林文棋 劉 麗 吳納維 周亦恒 陳會宴 李紹輝

《中共中央 國務(wù)院關(guān)于建立國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見》提出“五級三類”規(guī)劃體系，并明確國土空間總體規(guī)劃的相關(guān)要求。國土空間規(guī)劃是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，為保證規(guī)劃的可操作性，需注重建立規(guī)劃縱橫向傳導(dǎo)體系，強(qiáng)化約束性指標(biāo)和剛性管控要求的縱向協(xié)同與橫向聯(lián)通，引導(dǎo)重大要素分級配置。如何分解落實(shí)上層級規(guī)劃確定的城鎮(zhèn)建設(shè)用地約束性指標(biāo)、分區(qū)及控制線要求，有效指導(dǎo)下層級規(guī)劃編制、引導(dǎo)同層級相關(guān)規(guī)劃符合發(fā)展和約束要求，成為國土空間規(guī)劃的重點(diǎn)內(nèi)容。

城鎮(zhèn)開發(fā)邊界作為國土空間規(guī)劃的重要控制線之一，在現(xiàn)階段的相關(guān)研究中尚未出現(xiàn)明確的劃定方法。在眾多的劃定方法中，元胞自動機(jī)（Celluar Automata，以下簡稱“CA”）模擬作為計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)推演復(fù)雜地理空間系統(tǒng)動態(tài)演化特征的方法，目前已得到廣泛的認(rèn)可。而國內(nèi)外學(xué)者針對CA模擬的研究主要聚焦于技術(shù)的實(shí)驗(yàn)性研究和方向判斷，鮮有基于空間管控的規(guī)劃實(shí)踐模擬，以及以模擬結(jié)果指導(dǎo)相關(guān)用地指標(biāo)向下級分解傳導(dǎo)的研究。本文立足國土空間規(guī)劃實(shí)踐，依托資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價（以下簡稱“雙評價”），基于流域尺度的地方現(xiàn)狀本底條件、未來發(fā)展驅(qū)動力及限制條件等多方面影響要素分析，對分區(qū)縣城鎮(zhèn)空間發(fā)展變化、未來發(fā)展趨勢進(jìn)行動態(tài)跟蹤及多情景模擬，以期為國土空間總體規(guī)劃編制中的城鎮(zhèn)建設(shè)用地指標(biāo)傳導(dǎo)及城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃示提供科學(xué)支撐。

1 城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長模型研究綜述

1.1 城鎮(zhèn)建設(shè)用地動態(tài)跟蹤方法

在現(xiàn)有的相關(guān)研究中，常利用Landsat TM/ETM遙感數(shù)據(jù)對研究區(qū)域內(nèi)的城鎮(zhèn)建設(shè)用地實(shí)施動態(tài)追蹤，計(jì)算城市用地擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)，分析城市用地空間擴(kuò)張模式，為新增建設(shè)用地指標(biāo)分解和城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的劃定提供理論基礎(chǔ)[1]，并在此基礎(chǔ)上，通過城市模型對城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長進(jìn)行模擬。

1.2 城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長模型

從時間維度看，城市模型可分為靜態(tài)城市模型和動態(tài)城市模型兩大類，靜態(tài)模型涵蓋傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型和空間相互作用模型等[2]59；而動態(tài)模型則隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展形成兩種類型：“自上而下”基于微分方程的動力學(xué)模型和“自下而上”基于元胞自動機(jī)、智能體等概念的離散動力學(xué)模型[2]60。其中系統(tǒng)動力學(xué)模型（system dynamics modeling）、CA模型和智能體模型（agent-based modeling）為3大代表性動態(tài)城市模型發(fā)展方向[3]7-8。

1.3 CA模型

CA模型因其強(qiáng)大的空間計(jì)算能力，被廣泛應(yīng)用于城市系統(tǒng)空間復(fù)雜性模擬過程中[4]。隨著近年來技術(shù)手段的進(jìn)步，CA的應(yīng)用方向也在逐漸豐富，根據(jù)國內(nèi)最新的研究成果，CA在疾病傳播研究[5]、交通規(guī)劃分析[6]、生態(tài)環(huán)境模擬[7]等方面均有應(yīng)用。在城市增長、土地利用演變等領(lǐng)域，CA相較其他模型的優(yōu)勢在于其能夠有效反映微觀格局下的土地利用演化復(fù)雜特性[8]。但同時，CA模型重點(diǎn)在于單元的局部相互作用，難以有效反映社會、經(jīng)濟(jì)等宏觀問題所產(chǎn)生的影響[9]。為解決這一問題，學(xué)者們通過CA與其他多種模型相互耦合的方式進(jìn)行模型優(yōu)化[10-12]，并衍生出多種結(jié)合遺傳算法[13]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[14]、粗集[15]等的改進(jìn)方法。

