刘晓万 张永福 黄莉莉

摘要

以新疆维吾尔自治区喀什市作为研究对象，以2009年喀什市土地结构利用数据作为基期数据，借助线性规划方法对喀什市土地资源进行优化配置。通过对喀什市土地利用现状的分析，并结合当地社会经济发展特点以及相关规划调控指标，预测2020年喀什市土地利用结构优化数据，以使得喀什市土地综合利用效益达到最大。

关键词 灰色线性规划;GM（1，1）;优化配置;层次分析法（AHP）;喀什

中图分类号 S28  文献标识码 A  文章编号 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

作者简介

刘晓万（1988-），男，宁夏固原人，硕士研究生，研究方向：地图学与地理信息系统。*通讯作者，副教授，硕士生导师，从事国土资源评价与规划、土地管理研究。

收稿日期 20141124

土地是人类赖以生存的物质基础，为人类提供了生存和社会发展的活动空间。我国人口数量众多，人均土地资源占有量有限。然而，我国人口数量的不断增长使得人均土地资源占有量逐渐下降的现实，以及土地生态系统污染严重成为土地资源优化配置的挑战^[1]。土地资源优化配置是实现土地资源合理利用和可持续发展的重要途径和手段。科学合理的土地资源配置能够充分发挥土地使用潜力，提高土地综合利用效率，实现土地的可持续利用，保持土地生态系统的平衡，促进区域经济快速平稳发展^[6]。

1 研究区概况

喀什市（75°48′～76°18′E、39°23′～39°37′3N）是喀什地区政治、经济、文化、交通以及宗教中心，东西部与疏附县接壤，北倚古玛塔格山，北与克孜勒苏柯尔克孜自治州阿图什市毗邻，南面与疏勒县相连。喀什市历史悠久，是著名的古“丝绸之路”的交通枢纽，是我国连接中亚、西亚以至欧洲等国的陆上必经之地，有“中国的西大门”之称。2011年喀什市被国务院批准成为最年轻的经济开发区，社会经济呈现出强劲的发展势头。根据喀什市城市总体规划，城市人口由2010年的27.04万发展到2020年的45万，土地利用情况计划喀什特区用地需达到45.5 km²，远期规划控制用地为164 km²。随着城市人口的急剧增长和经济社会的快速发展，喀什市面临着土地及各种资源粗放利用、城镇土地扩张迅速、生态环境恶化、土地利用结构不合理以及人地矛盾加剧等問题。优化土地资源配置能够协调人与土地、社会经济发展与土地资源之间的关系，提高土地资源的综合利用效率，实现土地资源利用的可持续发展。

2  指标体系构建

2.1  建立土地资源优化模型

线性规划是一种优化资源配置的有效方法，它是一种在具有确定目标又有一定约束限制条件下，从所有可能的选择方案中找出最优方案的数学方法，也是目前研究多变量复杂系统常用的一种最优化方法^[2]。然而，一般的线性规划也存在很多的问题^[3]。灰色系统的思想和建模方法在一定的程度上能够解决这些问题。灰色线性规划弥补了一般线性规划的不足，它不要求目标函数中的效益系数、约束条件中的技术系数、资源量及其他限制量等都被固定下来，而可在技术系数是可变的灰数，约束值是发展的情况下进行，是一种动态的线性规划^[1-5]。当线性规划的约束条件系数是可变的区间时，既可以按下限规划又可按上限规划，直到得到满意的规划解为止。

该研究运用灰色线性规划模型来求解喀什市土地资源优化配置方案，从中选择最优方案。变量的设置应满足以下3个原则：①土地利用类型的设置要符合全国《土地利用现状分类规程》;②各变量在地理位置上是独立的，不能有重叠部分，并具有综合性与典型性，粗细得当;③各变量的效益资料能够取得，以便于确定各类用地的效益系数^[7]。因此根据喀什市土地利用现状和土地适宜性及各业对土地利用的需求特点，从社会经济发展的要求出发，按照喀什市土地利用现状分土地利用分类体系（3大类）标准，共设置以下10个变量：x₁（耕地面积）、x₂（园地面积）、x₃（林地面积）、x₄（其他农用地）、x₅（城鎮用地）、x₆（农村居民点）、x₇（工矿建设用地）、x₈（交通水利用地）、x₉（其他建设用地）、x₁₀（未利用地）^[8]。

