湖南湘江新区建设用地适宜性评价研究

肖 莉 ， 李 韦 ， 冯长春 ， 李天猜 ， 郝文璇

(1.湖南省国土资源规划院，长沙 410007； 2.北京大学 城市与环境学院，北京 100871； 3.北京大学-国土资源部国土规划与开发重点实验室，北京 100871)

湖南湘江新区建设用地适宜性评价研究

肖 莉1， 李 韦2,3， 冯长春2,3， 李天猜2,3， 郝文璇2,3

(1.湖南省国土资源规划院，长沙 410007； 2.北京大学 城市与环境学院，北京 100871； 3.北京大学-国土资源部国土规划与开发重点实验室，北京 100871)

建设用地适宜性评价对城市规划和土地利用规划具有重要意义。将GIS和模糊综合评价方法相结合，对湖南湘江新区进行了栅格尺度的建设用地适宜性评价，并通过对现状用地和评价结果的对比，详细探讨了湘江新区今后城镇建设扩张的主要潜在区域。研究结果表明：(1)评价结果较客观地反映了研究区域建设用地适宜性的分布情况，并有效划分出了适建区、限建区和禁建区；(2)基于GIS的模糊综合评价法不但能克服多准则评价中各指标分类的不确定性，还能根据模糊集理论有效划分出不同的评价类别，是建设用地适宜性评价的有效方法。

建设用地适宜性；模糊综合评价；GIS；湖南湘江新区

0 引言

土地适宜性评价是指评定土地对于某种用途是否适宜以及适宜的程度，它是进行土地利用决策、科学编制土地利用规划的基本依据[1-2]。土地适宜性评价是一个多准则评价问题。从1990年开始，将多准则评估和GIS相结合成为城市规划中解决空间问题的重要方法[3]。多准则评价需要对各评价指标定量化，确定相应的评价准则和权重。但是土地利用适宜性评价涉及的许多评价因子没有明确的外延边界，具有很大的不确定性。用传统方法确定评价因子的分值或等级，有时会人为夸大它们之间的差异，影响评价精度[4]。对建设用地适宜性评价而言，科学划分适建区、限建区和禁建区对城市规划和土地利用规划具有重要意义。已有研究一般根据适宜性评分结果结合实际需要主观确定适建区、限建区和禁建区[5]。这种划分方法受主观因素影响较大，在实际运用中缺乏统一划分标准，具有很大不确定性。因而，如何克服土地适宜性评价中的不确定性，探索较科学的建设用地适宜性区域划分具有重要意义。

模糊综合评价法是一种应用非常广泛和有效的模糊数学方法，能有效解决多准则评价中的赋值不确定性问题。许多研究将模糊综合评价方法运用于土地评价中[4, 6-10]。董黎明等在国内首次运用模糊综合评价方法进行了济南市区土地经济评价，对城市土地经济综合评价具有重要的理论和实践意义[4]；A.K.Braimoh等基于模糊集理论进行嘎纳北部地区玉米地的适宜性评价[7]；杨敏基于GIS和模糊评价法进行了土地生态适宜性分析[8]；L.F.V.Zoran等运用模糊逻辑学原理通过卫星遥感数据研究城市土地覆盖的环境影响分级[9]；刘灵辉等运用模糊综合评价方法对柳州市区及下辖6个县的土地集约利用水平进行了综合评价[10]。

模糊综合评价与传统方法相比能更有效地反映评价指标确定中的不确定性，而且能运用模糊集原理有效划分评价结果类型。但是将模糊综合评价运用于建设用地适宜性评价的方法还较少。此外，由于模糊综合评价对数据的要求较高且运算量较大，已有研究基本都选取大尺度的区县或乡镇进行评价，将模糊综合评价方法运用于栅格尺度的评价还较少。GIS技术能有效进行大规模地理数据运算。将模糊综合评价与GIS相结合进行栅格尺度的建设用地适宜性评价成为一种可能的有效方法。因此，本研究将模糊综合评价方法与GIS相结合，以湖南湘江新区为例进行栅格尺度的建设用地适宜性评价，以期有效地划分出不同的适宜性区域。

1 模糊综合评价方法

1.1 确定因素集和评语集

1.2 权重的确定

评价指标的权重是评价指标相对重要性的定量表示。它关系到整个评价结果的准确性。目前确定评价指标权重的理论和方法已较成熟，一般分为主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法借助有关专家的知识和判断确定各因素的权重，充分反映了专家在该领域长期研究积累的经验，主要有德尔菲法、层次分析法、专家经验评估法等；客观赋权法是从实际数据出发，根据数据分布和实际水平进行调涨，主要有主成分分析法、灰色关联法、因子分析法和熵值法等。本研究选取主观赋权法的德尔菲法进行指标权重确定[13]。

