基于突变级数法的城市建设用地集约利用研究

何欢，杨君，严梅月

（湖南农业大学资源环境学院，长沙410128）

基于突变级数法的城市建设用地集约利用研究

何欢，杨君*，严梅月

（湖南农业大学资源环境学院，长沙410128）

随着我国城市化进程的推进，集约利用建设用地是土地资源合理利用的必然趋势。采用突变级数法构建城市建设用地节约集约利用评价模型，以永州市11个县（区）为实证进行研究，结果表明，突变级数法评价结果与传统方法的评价结果一致：（1）整体而言，永州市建设用地节约集约利用状况处于中等水平，大部分县（区）处于中度利用状况；（2）在空间格局上，永州市北部县区优于南部地区，北五县区集约用地水平的内部差异较小，建设用地利用整体处于集约水平状态；而南六县建设用地集约利用水平差距比较显著，呈现极度不均衡状态；（3）建设用地节约集约利用状况地域分异明显，大致按地貌类型划分呈现区域分布。

突变级数法；城市建设用地；集约利用

建设用地是社会经济发展的基础，随着我国城市化的推进，建设用地扩张迅速、耕地锐减；城乡建设用地“双向扩张”，各类建设用地需求增大；建设用地激增，利用效率低等问题严重[1]，国家提出实行最严格的节约用地制度，大力推行节约集约用地，集约利用建设用地是土地资源合理利用的必然趋势[2]。在这一时代背景下，研究建设用地集约利用问题，展开城市建设用地集约利用评价具有重要的理论与现实意义。

在对区域建设用地节约集约利用研究中不乏运用数学方法进行定量评价，这些方法主要包括层次分析法[3]，熵权系数法[4]，回归分析法[5，6]、模糊数学法[7]等，有效地推动了建设用地节约集约利用研究的发展，但这些方法对于权重值的确定，加大了主观性或者评价过程较繁琐。突变理论构造数学模型不需对评价指标权重进行赋值，在对区域建设用地节约集约利用进行评价时，避免了主观性较大的“权重”概念。它考虑了各评价指标的相对重要性，定性与定量相结合，因而更显简易和科学[8]。本文基于突变级数法，以永州市11个县（区）为例进行城市建设用地集约利用评价，以期为城市建设用地集约利用评价以及永州市城市建设用地集约利用政策的制定提供参考。

1 研究区域概况

永州市地处湘南西部，湘江流域上游，湘粤桂三省区结合部，是湖南历史文化名城之一。地理位置为东经111°06′-112°21′，北纬24°39′-26°51′。北邻邵阳、衡阳，东接郴州，西临广西桂林，东南与广东连州接壤，总面积为2.23万平方公里。2014年永州市建设用地总面积有129518.34公顷。全市户籍人口630.94万人，常住人口538.24万人。其中，城镇人口229.22万人；乡村人口309.49万人，人口自然增长率为7.61‰。

永州市地势西南部较高，东北及中部较低，呈现向东倾斜的“山”字形地貌总轮廓；境内地貌复杂多样，河川溪涧纵横交错，山岗盆地相间分布，山地面积大；地处南岭多金属成矿带，矿产资源种类繁多，已探明的矿藏有56种；属中亚热带大陆性季风湿润气候区，雨热同期；境内河流受地形地貌及构造断裂带的控制，大都呈由南向北或自西向东的走向，共有大小河流733条，总长10515公里。

2 数据来源与处理

2.1 数据来源

主要包括永州市城市建设用地数据和社会经济数据。其中2010-2014年建设用地数据及城乡建设用地数据主要来源于永州市各县市区土地利用变更调查数据以及第二次全国土地变更调查数据。社会经济数据主要来自于2010-2014年的《湖南统计年鉴》[9]和《永州市统计年鉴》[10]及相关年份的国民经济和社会发展统计公报。