2.2 约束条件

2.2.1

土地总面积约束。各类用地面积之和应该等于喀什市土地总面积，即：

x₁+x₂+…+x₉+x₁₀=55 010.90 hm²

2.2.2

人口总量约束。农用地和城镇用地所能承载的人口总量应该小于等于2020年规划人口，即：

M₁Σxj+M₂Σxk≤P

式中，M₁指喀什市农用地的人口平均预测密度;M₂代表城镇用地的人口平均预测密度;xj代表农用地总面积;xk代表城镇用地总面积;P指2020年规划总人口。

表1 2009年喀什市土地利用状况

类别土地利用类型变量面积∥hm²

农用地耕地x₁17 165.14

园地x₂1 637.24

林地x₃1 497.32

其他农用地x₄3 006.20

建设用地城镇用地x₅4 146.82

农村居民点x₆3 536.06

工矿建设用地x₇745.73

交通水利用地x₈901.55

其他建设用地x₉524.09

未利用地x₁₀21 850.75

注：数据来源于喀什市国土资源局。

2009年喀什市总人口为450 633人，其中农村人口186 246人，城镇人口264 387人。农用地总面积为23 305.90 hm²，城镇用地总面积为41 46.82 hm²，农村居民点总面积为3 536.06 hm²，农村居民点和农用地总面积为26 841.96 hm²，则可以确定M₁的上限为6.94人/hm²，M₂的上限为63.76人/hm²，预测到2020年喀什市的总人口为577 295人，其中农村人口为128 023人，城镇人口为449 272人，农村居民点和农用地总面积24 260.41 hm²，城镇用地面积7 125.03 hm²。则可以确定M₁的下限为5.23人/hm²，M₂的下限为63.06人/hm²。即：

5.23（x₁+x₂+x₃+x₄+x₆）+63.06x₅≤577 295

2.2.3

宏觀计划约束。根据喀什市土地利用总体规划要求规划目标年（2020年）全市的耕地面积不少于14 412.58 hm²，即可得到约束条件：

x₁≥14 412.58

根据喀什市土地利用总体规划中上级下达的新增建设用地占用耕地的指标，既要求社会经济快速发展又不能过多的占用耕地以满足喀什市建设用地需求和供给，因此，各主要建设用地应控制在宏观计划范围内。

x₅+x₆+x₇+x₈+x₉≤13 462.25

2.2.4

社会需求约束。经过各方面综合预测，喀什市2020年粮食单产水平大约为6 731.98 kg/hm²，粮食单产灰区间取值范围为5 760～6 890 kg/hm²，其下限为喀什市2000年粮食单产水平，上限是用GM（1，1）模型预测值，即2020年预计能达到的粮食单产水平。这样设置灰区间能够保障规划期间粮食的需求量，因此可根据粮食单产水平的变化速度选择适合地区发展的规划方案。为满足全市人民的生活生产需要，以小康水平位标准预测，需要202 784 850 kg（灰区间为202 784 850～259 782 750 kg）粮食。根据耕地总需求量的公式：耕地总需求量=粮食需求量/耕地粮食单产/粮作比/复种指数，再用该值乘以喀什市粮食自给率预测耕地需求量，经计算得耕地约束条件为：

x₁≥14 696.64

2.2.5

生态平衡约束。依据新疆维吾尔自治区给喀什市下达的森林覆盖率的指标和喀什市土地利用的现状情况，制定适合喀什市经济发展和生态环境保护的造林绿化目标，在规划期间内，喀什市森林覆盖率由2009年的2.72%提高到2020年的2.98%，2020年林地面积将达到1638.95 hm²。即可得到林地约束条件为：

x₃≥1 638.95

2.2.6

未利用土地开发约束。2009年喀什市未利用地21 850.75 hm²，根据土地开发整理规划和对未利用地开发利用预测，到2020年未利用地开发可增加可利用土地面积的最大面积为8 389.11 hm²，则构成未利用土地开发约束条件：

x₁₀≥13 461.64

2.2.7

实际情况和经济约束。为了满足社会经济发展，规划期间内会增加独立工矿用地和交通用地等，土地开发将会使得未利用土地减少。则可构成如下约束条件：

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

2.2.8

数学模型要求约束。

模型要求为：

xi≥0，i=1，2，…，10

2.3 目标函数

该研究目标函数如下：

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

目标函数中的各项系数为单位土地面积上的收益系数（元/hm²），全部按照当年的价格计算。目标函数中的各项系数是采用灰色预测、平均增长率预测和回归预测等方法求得的预测数。

2.4 模型求解

由于灰色线性规划模型中的效益系数、技术系数及约束系数是区间灰区间，可以按照下限规划又可依据上限规划，还可选择区间值规划，从而使规划方案灵活多变且有弹性空间，能够适应未来情况的发展变化。结合喀什市具体情况及未来发展趋势，按照2020年经济发展目标要求，经运算求解获得高、中、低经济效益目标下土地资源优化配置方案（表2）。

