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基于 “双评价”的城镇开发边界划定

发布时间:2019-01-29

摘要

当前,划定城镇开发边界(UCBs)是我国促进城市精明增长的重要手段,也是空间总体规划的主要任务之一。本文结合我国国土空间规划定位及编制要求,以广东省中山市为研究区,开展基于“双评价”的城镇开发边界划定方法研究,提出在资源环境承载力与城镇空间适宜性“双评价”背景下,耦合未来土地利用模拟模型(FLUS)进行城镇开发边界划定的方法。该方法以“双评价”结果作为基础,综合考虑城市发展潜力划定城镇开发边界,能够在促进城市可持续发展及保护生态环境方面发挥重要作用。


1、研究背景


随着我国经济社会的持续快速发展,我国大部分城市正在经历快速的城市化发展过程。快速的城市化发展使得城市用地的范围日益扩张,与此同时,快速的城市增长也带来了不可忽视的问题,这些问题主要包括:城市用地数量增长过快而致使耕地资源日渐短缺,城市用地扩张导致生态资源受到威胁,城市新区开发建设力度过大而出现浪费现象,以及城市外延式增长突出而内部空间结构失衡等等(诸大建等, 2006)。面对这些矛盾与挑战,如何科学地引导城市的发展,协调城市建设用地保障与生态环境、耕地保护间的平衡关系已经成为当前城市规划工作中急需解决的问题(冯科等,2008)。


城镇开发边界作为容纳式城市发展政策中被广泛使用的一种工具,其通过界定城市与非城市区域,利用区划、开发许可证的控制和其他土地利用的调控手段,将合法的城镇开发控制在边界内(龙瀛等, 2009)。因此,城镇开发边界作为国土空间规划的重要组成部分,它可以用于规范和引导城镇开发和建设活动划定的地域,是城镇建设区可能形态的空间预留。城镇开发边界的划定对于严格保护城市的自然资源和生态资源,合理引导城市土地的有效开发,控制城市的无序蔓延,具有重要的战略意义(曹靖等, 2016)。然而,城市规划人员在划定城镇开发边界时,往往仅通过相关空间变量基于现状用地进行划定,而忽略了城市本身的资源承载现状以及城市发展的适宜性,该方式将可能导致城市土地资源分散,土地利用率低下,而不利于城市的可持续发展与自然资源的保护(张兵等, 2014)。


为了更科学的开展城镇开发边界的划定工作、缓解我国城市化日益严峻的矛盾,自然资源部、中央城镇化工作会议以及《国家新型城镇化规划》(2004-2020年)均明确提出了“开展资源承载力评价与城镇空间适宜性评价”、“划定每个城市特别是特大城市的开发边界”等要求,以达到科学地分析城市发展的能力与潜力、保护生态与农业、防止城市无序蔓延、优化城市空间布局的目的。而资源环境承载力和城镇空间开发适宜性评价(“双评价”)作为城市空间变化的重要基础,其能够明确城市中用于生态保护、农业生产以及城镇发展的地域单元。


国内外已经有大量利用城镇开发边界进行空间规划的实践案例,如将城镇开发边界应用于对城市规划区范围的优化、对“四区”划定的深化和整合以及界定大都市区发展空间等方面(王颖等,2014)。当前科学的技术方法是利用CA模型及其改进模型对城市用地进行动态模拟,从而引入规划约束条件能够在模型中加入社会经济、用地适宜性等条件限制,使城市增长模拟更贴近实际,进而确定城镇开发边界(龙瀛等, 2009)。未来城市用地模拟(Future Land Use Simulation, FLUS)模型是一种改进的CA模型,其结合了城市发展概率、邻域因子以及城市发展自适应惯性与轮盘竞争机制,能够更适应城市空间真实增长并反映出城市的长期发展态势( Liu X, et al,2017;吴欣昕等,2018)。FLUS模型已经被应用于多种实际场景及规划政策下的城市空间模拟及边界划定研究中,其具有良好的挖掘城镇用地变化规律的能力,且模拟精度得到了验证,证明其模拟结果更符合现实世界(Liang X, et al,2018;张子明等,2018;朱寿红等,2017)。然而,针对我国城市无序扩张的背景与国土空间规划的背景下,如何在对自然资源、土地资源、生态资源等进行更细致的评价与调查的基础上进行城镇开发边界的划定,如何将“双评价”与先进的城镇开发边界划定方法进行结合,仍然是一个亟待解决的问题。