隨著城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的劃定與精細(xì)化管控需求的逐漸落實(shí)，CA模型由于其獨(dú)特性正在逐漸成為城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃定的常用方法以及城鎮(zhèn)空間決策的有效工具。

2 CA模型支撐流域多目標(biāo)協(xié)同發(fā)展需求

流域作為城市發(fā)展的重要依托[16]，具有整體性和系統(tǒng)性特征，使流域內(nèi)城市間存在相互制約、依存關(guān)系。流域國土空間規(guī)劃具有跨行政單元、相對靈活、目標(biāo)導(dǎo)向比較具體[17]等特點(diǎn)，涉及多利益主體、多層級關(guān)系、多目標(biāo)訴求的協(xié)調(diào)，需要跨區(qū)域、跨部門及跨學(xué)科的創(chuàng)新方法支撐縱橫協(xié)調(diào)等重大空間問題的決策。

2.1 流域規(guī)劃的多目標(biāo)協(xié)調(diào)屬性

流域是一個以水為紐帶的集水循環(huán)、生態(tài)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)[18]。流域內(nèi)各空間單元在水資源利用、環(huán)境保護(hù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與城市布局等方面存在相互制約、依存關(guān)系，必須作為一個整體進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，系統(tǒng)性地進(jìn)行資源稟賦的差異性與互補(bǔ)性研究。流域的系統(tǒng)性特征決定了土地配置方式必須立足全局，考慮上下游、左右岸、干支流等流域多層次、區(qū)域多行政單元的關(guān)系，滿足城市發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的二元空間協(xié)調(diào)需求，實(shí)現(xiàn)城市與流域的良性互動發(fā)展（見圖1）。而傳統(tǒng)的土地資源配置方式通常依據(jù)地區(qū)GDP、固定資產(chǎn)投資等反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的指標(biāo)進(jìn)行建設(shè)用地指標(biāo)的分解下達(dá)[19]，僅考慮社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，不考慮資源稟賦的區(qū)域差異[20-21]，致使經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)出現(xiàn)開發(fā)強(qiáng)度大、經(jīng)濟(jì)密度低、負(fù)外部性強(qiáng)等粗放利用特征[22]，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的用地需求則難以保障[23]，無法滿足流域尺度的協(xié)同發(fā)展需求。

圖1 保護(hù)與發(fā)展訴求下的流域空間與行政主體關(guān)系圖Fig.1 The relationship between watershed space and administrative subjects under the demands of protection and development

國土空間規(guī)劃作為空間治理體系的重要工具，具有明顯的空間層級和空間尺度效應(yīng)[24]。而流域的整體性與系統(tǒng)性特征，決定了流域尺度的國土空間規(guī)劃一方面需協(xié)調(diào)發(fā)展與保護(hù)的關(guān)系，滿足城市發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的二元空間協(xié)調(diào)需求，另一方面需協(xié)調(diào)多利益主體的發(fā)展關(guān)系，滿足流域多目標(biāo)協(xié)同發(fā)展訴求。城鎮(zhèn)開發(fā)邊界作為國土空間中的重要一級控制線，其劃定、實(shí)施與管控需發(fā)揮上級政府的發(fā)展戰(zhàn)略及自然資源行政主管部門“定標(biāo)準(zhǔn)、下指標(biāo)、留彈性”的職責(zé)[25]，明確協(xié)商規(guī)則和分配下發(fā)指標(biāo)的權(quán)限，充分體現(xiàn)縣市級政府在實(shí)施和管控方面的主體作用。在此過程中，由于涉及“自上而下”的指標(biāo)分解、傳導(dǎo)，以及“自下而上”的實(shí)施反饋，亟待科學(xué)合理的分配方法促進(jìn)邊界“上下聯(lián)動”更為密切與順暢。

