許 偉
(上海市地質(zhì)調(diào)查研究院,上海 200072)
土地利用總體規(guī)劃是指導(dǎo)城鄉(xiāng)建設(shè)和土地利用的綱領(lǐng)性文件,起著合理配置土地資源和組織土地利用的作用。我國(guó)土地利用總體規(guī)劃經(jīng)歷了關(guān)注農(nóng)用地合理利用、以加強(qiáng)耕地保護(hù)為關(guān)鍵、以完善土地用途管制為核心的3個(gè)發(fā)展階段,未來發(fā)展重點(diǎn)由推動(dòng) “土地用途管制”向“國(guó)土空間用途管制”、關(guān)注土地利用規(guī)劃評(píng)價(jià)體系和方法的系統(tǒng)化轉(zhuǎn)變[1]。在信息化迅速發(fā)展時(shí)代,基于多元時(shí)空數(shù)據(jù)具有類型豐富、更新頻率高[2]等特點(diǎn),逐步成為區(qū)域資源環(huán)境、城市空間與土地利用等問題研究的重要手段。
目前,已有的相關(guān)研究主要集中在基于經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、土地利用年度變更、遙感、測(cè)繪數(shù)據(jù)等的定量評(píng)價(jià)和規(guī)劃的實(shí)施評(píng)估研究,張潤(rùn)森等通過對(duì)土地利用/覆被變化對(duì)大氣環(huán)境系統(tǒng)的作用機(jī)制分析,研究土地利用/覆被變化對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響[3]。張楊等運(yùn)用區(qū)域生態(tài)環(huán)境指數(shù)和土地利用變化類型生態(tài)貢獻(xiàn)率,對(duì)1996-2006年武漢市土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)以及導(dǎo)致武漢市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的土地利用變化類型進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)[4]。杜勇等從人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境四個(gè)方面進(jìn)行土地資源綜合承載力評(píng)價(jià),研究了湖北省17個(gè)市(州)近10年來土地資源承載力的發(fā)展趨勢(shì)[5]。田志強(qiáng)等從市級(jí)規(guī)劃監(jiān)測(cè)評(píng)估內(nèi)容和指標(biāo)體系出發(fā),開展基于綜合“一致性評(píng)估”和“績(jī)效性評(píng)估”的市級(jí)規(guī)劃監(jiān)測(cè)評(píng)估[6]。但定量關(guān)系與定量化手段在規(guī)劃實(shí)施評(píng)估、發(fā)展趨勢(shì)模擬和輔助規(guī)劃方案等土地利用規(guī)劃編制全過程中體現(xiàn)不足,土地利用與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等的耦合關(guān)系有待加強(qiáng)。從多元時(shí)空數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用必將給土地利用總體規(guī)劃的編制帶來新的思路和新方法,如何應(yīng)用多元時(shí)空數(shù)據(jù)更有效、更有針對(duì)性編制土地利用規(guī)劃仍有待進(jìn)一步研究。
土地利用總體規(guī)劃是對(duì)未來土地利用時(shí)序和空間布局的安排,包含大量的空間決策。土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)來源多樣,其中,影像數(shù)據(jù)來源于航片、衛(wèi)星、雷達(dá)數(shù)據(jù)等;土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源于土地利用年度變更、土地審批等數(shù)據(jù);社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于政府年度工作報(bào)告、統(tǒng)計(jì)年鑒、實(shí)地調(diào)查、人口普查數(shù)據(jù)等;行業(yè)發(fā)展數(shù)據(jù)來源于行業(yè)年度公報(bào)、跟蹤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。
當(dāng)前,時(shí)空數(shù)據(jù)在土地利用總體規(guī)劃中的應(yīng)用仍停留在規(guī)劃方案的制定上,應(yīng)用范疇和深度有待提高,歸納起來具有以下特點(diǎn):
(1)當(dāng)前土地利用總體規(guī)劃應(yīng)用的數(shù)據(jù)主要是靜態(tài)數(shù)據(jù),其在規(guī)劃中的應(yīng)用主要在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、規(guī)劃方案制定階段,不同時(shí)段的人群活動(dòng)特征對(duì)土地利用影響反映不足。
