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        基于“三生”空間視角的城市建設(shè)用地拓展適宜性

        2019-11-02 13:16:49姜曉麗楊偉
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年16期

        姜曉麗 楊偉

        摘要:以“三生”空間為視角,以促進(jìn)“三生”空間合理布局和有序開(kāi)發(fā)為目標(biāo),以山西省孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群為例進(jìn)行建設(shè)用地拓展適宜性評(píng)價(jià)分析?;谧钚±鄯e阻力模型(MCR),以城市(鎮(zhèn))建設(shè)用地為擴(kuò)展源,從地形、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、可達(dá)性4個(gè)方面構(gòu)建阻力因子賦值體系,構(gòu)建最小累積阻力面,采用自然斷點(diǎn)法將研究區(qū)劃分為最適宜建設(shè)區(qū)、一般適宜建設(shè)區(qū)、較不適宜建設(shè)區(qū)、不適宜建設(shè)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū)等5種類型;采用坡向變率和坡形組合法提取建設(shè)用地適宜拓展路徑。結(jié)果表明,適宜拓展路徑集中于中北部盆地,空間上呈現(xiàn)“U”形分布,對(duì)比相關(guān)區(qū)域規(guī)劃,與研究結(jié)果基本一致。說(shuō)明采用最小累積阻力模型與坡向變率和坡形組合法相結(jié)合能有效評(píng)價(jià)建設(shè)用地適宜性,能夠?yàn)橥恋乩酶窬謨?yōu)化提供決策支持。

        關(guān)鍵詞:“三生”空間;適宜性評(píng)價(jià);最小累積阻力模型;坡向變率與坡形組合法

        中圖分類號(hào): F323.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

        文章編號(hào):1002-1302(2019)16-0282-04

        收稿日期:2018-04-02

        基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(編號(hào):41701191)。

        作者簡(jiǎn)介:姜曉麗(1985—),女,遼寧丹東人,博士,講師,主要從事城市與區(qū)域發(fā)展研究。

        城市空間擴(kuò)展是城鎮(zhèn)化過(guò)程在地域空間上最直觀的響應(yīng),是城鎮(zhèn)建設(shè)需求與生態(tài)環(huán)境約束之間的博弈結(jié)果[1]。近年來(lái),隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快,我國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張迅速,但同時(shí)也出現(xiàn)了城鄉(xiāng)不協(xié)調(diào)、區(qū)域不均衡、資源粗放利用、生態(tài)破壞等一系列問(wèn)題,成為阻礙城鎮(zhèn)化健康發(fā)展的限制性因素[2]。優(yōu)化區(qū)域開(kāi)發(fā)格局、促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展成為我國(guó)當(dāng)前新型城鎮(zhèn)化發(fā)展中亟待解決的重大問(wèn)題,評(píng)價(jià)土地適宜性正是解決這一問(wèn)題的重要基礎(chǔ)[3]。土地適宜性評(píng)價(jià)一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界關(guān)注的重要領(lǐng)域之一[4]。對(duì)土地適宜性評(píng)價(jià)的研究最早起源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性評(píng)價(jià)[5],隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平的不斷提高,針對(duì)城市建設(shè)用地開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)[6-8]。從研究?jī)?nèi)容上看,主要集中于城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展需求與可利用地保障程度的匹配情況分析[9-10]。評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取也由僅限于生態(tài)因素[11]逐漸擴(kuò)展到自然、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多方面[3]?;贕IS空間分析技術(shù)的相關(guān)分析方法的引入,使建設(shè)用地適宜性的分析方法逐漸豐富起來(lái),主要包括疊加分析法、多因子加權(quán)分析法、最小累積阻力模型分析法等[12-14]。黨的十八大報(bào)告明確指出“優(yōu)化國(guó)土空間開(kāi)發(fā)格局,控制開(kāi)發(fā)強(qiáng)度,調(diào)整空間結(jié)構(gòu),促進(jìn)生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”[15],并提出從生產(chǎn)-生活-生態(tài)空間(“三生”空間)協(xié)調(diào)角度優(yōu)化區(qū)域開(kāi)發(fā)格局,為區(qū)域開(kāi)發(fā)格局優(yōu)化提供新的研究視角。城市建設(shè)用地適宜性程度,可理解為由其他功能空間轉(zhuǎn)化為城市生產(chǎn)、生活空間的適宜程度[5]?;谕恋刂黧w功能劃分“三生”空間,對(duì)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,并將具有相同主體功能的土地利用類型進(jìn)行歸并,相對(duì)于利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算定量確定空間功能主導(dǎo)類型[16]具有更好的實(shí)踐應(yīng)用性,也能更好地解決土地功能分類與土地利用分類的對(duì)接問(wèn)題[5,17]。因此,本研究以山西省中部孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群為例,從區(qū)域生活、生產(chǎn)、生態(tài)功能視角出發(fā),構(gòu)建基于“三生”空間城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展適宜性研究框架,系統(tǒng)評(píng)估建設(shè)用地?cái)U(kuò)展適宜性程度,以期為國(guó)土空間的有序開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