1.3 建立隶属度函数

隶属函数是指通过一定的函数运算确定评价指标对应评语集的隶属程度，使得模糊数学关系变得更直观。它是刻画因素模糊性的指标。常用的隶属函数有矩形分布、半矩形分布、半梯形分布、降半梯形分布、K次抛物分布、正态分布、柯西分布等[10,13]。本研究采用降半梯形隶属函数进行模糊综合评价。降半梯形隶属函数的定义如下：

(1)

(2)

(3)

式中：r(x)为评价对象集中单个指标对j评价等级的隶属度函数；x为各指标的实际值；a1，a2，a3分别为各指标的相应分级标准值。

(4)

1.4 模糊综合评价

将模糊权集A与单因素模糊评价矩阵R复合，得到各评价对象的模糊综合评价结果向量。模糊综合评价的模型为[14-15]：

(5)

式中：bj(j=1，2，3)是综合考虑所有指标的影响时评价对象对评价集中第j级等级的隶属程度。集合B即为评价子集的多因素综合评价结果。模糊综合评价结果是评价集对评价等级自己的隶属度，它构成的是一个模糊向量，而不是一个单值，提供的是更丰富的信息。因此，需要对模糊综合评价向量进行进一步的评判。常用的方法有最大隶属度、加权平均、模糊向量单值化等[16]。本研究采用最大隶属度原则进行评价，即评价单元的等级属于模糊隶属度最大的等级。

上述模糊综合评价过程需要对每一个栅格单元进行。运用GIS技术对每个栅格进行模糊综合评价，从而得到整个评价区域的适宜性评价结果。

2 评价过程

2.1 研究区概况

湘江新区位于湘江西岸，隶属于湖南省长沙市，是我国“资源节约型和环境友好型社会”综合配套改革示范区。湘江新区地属亚热带季风性湿润气候，年均气温16.9～17.5 ℃，年均降水量1 360～1 400 mm。境内山脉纵横，地貌类型复杂多样，大部分地区海拨60～80 m，最低海拨约 29 m，最高点谷山海拨362 m，地势起伏较大。

湘江新区总用地面积约1 200 km2，涉及3个区县。将湘江新区土地利用类型分为城镇建设用地、风景及特殊用地、农村建设用地、耕地、园地、林地、草地、水域、未利用地。根据湘江新区2013年土地利用现状(图1)，湘江新区主要用地类型为林地和耕地，分别占全区面积的34.35%，30.96%；其次为城镇建设用地和农村建设用地，分别占全区面积的13.57%，11.13%；其余各类用地面积比例均小于10%。

图1 湘江新区土地利用现状图

湘江新区总体上土地利用率较低，除中心区及部分产业用地较为规整，大部分建设用地布局零散，缺乏统筹完整的规划。自两型社会建设示范区成立以来，湘江新区人口持续增加，城市化、工业化进程加快，城镇用地快速扩张。本研究评价的建设用地适宜性主要是指城镇建设用地适宜性，即城市用地和乡镇建设用地。

2.2 评价指标体系

规划中选择的因子应具有广泛性、可度量、没有冗余、可分解和可操作等特点[17-18]。根据建设用地适宜性评价的要求，结合调研搜集的资料，本研究选取可分级量化、数据可靠且具有较强代表性的13项指标，建立了湘江新区建设用地适宜性评价指标体系(表1)。

表1 湘江新区建设用地适宜性评价指标体系

上述七类13项指标分别从不同方向反映了建设用地的难易度、安全性、经济性和生态环境保护要求。根据每项指标对建设用地的限制特征，上述指标可以分为9项弹性指标和4项刚性指标两类。其中，弹性指标是指该指标所规定的禁建区一般禁止建设，但当其他指标非常适宜时，可以考虑建设，例如坡度、高程、水源条件、交通可达性、区位条件等；刚性指标是指该指标所规定的禁建区严格禁止各种工程建设，不因其他指标的适宜度而改变，例如生态环境保护区、基本农田保护区等。本研究将首先通过对弹性指标构建模糊隶属度，进行模糊综合评价；然后通过刚性指标划定禁止建设区域；最后将弹性指标模糊综合评价结果和刚性指标划定的禁建区进行叠加，得到最终的评价结果(图2)。

图2 评价流程图

2.3 评价准则

本研究以西安1980 3o带114E为投影坐标，将湘江新区划分为100 m×100 m的栅格作为评价单元，构建适宜性评价地理信息数据库，并进行评价。为了构建每个单元每个弹性指标的模糊隶属度，需要构建每项指标的评价准则。根据已有建设用地各项指标的分布概况，划定每项指标的评价准则(表2)。根据降半梯度模糊隶属函数，确定每个栅格单元各个指标对3种建设用地适宜性的模糊隶属度。

