基于多目标规划的唐山市土地资源优化配置研究

2022-11-18

1 研究区域与数据来源

唐山市位于京津冀经济发展圈,紧邻北京与天津,是河北省参与区域经济发展的最重要城市之一。随着京津冀经济区的腾飞,唐山市的经济社会发展面临前所未有的机遇,国际知名度、区域竞争力和重要辐射作用将进一步提高。在“两极三带”和唐山湾“四点一带”战略实施的当下,未来唐山市将成为东北亚地区经济合作的窗口城市和首都经济圈的重要支点,土地利用和管理面临新的挑战。近年来,随着经济总量的不断增长,造成城市的土地利用结构极大的向单一经济效益目标倾斜,对生态环境造成较大的影响,对社会需求的给予严重不足。为践行十八大最新土地战略改革和适应河北省城乡统筹发展目标,对未来唐山市综合目标下的土地利用结构优化是值得首要考虑与重点研究的问题。

2 构建唐山市土地利用结构优化模型及求解过程

基于唐山市土地利用结构特点,研究以2014年为基准年,2020年为规划目标年。在充分考虑唐山市城市总体规划(2006一2020)和《唐山生态市建设规划》的前提下,将经济效益和生态效益作为目标函数,设置包括社会需求在内的一系列约束条件,构建土地数量配置模型,之后利用WINQSB软件进行模型求解,最后进行效果分析与提出政策建议。

土地利用结构优化模型如下:

模型中,opti———目标函数Z取最大值或者最小值;

g(x)———约束函数;

x———决策变量。

2.1 变量设置

主要参考唐山市国土资源局对土地的分类设置及数据统计,设置耕地(xl)、园地(x2)、林地(x3)、草地(x4)、城镇建设用地(x5)、农村居民用地(x6)、交通运输用地(x7)、水利设施用地(x8)、河流水面(x9)、独立工矿用地(x10)和未利用地(x11)11种土地类型为决策变量。

2.2 构建唐山市土地规划多目标函数

选择唐山市地区生产总值(GDP)作为经济效益目标的主要衡量指标,选择生态服务量作为生态效益目标的主要衡量指标,因为土地利用在社会方面的效益难以量化,将在约束条件中间接体现。

2.2.1 经济效益目标函数。

式中,k———各类用地效益系数,为一常数;

wi———各类用地效益的相对权重;

ci———经济效益系数。

经济效益系数(ci)的计算方法如下:首先,通过德尔菲法进行领域内专家打分、层次分析法,计算确定各类用地的效益权重wi(因未利用地对GDP的贡献较小,所以未参与到权重打分,权重取为0);其次,基于2003———2012年唐山市单位耕地产值,运用平均增长法预测得到2020的耕地经济效益系数c1,进而得出k;最后,按照ci=k*wi的公式计算得出模型中各地类经济效益系数ci(未利用地的效益系数取1,不会对结果产生明显的影响)。

(1)利用德尔菲法和层次分析法确定W

通过向业内专家发放调查问卷,经过问卷回收、问卷数据整理与处理,得出各土地利用类型经济效益得分,利用调查问卷数据,通过层次分析法(AHP)进行权重处理,得出W。即Wi向量分别为

(2)K值与C值的确定

根据2003年至2012年的单位耕地产值,运用平均增长法预测得到2020年的单位耕地产值为191176元/公顷,故:

所以,经济效益目标函数为:

2.2.2 生态效益用生态服务价值来核算生态效益,将各类单位面积生态服务价值换算成人民币表示。

参考陈仲新等人的研究成果,并针对具体实际做出修正,得出唐山市各地类的生态服务价值系数di,见表2:则生态效益目标为:

2.3 约束条件构建

本文参照《唐山市城市总体规划(2006-2020)》,选取了社会需求、生态需求以及实际限制与经济约束等6方面,包含土地总面积、人口总量等14个约束条件,具体如下:

(1)土地总面积约束:

式中,S———土地总面积(14196409hm2);

(2)人口总量约束:

M1———2020年农用地平均人口预测密度;

M2———2020年城镇用地平均人口预测密度;

Xn———农用地面积;Xc———城镇用地面积;

P0———2013年唐山市人口

P———2020年唐山市的预测总人口。

(3)社会需求约束:根据唐山市土地利用总体规划(2006一2020)的指标要求,2020年末唐山市耕地保有量必须达到551500hm2,城乡建设用地规模控制在163400hm2以内,全市人均城镇工矿用地面积控制在141m2以内,即:

耕地保有量约束:x≥551500hm2

城乡建设用地规模约束:x6+x7+x8+x9≤163400hm2

城镇建设用地:68630hm2≤x5≤73100hm2

独立工矿用地:59200hm2≤x10≤79175hm2

人均城镇工矿用地面积约束:P 2*90≤x10≤P2*141

人均农村居民点用地:P1*90≤x6≤P1*252

注:P 1———2020年唐山市的农村预测人口P2———2020年唐山市的城镇预测人口

(4)生态效益约束:根据唐山市土地利用总体规划(2006一2020)的指标要求,2020年末唐山市林地面积200000 hm2,牧草地面积100hm2,即:x3≥200000 hm2;