(2)大多數(shù)研究和規(guī)劃實(shí)踐都是對(duì)土地利用及變化的現(xiàn)象進(jìn)行描述,對(duì)于現(xiàn)象發(fā)生背后更深層次的原因缺乏剖析和深入挖掘,而這一點(diǎn)對(duì)于解決當(dāng)前土地利用總體存在的問題至關(guān)重要。
(3)目前,土地利用總體規(guī)劃在數(shù)據(jù)的獲取、處理、存儲(chǔ)、分析等方面不完善,受數(shù)據(jù)廣度和深度影響,土地利用總體規(guī)劃編制常用的分析方法仍是相關(guān)性分析、趨勢(shì)分析等傳統(tǒng)方法,對(duì)規(guī)劃中需要解決的新問題缺乏有針對(duì)性的技術(shù)研究方法。
土地利用總體規(guī)劃實(shí)施是一個(gè)綜合過程,一切社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)都會(huì)影響到土地利用規(guī)劃實(shí)施的效果,利用多元時(shí)空數(shù)據(jù)的定量、定性分析,度量與檢驗(yàn)土地利用規(guī)劃的實(shí)施狀況,包括規(guī)劃指標(biāo)完成情況、土地利用提升程度、土地利用對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的帶動(dòng)作用、規(guī)劃實(shí)施產(chǎn)生的綜合效益等方面,直觀的反映土地利用現(xiàn)象,診斷土地利用的關(guān)鍵問題。
(1)土地利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)
經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展是土地、資本、勞動(dòng)、技術(shù)等要素綜合作用的結(jié)果,土地利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間有著密切的關(guān)系:①土地資源的合理利用能夠促使資金、技術(shù)、勞動(dòng)力相對(duì)集中[7],并以集聚優(yōu)勢(shì)提升土地資源價(jià)值,提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障能力;②通過土地利用結(jié)構(gòu)和布局的調(diào)整促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),以土地利用方式的轉(zhuǎn)變倒逼城市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高;③經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口變化、科技水平提高、法律法規(guī)和管理政策調(diào)整等,同樣會(huì)帶來土地利用結(jié)構(gòu)、方式發(fā)生變化,進(jìn)而影響到土地資源的配置效率和利用效益。本文采用2006-2016年的17個(gè)區(qū)人口規(guī)模、GDP、建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)(圖1),通過分析建設(shè)用地與人口、GDP變化的匹配度,應(yīng)用功效函數(shù)法對(duì)建設(shè)規(guī)模與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口規(guī)模進(jìn)行定量評(píng)價(jià),來判斷各區(qū)建設(shè)用地與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的協(xié)調(diào)性,為各區(qū)確定區(qū)域發(fā)展定位、制定土地利用宏觀調(diào)控目標(biāo)、分解下達(dá)建設(shè)用地規(guī)模指標(biāo)提供基礎(chǔ)依據(jù)。
圖1 2006-2016年上海市建設(shè)用地、GDP、人口規(guī)模分析Fig.1 Analysis of construction land, GDP and population size during 2006-2016 in Shanghai
(2)土地生態(tài)環(huán)境建設(shè)
土地利用活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)平衡和生態(tài)服務(wù)價(jià)值會(huì)造成影響,從而對(duì)人的生活、生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生影響,協(xié)調(diào)土地利用與生態(tài)建設(shè)之間的關(guān)系是土地利用總體規(guī)劃重要內(nèi)容之一。上海國(guó)土開發(fā)強(qiáng)度達(dá)到46%,城鄉(xiāng)建設(shè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展等各項(xiàng)生活、生產(chǎn)、生態(tài)活動(dòng)均作用于土地,對(duì)生態(tài)用地規(guī)模、生態(tài)空間的連通性和生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等均有影響。