2.2 研究方法及步骤

突变理论诞生于1979年，以法国数学家雷内·托姆在《结构稳定性和形态发生学》一书中阐明的突变理论为标志，其基本原理为：利用拓扑理论构造数学模型来描述、预测自然现象与社会活动中事物连续性中断的质变过程[11]。突变级数法是基于该理论的重要方法之一，其基本原理就是利用落在分叉集内的控制变量的取值会使评价对象的状态发生突变这一性质来构建评价模型，其计算过程如下。

2.2.1 指标体系构建

依据评价总目标多层次分解评价指标，构建具有低阶层次结构的评价体系。结合研究区当前经济社会及生产力发展水平等客观实际，本文基于人口与经济对永州市区域建设用地状况开展评价，通过参考相关文献要求以及《建设用地集约利用评价规程》确定的区域用地状况指标体系，从土地利用强度、增长耗地、用地弹性及管理绩效四个方面建立指标体系，具体评价指标如表1。常见的突变模型的状态变量的控制变量数一般不超过4个，故而各层单指标的子指标也应不超过4个，且重要的指标放在前面，相对次要的指标放在后面[8]。

2.2.2 评价指标标准化

因评价指标含义不同，量纲不同，为使同一指标的数据能进行相互比较，在突变模型计算前，需要对原始数据进行标准化处理，本文主要采用极值法，公式为：

其中，Yij(Y＇ij)为标准化处理后的标准值，X为评价指标现状值；Xmax、Xmin分别为指标上下阈值，本文在其基础上分别增、减2%作为该定量指标的上下限，标准化处理结果如表2。

2.2.3 确定各指标层突变类型并进行归一运算

根据突变级数法的基本原理，按照表1中指标分类体系选取相应的突变模型（见表3），计算永州市各县市区建设用地集约节约利用的突变隶属度，然后采用互补性原则进一步计算准则层及目标层的突变隶属度，最终得出城市建设用地集约利用综合隶属度（见表4）。

2.3 计算结果

根据表1建立的城市建设用地集约利用评价指标体系，以永州市11个县市（区）2014年统计数据为基础，利用归一公式自下至上逐步综合，直到得出最高层总指标即综合隶属度的评价结果，如表4所示。根据区域建设用地节约集约利用评价规程确定权重值，计算各评价单元的评价指标现状值，确定评价指标理想值，进行指标标准化处理，计算各评价单元的区域用地状况评价分指数、指数及总指数计算，得出永州市区域建设用地节约集约利用评价综合集约度如表5。

表1 永州市区域建设用地节约集约利用评价指标体系

表2 永州市区域建设用地节约集约利用评价指标标准化值

表3 常见突变系统模型

表4 永州市各县市（区）城市建设用地集约利用综合隶属度

表5 永州市各县市（区）城市建设用地集约利用综合集约度

表6 城市建设用地集约利用状况评判标准

对比表4与表5可知，运用突变级数法评价结果与传统方法的评价结果是一致的，双牌县的集约度分值最高，其次是宁远县及蓝山县，江华瑶族自治县集约度分值最低。但是由于突变级数法归一公式本身的性质导致城市建设用地节约集约利用评价结果存在一个缺陷，所得评价指标隶属度普遍偏高，且各区域之间的综合隶属度差距不大，与一般评价等级所采用的评分级别有所差异。因此，通过建立一个突变评价值与控制变量隶属度之间的转换关系，可使突变隶属度转化为绝对意义的评价指标值。

2.4 集约隶属度转换及用地状况评判标准

一般情况，城市建设用地节约集约利用状况分为集约利用、中度利用及低效利用三类，分别用I、Ⅱ、Ⅲ类表示，对应的分值区间分别为[0.75，1]、[0.55，0.75]、[0，0.55]。在表1的指标体系下，选用蝴蝶突变模型进行递归运算，得到城市建设用地集约利用状况集约隶属度判定标准如表6所示。