因此,本文针对这一问题,结合FLUS模型进行了基于“双评价”背景下的城镇开发边界划定研究。本文以广东省中山市为案例区,选取多个评价指标进行集成以构建资源环境承载力评价与城镇空间开发适宜性评价体系,评价中山市城市的资源发展现状及发展潜力。本文将“双评价”结果、政策导向因素、社会经济指标及区位因素等作为空间变量引入FLUS模型中,模拟得出了中山市2035年城镇建设用地空间形态并最终结合形态学算法拟合出中山市2035年城镇开发边界。本研究以新时代的国土空间规划为背景,综合考虑城市发展的资源压力与空间发展潜力,并结合“双评价”结果科学地划定中山市2035年城镇开发边界,为优化新时代的城镇开发边界划定方法提供了新的参考。


2、研究方法


本文提出在“双评价”的基础上开展城镇开发边界划定,对资源环境承载力进行评价以确定出土地资源的承载情况以及资源环境耗损趋势;根据城镇空间开发适宜性进行评价以得到城镇土地开发的适宜性程度,并划定适宜性等级。将“双评价”结果进行数值化,并以空间驱动因子的形式耦合未来用地模拟模型(FLUS),在此基础上对未来城镇建设用地空间形态进行模拟,通过形态学的方法划定出中山市2035年城镇开发边界,本文的研究框架如图1所示。


图1 城镇开发边界划定方法框架


3、研究证实


3.1 研究区概况


中山市位于广东省中南部,珠江三角洲腹地,粤港澳大湾区中心地带,陆域总面积为1783.67平方公里。随着珠江三角洲城镇群体协调发展规划的实施,中山市将在粤港澳大湾区承担湾区内部枢纽的重要职责,给中山市的城镇发展带来了良好的机遇。在改革开放之后,尤其是近10-20年间,中山市历经了快速的城市化发展进程,城市用地持续快速增长。本文对中山市1980—2017年城镇建设用地变化时空变化进行了分析,中山市建设用地在近40年间增幅显著(如图2所示),2017年建设用地面积较1980年增长了600多平方公里,已扩大到了原来的5.7倍。而随着中山市的城镇空间迅速扩张,建设用地粗放式增长方式的关系仍然存在。同时,中山市的城镇建设整体质量不高,可开发建设空间严重不足,传统的经济发展方式和土地利用方式亟需转变。因此,科学地评价中山市的城镇空间适宜性和资源承载力,合理规划中山市城镇空间格局,划定城镇开发边界以防止中山市城镇规模盲目扩张和建设用地无序蔓延,将具有重要的科学意义和现实价值。


图2 中山市1980—2017年城镇建设用地时空变化


3.2 研究过程

3.2.1 双评价

构建“双评价”指标体系,通过土地资源、大气环境和生态等数据叠加分析,通过加权计算得到相应指标以集成评价中山市资源环境承载力。同时,综合土地资源、水资源、人口、经济等方面的数据以集成评价城镇空间适宜性程度。


本文选取土地资源、大气环境、生态,对土地资源压力指数、大气污染物浓度超标指数、生态系统健康度等3项指标进行基础评价,并对城市环境空气质量、生态多样性维护功能等级等2项指标进行专项评价(如图3(1-5))。其中生态系统健康度主要反映为区域内发生水土流失、土地沙化、盐渍化、土地污染等生态退化区面积与全域面积的比值,而生态多样性维护功能则是通过自然栖息地质量指数作为特征指标。在评价结果的基础上进行空间加权叠加分析,初步划分资源承载能力等级,综合考虑灾害危险性指标,以确定资源环境承载力综合等级。同时遴选集成指标,采用“短板效应”原理确定超载、临界超载、不超载3种承载力类型,最终形成承载力类型划分方案如图3(6)。


图3 中山市资源环境承载力评价指标及集成结果


为了探究中山市土地适宜程度是否满足城镇建设用地扩张的需求,在核实与补充调查基础上,对中山市城镇空间进行适宜性评价。将中山市城镇空间的地形地势评价、生态系统脆弱性评价、可利用土地评价、水域面积占比评价、大气污染程度评价、人口聚集度评价、经济发展水平评价、交通优势评价八个评价指标(图4(1-8)),设置资源环境类指标的总体权重为0.3,社会经济适宜性类的总体权重为0.7,再以此类推细化评分,得到具体权重值,并根据权重对指标进行加权求和。并结合空间开发负面清单和现状建成区,将城镇空间适宜性与空间开发负面清单相互叠合,在空间开发负面清单范围内的用地将被列为最不适宜建设用地。最终得到评价结果图如图4(10)所示。


