基于资源约束的十堰市郧阳区城市开发边界划定研究_陈正婷.pdf

第 45 卷第 3 期2023 年 5 月 湖北大学学报(自然科学版)Journal of Hubei University(Natural Science)Vol.45No.3May 2023收稿日期:20220623基金项目:国家社会科学基金(15BTQ082)资助作者简介:陈正婷(1997),女,硕士生;于婧,通信作者,教授,E-mail:yjing 文章编号:10002375(2023)03036508基于资源约束的十堰市郧阳区城市开发边界划定研究陈正婷1,张亚全2,田馨雯1,韩晨晓1,梅欣3,夏建军3,于婧1(1.湖北大学资源环境学院,湖北 武汉 430062;2.湖北省测绘工程院,湖北 武汉 430074;3.深圳市城市空间规划建筑设计有限公司,广东 深圳 518035)摘要:以十堰市郧阳区为研究对象,借助层析分析法、综合适宜性评价模型、水资源承载力模型等先后进行建设用地适宜性评价、水资源承载力测算,进而预测中心城区建设用地规模,划定研究区的刚性开发边界和 2030 年弹性开发边界.结果显示,研究区建设用地高度适宜区面积为 412.16 km2,占总面积的 10.82%;2030 年,中心城区水资源可承载最大人口规模为 29.42 万人,建设用地需求量为 19.29 km2;研究划定刚性开发边界外(禁止建设区)面积为 1 575.20 km2,2030 年弹性开发边界内总面积为 19.29 km2,其中新增城市建设用地规模为 2.12 km2.本文中综合考虑土地条件、资源承载力以及城市扩张的内在需求,探索县级城市开发边界的划定方法,提出城市扩展的最佳方向和合理规模,为引导十堰市郧阳区城市空间有序扩展提供理论依据.关键词:城市开发边界;建设用地适宜性;水资源承载力中图分类号:TU984.16文献标志码:ADOI:10.3969/j.issn.1000-2375.2023.03.009著录信息:陈正婷,张亚全,田馨雯,等.基于资源约束的十堰市郧阳区城市开发边界划定研究J.湖北大学学报(自然科学版),2023,45(3):365-372.DOI:10.3969/j.issn.1000-2375.2023.03.009.CHEN Z T,ZHANG Y Q,TIAN X W,et al.Demarcation of urban growth boundary in Yunyang District of Shiyan City based on resource constraintJ.Journal of Hubei University(Natural Science),2023,45(3):365-372.DOI:10.3969/j.issn.1000-2375.2023.03.009.Demarcation of urban growth boundary in Yunyang District ofShiyan City based on resource constraintCHEN Zhengting1,ZHANG Yaquan2,TIAN Xinwen1,HAN Chenxiao1,MEI Xin3,XIA Jianjun3,YU Jing1(1.Faculty of Resources and Environmental Science,Hubei University,Wuhan 430062,China;2.Hubei Institute of Surveying and Mapping Engineering,Wuhan 430074,China;3.Urban Space Planning and Architectural Design Limited Company in Shenzhen,Shenzhen 518035,China)Abstract:Taking Yunyang District of Shiyan City as the research object,we successively evaluated the suitability of construction land,the water resources carrying capacity and scale of construction land in central urban area with the help of AHP,suitability evaluation model,the water resources carrying capacity model and so on,which delimited the rigid growth boundary and elastic growth boundary in 2030.The results show that the construction land of highly suitable area in Yunyang District is 412.16 