2.2 CA模型支撐空間發(fā)展多目標(biāo)協(xié)調(diào)

CA模型因其能夠通過簡單的轉(zhuǎn)換規(guī)則設(shè)置，模擬復(fù)雜的時空演化過程而被廣泛應(yīng)用于模擬城鎮(zhèn)建設(shè)用地動態(tài)增長。CA模型的基本原理是通過周邊地塊的建設(shè)狀況計(jì)算某地塊（元胞）被開發(fā)的概率，其中轉(zhuǎn)化規(guī)則是其核心[3]8。本文采用Logistic回歸算法挖掘轉(zhuǎn)化規(guī)則，將約束條件與動力因素加入到模型中參與計(jì)算，其公式如下：

式中：P為最終的發(fā)展概率，vij是在ij位置元胞的所有自變量的開發(fā)特征向量，con（cellij）是ij位置元胞的所有約束條件與動力因素，neighborij是鄰域的開發(fā)情況。

在CA模型中加入約束條件與動力因素參與模型計(jì)算，可有效反映城鎮(zhèn)發(fā)展的非均質(zhì)性與空間擴(kuò)散的差異性特征，滿足城市發(fā)展與生態(tài)保護(hù)的二元空間協(xié)調(diào)需求、協(xié)調(diào)多利益主體的發(fā)展訴求。該模型由于有效結(jié)合了地理空間知識與地塊屬性條件數(shù)據(jù)，具有強(qiáng)大的空間運(yùn)算能力，可助力流域城鎮(zhèn)發(fā)展多情景模擬，進(jìn)行城市多目標(biāo)導(dǎo)向的空間拓展模擬及建設(shè)用地動態(tài)跟蹤，支撐城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的科學(xué)劃示①城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃示：根據(jù)中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于在國土空間規(guī)劃中統(tǒng)籌劃定落實(shí)三條控制線的指導(dǎo)意見》要求，?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）確定本行政區(qū)域內(nèi)3條控制線總體格局和重點(diǎn)區(qū)域，市、縣組織統(tǒng)一劃定3條控制線和鄉(xiāng)村建設(shè)等各類空間實(shí)體邊界，因此在流域次區(qū)域國土空間規(guī)劃可進(jìn)行城鎮(zhèn)開發(fā)邊界的劃示，為省級總體格局和重點(diǎn)區(qū)域確定及市縣級邊界劃定提供支撐。（見圖2）。

圖2 研究方法路徑圖Fig.2 Research method path

3 河南省黃河流域城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長模擬

通過CA模型與Logistic回歸模型結(jié)合的方法，挖掘城鎮(zhèn)空間規(guī)律、識別潛力與限制要素，進(jìn)行多情景下的多目標(biāo)組合城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長模擬，從而支撐流域規(guī)劃決策（見圖3）。

圖3 基于CA模擬的城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃示流程圖Fig.3 Flow chart of urban development boundary delineation based on cellular automata

建設(shè)用地增長模擬主要涉及以下6類數(shù)據(jù)：（1）土地利用數(shù)據(jù)。2005年、2010年、2015年3個年度的TM影像解譯數(shù)據(jù)；土地利用類型分為6大類、25種類，在模型應(yīng)用中，將城鎮(zhèn)建設(shè)用地之外的5類用地合并為非城鎮(zhèn)建設(shè)用地。（2）國土空間限制要素數(shù)據(jù)。包括基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、生態(tài)保護(hù)紅線、生態(tài)脆弱性、災(zāi)害危險性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性數(shù)據(jù)；其中生態(tài)脆弱性、災(zāi)害危險性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性數(shù)據(jù)來自“雙評價”結(jié)果。（3）國土空間開發(fā)潛力要素數(shù)據(jù)。包括城鎮(zhèn)建設(shè)適宜性、區(qū)位優(yōu)勢度和人口潛力數(shù)據(jù)，其中城鎮(zhèn)建設(shè)適宜性和區(qū)位優(yōu)勢度數(shù)據(jù)來自“雙評價”結(jié)果；人口數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計(jì)年鑒。（4）各地市生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)。包括各地市、各區(qū)縣第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)在2005年、2010年、2015年3個年度的生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源是各地市的統(tǒng)計(jì)年鑒以及河南省統(tǒng)計(jì)年鑒。（5）黃河流域河南段地理信息數(shù)據(jù)。包括流域地形圖和流域水域數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源為地理空間數(shù)據(jù)云。（6）行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。主要包括各區(qū)縣行政邊界、城鎮(zhèn)中心點(diǎn)數(shù)據(jù)。