根据城市建设用地集约利用状况评判标准可知，永州市11个县（区）集约利用状况分为三类，并运用arcgis10.0软件将评价结果的空间数据与属性数据相链接，绘成建设用地集约利用状况分布图，如图1所示，其中I类主要包括冷水滩区、双牌县、宁远县及蓝山县，属于集约利用，土地投入产出比较高，土地闲置率低，人均城市用地比较合理，城市用地扩展与城市人口增长、经济增长处于均衡发展状态；Ⅱ类有零陵区、东安县、祁阳县、道县、新田县，为中度利用区，该类为分布较广的类型，其单位用地土地投入产出比水平处于中等水平，有不同程度的土地闲置现象，人均城市用地较粗放，建筑容积率较低；Ⅲ类包括江永县及江华瑶族自治县，城市整体功能较差，单位用地土地投入产出比水平低，土地闲置现象比较普遍，人均城市用地粗放，建筑容积率低。

3 评价结果及分析

根据对不同区域内综合隶属度的平均分值、极差及标准差值进行分析见表7。

3.1 整体而言，永州市建设用地节约集约利用状况处于中等水平，大部分县（区）处于中度利用状况，还需进一步提升集约利用水平。

3.2 从空间分布情况来看，总体上永州市北部地区优于南部地区。北五县地区平均分值为0.9084，比南部地区高出0.0417分。

3.3 从区域内部评价分值分布情况来看，永州市各县区建设用地节约集约利用水平之间的差异显著。从各区域评价指标值的极差和标准偏差来看，均是北五县低于南六县，说明永州北五县区集约用地水平的内部差异较小，整体建设用地利用情况处于集约水平状态；而南六县建设用地集约利用水平差距比较显著，集约利用水平有高有低，呈现极度不均衡状态，部分县区仍有较大的挖潜空间，建设用地集约利用水平有待进一步提高。

图1 永州市各（区）县建设用地利用状况

表7 不同区域内的评价平均分值、极差及标准差

3.4 建设用地节约集约利用状况地域分异明显，大致按地貌类型划分呈现区域分布。平原、盆地地区如零祁盆地、道江盆地等土地利用条件优越，综合指数高，较多的为集约利用和中度利用；山地及丘陵地区用地条件较差，土地利用率低，相应得综合利用指数低，大多为低度利用和粗放利用，土地开发潜力较大。

4 结语

基于突变理论，构造突变结构模型，对永州市城市建设用地节约集约利用评价与分析，不需要像传统方法进行权重值及理想值的确定，极大地避免了由于人为主观因素确定权重及理想值时所产生的误差，且计算的工作量小，提高了评价的精准度，评价结果与永州市实际基本相符，说明突变级数法是建设用地节约集约利用评价的有效方法之一，对明确建设用地节约集约利用状况具有重要意义。

[1]张帆，谢炳庚，李晓青.湖南省城市建设用地集约利用研究[D].湖南：湖南师范大学，2011.

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[3]陈银蓉，梅昀，孟祥旭，等.经济学视角下城市土地集约利用的决策分析[J].资源科学，2013，35（4）：739-748.

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Research on intensive use of construction land based on the Catastrophe Progress Method

HE Huan et al
(College of Resources&Environment,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)

With the advancement of urbanization in China,intensive use of construction land is the inevitable trend of rational use of land resources.The evaluation model of urban construction land saving and intensive utilization was constructed by catastrophe progression method,and the 11 counties(districts)in Yongzhou city were studied,the results show that the evaluation results of catastrophe progression method and traditional method is consistent:(1)overall,Yongzhou city construction land intensive use is at a medium level,most of the county(District)in the moderate utilization;(2)on the space pattern,the northern city of Yongzhou county is better than the south,North five counties with intensive internal differences to lower levels,the level of intensive construction land use at the state and County South six overall construction;compared with the gap between the level of land intensive utilization significantly,exhibit extreme imbalance;(3)construction land saving and intensive use of regional difference,roughly according to landform classification showing regional distribution.

The Catastrophe Progress Method;Construction land; Intensive use

F301.24

A

何欢（1993-），女，湖南衡阳人，硕士研究生，主要研究方向为土地利用管理。

杨君，女，湖南邵阳人，博士，副教授，硕士生导师。

（2016-09-14收稿M编辑）

1003-7853（2016）05-0005-05

湖南省2016年研究生科研创新项目（CX2016B306）