表2 各供选方案比较

指标方案1方案2方案3

人口∥万人60.160.7361.35

单产∥kg/hm²6 2506 0005 760

耕地∥hm²13 970.7614 432.3114 793.46

园地∥hm²1 738.182 265.742 483.16

林地∥hm²1 750.951 8001 638.95

其他农用地∥hm²1 942.141 848.141 848.14

城镇用地∥hm²7 193.077 072.236 863.78

农村居民点∥hm²4 023.874 023.874 209.67

工矿建设用地∥hm²6 557.156 435.396 287.26

交通水利用地∥hm²3 145.083 145.083 145.08

其他建设用地∥hm²524.06524.06524.06

未利用地∥hm²14 165.6413 464.0813 217.34

GDP∥亿元86.8885.5983.99

3 土地资源优化方案决策

应用层次分析法模型进行土地资源优化方案决策，首先建立层次分析系统模型。第一层为目标层，即土地利用结构的综合效益为最大;第二次为约束层，该层分为3个子系统，即社会效益、经济效益和生态效益;第三层为指标层，该层分为10个指标;第四层为方案层，即各个待评价的方案。

3.1 建立评价体系和确立权重

依据喀什市的具体情况以及土地利用结构的综合性效益最大的要求，结合专家意见，参照陈其春等的研究成果^[9]，运用层次分析法（AHP）原理，选出10个评价指标并计算相应的权重（表3）。

表3 方案决策计算结果

评价指标指标权重方案1

归一化指标 指标得分

方案2

归一化指标 指标得分

方案3

归一化指标 指标得分

国内生产总值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

粮食单产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

人均粮食占有量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

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

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

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

园地面积0.082 7 0.267 9 0.022 2 0.349 3 0.028 9 0.382 8 0.031 7

总计1.000 0 0.333 2 0.337 2 0.329 5

3.2 评价指标数据的计算与归一化处理

对各个方案的指标进行归一化处理，然后用指标权重乘以归一化指标即可得到各个相应指标得分。归一化处理公式为：

Qij=qij∑3j=1qij×100%

式中，i=1，2，…，10;j=1，2，3;Qij、qij分别为第i中评价指标第j个方案归一化值及指标数据值。计算结果列入表3。

3.3 方案决策

对10个指标得分进行累加，得到各方案总排序，见表3。由表3可知，方案2的排序最高，耦合性最大，因此土地综合效益最大，故为推荐方案。

4 结论

方案2作为2020年推荐方案，只有耕地和其他农用地比现状有所减少，其余规划用地均有不同程度的增长。其中，工矿建设用地增加762.97%，交通水利用地增加249.05%，城镇用地增加70.54%，主要目的是为了发展喀什经济特区，加快喀什市第二产业和城镇化建设步伐。与2009年相比，园地增加38.36%，林地增加20.24%;方案2与其他两个方案相比，未利用地开发适中，在着力发展经济的同时，合理兼顾生态环境保护。总体上，方案2既考虑喀什市的社会经济发展又兼顾生态环境保护，力求社会效益、经济效益、生态效益相协调。

参考文献

[1]

李丽红，李鲁华，馬松梅，等.基于灰色线性规划土地资源优化配置研究[J].石河子大学学报：自然科学版，2008，25（4）：440-444.

[2] JEFFREY L，ARTHUR，DAREK J N.Clarification on the Use of Linear programming and GIS for Landuse Modeling.INT[J].Geographical Information Science，1997，11（4）：397-402.

[3] 王万茂，但承龙.海门市土地利用结构优化研究[J].国土与自然资源研究，2003（1）：44-46.

[4] 陈其春.含山县土地利用结构优化研究[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2002，28（2）：222-225.

[5] 杨婉，李鹏，于书霞.土地利用结构优化配置研究[J].安徽农业科学，2011，39（34）：21143-21146.

[6] 吕晓晓.基于土地生态服务价值的微山县土地利用结构优化研究[D].泰安：山东农业大学，2012.

[7] 孔伟，张飞.基于线性规划的扬州市土地利用结构优化[J].安徽农业科学，2009，37（17）：8106-8109.

[8] 张谦智，吴国玺，李荷香.许昌市土地资源利用结构优化配置研究[J].资源开发与市场，2006，26（6）：507-509.

[9] 陈其春，吕成文.含山县土地利用结构优化研究[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2005，28（2）：222-225.