高鑫，范树平，李鹏，巨芬，宋晓娜
（安徽农业大学经济管理学院，合肥 230036）
当前，我国大部分城镇用地规模急剧扩张并出现了以经济增长为导向的空间粗放式扩张和以交通设施建设为导向的城镇空间过度扩张等现象[1]，城镇空间增长的管理和控制不当可能引发城镇生态环境破坏、居住环境质量下降等诸多问题[2]。因此，如何科学划定城镇增长边界、缓解用地产生的矛盾冲突已成为学界研究的热点问题。2017 年党的十九大报告提出要完成生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界三条控制线的划定工作；
2019 年出台《中共中央国务院关于建立国土空间规划体系并监督实施的若干意见》，现阶段资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价已成为优化国土空间开发保护格局、划定“三区三线”及确定用地指标的重要依据。随着国土空间规划体系基本形成，城镇开发边界已成为国土空间规划中空间用途管控手段，在全国新一轮国土空间规划编制过程中开展城镇建设用地适宜性评价及开发边界划定工作具有重要现实意义。
目前，国内外对城镇建设用地适宜性评价研究主要集中在评价方法、评价对象及评价单元等方面。评价方法方面，最初主要通过定性分析和主观判断开展土地利用评价[3]，后期评价方法转向定量分析并以定性与定量相结合趋势发展，如多因素综合加权[4]、模糊综合评价法[5]、神经网络模型[6]及元胞自动机[7]等；
评价对象方面，已有研究多集中在平原地区[8]，随着研究方法与技术成熟以及对生态环境重视[9]，逐渐转到地质条件复杂的丘陵[10]、山地[11]、沿江沿海带[12]以及灾区[13]等典型区域；
评价单元方面，以乡镇[14]、市县[15]及行政村[16]为主。梳理国内外研究发现以往研究诸多单独探究城镇建设用地适宜性[17-18]或边界划定[19-21]，将两者结合研究相对较少且以定性化为主。此外，在评价单元尺度上以县区或乡镇为主，无法将评价技术落实到具体地块，评价结果精确度有待进一步提高。在此，借助ArcGIS 软件空间分析技术与地理统计技术，采用渔网划分方法将研究区划分为176 964个栅格单元并逐级汇总评价，突破传统以尺度较大的行政区单元的技术局限，实现评价城镇建设用地适宜性及开发边界优化更加合理及精确到位。
1.1 研究区概况
天长市位于安徽省东部，距南京约75 km、扬州约50 km。地处江淮丘陵向苏北平原过渡地带，西南部丘陵起伏，东北部多平原，国土面积约1 770 km2，下辖1 个街道办事处，14 个镇。全市常住人口为60.378 万人，其中，城镇人口为43.3 万人，城市化率为71.73%。2020 年地区GDP 突破500 亿元，三次产业结构为7.1∶61.2∶31.7，在全国县域经济与县域综合发展位列66 名，全国县域经济基本竞争力100名。伴随“以县城为载体推动城镇化建设”政策提出，城镇建设用地规模及空间布局将面临新的要求准绳，在积极壮大县域城镇社会经济背景下，深入探讨城镇建设用地积极拓展与空间布局优化显得尤为重要。
图1 研究区范围Fig.1 Scope of the study area
1.2 数据来源与处理
高程、地形起伏、植被覆盖率等自然数据来自地理空间数据云网站，由DEM 数据提取。永久基本农田、距市中心距离等数据根据第三次全国国土调查数据和天长市规划图矢量化获得。经济社会统计数据来源于天长市统计年鉴和统计公报。
将矢量数据进行地理配准、裁剪、统一坐标和投影等预处理，并转换为栅格数据逐级汇总，结合ArcGIS 将转换的栅格数据进行距离和缓冲区分析测算。整理经济社会统计数据，构建空间分析数据库，利用ArcGIS 软件进行空间叠加、地理统计等分析。
2.1 评价单元划分