3.1 城市運(yùn)行邏輯研判

3.1.1 城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間分布

河南省黃河流域城鎮(zhèn)空間集中布局特征明顯，且多呈增長趨勢；城鎮(zhèn)空間主要分布于東西向沿黃河南岸、南北向沿太行山東麓一線，占流域總城鎮(zhèn)空間比例達(dá)79%。各時期建成區(qū)擴(kuò)展大致圍繞原建成區(qū)的外圍呈圈層狀分布，具有一定的蔓延性特征（見圖4）。

圖4 河南省黃河流域3期城鎮(zhèn)建設(shè)空間分布圖Fig.4 Spatial distribution of the third phase urban construction of the Yellow River Basin in Henan Province

3.1.2 城鎮(zhèn)建設(shè)用地變化規(guī)律

從3期（2010年、2015年、2015年）城鎮(zhèn)空間數(shù)量變化來看，城鎮(zhèn)空間一直處于擴(kuò)張狀態(tài)，高速擴(kuò)展區(qū)位于鄭州、鶴壁、濮陽等城市周邊區(qū)域。其中，鄭州城鎮(zhèn)空間面積穩(wěn)居第1位，洛陽作為中原城市群副中心城市在空間規(guī)模及擴(kuò)展強(qiáng)度方面優(yōu)勢不明顯（見圖5）。

圖5 河南省黃河流域14地市3期城鎮(zhèn)空間面積Fig.5 The area of the third phase urban construction of the 14 cities in the Yellow River Basin of Henan Province (the data in the chart are relative values)

3.1.3 城鎮(zhèn)建設(shè)用地變化影響要素

本文利用脫鉤理論，通過構(gòu)建兩個系統(tǒng)不同年度的變化關(guān)系指數(shù)來評價兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)性。

整體而言，相對總?cè)丝谠鲩L速度，城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長速度過快，用地發(fā)展欠合理；相對生產(chǎn)總值增長速度，城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長速度較慢，用地發(fā)展趨于合理。分區(qū)縣而言，超過八成以上的區(qū)縣表現(xiàn)為與整體一致的人地產(chǎn)關(guān)系，即相較于總?cè)丝谠鲩L速度用地發(fā)展較為粗放（見圖6a），相較于生產(chǎn)總值增長速度用地發(fā)展呈現(xiàn)高效合理的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)（見圖6b）。根據(jù)多期城鎮(zhèn)建設(shè)用地及其與人口、經(jīng)濟(jì)的耦合關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)河南省黃河流域在較快的生產(chǎn)總值增長、一定程度的建設(shè)用地擴(kuò)張態(tài)勢下，還存在一定程度的人口增長空間。

圖6 2010—2018年總?cè)丝?第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)增加值與城鎮(zhèn)建設(shè)用地變化關(guān)系耦合協(xié)調(diào)類型格局Fig.6 The change relationship coupling and coordination type pattern of 2010-2018 total population/secondary and tertiary industry added value and urban construction land

基于以上城市運(yùn)行邏輯的研判，應(yīng)用Logistic回歸算法，對第一、第二期用地進(jìn)行城鎮(zhèn)建設(shè)用地轉(zhuǎn)換規(guī)則挖掘；再應(yīng)用CA模型，納入轉(zhuǎn)化規(guī)則，以第二期城鎮(zhèn)建設(shè)用地為基礎(chǔ)進(jìn)行第三期城鎮(zhèn)建設(shè)用地模擬，并將模擬結(jié)果與第三期用地做kappa系數(shù)檢驗(yàn)，kappa系數(shù)達(dá)到0.8以上即可將Logistic回歸運(yùn)算過程中得到的轉(zhuǎn)換規(guī)則作為城市建設(shè)用地增長的影響因子納入城鎮(zhèn)建設(shè)用地多情景模型中（見圖7）。