土地利用總體規(guī)劃強(qiáng)化堅(jiān)持保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境的導(dǎo)向,把生態(tài)環(huán)境保護(hù)作為保障城市長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的主要空間底線,規(guī)劃確定了“多層次、成網(wǎng)絡(luò)、功能復(fù)合”的基本生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系,及“環(huán)、廊、區(qū)、源”的城市生態(tài)空間體系,在規(guī)劃實(shí)施過程中人居環(huán)境、生態(tài)品質(zhì)有了較大改善。但也存在:①生態(tài)環(huán)境水平與全球城市定位差距顯著,生態(tài)功能和質(zhì)量水平總體不高;②生態(tài)資源規(guī)??偭棵黠@不足,保護(hù)面臨較大壓力;③生態(tài)空間結(jié)構(gòu)布局均衡性、系統(tǒng)性問題突出高。
城市生態(tài)建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn),2006-2016年,城市人均綠地面積呈緩慢上升趨勢(shì),城市公園數(shù)量穩(wěn)步提升、中心城區(qū)公共綠地空間逐步擴(kuò)大(圖2),通過加強(qiáng)綠地和公園保護(hù),從2006年144座公園增加到217座,城市綠化覆蓋率也從2006年的37.3%增加到2013年38.4%,對(duì)增加城市開敞空間、改善城市小氣候和空氣質(zhì)量具有積極的意義。2012年陸續(xù)啟動(dòng)郊野公園的規(guī)劃和建設(shè),廊下、青西、長(zhǎng)興島、浦江和嘉北等郊野公園開園,基本形成“口袋公園—社區(qū)公園—地區(qū)公園”三級(jí)公園綠地組成的城市公園體系。
圖2 2006-2016年上海市城市公園個(gè)數(shù)與游園人數(shù)統(tǒng)計(jì)Fig.2 Shanghai's per capita green space scale and number of urban parks during 2006-2016
(3)基于核密度估算的耕地破碎化分析
耕地資源是特大型城市發(fā)展的基礎(chǔ)性資源,在保障城市糧食安全和生態(tài)安全方面具有重要的作用。耕地資源的空間分布受自然與人為因素干擾,隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速推進(jìn),存在著河流、溝渠、道路分割所致的自然破碎和城鎮(zhèn)建設(shè)占用耕地等現(xiàn)象,耕地被分割成大小不一的地塊,影響農(nóng)業(yè)機(jī)械化利用,進(jìn)而影響現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。科學(xué)有效的判定耕地空間分布格局及其變化特征,對(duì)促進(jìn)耕地保護(hù)及空間優(yōu)化布局至關(guān)重要。
采用核密度計(jì)算方法研究耕地空間分布問題,根據(jù)耕地在各密度區(qū)的不同特點(diǎn),研究耕地空間分布和變化。從2009年、2014年和2016年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中提取耕地地塊,依據(jù)耕地地塊的空間分布要素?cái)?shù)據(jù)集來計(jì)算耕地地塊的集聚特征(圖3),核密度估算值越大,耕地空間分布密度越高、規(guī)模越大、分布相對(duì)越集中。采用Rosenblatt-Parzen核估計(jì)模型[8],具體計(jì)算方法為:
式中:fn為耕地地塊分布的核密度值;n為耕地地塊的數(shù)量;k為核密度函數(shù);x-xi為測(cè)算耕地地塊x到樣本耕地地塊xi的距離;h為核密度測(cè)算帶塊的平滑參數(shù)。
圖3 2009年、2014年、2016年上海市耕地空間分布核密度Fig.3 Spatial distribution density of cultivated land in 2009, 2014 and 2016
從測(cè)算值空間分布情況來看,①2009年、2014年、2016年耕地空間分布核密度測(cè)算最大值分別為77-120塊/km2、15-43塊/km2,說明崇明地區(qū)、松江南部、青浦北部地區(qū)耕地地塊空間分布數(shù)量明顯增加,且表現(xiàn)出遞增的趨勢(shì);②3個(gè)年份耕地核密度測(cè)算值大值區(qū)域均主要集中在崇明島、杭州灣北岸;中值區(qū)域主要集中在寶山、嘉定北部地區(qū)、黃浦江上游南岸地區(qū)和橫沙島;小值區(qū)主要分布在中心城周邊地區(qū)。整體呈現(xiàn)南北部區(qū)域密集、中部稀疏的空間分布特征;③2009-2016年中值區(qū)邊緣地區(qū)向低值區(qū)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)明顯,郊環(huán)線周邊低值區(qū)呈環(huán)狀擴(kuò)大趨勢(shì),與城鎮(zhèn)化發(fā)展和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成的耕地分割相關(guān);高值區(qū)基本不變,得益于土地整治、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)等耕地建設(shè)活動(dòng)和后續(xù)管護(hù)因素。