km2,accounting for 10.82%of the total area.In 2030,the maximum population that can be carried by water resources in the central urban area of yunyang is 29.42 thousand,and the demand for construction land is 19.29 km2.According to the research,366 湖北大学学报(自然科学版)第 45 卷the area outside the rigid growth boundary is 1 575.20 km2,which is the no construction zone.The total area of urban construction land within the elastic growth boundary is 19.29 km2.In this paper,land conditions,resource carrying capacity and the inner demand of urban expansion are considered comprehensively.This paper explores the demarcation way of county urban growth boundary and comes up with the best direction and reasonable scale of urban expansion,which supplies a theoretical basis for guiding the orderly expansion of urban space in Yunyang District of Shiyan City.Key words:urban growth boundary;suitability evaluation of construction land;water resources carrying capacity 0引言随着城镇化进程的快速推进,人口向城市集中,城市土地资源日益紧缺,建设用地占用农用地、生态用地现象频繁出现,日趋严重.2019 年,国务院下发“三线”划定文件中指出,需按照节约集约原则,推进建设用地有序扩展.2021 年,自然资源部进一步推进国土空间规划工作,要求科学划定“三线”.城市开发边界亦被称为城市增长边界(urban growth boundary,简称 UGB),1976 年,美国分区划定城市用地和乡村用地,此为城市开发边界最早应用实例1.Richard Sybert 和 Douglas Porter 认为城市开发边界是为防止城市用地无序扩张而在城市适宜建设用地外围划定的控制线2-3.随着中国城市化的飞速发展,国内学者将理论引入中国,徐银婉认为城市开发边界是动态变化的,可将其分为刚性 UGB 和弹性UGB4.朱天翥、雷丽丽等通过选取刚性指标和弹性指标进行建设用地适宜性评价,以此确定城市空间的扩展时序,划定城市开发边界5-6;也有学者从保护生态的角度出发,逆向限制城市扩张,将土地生态适宜性及敏感性的划定与城市扩张模拟相结合,从而划定 UGB7-8;胡耀文和张凤总结了元胞自动机、人工神经网络、用地适宜性评价和生态安全格局构建等城市开发边界划定的主要技术方法,指出用地适宜性评价方法操作简单,原理清晰,能够直观展示适宜建设和不适宜建设的地块,具有明显优势9.在城市规模确定方面,程小于通过以人定地、以产定地确定城市发展规模10;罗伟玲、林慧等则考虑到了生态多样性、城市环境质量承载力等其他因素11-12.从以往的 UGB 研究看,大多还是从社会经济发展需求出发,也有学者注重生态环境保护,但关于资源环境承载力尤其是水资源承载力方面考虑略有不足.2020 年,自然资源部下发的“双评价”指南中提出,按照短板原理,从水资源和空间约束两个角度确定城镇建设承载的合理规模.随着研究区城镇化水平不断提高,建设用地和水资源需求量逐年上升,如何合理使用水资源,平衡资源环境保护与城市发展之间的矛盾是其目前面临的重要问题.本文中以十堰市郧阳区为主要研究对象,依据“双评价”指南,引入水资源承载力,通过建设用地适宜性评价、水资源承载力测算以及中心城区建设用地规模预测,划定研究区刚性开发边界和 2030 年弹性开发边界,对研究区具有重要借鉴意义,同时,构建县级 UGB 划定的理论框架,为县域空间优化提供理论经验.1研究区概况与数据来源1.1研究区概况十堰市郧阳区位于湖北省西北部,地处秦巴山区,海拔大部分在 800 m 以上,汉江自中部穿过,是南水北调中线的重点水源区.2019 年郧阳区年降水量 743.2 mm,水资源总量 6.27108 m3,全区总用水量为 1.60108 m3.