圖7 CA模型運(yùn)行邏輯示意圖Fig.7 Logic diagram of cellular automata model

3.2 保護(hù)與開發(fā)潛力格局識別

3.2.1 保護(hù)格局識別

基于“雙評價”成果（見圖8a-圖8c）、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)（見圖8d）、生態(tài)保護(hù)紅線（見圖8e）等限制條件，對流域空間進(jìn)行國土空間保護(hù)格局分析?？傮w來看，流域內(nèi)的伏牛山、太行山、黃河干流沿岸等山水系統(tǒng)性特征明顯及災(zāi)害危險性高的區(qū)域識別為開發(fā)強(qiáng)限制區(qū)域，災(zāi)害危險性低的東南部平原地帶識別為開發(fā)弱限制區(qū)域，流域東部的大部分平原地帶由于受基本農(nóng)田保護(hù)影響，識別為開發(fā)較強(qiáng)、較弱限制區(qū)域（見圖8f）。

圖8 國土空間開發(fā)限制要素分析圖Fig.8 Restrictive elements of territory development

3.2.2 開發(fā)潛力格局識別

基于“雙評價”成果的城鎮(zhèn)建設(shè)適宜性（見圖9a）、區(qū)位優(yōu)勢度（見圖9b）及人口潛力（見圖9c）要素綜合分析，識別國土空間開發(fā)潛力格局：東西向沿黃河中游—中下游轉(zhuǎn)換段，南北向以京廣鐵路為軸，形成以洛陽、鄭州、焦作、新鄉(xiāng)、許昌為核心的強(qiáng)動力發(fā)展區(qū)域，較強(qiáng)動力發(fā)展區(qū)域則散布于強(qiáng)動力發(fā)展區(qū)域及流域東南部的商丘、周口，西南、西北部山區(qū)則大部分為弱動力發(fā)展區(qū)域（見圖9d）。

基于多源數(shù)據(jù)融合的保護(hù)與開發(fā)利用耦合分析，對潛力空間與限制要素進(jìn)行疊加分析，將河南省黃河流域分為4類空間，形成強(qiáng)動力—弱限制、弱動力—弱限制、強(qiáng)動力—強(qiáng)限制、弱動力—強(qiáng)限制4類空間格局分區(qū)（見圖10）。①強(qiáng)動力—弱限制區(qū)域：此區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)開發(fā)區(qū)，可根據(jù)城鎮(zhèn)發(fā)展動力進(jìn)行城鎮(zhèn)開發(fā)。②弱動力—弱限制區(qū)域：此區(qū)域?yàn)橄拗崎_發(fā)區(qū)。③強(qiáng)動力—強(qiáng)限制區(qū)域：此區(qū)域需重點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)分類管控。④弱動力—強(qiáng)限制區(qū)域：此區(qū)域?yàn)榻归_發(fā)區(qū)，需嚴(yán)格進(jìn)行空間管控。

圖10 國土空間綜合保護(hù)—開發(fā)潛力分析圖Fig.10 Analysis diagram of comprehensive protection and development potential for territory development

基于以上底圖數(shù)據(jù)，以CA模型常規(guī)保護(hù)底圖下的城市慣性擴(kuò)張模型為基礎(chǔ)，精準(zhǔn)識別城鎮(zhèn)發(fā)展驅(qū)動力，制定差異化的流域城市發(fā)展動力模型，可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動強(qiáng)動力地區(qū)優(yōu)先快速發(fā)展，抑制弱動力地區(qū)精明增長。

3.3 CA模型支撐多情景模擬

3.3.1 多目標(biāo)導(dǎo)向下的多情景設(shè)定

城鎮(zhèn)發(fā)展從以往的規(guī)模拓展型向效率增進(jìn)型轉(zhuǎn)變[26]?；邳S河流域高質(zhì)量發(fā)展要求，需要協(xié)調(diào)好上中下游、各城市之間的發(fā)展與保護(hù)關(guān)系，滿足多利益主體、多目標(biāo)情境下的發(fā)展訴求，實(shí)現(xiàn)黃河流域生態(tài)環(huán)境建設(shè)與環(huán)境保護(hù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與布局、城鄉(xiāng)發(fā)展與城鄉(xiāng)統(tǒng)籌一體化發(fā)展?；诖耍M(jìn)行本次城鎮(zhèn)建設(shè)用地多情景模擬的情景設(shè)定：路徑依賴情景、高質(zhì)量發(fā)展情景（見表1）。