(1)城市土地利用空間格局模擬
城市形態(tài)和城市土地利用格局的變化受多種因素影響,土地利用空間格局模擬通??紤]高程、坡度、城鎮(zhèn)優(yōu)勢(shì)度和交通便利性等影響因素,隨著現(xiàn)代城市土地利用的復(fù)雜性和市民活動(dòng)特征的變化,大型超市、學(xué)校、醫(yī)院和圖書館等公共服務(wù)設(shè)施對(duì)城市空間擴(kuò)張的影響度也不容忽視,通過多元空間數(shù)據(jù)可以提取這些設(shè)施的位置信息,將之作為影響因素融入到土地利用空間格局模擬過程中,可以提高模擬精度。
選取人口密度、經(jīng)濟(jì)密度、交通便利性、城鎮(zhèn)行政中心、大型公共服務(wù)設(shè)施等建設(shè)用地變化的影響因子(圖4),生態(tài)保護(hù)紅線等禁止建設(shè)區(qū)和河湖水面、基本農(nóng)田等限制建設(shè)區(qū)作為空間約束條件,根據(jù)不同土地利用類型的歷史演變規(guī)律以及未來規(guī)劃的實(shí)際情況,對(duì)不同土地利用類型的穩(wěn)定程度進(jìn)行設(shè)置,制定不同土地類型的轉(zhuǎn)換規(guī)則和轉(zhuǎn)換參數(shù)。采用Dyna-CLUE模型中Logistic逐步回歸的方法對(duì)土地利用空間布局與各驅(qū)動(dòng)因子之間的關(guān)系進(jìn)行定量評(píng)價(jià)和分析,模擬未來土地利用格局變化趨勢(shì)(圖5),為規(guī)劃建設(shè)用地布局優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
圖4 土地利用格局變化影響因子分析圖Fig.4 Analysis of impact factors of land use pattern change
圖5 土地利用空間格局模擬Fig.5 Simulation of land use spatial pattern
(2)開發(fā)潛力重點(diǎn)地區(qū)規(guī)劃
受地區(qū)資源稟賦、區(qū)位條件、發(fā)展階段等因素的影響,不同地區(qū)土地開發(fā)潛力、開發(fā)程度也不盡相同。根據(jù)不同地區(qū)人口分布密度不同,利用建設(shè)用地可承載人口密度定量計(jì)算土地開發(fā)潛力[9],運(yùn)用土地開發(fā)潛力指數(shù)=現(xiàn)狀人口密度/規(guī)劃人口密度,現(xiàn)狀人口密度大于規(guī)劃人口密度,說明目前該區(qū)域人口超載,土地開發(fā)強(qiáng)度過高,存在公共服務(wù)設(shè)施緊缺、生態(tài)環(huán)境惡化等風(fēng)險(xiǎn),從均衡角度出發(fā),應(yīng)通過人口做減法來優(yōu)化人口布局,促進(jìn)人口與建設(shè)用地相均衡;現(xiàn)狀人口密度小于規(guī)劃人口密度,則規(guī)劃人口密度與現(xiàn)狀人口密度差值愈大,居住、就業(yè)空間潛力越大,則土地開發(fā)潛力越大。本研究結(jié)合上海城市空間布局的特點(diǎn),“現(xiàn)狀人口密度”根據(jù)手機(jī)信令數(shù)據(jù)計(jì)算得出,規(guī)劃人口密度根據(jù)“上海2035”城市總體規(guī)劃中“合理優(yōu)化人口結(jié)構(gòu)和布局”的相關(guān)規(guī)定,主城區(qū)人口密度、新城人口密度、新市鎮(zhèn)人口密度、各行政區(qū)人口密度控制值,進(jìn)行不同區(qū)域土地開發(fā)潛力指數(shù)測(cè)算,為重點(diǎn)開發(fā)潛力區(qū)域規(guī)劃提供依據(jù)。
(1)鄉(xiāng)村地區(qū)建低效設(shè)用地減量化區(qū)域識(shí)別
鄉(xiāng)村地區(qū)建設(shè)用地減量是優(yōu)化土地利用格局、改善生態(tài)環(huán)境、積極盤活土地資源的重要手段。隨著城市化的不斷推進(jìn)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,農(nóng)村人口加速向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移,產(chǎn)出效率較低的工業(yè)企業(yè)處于停產(chǎn)、功能調(diào)整狀態(tài),并催生大量空心村、閑置工業(yè)用地等低效建設(shè)用地,是未來盤活存量土地資源、挖掘土地資源潛力的主要對(duì)象。傳統(tǒng)的土地利用信息調(diào)查方法難以有效的識(shí)別低效建設(shè)用地的分布,農(nóng)村居民點(diǎn)用地和工業(yè)用地等現(xiàn)狀建設(shè)用地的利用效率、空間活動(dòng)強(qiáng)度特征是確定低效建設(shè)用地減量的重要因素,通過對(duì)工業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)用地和農(nóng)村居民點(diǎn)用地的空間活動(dòng)強(qiáng)度特征進(jìn)行分析。