        1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

        1.1 研究區(qū)概況

        孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群位于山西省中部,包括呂梁市的孝義市、汾陽(yáng)市和晉中市的平遙縣、介休市、靈石縣,區(qū)域總面積為5 305 km2,總?cè)丝跒?11.5萬(wàn)人(2015年),其中城鎮(zhèn)人口113.3萬(wàn)人,城鎮(zhèn)化率為53.6%;2015年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值896億元,占太原都市圈的18.8%,是太原都市圈的次級(jí)核心,也是推進(jìn)太原城市群發(fā)展的重要戰(zhàn)略支點(diǎn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,區(qū)域土地資源的供需矛盾日趨顯現(xiàn),建設(shè)用地空間分布破碎散亂等問(wèn)題成為影響該區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的因素之一。

        1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

        參照第2次全國(guó)土地調(diào)查分類標(biāo)準(zhǔn),采用2013年SPOT5影像資料進(jìn)行土地利用數(shù)字化解譯,獲取研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。地形條件數(shù)據(jù)由DEM數(shù)據(jù)(下載自http://www.gscloud.cn/)。地質(zhì)條件、道路、河流等數(shù)據(jù)均由相關(guān)圖件經(jīng)過(guò)掃描、校正、投影轉(zhuǎn)換和數(shù)字化而得。

        1.3 研究方法

        1.3.1 基于“三生”空間的阻力面構(gòu)建

        結(jié)合已有研究成果及數(shù)據(jù)的可獲取性,選取地形、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、可達(dá)性等4類阻力因子,共9個(gè)指標(biāo)用于構(gòu)建阻力面(表1)。從“三生”空間視角出發(fā),在兼顧土地多功能性基礎(chǔ)上著力突出用地的生態(tài)功能,根據(jù)其生態(tài)功能強(qiáng)弱將研究區(qū)劃分為生態(tài)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間,以“三生”二級(jí)類型為基本單元,依據(jù)其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間,對(duì)生態(tài)功能的影響程度進(jìn)行阻力賦值(表2)。由于研究區(qū)地形條件復(fù)雜,單純采用以往研究中的高程作為衡量地形的指標(biāo)并不適用,因此,選取地形起伏度替代高程作為地形阻力因子中的重要指標(biāo)。在此基礎(chǔ)之上對(duì)不同阻力指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,統(tǒng)一采用賦值法[18]。根據(jù)各個(gè)指標(biāo)大小對(duì)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的阻力程度不同進(jìn)行賦值,并劃分為5個(gè)等級(jí),阻力值最高賦5分,最低賦1分。采用層次分析法構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型確定各阻力指標(biāo)權(quán)重,判斷矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

        1.3.2 最小累積阻力模型法

        最小累積阻力模型最早由Knaapen等于1992年提出[19],并由我國(guó)俞孔堅(jiān)引入國(guó)內(nèi),是用于計(jì)算物種在從源到目的地運(yùn)動(dòng)過(guò)程中累積耗費(fèi)的模型[20]。本研究選取建成區(qū)、建制鎮(zhèn)作為擴(kuò)展源,由于不同地塊受到各阻力因子影響不同,在建設(shè)用地?cái)U(kuò)張過(guò)程中須要克服的阻力情況也不相同,因此可以采用最小累積阻力模型構(gòu)建建設(shè)用地?cái)U(kuò)張阻力面,確定擴(kuò)張阻力較小的方向。其公式如下:

