劉曉萬(wàn) 張永福 黃莉莉

摘要

以新疆維吾爾自治區(qū)喀什市作為研究對(duì)象，以2009年喀什市土地結(jié)構(gòu)利用數(shù)據(jù)作為基期數(shù)據(jù)，借助線性規(guī)劃方法對(duì)喀什市土地資源進(jìn)行優(yōu)化配置。通過(guò)對(duì)喀什市土地利用現(xiàn)狀的分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)以及相關(guān)規(guī)劃調(diào)控指標(biāo)，預(yù)測(cè)2020年喀什市土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)據(jù)，以使得喀什市土地綜合利用效益達(dá)到最大。

關(guān)鍵詞 灰色線性規(guī)劃;GM（1，1）;優(yōu)化配置;層次分析法（AHP）;喀什

中圖分類號(hào) S28 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ?文章編號(hào) 0517-6611（2015）03-299-03

Research on Optimal Allocation of Land Resources in Kashgar， Xinjiang Uygur Autonomous Region

LIU Xiaowan， ZHANG Yongfu*， HUANG Lili

（College of Resource and Environment Sciences， Xinjiang University， Urumqi， Xinjiang 830046）

Abstract Taking Kashgar， Xinjiang Uygur Autonomous Region as the research object， with land use structure in 2009 data as the base data， linear programming method was used to optimize the allocation of land resources in Kashgar. Through analysis on the present situation of land use in Kashgar， combined with local economic and social development features and related planning control index， and prediction of structure optimization data of land use in 2020， Kashgar land utilization comprehensive benefits reaches a maximum.

Key words ?Grey liner programming; GM（1，1）; Optimal allocation; Analytic Hierarchy Process（AHP）; Kashgar

作者簡(jiǎn)介

劉曉萬(wàn)（1988-），男，寧夏固原人，碩士研究生，研究方向：地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)。*通訊作者，副教授，碩士生導(dǎo)師，從事國(guó)土資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃、土地管理研究。

收稿日期 20141124

土地是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，為人類提供了生存和社會(huì)發(fā)展的活動(dòng)空間。我國(guó)人口數(shù)量眾多，人均土地資源占有量有限。然而，我國(guó)人口數(shù)量的不斷增長(zhǎng)使得人均土地資源占有量逐漸下降的現(xiàn)實(shí)，以及土地生態(tài)系統(tǒng)污染嚴(yán)重成為土地資源優(yōu)化配置的挑戰(zhàn)^[1]。土地資源優(yōu)化配置是實(shí)現(xiàn)土地資源合理利用和可持續(xù)發(fā)展的重要途徑和手段?？茖W(xué)合理的土地資源配置能夠充分發(fā)揮土地使用潛力，提高土地綜合利用效率，實(shí)現(xiàn)土地的可持續(xù)利用，保持土地生態(tài)系統(tǒng)的平衡，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速平穩(wěn)發(fā)展^[6]。

1 研究區(qū)概況

喀什市（75°48′～76°18′E、39°23′～39°37′3N）是喀什地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通以及宗教中心，東西部與疏附縣接壤，北倚古瑪塔格山，北與克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿圖什市毗鄰，南面與疏勒縣相連?？κ彩袣v史悠久，是著名的古“絲綢之路”的交通樞紐，是我國(guó)連接中亞、西亞以至歐洲等國(guó)的陸上必經(jīng)之地，有“中國(guó)的西大門”之稱。2011年喀什市被國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)成為最年輕的經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。根據(jù)喀什市城市總體規(guī)劃，城市人口由2010年的27.04萬(wàn)發(fā)展到2020年的45萬(wàn)，土地利用情況計(jì)劃喀什特區(qū)用地需達(dá)到45.5 km²，遠(yuǎn)期規(guī)劃控制用地為164 km²。隨著城市人口的急劇增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，喀什市面臨著土地及各種資源粗放利用、城鎮(zhèn)土地?cái)U(kuò)張迅速、生態(tài)環(huán)境惡化、土地利用結(jié)構(gòu)不合理以及人地矛盾加劇等問(wèn)題。優(yōu)化土地資源配置能夠協(xié)調(diào)人與土地、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地資源之間的關(guān)系，提高土地資源的綜合利用效率，實(shí)現(xiàn)土地資源利用的可持續(xù)發(fā)展。