区域内含沧浪山国家公园、丹江口湿地自然保护区等多处森林公园、自然保护区以及公益林,生态环境十分优良.2019 年,研究区总面积为 3 808.26 km2,常住总人口 57.17 万人,城镇化水平为 46.55%.中心城区(城关镇、茶店镇、柳坡镇)常住人口为 10.18 万人,现状建设用地面积约为 17.17 km2.1.2数据来源与处理本研究数据主要有土地利用数据、道路等级系统、DEM 数据、遥感影像以及人口和水资源数据.道路系统来源于全国地理信息资源目录服务系统,DEM 数据和 Landsat8 遥感影像于第 3 期陈正婷,等:基于资源约束的十堰市郧阳区城市开发边界划定研究367 地理空间数据云下载,借助 ArcGIS 从 DEM 数据中提取高程、坡度和坡向,再用 Envi 从遥感影像中提取NDVI,并计算植被覆盖度,其他人口和水资源数据来自中国统计年鉴(乡镇卷)、十堰市统计年鉴、十堰市常住人口年报以及水资源公报.2研究方法2.1研究路线刚性开发边界是城市扩张所不能跨越的红线,其外部空间需要进行严格管控 8.本文中在综合考虑影响建设用地布局的自然因素、社会经济因素和生态安全因素的基础上,构建研究区建设用地适宜性评价指标体系,借助适宜性评价模型,确定各图斑的适宜性等级,并将评价结果为不适宜的区域确定为禁止建设区,其外边界作为刚性 UGB.弹性开发边界是根据城市未来发展需求而设立的,具有动态时效、空间弹性的特点13.经过估算水资源承载力,确定该区的最大人口规模,并通过趋势预测法和自然增长率法预测 2030 年郧阳区中心城区人口规模,取两者的最小值作为水资源约束下目标年的人口数,进而根据定额指标法确定 2030 年该区城市扩展规模.最后,根据建设用地适宜性等级,确定城市扩展方向,在刚性边界的约束下,划定 2030 年郧阳区弹性 UGB,如图 1 所示.图 1技术流程图2.2层次分析法层次分析法(AHP)是一种集主观与客观、定性与定量于一体的多因素分析方法,能够将复杂的系统层次化、简单化,本文中采用 AHP 来确定各项评价指标的权重.2.3适宜性评价模型本研究对刚性因子采用极限条件法,对其所属斑块赋值为 0,研究区内其他空值赋值为 1,直接判定评价单元是否适宜开发建设;弹性因子则是通过指标量化分级后采用适宜性指数法,判定评价单元开发建设的适宜程度;最后通过二者结合来计算每个评价单元的建设用地适宜性分值14,计算公式为:E=ni=1fiwimj=1Fj(1)式中:E 是综合适宜性分值;i 是弹性因子编号;n 是弹性因子个数;fi是第 i 个弹性因子适宜性分值;wi是第 i 个弹性因子权重;j 是刚性因子编号;m 是刚性因子个数;Fj是第 j 个刚性因子适宜性分值.2.4水资源承载力联合国教科文组织将水资源承载力定义为:在一段时间内,一个国家或地区在保证居民正常生活质量的用水条件下,其水资源条件所能供养的人口数量15,计算公式为16:c=W0Wp 365(2)=qn 365W0(3)式中:c 是水资源承载力;W0是水资源总量;是水资源利用系数;是城市居民生活用水占用水总量的比重;Wp是人均综合生活用水量标准;q 是城市人均生活日用水量;n 是使用人数.368 湖北大学学报(自然科学版)第 45 卷3结果与分析3.1建设用地适宜性评价本研究在参考国内众多学者对建设用地适宜性评价研究基础上17-20,结合研究区自然地理环境以及社会经济状况,将评价指标分为刚性指标和弹性指标,选取自然、社会经济以及生态安全 3 个方面指标,对其进行量化分级,并根据层次分析法确定各个指标的权重值,如表 1 所示.表 1建设用地适宜性评价因子分级标准及权重准则层指标层性质权重分级标准赋值自然条件因素高程/m坡度/()坡向弹性弹性刚性弹性0.0930.1710.0360,200)100200,300)80300,500)60 500200 81008 158015 206020 2520 250南、东南、西南100东、西80西北、东北60北20社会经济因素距主要道路距离/m距建成区距离/m土地利用现状弹性弹性弹性0.1850.1590.0860,500)100500,1 000)801 000,2 000)602 000,3 000)403 000200,1 000)1001 000,2 000)602 000,3 000)403 00020建设用地100裸地80耕林园草60水域20生态安全因素距河湖库塘距离/m植被覆盖度/%弹性弹性0.1430.127 500350,500)200,350)0,200)0,10)10,30)304545100806020100804020基本农田、公益林、国家公园、自然保护区、水源保护地刚性-0本文中以 30 m30 m 栅格为评价单元,基于 ArcGIS 平台,先对每个指标图层进行分级与赋值,得出每个单因子的评价结果;再结合权重,将各图层进行叠加分析,得到多因子适宜性评价分值;参照 FAO土地评价纲要中的适宜性等级,采用自然间断点法,将建设用地适宜性程度划分为高度适宜、适宜、临界适宜和不适宜 4 类,最终得到建设用地适宜性等级图以及各等级面积及其占比情况,如图 2 所示.