具體方法:一是通過不同類型用地的空間活動(dòng)強(qiáng)度特征分析,挖掘出不同類型用地的開發(fā)潛力。將上海市域范圍劃分為100m×100m的網(wǎng)格單元,以人口調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),計(jì)算網(wǎng)格單元內(nèi)白天和夜間人群出行活動(dòng)頻次,根據(jù)差異程度,活動(dòng)頻率較低的區(qū)域?qū)嶋H利用率較低、人群活動(dòng)特色較弱,這類區(qū)域劃為鄉(xiāng)村地區(qū)建設(shè)用地減量化重點(diǎn)區(qū)域。二是通過工業(yè)用地地均產(chǎn)值和農(nóng)村居民點(diǎn)集聚度分析,選取經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和環(huán)境指數(shù)較低、農(nóng)民居民點(diǎn)用地利用效率較低的區(qū)域,劃為鄉(xiāng)村地區(qū)建設(shè)用地減量化的重點(diǎn)區(qū)域,挖掘不同類型用地的開發(fā)潛力。
(2)基于立地條件的基本農(nóng)田優(yōu)化布局
基本農(nóng)田是土地利用規(guī)劃中重要的內(nèi)容之一,是特大型城市重要的空間底線?;巨r(nóng)田布局是自然因素、經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素、生態(tài)因素和規(guī)劃因素綜合作用的結(jié)果,開展以社會(huì)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)多目標(biāo)立地條件的基本農(nóng)田劃定,采用LESA系統(tǒng),由土地評(píng)價(jià)(LE)和立地分析(SA)兩部分組成,土地評(píng)價(jià)著重評(píng)價(jià)農(nóng)用地的自然條件,評(píng)價(jià)體系由土壤條件、水系條件等內(nèi)容組成,立地分析著重評(píng)價(jià)農(nóng)用地的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件,用于除土壤以外的農(nóng)業(yè)用地適宜性條件的判斷。運(yùn)用空間聚類方法,通過對(duì)自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境、規(guī)劃等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集和分析(圖6),可以對(duì)基本農(nóng)田立地條件進(jìn)行分析。通過設(shè)定在不同空間尺度下集中程度、質(zhì)量等級(jí)、生態(tài)隔離和區(qū)位條件等基本農(nóng)田優(yōu)化規(guī)則條件下,劃定永久基本農(nóng)田布局方案。
圖6 基本農(nóng)田立地條件評(píng)價(jià)思路Fig.6 Evaluation of basic farmland conditions
(3)輔助規(guī)劃方案
針對(duì)建設(shè)雜亂、局部地區(qū)過渡開發(fā)、利用效率不高的濱江沿海岸帶利用現(xiàn)狀,以3E(生態(tài)空間、生產(chǎn)空間和生活空間)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和布局協(xié)調(diào)為核心規(guī)劃理念,運(yùn)用多因素多因子的分析方法,以岸線和與其鄰接5-10km岸帶區(qū)域?yàn)閷?duì)象,分別選取相應(yīng)的指標(biāo)體系,包括沖淤、潮差、水深、底層沉積物地球化學(xué)質(zhì)量、坡度等自然條件,高速公路通達(dá)性、港口碼頭可達(dá)性、城鎮(zhèn)鄰近度、旅游景點(diǎn)鄰近度等區(qū)位條件,及重要生態(tài)區(qū)、水源地等生態(tài)條件和規(guī)劃條件,在此基礎(chǔ)上綜合評(píng)價(jià)判斷岸線的適宜功能(生態(tài)、生活、生產(chǎn))(圖7),統(tǒng)籌實(shí)現(xiàn)區(qū)域空間資源的最優(yōu)利用和岸線的融合發(fā)展[10]。
圖7 上海岸線資源功能適宜性評(píng)價(jià)Fig.7 The result of suitability evaluation on coastline resource of shangha
本文在總結(jié)土地利用總體規(guī)劃中數(shù)據(jù)特征的基礎(chǔ)上,從規(guī)劃編制全過程出發(fā),開展多元時(shí)空數(shù)據(jù)在關(guān)鍵問題診斷、發(fā)展趨勢(shì)模擬、輔助規(guī)劃決策等環(huán)節(jié)中的集成應(yīng)用研究,為超大型城市土地利用總體規(guī)劃編制提供技術(shù)支撐。受時(shí)間和數(shù)據(jù)限制,“人、地、時(shí)”關(guān)系融合、人群活動(dòng)特征對(duì)土地利用影響在本文中研究有待深入,也是下一步研究的重點(diǎn)。