2 ?指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 ?建立土地資源優(yōu)化模型

線性規(guī)劃是一種優(yōu)化資源配置的有效方法，它是一種在具有確定目標(biāo)又有一定約束限制條件下，從所有可能的選擇方案中找出最優(yōu)方案的數(shù)學(xué)方法，也是目前研究多變量復(fù)雜系統(tǒng)常用的一種最優(yōu)化方法^[2]。然而，一般的線性規(guī)劃也存在很多的問(wèn)題^[3]?；疑到y(tǒng)的思想和建模方法在一定的程度上能夠解決這些問(wèn)題?；疑€性規(guī)劃彌補(bǔ)了一般線性規(guī)劃的不足，它不要求目標(biāo)函數(shù)中的效益系數(shù)、約束條件中的技術(shù)系數(shù)、資源量及其他限制量等都被固定下來(lái)，而可在技術(shù)系數(shù)是可變的灰數(shù)，約束值是發(fā)展的情況下進(jìn)行，是一種動(dòng)態(tài)的線性規(guī)劃^[1-5]。當(dāng)線性規(guī)劃的約束條件系數(shù)是可變的區(qū)間時(shí)，既可以按下限規(guī)劃又可按上限規(guī)劃，直到得到滿意的規(guī)劃解為止。

該研究運(yùn)用灰色線性規(guī)劃模型來(lái)求解喀什市土地資源優(yōu)化配置方案，從中選擇最優(yōu)方案。變量的設(shè)置應(yīng)滿足以下3個(gè)原則：①土地利用類型的設(shè)置要符合全國(guó)《土地利用現(xiàn)狀分類規(guī)程》;②各變量在地理位置上是獨(dú)立的，不能有重疊部分，并具有綜合性與典型性，粗細(xì)得當(dāng);③各變量的效益資料能夠取得，以便于確定各類用地的效益系數(shù)^[7]。因此根據(jù)喀什市土地利用現(xiàn)狀和土地適宜性及各業(yè)對(duì)土地利用的需求特點(diǎn)，從社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求出發(fā)，按照喀什市土地利用現(xiàn)狀分土地利用分類體系（3大類）標(biāo)準(zhǔn)，共設(shè)置以下10個(gè)變量：x₁（耕地面積）、x₂（園地面積）、x₃（林地面積）、x₄（其他農(nóng)用地）、x₅（城鎮(zhèn)用地）、x₆（農(nóng)村居民點(diǎn)）、x₇（工礦建設(shè)用地）、x₈（交通水利用地）、x₉（其他建設(shè)用地）、x₁₀（未利用地）^[8]。

2.2 約束條件

2.2.1

土地總面積約束。各類用地面積之和應(yīng)該等于喀什市土地總面積，即：

x₁+x₂+…+x₉+x₁₀=55 010.90 hm²

2.2.2

人口總量約束。農(nóng)用地和城鎮(zhèn)用地所能承載的人口總量應(yīng)該小于等于2020年規(guī)劃人口，即：

M₁Σxj+M₂Σxk≤P

式中，M₁指喀什市農(nóng)用地的人口平均預(yù)測(cè)密度;M₂代表城鎮(zhèn)用地的人口平均預(yù)測(cè)密度;xj代表農(nóng)用地總面積;xk代表城鎮(zhèn)用地總面積;P指2020年規(guī)劃總?cè)丝凇?/p>

表1 2009年喀什市土地利用狀況

類別土地利用類型變量面積∥hm²

農(nóng)用地耕地x₁17 165.14

園地x₂1 637.24

林地x₃1 497.32

其他農(nóng)用地x₄3 006.20

建設(shè)用地城鎮(zhèn)用地x₅4 146.82

農(nóng)村居民點(diǎn)x₆3 536.06

工礦建設(shè)用地x₇745.73

交通水利用地x₈901.55

其他建設(shè)用地x₉524.09

未利用地x₁₀21 850.75

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于喀什市國(guó)土資源局。

2009年喀什市總?cè)丝跒?50 633人，其中農(nóng)村人口186 246人，城鎮(zhèn)人口264 387人。農(nóng)用地總面積為23 305.90 hm²，城鎮(zhèn)用地總面積為41 46.82 hm²，農(nóng)村居民點(diǎn)總面積為3 536.06 hm²，農(nóng)村居民點(diǎn)和農(nóng)用地總面積為26 841.96 hm²，則可以確定M₁的上限為6.94人/hm²，M₂的上限為63.76人/hm²，預(yù)測(cè)到2020年喀什市的總?cè)丝跒?77 295人，其中農(nóng)村人口為128 023人，城鎮(zhèn)人口為449 272人，農(nóng)村居民點(diǎn)和農(nóng)用地總面積24 260.41 hm²，城鎮(zhèn)用地面積7 125.03 hm²。則可以確定M₁的下限為5.23人/hm²，M₂的下限為63.06人/hm²。即：