评价单元的划分对于城镇建设用地适宜性评价至关重要，评价单元越细分，评价结果越精确，但受经济、社会数据搜集等方面限制，评价单元不可能无限细分。为准确反映天长市城镇建设用地质量空间差异，方便多因素相互作用和叠加分析，借助ArcGIS软件采用渔网划分方法将研究区划分为176 964 个栅格，每一个栅格为城镇建设用地适宜性评价单元。
2.2 评价因子确定
城镇建设用地适宜性及开发边界规模受多种因素影响，各类因素中又包含众多因子。通过对自然地理、社会经济、生态安全三方面因素梳理，并考虑各因子对城镇建设用地扩张作用性质的差异，进一步将各因子归纳为潜力因子和约束因子。
潜力因子指对城镇发展起促进作用，体现城镇建设用地发展潜力和趋势的因子[22]，如社会经济因子、交通因子。市中心和建制镇拥有相对较为完备的工业与基础设施，由于集聚效应作用，距市中心越近的地区具有优先发展的优势和条件。主要道路、高速出入口对城镇开发导向性极强，交通越便利，用地适宜程度越高。人口密度越大的地区由于资源的稀缺性，人地关系往往越紧张，城镇往往优先向人口密度高的地区扩张。河流不仅有运输的功能，对城镇工业生产和居民生活更起到关键作用。因此，甄选距建制镇距离、距市中心距离、距主要道路距离、距河流距离、人口密度和距高速出入口距离为潜力因子。
约束因子指由于因子本身特殊性质对城镇建设用地发展起到阻碍作用的因子[22]，约束因子分值越大对用地发展越不利，如永久基本农田区、自然保护区。结合天长市自然地理特征，确定高程、地形起伏、永久基本农田、植被覆盖率作为参与评价的约束因子。高程对用地有限制作用，能够直观展现区域内的地形情况，相对高差决定了物体的方向与阻力。地形起伏度越大的区域地质稳定性越差，地质灾害发生的可能性较高，对工程技术性要求也较高。受耕地保护政策限制，基本农田保护区范围不适宜作为建设用地，保护区内严格限制建设开发。植被是维持生态多样性的重要保证，是城市景观的特征之一。
2.3 评价指标体系构建及分级量化
同一评价因子在不同区域对城镇建设影响程度不同，如研究建制镇对城镇建设影响时，对建制镇建立不同半径的缓冲区，缓冲区半径越小，计算出的分值越高。据2018 年住建部印发的《城乡用地分类与规划建设用地标准（征求意见稿）》并参考相关研究成果，将各评价因子等级划分为五级，其对应的赋值分数为100、75、50、30、10，分值越高代表适宜程度越高越适合城镇建设用地布局。具体指标体系及量化标准如表1：
2.4 评价权重确定及模型选择
2.4.1 评价因子权重确定
权重确定方法主要可分为主观赋权法和客观赋权法两大类，主观赋权法借助专家对该领域的研究经验来确定各因素权重，如德尔菲法、层次分析法；
客观赋权法借助数学模型对数据分布和实际水平进行调整运算，如灰色关联法、熵值法、主成分分析法[23]。根据科学合理、简单易操作原则，选取层次分析法作为各因子权重确定方法。各评价指标因子权重如表2：
表2 评价指标权重Table 2 Evaluation index weights
2.4.2 评价模型选择
常用城镇建设用地适宜性评价方法主要有多因子综合评价、模糊综合评价和人工神经网络等，但后两种方法对研究数据要求高且运算量大，大部分是基于县乡等大尺度单元，对于栅格尺度评价运用较为困难[24]。多因子综合叠加模型主要考虑用地发展的限制性因子，对增长的潜力因子考虑不充分，也未将区域发展潜力评价考虑到适宜性评价模型中。因此，考虑到数据收集程度及评价单元尺度，综合研究区城镇建设用地扩展潜力与自然生态约束，构建“潜力—约束”评价模型，通过潜力因子和约束因子的差值来表示城镇建设用地开发的适宜性。模型计算公式如下：
公式中：E 为城镇建设用地适宜性级别，n 为土地适宜性潜力或约束因素的总数。Wai为潜力因子的权重，Fai为潜力因子在单元内表现出的适宜性度。Wbi为约束因子的权重，Fbi为约束因子在单元内表现出的适宜性度。根据公式计算出来的分值在ArcGIS中采用自然断点法将其分为4 级，分值越大，级别就越高，越适合发展城镇建设用地，进而将整个研究区划分为适宜建设、较适宜建设、一般适宜建设及不适宜建设四类区域。