表1 多情景模擬指標(biāo)體系表Tab.1 Multi-scenario simulation index system

路徑依賴情景：作為對照情景模擬現(xiàn)有發(fā)展路徑下流域城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴(kuò)展情況，即對流域的城鎮(zhèn)建設(shè)用地總量不作約束，以第一期至第二期的城鎮(zhèn)建設(shè)用地年均增長速度作為未來的用地增長速度并模擬迭代到規(guī)劃期末，形成規(guī)劃期末（2035年）城鎮(zhèn)建設(shè)用地的模擬結(jié)果。此情景下的城鎮(zhèn)建設(shè)用地增長不添加任何驅(qū)動力條件，可與高質(zhì)量發(fā)展情景作增速與增量的對比分析。

高質(zhì)量發(fā)展情景：作為規(guī)劃干預(yù)程度不同的兩種情景，基于城鎮(zhèn)規(guī)模預(yù)測結(jié)果，設(shè)置總量限定下的總量約束情景與分區(qū)縣建設(shè)用地限定下的分區(qū)縣約束情景，研判基于城鎮(zhèn)規(guī)模預(yù)測與多目標(biāo)協(xié)調(diào)下的流域增量分配模型結(jié)果的差異性。

3.3.2 模擬結(jié)果多維比對

基于3個情景模擬結(jié)果（見圖11）進(jìn)行城鎮(zhèn)用地增量與增率分析（見圖12）發(fā)現(xiàn)，各地市因發(fā)展基礎(chǔ)、動力及限制條件不同，導(dǎo)致增長態(tài)勢存在差異。本文重點(diǎn)分析路徑依賴情景與高質(zhì)量發(fā)展情景的差異，以及兩個高質(zhì)量發(fā)展情景之間的差異，以發(fā)現(xiàn)規(guī)劃干預(yù)對城鎮(zhèn)空間拓展的影響和干預(yù)方式對城鎮(zhèn)空間拓展的影響強(qiáng)度。

圖11 城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展多情景模擬結(jié)果Fig.11 Multi-scenario simulation results of urban space expansion

圖12 河南省黃河流域城鎮(zhèn)建設(shè)用地多情景模擬結(jié)果增量與增率分析Fig.12 Analysis of increment and rate of multi-scenario simulation results of urban construction land in the Yellow River Basin of Henan Province

通過對比分析發(fā)現(xiàn)不同區(qū)縣在3種情景中呈現(xiàn)不同的空間擴(kuò)展特征，路徑依賴情景與總量約束情景空間擴(kuò)展的增率趨勢大體一致，而受規(guī)劃干預(yù)較多的分區(qū)縣約束情景則存在明顯的抑制與促進(jìn)發(fā)展區(qū)域。大致可分為3種：（1）原空間增長較為明顯的京廣鐵路沿線的安陽—鄭州、黃河北岸的焦作—新鄉(xiāng)—濮陽一線城市，具有先發(fā)優(yōu)勢，在路徑依賴發(fā)展情景中仍處于快速增長趨勢，在高質(zhì)量發(fā)展情景中受生態(tài)保護(hù)等多種發(fā)展限制條件的作用會使發(fā)展速度趨緩。（2）大部分平原農(nóng)業(yè)城市（如周口市、商丘市等），或受大城市虹吸作用影響較大的城市（如開封市），以及產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好、上升潛力較大的城市（如濟(jì)源市），在高質(zhì)量發(fā)展情景下，由于城市自身發(fā)展空間較大或人口吸引力較強(qiáng)，具備了較好的后發(fā)優(yōu)勢。（3）還有一類城市因高質(zhì)量發(fā)展情景下的限制條件與潛力因素對城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展影響較小或正負(fù)影響相互抵消，使城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展速度沒有發(fā)生明顯變化，但城鎮(zhèn)發(fā)展路徑及空間格局將會受到影響（如平頂山市、三門峽市等）。

通過以上對模擬結(jié)果的對比分析發(fā)現(xiàn)，規(guī)劃干預(yù)對都市圈地區(qū)城市的極化與擴(kuò)散發(fā)展起到積極作用，改善原都市圈集中連片發(fā)展的格局，促進(jìn)中心城市對都市圈內(nèi)中小城市的擴(kuò)散帶動作用；同時規(guī)劃干預(yù)滿足“大中小城市協(xié)調(diào)發(fā)展”的政策要求，改善了原大城市集中大量發(fā)展資源無序擴(kuò)張的情況，使部分資源本底條件較好的中小城市得以同步發(fā)展。