5.23（x₁+x₂+x₃+x₄+x₆）+63.06x₅≤577 295

2.2.3

宏觀計(jì)劃約束。根據(jù)喀什市土地利用總體規(guī)劃要求規(guī)劃目標(biāo)年（2020年）全市的耕地面積不少于14 412.58 hm²，即可得到約束條件：

x₁≥14 412.58

根據(jù)喀什市土地利用總體規(guī)劃中上級(jí)下達(dá)的新增建設(shè)用地占用耕地的指標(biāo)，既要求社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展又不能過(guò)多的占用耕地以滿足喀什市建設(shè)用地需求和供給，因此，各主要建設(shè)用地應(yīng)控制在宏觀計(jì)劃范圍內(nèi)。

x₅+x₆+x₇+x₈+x₉≤13 462.25

2.2.4

社會(huì)需求約束。經(jīng)過(guò)各方面綜合預(yù)測(cè)，喀什市2020年糧食單產(chǎn)水平大約為6 731.98 kg/hm²，糧食單產(chǎn)灰區(qū)間取值范圍為5 760～6 890 kg/hm²，其下限為喀什市2000年糧食單產(chǎn)水平，上限是用GM（1，1）模型預(yù)測(cè)值，即2020年預(yù)計(jì)能達(dá)到的糧食單產(chǎn)水平。這樣設(shè)置灰區(qū)間能夠保障規(guī)劃期間糧食的需求量，因此可根據(jù)糧食單產(chǎn)水平的變化速度選擇適合地區(qū)發(fā)展的規(guī)劃方案。為滿足全市人民的生活生產(chǎn)需要，以小康水平位標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)，需要202 784 850 kg（灰區(qū)間為202 784 850～259 782 750 kg）糧食。根據(jù)耕地總需求量的公式：耕地總需求量=糧食需求量/耕地糧食單產(chǎn)/糧作比/復(fù)種指數(shù)，再用該值乘以喀什市糧食自給率預(yù)測(cè)耕地需求量，經(jīng)計(jì)算得耕地約束條件為：

x₁≥14 696.64

2.2.5

生態(tài)平衡約束。依據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)給喀什市下達(dá)的森林覆蓋率的指標(biāo)和喀什市土地利用的現(xiàn)狀情況，制定適合喀什市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的造林綠化目標(biāo)，在規(guī)劃期間內(nèi)，喀什市森林覆蓋率由2009年的2.72%提高到2020年的2.98%，2020年林地面積將達(dá)到1638.95 hm²。即可得到林地約束條件為：

x₃≥1 638.95

2.2.6

未利用土地開發(fā)約束。2009年喀什市未利用地21 850.75 hm²，根據(jù)土地開發(fā)整理規(guī)劃和對(duì)未利用地開發(fā)利用預(yù)測(cè)，到2020年未利用地開發(fā)可增加可利用土地面積的最大面積為8 389.11 hm²，則構(gòu)成未利用土地開發(fā)約束條件：

x₁₀≥13 461.64

2.2.7

實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)約束。為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，規(guī)劃期間內(nèi)會(huì)增加獨(dú)立工礦用地和交通用地等，土地開發(fā)將會(huì)使得未利用土地減少。則可構(gòu)成如下約束條件：

x₇≥5 748.95;x₈≥3 145.08;x₂≥2 264.31;x₅≥7 125.03;x₆≥4 034.05

2.2.8

數(shù)學(xué)模型要求約束。

模型要求為：

xi≥0，i=1，2，…，10

2.3 目標(biāo)函數(shù)

該研究目標(biāo)函數(shù)如下：

f（x）=10 200x₁+22 500x₂+4 800x₃+4 500x₄+200 000x₅+120 000x₆+900 000x₇+30 000x₈+500x₉+100x₁₀

目標(biāo)函數(shù)中的各項(xiàng)系數(shù)為單位土地面積上的收益系數(shù)（元/hm²），全部按照當(dāng)年的價(jià)格計(jì)算。目標(biāo)函數(shù)中的各項(xiàng)系數(shù)是采用灰色預(yù)測(cè)、平均增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)和回歸預(yù)測(cè)等方法求得的預(yù)測(cè)數(shù)。

2.4 模型求解

由于灰色線性規(guī)劃模型中的效益系數(shù)、技術(shù)系數(shù)及約束系數(shù)是區(qū)間灰區(qū)間，可以按照下限規(guī)劃又可依據(jù)上限規(guī)劃，還可選擇區(qū)間值規(guī)劃，從而使規(guī)劃方案靈活多變且有彈性空間，能夠適應(yīng)未來(lái)情況的發(fā)展變化。結(jié)合喀什市具體情況及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，按照2020年經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)要求，經(jīng)運(yùn)算求解獲得高、中、低經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)下土地資源優(yōu)化配置方案（表2）。