3.1 城镇建设用地潜力分析
从图2 图4 来看，一级潜力区以市区为中心环状分布，北部和西部有少许块状分布区，主要是因为中部地区是市中心所在地，城镇分布相对集中，受地区社会经济发展带动周边建设用地开发早且较为完善。二级潜力区呈东南—西北斜“米”字状分布，主要是受道路分布影响，如国道345、省道204 及宿扬高速多呈东南—西北走势，天长西、天长南高速出入口皆分布于此。三级潜力和四级潜力区较多分布在西北和东北地区，南部地区有少许，原因在于远离城镇且河流和道路分布稀疏对地区辐射带动力度小，而东部地区靠近高邮湖，土地资源稀缺、生态等级相对较高。
图2 潜力因子分析图Fig.2 Analysis chart of potential factors
图3 约束因子分析图Fig.3 Analysis chart of constraint factors
图4 综合分析图Fig.4 Comprehensive analysis chart
由表3 知，研究区城镇建设用地以二三级潜力为主，共计126 431 个栅格单元，分别占总面积34.91%、36.52%，面积分别为617.91、646.40 km2；
一级潜力区次之，约28 985 个栅格单元，占总面积16.89%为298.95 km2；
四级潜力区最少，占11.68%，仅有206.74 km2、20 674 个栅格单元，总体来看研究区城镇建设用地潜力较高。
表3 城镇建设用地潜力分析Table 3 Analysis of urban construction land potential
3.2 城镇建设用地约束分析
结合图3 从空间分布角度来看，一二级约束区总体分布较少，一级约束区集中分布在东部和南部地区，西部和西北部有少量零星分布；
二级约束区大部分在南部和西北地区。从地形和地势条件来看，东部地区河湖分布集中，大规模集中连片土地相对较少，南部和西北部地势较高，地势落差相对较大，较中部和东北地区地质条件复杂。三级约束区沿四级约束区外围带状分布，四级约束区占据研究区大部分面积。
从表4 数据来看，研究区以四级约束区为主，共覆盖77 951 个栅格单元，面积约779.51 km2，占比高达44.04%；
一级约束区占比最小仅有10.55%，面积约186.74 km2，栅格单元18 674 个；
二三级约束区分别占26.74%、18.67%。可以看出一级约束区远小于三级和四级约束区，因此说明该地区城镇建设用地发展建设阻力较小。此外，需要说明的是，按照国家相关政策文件，基本农田区属于禁止建设区，从图3 可以发现，研究区绝大部分都有基本农田分布，如果考虑到基本农田因子研究区将几乎没有土地用于城镇建设，因此从城市远景发展的角度，研究还有待完善。
表4 城镇建设用地约束分析Table 4 Analysis of urban construction land constraints
3.3 城镇建设用地适宜性分析
基于“潜力—约束”模型计算出二者的差值，通过ArcGIS 软件生成城镇建设用地适宜性评价结果（图4、表5）。研究区中较适宜区面积最大，共计74 128 个栅格单元，面积为741.28 km2，占总面积41.88%，该类土地不能立刻发展为城镇建设用地，但可以作为适宜区良好的补充，未来随着社会经济发展这部分土地将作为适宜区优先拓展使用。适宜区是城镇建设用地选址的首选区域，适宜大规模集聚开发，研究区适宜土地占比24.47%，覆盖43 312 个栅格单元，总面积433.12 km2，能够满足目前对城镇建设用地的需求。一般适宜区占比24.97%，面积有441.97 km2，约44 197 个栅格单元，该类土地自然和社会经济条件尚未到达开发利用条件，在科学指导下才能进行适度的开发利用。不适宜区占比最小，面积仅有153.64 km2，主要分布在河湖湿地及山地地区，由于该类地区是保障城市生态系统服务和安全的关键要素，开发难度大、成本高，因此应尽可能避免生产和建设活动。
