地利用（Ⅰ3）到臨界不可復(fù)墾成耕地利用（Ⅱ2）之間，其中，影響復(fù)墾利用潛力的主要因素有：地均產(chǎn)能提高量、復(fù)墾（耕地）空間集中連片度、農(nóng)林牧漁業(yè)從業(yè)人員占比、地均GDP、地均財(cái)政總收入。（2）LRPI在空間上有明顯地域特征。從鄂中地區(qū)由高到低向周邊地區(qū)下降，可將全省分為4個潛力區(qū)：潛力優(yōu)勢區(qū)、潛力內(nèi)斂區(qū)、潛力劣勢區(qū)以及潛力限制區(qū)，其中潛力優(yōu)勢區(qū)呈現(xiàn)“W”字型分布，復(fù)墾潛力最大，在明確復(fù)墾重點(diǎn)及各區(qū)優(yōu)劣勢后，可以更加具有針對性地指導(dǎo)中宏觀尺度上工礦廢棄地復(fù)墾的戰(zhàn)略安排。（3）本研究在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上，總結(jié)出PVW-Voronoi圖模型的一些性質(zhì)和定理，并應(yīng)用于實(shí)例。利用PVW均衡決策變量的優(yōu)勢，通過變權(quán)Voronoi圖模型進(jìn)行分區(qū)，不僅避免了常權(quán)Voronoi圖靜態(tài)化生成的局限性，更能根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮多種影響因素，實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，使結(jié)果更趨于合理。（4）研究初步嘗試將PVW理論和加權(quán)Voronoi圖結(jié)合起來分析工礦廢棄地復(fù)墾利用潛力的空間格局，突破往常以行政區(qū)為界限的分區(qū)方法，實(shí)現(xiàn)對湖北省縣域內(nèi)復(fù)墾利用潛力空間的動態(tài)分割。但局限于部分?jǐn)?shù)據(jù)的不可獲取性和滯后性，從而對評價(jià)的結(jié)果造成一定偏差；在PVW-Voronoi模型中，構(gòu)建更加合理的狀態(tài)變權(quán)向量和選取更加合適的指標(biāo)要素有待探討；為了便于分析，將工礦廢棄地中心空間形態(tài)簡化成為點(diǎn)狀目標(biāo)，在后續(xù)研究中會嘗試考慮其面狀形態(tài)。因此，在省級視角下以縣域?yàn)榛締挝婚_展復(fù)墾利用潛力評價(jià)還有待進(jìn)一步研究。
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（本文責(zé)編：陳美景）
Evaluation of Potential of the Industrial and Mining Land Reclamation based on PVW-Voronoi Diagram: A Case Study of Each County in Hubei Province
ZHANG Dong-yan1, LI Jiang-feng1, ZHAO Jian-xiong2
（1. School of Public Administration, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 2. Three Gorgrs Research Center for geo-hazards, Ministry of Education, Wuhan 430074, China）
F301.2
A
1001-8158（2017）06-0079-09
10.11994/zgtdkx.20170622.143154
2017-01-06；
2017-05-11
中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）公共管理學(xué)院學(xué)生科技創(chuàng)新活動孵化基金（Y20161009）。
張冬妍（1992-），女，福建霞浦人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)橥恋乩靡?guī)劃和國土資源調(diào)查與評價(jià)。E-mail: dyzhang1225@126.com
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