表2 各指标模糊评价准则

2.4 评价指标权重

指标权重赋予每个指标对适宜性评价的相对权重。德尔菲调查法是一个简便灵活的方法，能有效用于确定各指标的权重[18]。在本研究中，基于专家知识的德尔菲法被用来确定每个指标的权重。由于模糊综合评价主要针对弹性因子，因此，只针对弹性指标进行赋权，最终得到各因子的权重(表4)。

表3 各类现状用地对建设用地的转换难易度

表4 指标权重

3 结果分析

3.1 各评价指标取值的空间分布

通过上述方法在ArcGIS中分别计算各栅格内各指标的数值，可以分别得到湘江新区内各指标的空间分布图(图3)。从图3可知，湘江新区总体地势较缓，绝大部分地区的坡度均在5o以下，主要分布在北部、中部和东南部；西南部和部分中部地区地势起伏较大，部分地区坡度在15o以上。从高程图空间分布可知，湘江新区地势西南高、东北低；西南部地区有部分地区高程在150 m以上；绝大部分地区的高程均在100 m以下，东北部和东南部部分地区的高程在50 m以下。湘江新区东部地区濒临湘江，境内有众多支流和湖泊、水库，水源条件非常好。湘江新区一共有16处高速公路出口，主要分布在西北、中部和东南部地区；境内西北部和中东部地区公路网络密布，交通条件非常好。湘江新区目前的城区主要分布在东部地区，西北部、东北部和东南部分布了较多乡镇建设用地，西南部也零星分布一些乡镇用地。这表明湘江新区的东部地区受到城市的辐射带动效应大，西北、东北、东南部受乡镇经济辐射带动较大，西南地区受现有城镇的辐射带动较小。

在用地适宜性评价中，弹性指标的评价结果容易忽略某单项指标对用地适宜性的刚性约束，即短板效应。因此，在弹性指标的综合评价结果的基础上，需要叠加刚性指标对用地适宜性的约束，即刚性指标规定禁止建设的区域均为禁建区。图4展示了湘江新区建设用地适宜性的4项刚性约束指标规定的禁建区空间分布。

3.2 评价结果分析

根据前述评价过程，可以得到每个栅格单元的适宜性类型划分，并进而得到整个研究区域的建设用地适宜性分区图(图5)。评价结果将湘江新区划分为适建区、限建区和禁建区三类不同的适宜性区域。适建区即适宜进行城镇建设的区域；限建区的适宜性比适建区低，但可以根据生态、安全和资源环境的需要有限度地进行城镇建设；禁建区是适宜性最低的区域，原则上禁止城镇开发建设。由图5可知，适建区主要分布在湘江新区的东部地区和部分西北地区；限建区一般分布在适建区和禁建区的过渡区，主要分布在中部地区；禁建区主要分布在西南大部和中北部。结合前述对每项指标的分析可知，东部地区紧邻湘江，与长沙市主城区相接，区位条件、交通条件、水源条件均非常好，故适建区主要分布在该地区；而西南部地区主要为山地、丘陵，地形地势不利于建设用地，且交通可达性不好，区位条件也不利，除西南部外大部分地区为禁建区。

图3 湘江新区建设用地适宜性评价弹性指标空间分布

图4 湘江新区建设用地适宜性评价刚性指标规定的禁建区空间分布

图5 建设用地适宜性综合评价结果

通过GIS对评价结果进行空间统计，得到每类适宜性区域的定量化评估结果。其中，适建区36 175.98 hm2，限建区14 398.61 hm2，禁建区69 025.41 hm2。结合湘江新区的行政区划，可以得到湘江新区各乡镇(街道)适建区、限建区和禁建区的面积(表5)。宁乡县的6个乡镇中，城郊乡和金洲乡的适建区面积最大，分别为1 619.81,1 580.89 hm2；东湖塘镇适建区面积最小，为369.60 hm2；夏铎铺镇的禁建区面积最大，为9 182.85 hm2；玉潭镇的禁建区面积最小，为230.79 hm2。在岳麓区的16个乡镇和街道中，含浦镇、麓谷街道和坪塘镇的适建区面积均超过2 000 hm2，分别为3 577.2，2 372.05,2 100.68 hm2；雨敞坪镇的适建区面积最小，为164.04 hm2；莲花镇的禁建区面积最大，为10 329.01 hm2；其次为坪塘镇和雨敞坪镇，分别为7 071.02，6 728.55 hm2。在望城区的6个乡镇中，星城街道的适建区面积最大，为3 903.47 hm2；乌山镇的适建区面积最小，为1 035.62 hm2；白箬铺镇的禁建区面积最大，为7 347.75 hm2；俞家坡街道的禁建区面积最小，为1 641.62 hm2。对3个区县总体而言，宁乡县的适建区、限建区和禁建区的面积分别为5 918.85，1 475.42 ,18 078.03 hm2；岳麓区的适建区、限建区和禁建区的面积分别为18 122.5，5 647.06，29 299.92 hm2；望城区的适建区、限建区和禁建区的面积分别为12 134.75，7 276.13，21 647.55 hm2。