        MCR=fmin∑i=mj=nDij×Ri。

        式中:MCR表示最小累積阻力值;Dij表示物種從源j到景觀單元i的空間距離;Ri表示景觀對(duì)某物種運(yùn)動(dòng)的阻力系數(shù)。

        1.3.3 坡向變率與坡形組合法

        坡向變率在數(shù)字地形分析中具有重要作用,能夠?qū)崿F(xiàn)地形在水平方向上變化特征的提取[21]。采用坡向變率與坡形組合相結(jié)合的方法進(jìn)行山谷線的提取,首先,分別獲取正負(fù)地形的坡向(aspect)與坡度(slope)數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上計(jì)算坡向變率;其次,對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行鄰域分析,獲取平均值面;再次,將DEM與平均值面相減,獲得正負(fù)地形分布區(qū)域;最后,根據(jù)地形正負(fù)及坡向變率大小確定山谷線。山谷線代表建設(shè)用地?cái)U(kuò)張阻力的低值區(qū),即適宜擴(kuò)張區(qū)。相對(duì)于采用最短路徑函數(shù)確定山谷線,采用坡向變率與坡形組合法獲得山谷線并不唯一,更加貼近城鎮(zhèn)建設(shè)用地拓展的實(shí)際情況,可操作性更強(qiáng)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群“三生”空間布局現(xiàn)狀

        根據(jù)“三生”空間分類體系將研究區(qū)劃分為生態(tài)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間4個(gè)類型。2013年研究區(qū)內(nèi)生態(tài)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間分別為2 407.54、0.56、2 290.83、606.37 km2(圖1),依次占區(qū)域總面積的45.38%、0.01%、43.18%、11.43%。可見(jiàn),研究區(qū)內(nèi)生態(tài)空間比重較大,生活生產(chǎn)空間比重較小。從空間分布上看,生態(tài)空間主要分布在區(qū)域東南側(cè)和西北側(cè);生產(chǎn)生態(tài)空間以耕地為主,主要集中在區(qū)域的中北部;生活生產(chǎn)用地則零散分布在生產(chǎn)生態(tài)空間當(dāng)中,呈現(xiàn)“U”形布局。

        2.2 適宜性分區(qū)分析

        基于地形、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、可達(dá)性4個(gè)阻力因子構(gòu)建研究區(qū)阻力面,計(jì)算出研究區(qū)的最小累積阻力面(圖2),采用自然斷點(diǎn)法將最小累積阻力面劃分為5種類型區(qū),即最適宜建設(shè)區(qū)、一般適宜建設(shè)區(qū)、較不適宜建設(shè)區(qū)、不適宜建設(shè)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū),空間分布上呈現(xiàn)由中北部盆地向外的圈層分布特征,盆地內(nèi)部適宜程度最高,外圍山體適宜程度最低(圖3)。

        最適宜建設(shè)區(qū)是指最適宜轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間的地區(qū),這些地區(qū)交通便利,具有優(yōu)越的區(qū)位條件和較好的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ),生態(tài)環(huán)境條件優(yōu)越,適宜開(kāi)展較大規(guī)模的城鎮(zhèn)建設(shè)。最適宜建設(shè)區(qū)總面積為339.46 km2,占研究區(qū)總面積的6.40%,主要分布在汾陽(yáng)市市區(qū)和杏花村鎮(zhèn)、孝義市市區(qū)和梧桐鎮(zhèn)、平遙縣古陶鎮(zhèn)、靈石縣翠峰鎮(zhèn)、介休市城關(guān)鄉(xiāng)、義安鎮(zhèn)等。

        一般適宜建設(shè)區(qū)是指一般適宜轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間的地區(qū),這些地區(qū)區(qū)位條件相對(duì)優(yōu)越,經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)相對(duì)較好,生態(tài)環(huán)境約束條件較少, 可以開(kāi)展一定規(guī)模的城鎮(zhèn)建設(shè)。一般適宜建設(shè)區(qū)總面積為783.92 km2,占研究區(qū)總面積的 14.78%,主要分布在汾陽(yáng)市賈家莊鎮(zhèn)、陽(yáng)城鄉(xiāng)、杏花村鎮(zhèn),孝義市大孝堡鄉(xiāng),平遙縣洪善鎮(zhèn),介休市連福鎮(zhèn)、張?zhí)m鎮(zhèn),靈石縣靜升鎮(zhèn)等。