第 3 期陈正婷,等:基于资源约束的十堰市郧阳区城市开发边界划定研究369 图 2建设用地适宜性评价结果根据评价结果:高度适宜区面积为 412.16 km2,占研究区总面积的 10.83%,主要分布在茶店镇、杨溪浦镇、城关镇等地区,地形平坦,交通便捷,受到城市集聚效应影响,该区域亦是现状建设用地主要分布区域.适宜区面积为 908.33 km2,占研究区总面积的 23.85%,主要分布在青山镇、谭山镇等地,此区域可适当进行开发建设.临界适宜区面积为 912.57 km2,占研究区总面积的 23.96%,分布在大柳乡、叶大乡以及谭家湾北部,地处山区,海拔高,坡度大,建设用地开发建设所受限制较大.不适宜区面积为1 575.20 km2,占比为 41.36%,面积最大,占比最高,主要分布在西南部的林场、叶大乡等地,区域内含有沧浪山森林国家公园以及面积较大的公益林和基本农田,生态环境优良,属于禁止建设区.根据建设用地适宜性评价结果,分值越高越适宜开发建设,因此,研究区的城市扩展应优先选择高度适宜区,即茶店镇、城关镇等部分地区,当该部分区域用地不能满足城市建设需求时才选取下一个级别的用地.同时,在城市扩展过程中,应避免不适宜区,应在保护生态环境基础上促进城市发展.3.2水资源承载力分析根据十堰市水资源公报,2019 年,城市居民人均生活用水为 170 升/日,结合使用人数,计算得出中心城区居民生活用水量为 0.063 108 m3,占用水总量的 3.95%.同理,得出20132019 年中心城区居民生活用水在用水总量中的占比,如表 2 所示.城镇化不断加快,中心城区常住人口不断增加,居民生活用水占比不断提高,通过趋势分析法预测,2030 年研究区中心城区居民生活用水占用水总量的 5.27%,R2约为 0.91,结果较为合理.十堰市郧阳区多年平均水资源总量为 8.15108 m3,2030 年中心城区居民生活用水占水资源总量的 5.27%,取水资源利用程度的警戒线 40%16.根据 城市居民生活用水量标准(GB/T 50312002),郧阳区是第三分区,城市人均生活日用水量是 120 180 升/日,综合考虑现状用水量和节水理念,本研究以人均生活日用水量 160 升/日计算,根据公式(2),计算得出 2030 年郧阳区中心城区水资源可承载最大人口规模为 29.42 万人.3.3中心城区人口与建设用地规模预测分析根据中心城区常住人口数据,采用趋势预测法和自然增长率法预估研究区中心城区 2030 年常住人口分别为 11.84 万人(R2为 0.90)和 12.37 万人,求其平均值,则 2030 年十堰市郧阳区中心城区常住人口为 12.11 万人,小于公式(2)计算预测的水资源承载力29.42 万人,属可承载范畴,可以按照该人口数量预测建设用地规模.370 湖北大学学报(自然科学版)第 45 卷表 220132019 年十堰市郧阳区水资源数据年份区域用水总量/108 m3中心城区常住人口/万人中心城区生活用水量/108 m3中心城区生活用水占用水总量比重/%20131.799.160.0573.1820141.819.560.0603.2720151.839.370.0583.1820161.709.560.0593.4720171.689.820.0613.6420181.6810.000.0623.6920191.6010.180.0633.952019 年,十堰市郧阳区中心城区人均建设用地为 168.74/人.根据 建筑气候区划标准(GB 501781993)和城市用地分类与规划建设用地标准(GB 501372011),研究区地处第类气候区,人均建设用地应 110 m2,因此,综合考虑节约用地的要求和建设用地现状挖潜的难度,将规划期内新增人口的人均建设用地面积调整为 110 m2 21.根据人口规模预测结果,规划期内中心城区人口增加1.93 万人,则建设用地规模增加 2.12 km2,2030 年中心城区建设用地总规模增加至 19.29 km2.3.4城市开发边界划定3.4.1刚性开发边界划定根据建设用地适宜性评价结果,将不适宜区所在地区边界划为刚性 UGB,如图 3 所示.根据保护优先的原则,在保障国家粮食安全和维护生态环境的基础上划定城市开发边界.该部分区域面积约为 1 575.20 km2,占研究区总面积的 41.36%,主要有丹江口库区省级湿地自然保护区、沧浪山国家森林公园以及全域分布的公益林和基本农田.在中心城区,主要是省级湿地自然公园和零星分布的基本农田.除去该部分区域,剩余区域即为最大允许建设区间,约为 2 233.54 km2,再去除现状建设用地,研究区余留 2 213.85 km2 的可利用土地资源.为保持生态环境和社会经济的可持续发展,刚性 UGB 控制区域应该实施严格的生态保护,最大限度保证其不受破坏.对被划入刚性 UGB 内的用地属于城市禁建区,除了符合建设选址条件的一些特殊项目,如重要交通线路、旅游设施等,禁止在其范围内进行建设活动;对于现在已经存在的的合法建筑,未经相关部门许可不得自行改建、扩建;对于已建的非法建筑或是对生态环境产生较大负面影响的建设项目则需要逐步清退.3.4.2弹性增长边界划定根据研究结果,明确城市发展方向及用地规模,研究区优先向高度适宜区扩展 2.12 km2,划定弹性增长边界.