表5 城镇建设用适宜性等级分析Table 5 Suitability class analysis for urban construction
3.4 城镇建设用地适宜性分区
由表6 可知，在研究区16 个建制镇中适宜等级最高区域分布在天长街道、石梁镇、汊涧镇、永丰镇，面积分别为59.49、44.19、41.66、35.70 km2，这4 个区域适宜面积占总适宜面积近一半，适合优先发展城市建设。郑集镇适宜建设区面积最少，仅有11.11 km2，在今后发展中要重点考虑城镇建设用地集约高效利用。不适宜区较多分布在金集、秦栏、铜城和冶山四镇，面积为30.81、30.23、27.39、23.95 km2，占总不适宜区52.85%。较适宜区面积最大地区是汊涧镇，面积76.46 km2，其次是仁和集镇和张铺镇，面积分别为70.85、61.11 km2。铜城镇、大通镇、杨村镇一般适宜区分布最多，面积分别为86.04、70.92、58.07 km2。
表6 城镇建设用地适宜性分区统计Table 6 Statistics of land suitability zoning for urban construction
各建制镇潜在建设用地面积（表6）中，天长街道、石梁镇、永丰镇潜在适建面积均超过20 km2，分别为25.92、25.29 和24.50 km2，说明这三个建制镇发展潜力最大。相反，仁和集和冶山两镇在未来的城市扩展中潜力最小，面积分别为3.17、3.84 km2。综合分析，未来城镇建设用地扩张仍以天长街道为主，其次是石梁镇和永丰镇。
4.1 天长市人口预测
人口预测的方法有多种，在遵循“人地挂钩”思想下，选用GM（1，1）灰色模型，借助Matlab 软件实现对天长市城镇人口的预测。依据天长市统计年鉴，获取天长市2010-2019 年城镇人口数量，作为人口预测原始数据，在此基础上做数据累加，得到新数列；
通过构造矩阵B 和向量Yn，计算发展系数a 和灰色作用量b，并代入GM（1，1）微分方程，得到人口预测模型；
运行Matlab 软件预测出天长市2035 城镇人口规模为85.88 万人；
根据模型精确检验（表7）判断模型精度，发现Matlab 软件运行计算结果P 值为1、C 值为0.008，说明该研究模型1 级精确，预测出2035 年人口数量合理，具有研究意义。
表7 GM（1，1）模型精度检验表Table 7 GM（1，1）model accuracy test table
4.2 城镇建设用地开发边界优化
考虑到未来城镇发展过程中生态环境、永久基本农田等刚性因素限制，根据城镇建设用地开发集约程度由低到高，结合天长市城镇建设用地适宜性评价结果、社会资源禀赋及现阶段国家加大对城乡建设用地规模管控与集约要求，对天长市城镇建设用地拟定出积极拓展、管控发展及底线约束三种发展方案。积极拓展型方案旨在不超过建设用地规模上线，积极争取新增建设用与永久基本农田核减指标，统筹发展各类规划和项目；
管控发展型方案要求积极优化空间布局与存量调整，确保重大项目对建设用地需求与划定的基本农田目标不变，必须占用的基本农田要在开发边界外进行补划；
底线约束型方案以现有的存量资源为主，严格保障永久基本农田与生态空间的保护目标与布局不改变，开发边界内难以避免的永久基本农田以“开天窗”形式保留。