        較不適宜建設(shè)區(qū)是指較不適宜轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間的地區(qū),這些地區(qū)主要以耕地和園地為主,經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出較低,應(yīng)當(dāng)采取適度發(fā)展原則,有選擇地開(kāi)展城鎮(zhèn)建設(shè),并控制城鎮(zhèn)建設(shè)的規(guī)模與強(qiáng)度,建議發(fā)展以旅游、休閑度假為代表的兼顧生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綠色產(chǎn)業(yè)。較不適宜建設(shè)區(qū)總面積為 1 445.97 km2,占研究區(qū)總面積的27.26%,主要分布在研究區(qū)中北部的平原地區(qū)。

        不適宜建設(shè)區(qū)是指不適宜轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間的地區(qū),這些地區(qū)主要分布在研究區(qū)外圍山地區(qū)或河流沿岸,進(jìn)行城鎮(zhèn)建設(shè)的工程地質(zhì)條件較差,開(kāi)發(fā)成本較高,從空間上看,接近自然保護(hù)區(qū),生態(tài)約束較強(qiáng),這類地區(qū)應(yīng)以生態(tài)保護(hù)為主要功能,增加區(qū)內(nèi)植被覆蓋度,提高生態(tài)質(zhì)量,減少水土流失,對(duì)已經(jīng)破壞的地區(qū)要著力推進(jìn)生態(tài)恢復(fù)建設(shè)。不適宜建設(shè)區(qū)總面積為981.93 km2,占研究區(qū)總面積的18.51%。

        禁止建設(shè)區(qū)是指以生態(tài)功能為主,完全禁止開(kāi)發(fā)建設(shè)的地區(qū),主要分布于研究區(qū)外圍的西北、西南和東南側(cè),包括自然保護(hù)區(qū)、地勢(shì)較高的山體等。禁止建設(shè)區(qū)總面積為 1 754.02 km2,占研究區(qū)總面積的33.05%。

        2.3 建設(shè)用地主要拓展路徑分析

        借助ArcGIS空間分析平臺(tái),利用坡向變率與坡形組合法提取山谷線的方法確定研究區(qū)建設(shè)用地適宜拓展路徑,在實(shí)際應(yīng)用中最小累積阻力面(MCR)相當(dāng)于DEM,須要獲取的建設(shè)用地適宜拓展路徑則相當(dāng)于“山谷線”,即最小累積阻力值越小,就越適宜發(fā)展建設(shè)用地,計(jì)算過(guò)程中將低值點(diǎn)集中區(qū)連接起來(lái),獲得建設(shè)用地適宜拓展路徑。由圖4可知,研究區(qū)內(nèi)建設(shè)用地主要拓展路徑集中于中北部盆地各重要城市(鎮(zhèn))之間,空間上呈現(xiàn)“U”形分布,各拓展路徑經(jīng)過(guò)的區(qū)域符合由低阻力值向高阻力值變化的特征。建設(shè)用地的集中連片發(fā)展有利于提高生產(chǎn)、生活效率,促進(jìn)整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的大幅提高,建設(shè)用地適宜拓展路徑從本質(zhì)上講也符合這一基本規(guī)律。

        2.4 與《孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群規(guī)劃(2016—2030)》對(duì)比分析

        根據(jù)研究區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀特征及發(fā)展趨勢(shì),《孝汾平介靈城鎮(zhèn)組群規(guī)劃(2016—2030)》(簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》)將其定位為太原都市圈城鎮(zhèn)密集區(qū)發(fā)展次核,中西部地區(qū)中小城市組群一體化發(fā)展示范區(qū)。