将建设用地适宜性评价结果与现状城镇建设用地面积进行对比，可以得出各个乡镇现状用地之外的潜在适建面积(表5)。宁乡县中，金洲乡的潜在适建面积最多，为1 098.51 hm2，玉潭镇的潜在适建面积最小，为103.85 hm2，表明金洲乡在未来宁乡县城镇扩张中潜力最大，而玉潭镇潜力最小。岳麓区中，含浦镇、坪塘镇、岳麓街道和麓谷街道的潜在适建面积均超过1 000 hm2，分别为2 975.10，1 443.03，1 063.89，1 057.41 hm2，表明在岳麓区中这4个乡镇今后的城镇扩张潜力最大；相反，银盆岭街道、望月湖街道和雨敞坪镇在今后的城镇扩张中的潜力较小，对应的潜在建设用地面积分别为182.22，145.12，141.51 hm2。在望城区中，星城街道、雷锋镇和白箬铺镇在今后的城镇扩张中潜力最大，潜在适建面积分别为2 438.44，1 485.51，1 480.90 hm2；而廖家坪街道和俞家坡街道的潜在适建面积较小，分别为573.31，566.12 hm2。对3个区县总体而言，岳麓区的潜在适建面积最大，为10 624.13 hm2；其次为望城区，潜在适建面积为7 517.73 hm2；宁乡县的潜在适建面积最小，为2 370.48 hm2。这表明湘江新区今后的城镇扩张主要会发生在岳麓区，其次为望城区和宁乡县。上述分析表明，通过模糊评价模型得到建设用地适宜性评价结果能较好地区分出适建区、限建区和禁建区；同时能够得出各乡镇适建区、限建区和禁建区的数量和空间位置，对湘江新区整体和各乡镇今后的城镇用地扩张均具有较好的参考价值。

4 结论

应用GIS和模糊综合评价法对湘江新区进行了栅格尺度的建设用地适宜性评价，评价结果较客观地反映了研究区域建设用地适宜性的分布情况，并有效划分出了适建区、限建区和禁建区。通过对各乡镇的现状用地和适建区、限建区、禁建区的评价结果进行对比，详细分析了各乡镇建设用地适宜性和潜在建设用地适宜性，得到湘江新区今后城镇建设扩张的主要潜在区域和应受保护的区域。研究表明模糊综合评价法不但能克服多准则评价中各指标分类的不确定性，还能根据模糊集理论有效划分出不同的评价类别，GIS与模糊综合评价相结合在建设用地适宜性评价中具有较好的应用前景。

表5 各区域模糊综合评价结果 hm2

模糊综合评价虽然运用模糊数学原理克服了不同适宜性类型划分上的主观不确定性，但是，在评价指标的选择、各指标的权重确定等环节依然存在一定的不确定性。如何克服适宜性评价各个环节的不确定性是今后研究的方向。

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Evaluation of the Construction Land Suitability in Hunan Xiangjiang New Area

Xiao Li1, Li Wei2,3, Feng Changchun2,3, Li Tiancai2,3, Hao Wenxuan2,3

(1.HunanLandResourcesPlanningInstitute,Changsha410007,China; 2.SchoolofUrbanandEnvironmentSciences,PekingUniversity,Beijing100871,China; 3.KeyLaboratoryofLandResourcesPlanningandDevelopment,TheMinistryofNationalLandResources,PekingUniversity,Beijing100871,China)

Construction land suitability evaluation is of significant importance for urban planning and land use planning. The paper applied a GIS-based fuzzy comprehensive evaluation method for construction land suitability evaluation at raster scale in Hunan Xiangjiang New Area, Hunan Province. The evaluation results revealed the construction suitability in Xiangjiang New Area and presented the construction-suitable area, construction-restricted area and construction-prohibited area spatially. Based on the evaluation results, this paper analyzed the construction suitability at the town/street administrative level and discussed the potential area for urban expansion in the study area. The results showed that the GIS-based fuzzy comprehensive evaluation method is suitable for the construction land suitability evaluation.

construction land suitability; fuzzy comprehensive evaluation; GIS; Hunan Xiangjiang New Area

2015-05-07；

2016-06-29

国土资源部公益性行业科研专项项目(201211023)

肖莉(1964-)，女，江西上高县人，高级工程师，硕士，主要从事土地资源管理研究，(E-mail)xl_pyy@163.com。

冯长春(1957-)，男，山西临汾市人，教授，硕士，主要从事房地产估价、城市与区域经济、土地利用规划等方面的研究，(E-mail)fcc@urban.pku.edu.cn。

K909

A

1003-2363(2016)04-0131-06