表2 各供選方案比較

指標(biāo)方案1方案2方案3

人口∥萬(wàn)人60.160.7361.35

單產(chǎn)∥kg/hm²6 2506 0005 760

耕地∥hm²13 970.7614 432.3114 793.46

園地∥hm²1 738.182 265.742 483.16

林地∥hm²1 750.951 8001 638.95

其他農(nóng)用地∥hm²1 942.141 848.141 848.14

城鎮(zhèn)用地∥hm²7 193.077 072.236 863.78

農(nóng)村居民點(diǎn)∥hm²4 023.874 023.874 209.67

工礦建設(shè)用地∥hm²6 557.156 435.396 287.26

交通水利用地∥hm²3 145.083 145.083 145.08

其他建設(shè)用地∥hm²524.06524.06524.06

未利用地∥hm²14 165.6413 464.0813 217.34

GDP∥億元86.8885.5983.99

3 土地資源優(yōu)化方案決策

應(yīng)用層次分析法模型進(jìn)行土地資源優(yōu)化方案決策，首先建立層次分析系統(tǒng)模型。第一層為目標(biāo)層，即土地利用結(jié)構(gòu)的綜合效益為最大;第二次為約束層，該層分為3個(gè)子系統(tǒng)，即社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益;第三層為指標(biāo)層，該層分為10個(gè)指標(biāo);第四層為方案層，即各個(gè)待評(píng)價(jià)的方案。

3.1 建立評(píng)價(jià)體系和確立權(quán)重

依據(jù)喀什市的具體情況以及土地利用結(jié)構(gòu)的綜合性效益最大的要求，結(jié)合專家意見，參照陳其春等的研究成果^[9]，運(yùn)用層次分析法（AHP）原理，選出10個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)并計(jì)算相應(yīng)的權(quán)重（表3）。

表3 方案決策計(jì)算結(jié)果

評(píng)價(jià)指標(biāo)指標(biāo)權(quán)重方案1

歸一化指標(biāo) 指標(biāo)得分

方案2

歸一化指標(biāo) 指標(biāo)得分

方案3

歸一化指標(biāo) 指標(biāo)得分

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值0.115 7 0.338 8 0.039 2 0.333 7 0.038 6 0.327 5 0.037 9

人均GDP0.115 4 0.342 2 0.039 5 0.333 7 0.038 5 0.324 1 0.037 4

糧食單產(chǎn)0.115 4 0.347 0 0.040 0 0.333 1 0.038 4 0.319 8 0.036 9

城市化水平0.106 5 0.340 4 0.036 3 0.334 7 0.035 6 0.324 8 0.034 6

人均糧食占有量0.109 7 0.340 4 0.037 3 0.334 1 0.036 7 0.325 5 0.035 7

人均交通用地0.106 5 0.336 8 0.035 9 0.333 3 0.035 5 0.329 9 0.035 1

林地面積0.086 0 0.337 4 0.029 0 0.346 8 0.029 8 0.315 8 0.027 2

耕地面積0.080 4 0.323 4 0.026 0 0.334 1 0.026 9 0.342 5 0.027 5

人均林地面積0.081 7 0.340 8 0.027 8 0.346 7 0.028 3 0.312 5 0.025 5

園地面積0.082 7 0.267 9 0.022 2 0.349 3 0.028 9 0.382 8 0.031 7

總計(jì)1.000 0 0.333 2 0.337 2 0.329 5

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算與歸一化處理

對(duì)各個(gè)方案的指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，然后用指標(biāo)權(quán)重乘以歸一化指標(biāo)即可得到各個(gè)相應(yīng)指標(biāo)得分。歸一化處理公式為：

Qij=qij∑3j=1qij×100%

式中，i=1，2，…，10;j=1，2，3;Qij、qij分別為第i中評(píng)價(jià)指標(biāo)第j個(gè)方案歸一化值及指標(biāo)數(shù)據(jù)值。計(jì)算結(jié)果列入表3。

3.3 方案決策

對(duì)10個(gè)指標(biāo)得分進(jìn)行累加，得到各方案總排序，見表3。由表3可知，方案2的排序最高，耦合性最大，因此土地綜合效益最大，故為推薦方案。

4 結(jié)論

方案2作為2020年推薦方案，只有耕地和其他農(nóng)用地比現(xiàn)狀有所減少，其余規(guī)劃用地均有不同程度的增長(zhǎng)。其中，工礦建設(shè)用地增加762.97%，交通水利用地增加249.05%，城鎮(zhèn)用地增加70.54%，主要目的是為了發(fā)展喀什經(jīng)濟(jì)特區(qū)，加快喀什市第二產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐。與2009年相比，園地增加38.36%，林地增加20.24%;方案2與其他兩個(gè)方案相比，未利用地開發(fā)適中，在著力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，合理兼顧生態(tài)環(huán)境保護(hù)。總體上，方案2既考慮喀什市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展又兼顧生態(tài)環(huán)境保護(hù)，力求社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益相協(xié)調(diào)。

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