图4 中山市城镇空间开发适宜性评价指标及集成结果


由评价结果可知,中山市最适宜开发及较适宜开发的国土面积规模空间较大,超过全市总面积半数,主要分布在中山市的西北部、中东部以及东南沿海的区域。其中最适宜开发的国土面积约占全市面积的41%,较适宜开发的国土面积约占全市面积的16%。最不适宜开发的面积约占全市面积的35.59%。不适宜开发的区域主要分布在五桂山一带,主要是地形地势限制了开发,其次是坦洲镇和民众镇,主要是由于大量的基本农田分布。


3.2.2 城镇开发边界划定


利用FLUS模型对城镇建设用地模拟首先需要确定未来城镇建设用地的规模,本文考虑中山市人口基数的涵养需求、经济增速、资源承载力、国土适宜性的情况以及中山市多镇区、城镇建设用地的现状,利用系统动力学模型预测中山市2035年的城镇建设用地规模。本文通过1995年—2012年的中山市人口、GDP、工业生产总值、第二产业投资额、第三产业投资额等统计数据用于构建中山市土地利用情景变化系统动力学模型。同时设置1995年—2010年为模型模拟阶段,对模型进行参数设定、模型调整及模型检验。而2010年—2035年为不同情景预测阶段,确定目标年份的建设用地需求,估算在上述需求和历史规律的影响下,2020年及2035年中山市建设用地规模。


根据上述预测城镇建设用地规模值,以基本农田保护区与生态保护红线作为限制性约束,结合多个空间变量以及根据上述集成评价得到的资源环境承载力以及城镇空间适宜性共同作为因子输入,利用FLUS模型模拟得出中山市2035年城镇建设用地分布如图5(1)所示。结合边界区域地块实地情况对边界进行微调后,最终划定城镇开发边界内的建设用地规模并得出城镇开发边界如图5(2)所示。


图5 中山市2035年建设用地模拟及城镇开发边界划定


4、结论与展望


通过划定城镇开发边界,能够科学地引导城市建设用地的发展,从而有效控制城市蔓延。然而,当前将资源环境承载力与城镇空间适宜性共同结合以划定城镇开发边界的相关研究较为匮乏。因此,本文依据资源环境承载力与城镇空间适宜性对城镇区域适度开发、因地制宜的原则,将“双评价”结果作为空间驱动因子结合FLUS模型对中山市2035年城镇建设用地扩张进行模拟。而后考虑城镇建设用地的发展规律和功能的完善程度,尽可能避免城镇建设用地斑块的破碎化,利用形态学的膨胀与腐蚀方法划定中山市2035年城镇开发边界。根据本文的方法流程,结合“双评价”划定的城镇开发边界能够在保持现有城镇建设用地的基础上,引导城镇拓展避开资源环境承载力超载的区域,引导城镇空间在适宜性较高的区域发展,从而促进城镇空间的科学扩张和精明增长,以实现“双评价”对城镇开发边界的引导作用。


本文考虑了影响城市发展的多种空间驱动因子,并综合了城市规划中的政策性约束条件,能够更科学、有效地反映城市空间发展的内部规律及复杂特性,并较好地呈现了城市发展中所受到的自然环境、政策规范等影响。此外,本方法能够整合城市内部空间的相互作用并避免了划定过程中的主观因素,从而能够较真实、科学地表达城市发展的状态及其边界形态。结果显示,本文的方法框架具有数据获取便利、数据分析过程科学、分析结论合理可行的特点,能较好地贯彻生态文明建设、可持续发展和耕地保护等理念,统筹保障发展和保护生态的空间矛盾,可以在新一轮国土空间规划编制中进行广泛应用。


作者简介:


罗伟玲:国地科技总工程师,高级工程师。中国土地学会专家库专家,广东省土地规划专家库专家,广东三旧改造协会规划与设计委员会副主任委员,中山市城乡规划委员会委员。2006年以来主持近50项土地利用总体规划编制、评估及调整完善工作。获得6项国土资源(广东)科学技术奖,公开发表多篇研究论文。


吴欣昕:中山大学地理科学与规划学院。


刘小平:中山大学遥感与GIS工程系主任,博士生导师。主要从事地理模拟、空间智能及优化决策研究。


张大川:中山大学地理科学与规划学院。


刘鹏华:中山大学硕士研究生,研究方向为机器学习和时空大数据分析、计算机视觉和图像处理。


何家律:中山大学地理科学与规划学院。


注:本文已被《城市与区域规划研究》刊物录用,将于2019年第一期刊出。

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