4 結(jié)語與展望

基于CA與Logistic回歸模型算法技術(shù)，利用國土空間規(guī)劃“雙評價”研究成果，綜合考量流域各個區(qū)縣的空間發(fā)展規(guī)律、保護(hù)與發(fā)展異質(zhì)性特點(diǎn)，構(gòu)建空間上相互作用和時間上因果關(guān)聯(lián)的多情景模型，為流域城鎮(zhèn)建設(shè)用地指標(biāo)傳導(dǎo)和城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃示提供科學(xué)支撐，有效指導(dǎo)市縣級國土空間規(guī)劃的編制。

4.1 支撐規(guī)劃決策

通過以上模擬與對比分析，發(fā)掘不同區(qū)縣間的城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展特征及規(guī)律，可制定差異化的流域發(fā)展對策。

控制城市無序蔓延：通過規(guī)劃手段控制大城市以路徑依賴城市擴(kuò)展方式進(jìn)行的無序蔓延，如鄭州市、安陽市等城市。

促進(jìn)大都市區(qū)周邊、建設(shè)條件較好的城市發(fā)展：（1）促進(jìn)鄭州市周邊城市發(fā)展，形成大都市區(qū)發(fā)展格局，如開封市、許昌市等城市；（2）促進(jìn)城市建設(shè)條件較好的城市，如周口市、商丘市等以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的城市發(fā)展。

引導(dǎo)部分城市高質(zhì)量發(fā)展：（1）城鎮(zhèn)連綿帶城市，如新鄉(xiāng)市、鶴壁市、平頂山市等城市，現(xiàn)狀建設(shè)用地較少，增長潛力較好，但是需要防范環(huán)境風(fēng)險及對農(nóng)業(yè)、生態(tài)空間的消耗；（2）黃河中上游城市，如三門峽市、濟(jì)源市等，受生態(tài)敏感性地區(qū)影響，發(fā)展速度受限制。

同時，可根據(jù)城鎮(zhèn)用地擴(kuò)展模擬結(jié)果，從流域尺度進(jìn)行城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃示，從而促進(jìn)流域城鎮(zhèn)空間合理布局、引導(dǎo)大中小城市協(xié)同發(fā)展?；诔擎?zhèn)開發(fā)邊界劃示方案，可以進(jìn)行“雙評價”結(jié)果中的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與城鎮(zhèn)建設(shè)雙適宜區(qū)判斷、基本農(nóng)田調(diào)整建議等工作，從而形成由現(xiàn)狀分析、發(fā)展情景模擬、決策支撐組成的規(guī)劃分析鏈條，為科學(xué)統(tǒng)籌生態(tài)、農(nóng)業(yè)與城鎮(zhèn)空間劃定提供支撐。

4.2 存在不足與未來展望

目前研究尚存在以下不足之處：（1）由于部分?jǐn)?shù)據(jù)無法獲取或數(shù)據(jù)精度存在瑕疵，導(dǎo)致模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性有所欠缺。（2）CA模型需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的處理，尤其是流域尺度數(shù)據(jù)數(shù)量及精度都對計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力提出了更高要求，導(dǎo)致部分模擬不得不降低元胞精度。（3）CA模型在空間決策過程中對人類主觀影響因素的模擬存在局限性[27]，需要更多的地理空間知識的解讀與加入，以增加模擬結(jié)果的精準(zhǔn)度。

基于本輪國土空間規(guī)劃的《城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃定指南（試行）》要求，為便于規(guī)劃技術(shù)人員操作，本文所述城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃示模型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)平臺化操作，并將根據(jù)后續(xù)國土空間規(guī)劃項(xiàng)目及相關(guān)研究需求的推進(jìn)，不斷完善相關(guān)模型架構(gòu)、原代碼及平臺界面，以提高平臺的用戶友好性，助力國土空間規(guī)劃工作的數(shù)字化方向轉(zhuǎn)變與科學(xué)化編制。

（在此感謝河南省國土資源調(diào)查規(guī)劃院總規(guī)劃師張紅方、主任汪慧芳、高級工程師柴世界、尚良有、工程師穆利娟提供《河南省黃河流域資源環(huán)境承載能力與國土空間開發(fā)適宜性評價》成果，作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐本文順利完成；同時感謝北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院副院長鄭筱津、副總規(guī)劃師汪淳、總體研究中心總工程師歐陽鵬在論文編撰過程中給予的幫助。）