(5)实际情况约束:根据经济社会发展的规律,随着时间向前推移,生产力水平不断的提高,交通用地、水利设施用地面积会大于现状面积,而农村居民点及未利用地会随着土地的整理和不断开发而减少,园地、林地等应逐步增加,即:

独立工矿用地:x10≥59200 hm2;

园地:x2≥125546 hm2

交通水利设施用地:x7+x8≥34197 hm2;

注:数据来源于参考文献

草地:x4≥73261.5 hm2;

(6)模型约束:模型要求变量取值非负,即:

2.4 模型求解

根据上述构建的规划模型,将目标函数、各个约束条件及数据录入计算机,运用WINQSB软件运算,经过综合修正,输出规划年(2020年)土地资源的数量优化结果,见表3:

3 结果与分析

3.1 土地利用优化结果与现状比较

从上表中,可以看出,优化后的各用地类型中,变化最为突出的一是林地面积大幅增加了将近20个百分点,二是农村居民用地大幅减少了将近7个百分点,三是河流水面的减幅超过9个百分点,除此之外,独立工矿用地和未利用地也有小幅减少,耕地、园地和草地变化不大。总体来说,配置结果在经济发展方面逐步减少了独立工矿用地面积,加大了未利用地和河流水面中的滩涂等的开发;在生态方面加大了开展植树造林种草,重点增加了经济林地的用地面积;在社会方面保障了耕地面积不减少,以提高居民生活质量和改善城镇化建设为主,这种配置还是比较符合城乡统筹战略要求和未来社会发展的必然走势的。优化后的土地利用结构在保障了粮食安全的前提下,建设用地得到适度扩充并节约集约利用,林地覆盖率得到提高,既可满足唐山市经济建设需要,又极大的体现了生态效益的要求,较符合唐山市目前及未来“两极三带”和唐山湾“四点一带”战略的工作思路,全面体现了地方经济效益、社会效益、生态效益协调统一发展。

3.2 优化效果与分析

优化后的土地利用结构在资源配置方面,一是充分考虑了经济目标和生态目标增长的综合需求,将经济效益较高的林地发展由原来不足总面积8%的覆盖水平,提高到27%以上,如此既可保持经济的持续稳定增长,又极大促进生态和谐的健康发展;二是平衡社会效益与经济发展的冲突。虽然农业早已经不再是经济发展的龙头,但是关系民生大计,关系社会和谐的稳步推进,优化后的配置结构在保障粮食安全方面,绝对保证了耕地的配置面积;三是缓解建设用地扩充与土地集约利用的矛盾。优化后土地利用结构通过集约利用农村居民建设用地,释放土地存量以适度扩充城镇建设用地,如此既满足“城镇化”对土地的需求,又符合对土地集约节约利用的土地政策,更重要的是将改善农民居住条件,达到提高生活质量与提升幸福指数的目的,这与大力发展新农村建设,幸福农民的方针政策高度吻合。

注:部分数据来源于唐山市国土资源局

4 进一步优化唐山市土地利用结构的对策与建议

综上,唐山市生态性用地和城市建设用地压力较大,需进一步对土地资源挖潜,对策如下:

(1)进一步落实唐山市空间片区规划战略,同步推进城镇化发展与新农村建设。目前唐山市正以生态新农村建设为契机,加大对农民居民点的整理力度,合理布局新村,促使居民向新型社区集中,这必然会提高土地利用效率,并大幅改善农村建设用地大量闲置的状况,实现了区域土地空间结构的优化。

(2)在建设用地刚性约束下,优化现有城镇建设用地的空间布局。唐山市受地震影响,震后很大一批建筑以多层为主,制约了当前提高土地利用率的步伐,拆迁改造是释放这一部分土地生产力,提高城市土地利用率的有效途径。

(3)大力开发利用未利用土地和整理、复垦部分矿区土地。唐山市未利用地面积比例达到总面积的2.16%,具有相当大的开拓空间。加大这一土地类型的开发与利用,逐步减少独立工矿用地面积,大力开发未利用地和滩涂等,开展植树造林种草,增幅林、草地面积,既能改善唐山因采矿造成的土地破坏,又能调整唐山市的经济结构,既增加了生态绿地,又减少了水土流失,为建设生态宜居城市将发挥重要作用。在城乡统筹发展的大背景下,以单纯考虑经济效益的土地规划已经不适应当前“生态社会、和谐发展”的主旋律,为实现京津冀地区经济一生态—社会的可持续发展,进行多目标的土地优化配置势在必行。

摘要：土地是城乡统筹的重要生产要素,如何优化配置土地资源直接影响社会经济发展与生态文明建设。运用多目标规划法,根据2003—2012年统计信息及数据,分析唐山市土地利用现状及存在的问题,以社会、经济、生态的综合效益为目标,构建唐山市土地优化配置模型并应用到预测未来土地资源规划与利用中。研究预测表明到2020年唐山市土地资源配置方案为:在经济发展方面要逐步减少独立工矿用地面积,大力开发利用未利用地和河流水面中的滩涂等;在生态方面应加大开展植树造林种草,重点增加林地用地面积;在社会方面应该在保障耕地面积不减少的前提下稳步推进城镇化进程等。

关键词：土地利用结构,优化配置,多目标规划