        《規(guī)劃》按照區(qū)域資源環(huán)境承載能力及現(xiàn)狀發(fā)展水平將組群空間劃分為適宜建設(shè)區(qū)、限制建設(shè)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū),其中適宜建設(shè)區(qū)包括城鎮(zhèn)(村)建設(shè)用地及獨(dú)立工礦區(qū),與研究結(jié)果中的最適宜建設(shè)區(qū)和一般適宜建設(shè)區(qū)范圍基本一致;限制建設(shè)區(qū)包含農(nóng)田保護(hù)區(qū)和生態(tài)保護(hù)外圍保護(hù)區(qū),與研究結(jié)果中的較不適宜建設(shè)區(qū)和不適宜建設(shè)區(qū)基本一致;禁止建設(shè)區(qū)包含自然保護(hù)區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū),與研究結(jié)果中的禁止建設(shè)區(qū)范圍基本一致。

        重點(diǎn)地區(qū)發(fā)展指引關(guān)于建設(shè)用地的發(fā)展調(diào)控,采取整合孝義、汾陽(yáng)、介休等市,孝義市采取跨孝河向南拓展,適當(dāng)向北發(fā)展,汾陽(yáng)市以向南、向西發(fā)展為主,向北、向東發(fā)展為輔,介休市以西北和東北為建設(shè)用地的主要拓展方向,與建設(shè)用地拓展路徑方向基本一致。規(guī)劃平遙縣(古陶鎮(zhèn))-南政-中都形成城鄉(xiāng)一體化示范區(qū),南政鄉(xiāng)、中都鄉(xiāng)位于平遙縣(古陶鎮(zhèn))以西和以北,拓展路徑當(dāng)中適宜拓展方向?yàn)闁|北和西南,與《規(guī)劃》稍有出入。規(guī)劃靈石縣(翠峰鎮(zhèn))-靜升形成城鄉(xiāng)一體化示范區(qū),由于其受地形限制較顯著,可利用地有限,建設(shè)用地的空間拓展適宜性較差,未來(lái)城鎮(zhèn)發(fā)展須要更加注重挖掘存量土地潛力,提高土地集約利用水平。整體來(lái)說(shuō),拓展路徑與《規(guī)劃》中相關(guān)內(nèi)容基本一致,相互印證,說(shuō)明《規(guī)劃》編制的合理性,也說(shuō)明最小累積阻力模型、坡向變率與坡形組合法應(yīng)用于建設(shè)用地拓展適宜性評(píng)價(jià)的適用性。

        3 結(jié)論

        提高建設(shè)用地使用合理性須要以建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),本研究以促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),以保障土地生態(tài)功能為基礎(chǔ),從“三生”空間視角出發(fā),根據(jù)生態(tài)功能強(qiáng)弱將國(guó)土空間劃分為生態(tài)空間、生態(tài)生產(chǎn)空間、生產(chǎn)生態(tài)空間、生活生產(chǎn)空間,以其二級(jí)類型為基本單元,并根據(jù)其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活空間對(duì)生態(tài)功能的影響程度進(jìn)行阻力賦值,將其作為生態(tài)環(huán)境指標(biāo)之一參與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建。

        從地形、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、可達(dá)性4個(gè)方面選取9項(xiàng)指標(biāo),采用統(tǒng)一量化標(biāo)準(zhǔn),以GIS柵格技術(shù)為支撐,采用最小累積阻力模型,構(gòu)建建設(shè)用地拓展最小累積阻力面,對(duì)國(guó)土空間開(kāi)發(fā)建設(shè)用地的適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果與區(qū)域規(guī)劃基本一致,說(shuō)明評(píng)價(jià)方法的適用性和評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

        根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果,將研究區(qū)劃分為最適宜建設(shè)區(qū)、一般適宜建設(shè)區(qū)、較不適宜建設(shè)區(qū)、不適宜建設(shè)區(qū)、禁止建設(shè)區(qū)5種類型,空間分布上呈現(xiàn)由中北部盆地向外的圈層分布特征,盆地內(nèi)部適宜程度最高,外圍山體適宜程度最低,與區(qū)域規(guī)劃的空間管制分區(qū)基本一致。

        采用坡向變率與坡形組合法確定建設(shè)用地拓展路徑,研究區(qū)內(nèi)建設(shè)用地主要拓展路徑集中于中北部盆地各重要城市(鎮(zhèn))之間,空間上呈現(xiàn)“U”形分布,各拓展路徑經(jīng)過(guò)的區(qū)域符合由低阻力值向高阻力值變化的特征,與區(qū)域規(guī)劃相關(guān)內(nèi)容基本一致。

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