按照三种城镇建设用地发展方案，根据“人地挂钩”思想，结合2035 年研究区人口，预测三种发展方案城镇建设用地规模，具体预测：（1）确定人均建设用地标准。2020 年研究区城镇建设用地面积为86.34 hm2、城镇人口为43.31 万人，根据人均定额法可计算出2020 年人均建设用地标准为0.199 人·hm-2。（2）确定三种发展方案人均建设用地标准。参考《建筑气候区划标准》《城市用地分类与规划建设用地标准》划定2035 年研究区三种人均建设用地标准，按建设用地集约度由高到低分别为0.009 5、0.011 5、0.014 0 人·hm-2。（3）划定三种发展方案城镇建设用地规模。结合2035 年城镇人口预测规模，按照低中高集约人均建设用地标准，可得研究区2035 年城镇建设用地面积分别为120.23、103.06 和85.88 km2。根据建设用地适宜性评价结果，按照最终综合适宜性得分，借助ArcGIS 生成未来天长市城市发展规划，如图5。
图5 不同情境下城镇建设用地开发边界优化方案Fig.5 Optimization of urban construction land development boundary under different scenarios
4.3 城镇建设用地开发边界规模协调
依据“人地挂钩”思想预测未来城镇建设用地规模，忽略了国家战略、政策方针及规划指标因素影响，结果偏理论化。因此，进一步从以上角度对研究区城镇建设用地开发边界进行优化。2022 年5 月印发《关于推进以县城为重要载体的城镇化建设的意见》，明确提出以县城为重要载体城镇化建设发展目标和具体任务。2016 年安徽省人民政府批复《天长市城市总体规划（2014-2030 年）》，强调到2030 年构建起“2143”的空间网络格局，即以天长城区、周边永丰、石梁镇为一核心区，重点建设有自身特色和经济实力的秦栏、桐城、汊涧和冶山四镇。2019 年天长市经济总量历史性跃进全省第4 位，成功跨入全国县域经济百强县。
从工业分布结构看，以强宏实业为代表的10 亿元以上重大项目大部分落户在天长街道区域，2021年天长市综合实力前三十强企业中约有50%的企业位于天长街道，此外多集中在汊涧与铜城两镇。随着南京信息工程大学等重大项目落户金牛湖新区，冶山镇城镇建设用地将迎来规模开发，另外，高铁新城的规划进一步打通天长街道与周边地区的联系。总体来看，未来研究区城镇建设用地开发将以县城所在地的天长街道为中心，重点向周边石梁、汊涧及冶山镇等方向延伸。在规划指标方面，结合《天长市城市总体规划（2014-2030 年）》，各镇综合用地规模管控布局以市区为首、重点向南部倾斜。鉴于国家对建设用地指标管控方面，未来在预测用地规模时要以上级下达指标为基础，结合实际需求科学判定。
以安徽省天长市为例，探索“潜力—约束”因子影响下城镇建设用地适宜性评价方法，并根据评价结果对研究区2035 年城镇建设用地规模进行预测及开发边界格局进行优化，得出以下结论：
（1）研究区城镇建设用地适宜性水平总体较高，以适宜区和较适宜区为主，共占比66.35%，一般适宜区为24.97%，不适宜仅占8.68%，人地关系将长期处于和谐状态。
（2）从空间分布来看，天长街道、石梁镇和永丰镇三个地区城镇建设用地适宜性最好，且潜在的建设用地面积居全市前列，三者适宜性面积占适宜总面积的48%，未来城镇建设用地将主要向这三个地区扩张。不适宜区较多分布在杨村、金集和张铺三镇，占总不适宜区44%。
（3）结合2035 年天长市城镇预测人口，根据现有人均建设用地标准，在拟定的三种未来城镇开发方案中，积极拓展型方案城镇建设用地集约程度较低，城镇建设用地规模为120.32 km2；
管控发展型方案集约程度一般，为103.06 km2；
底线约束型城镇方案集约程度较高，仅有85.88 km2。
结合已有相关理论成果，研究将评价单元做到地块，打破以往以乡镇为评价单元的空间限制，使评价结果更加合理、精确，拟定出三种不同城镇开发方案，也为未来城镇发展路径选择提供参考。国土空间规划体系要求统筹划定“三区三线”，做到不冲突不重叠不交叉，划定城市开发边界要避让重要生态功能，不占或少占永久基本农田。因此，协调好建设用地与永久基本农田区、生态保护区是下一步重要讨论的内容。
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