先根据建设用地适宜性评价结果,利用 ArcGIS 重分类工具,当综合评价分值中断值为 82 分时,得到分值为 82 100 的斑块面积为 19.69 km2,略大于 2030 年所需规模.擦除现状建设用地后,为推进节约集约用地,实现紧凑布局,集聚发展,需消除规模较小且零星分布的斑块.当选取的图斑面积大于 0.17 km2时,得到面积为 2.68 km2的适宜斑块,略大于规划期内需增加的用地面积.最后,综合考虑城市形态和布局,优化边界,得到优先扩展的城市建设用地,面积约为 2.12 km2,即 2030 年城市建设用地增长所需的规模,城市建设用地总面积为 19.29 km2,其边界即为 2030 年研究区的弹性 UGB,如图 3 所示.2030 年研究区需在现状城市建设用地基础上扩建 2.12 km2,被占有的土地类型主要以灌木林、经果林以及其他草地为主,少量旱地以及农村宅基地亦被划入城市发展区域之内.受到城市集聚影响,扩建区域主要分布在现有城区周边,如西北部、西南部、东南部,皆是海拔较低、地形平坦的地区,避免与基本农田、水源保护地等禁止建设区相矛盾.弹性开发边界内为城市的允许建设区,即 2030 年城市发展区域,是研究区未来可进行大规模、高密度开发的重点区域.该区域应实施紧凑发展,提高土地利用的效率,不断优化城市布局,完善各项服务设施,提升人居环境品质.4结论与讨论4.1结论 1)根据建设用地适宜性评价结果,研究区高度适宜区、适宜区、临界适宜区和不适宜区占比第 3 期陈正婷,等:基于资源约束的十堰市郧阳区城市开发边界划定研究371 图 3城市开发边界划定结果分别为 10.83%、23.85%、23.96%和 41.36%.其中,高度适宜区占比最低,受交通和城市聚集效应影响显著,主要分布在中部地形平坦地区;不适宜区分布较为分散,森林覆盖率较高,基本农田零星分布且包含水源保护地.2)根据 20132019 年平均水资源总量及用水结构,结合人均综合生活用水量标准,2030 年郧阳区中心城区水资源可承载的最大人口规模为 29.42 万人.采用趋势预测法和自然增长率法预估 2030 年郧阳区中心城区常住人口为 12.11 万人,该数值在水资源承载力范围之内,可按照预测人口规模测算建设用地规模.3)研究划定刚性 UGB 外(禁止建设区)面积约为 1 575.20 km2,2030 年弹性 UGB 内区域总面积约为 19.29 km2,其中新增城市建设用地 2.12 km2,主要分布在现有城区西北部、西南部、东南部.4.2讨论本研究在建设用地适宜性评价的基础上划定刚性开发边界,并将评价结果和人口规模预测相结合划定 2030 年弹性开发边界,使得城市开发边界具有可调控性,可根据城市每个阶段的资源环境和城市发展状况调整城市发展布局和规模,引导城市科学健康发展;本文中在应用传统方法建设用地适宜性评价的同时,引入水资源承载力,在分析研究区资源环境承载力和国土空间适宜性基础上,结合城市扩张内在需求,划定城市开发边界,可以有效平衡资源环境保护与城市发展之间的矛盾,强调保护与发展的协同作用.本文中仅考虑水资源承载力,在后续的继续研究中还可以进一步探讨土地资源承载力、生态环境承载力等多资源要素约束下的城市空间布局;研究选取 2030 年一个年份进行城市规模的测算和空间布局,后续亦可尝试对城市发展的 30 年、50 年甚至更长时期的空间结构进行预测、分析和引导,以保障城市的健康有序发展.5参考文献1 HUANG H M.Main policy and cases of smart growth,consideration on how to apply in Chinese megalopolis J.Modern Urban Research,2007,22(5):19-27.2 SYBERT R.Urban growth boundaries R.California:Governor s Office of Planning and Research(California)and 372 湖北大学学报(自然科学版)第 45 卷Governors Interagency Council on Growth Management,1991.3 DOUGLAS P.Managing growth in americas communitiesM.Washington D C:Island Press,1997.4 徐银婉,李芹芳,刘炫含.城镇开发边界性质辨析J.国土与自然资源研究,2020,42(3):1-4.5 朱天翥,杜宏茹,张小雷,等.基于建设开发适宜性评价的干旱区绿洲城市增长边界的划定:以乌鲁木齐市为例J.干旱区研究,2019,36(5):1318-1324.6 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