曾 晨，劉艷芳，周 鵬，崔家興

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地管理學(xué)院，武漢430070;2.武漢大學(xué)a.資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，b.地理信息系統(tǒng)教育部重點實驗室，武漢430079)

0 引言

近年來，城市蔓延作為城鎮(zhèn)化過程中的一個普遍現(xiàn)象，成為了經(jīng)濟(jì)學(xué)家、社會學(xué)家、交通管理者、土地規(guī)劃者、景觀設(shè)計者以及政府決策者研究的熱點問題［1］。從概念上，城市蔓延(urban sprawl)與城市擴(kuò)張(urban expansion)不同，它被學(xué)者們普遍認(rèn)為是城市周邊低密度和低效的發(fā)展模式［2］。同時，現(xiàn)有研究表明人們開始逐漸認(rèn)識到城市蔓延不僅是城市邊界的增長，也是各種社會經(jīng)濟(jì)活動在城市空間中的擴(kuò)散和分散［3-4］。從最初的單中心城市模型開始，研究者們對城市蔓延的機(jī)理和效應(yīng)就開始進(jìn)行探索，并且逐漸意識到蔓延是復(fù)雜的社會經(jīng)濟(jì)過程產(chǎn)生的結(jié)果，這個過程涉及到人口增長、經(jīng)濟(jì)水平提高、出行方式改變、交通業(yè)發(fā)展、土地利用變化和房地產(chǎn)發(fā)展等多個方面［5］。同時，城市蔓延也可以表示人類活動的一種空間狀態(tài)，以往學(xué)者往往從不同角度選取不同的指標(biāo)對這種狀態(tài)進(jìn)行測度和評價，這些指標(biāo)大致涉及城市增長率、城市密度、城市結(jié)構(gòu)、交通可達(dá)性、建設(shè)用地、空地和綠地、美觀性等方面［6-8］。

中國是世界上最大的發(fā)展中國家之一，隨著城市化進(jìn)程加快和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，中國的城市蔓延越來越明顯，在土地利用的變化方面表現(xiàn)得尤為突出［7］。在過去幾十年里，建設(shè)用地是最常用于評價城市蔓延程度的指標(biāo)，其他指標(biāo)還包括有國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)、城市居民人均收入、人口遷移率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、外商投資和交通發(fā)展情況等，這些指標(biāo)既是城市蔓延的驅(qū)動力，又是城市蔓延影響的具體體現(xiàn)［9-10］。盡管近幾十年來對于城市蔓延的描述和評價研究成果豐富，但大部分評價還是零散的，結(jié)合城市發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來進(jìn)行城市蔓延評價的研究還很少［11］。因此，本研究從城市蔓延的驅(qū)動和效應(yīng)入手，將城市蔓延分解為人口、經(jīng)濟(jì)、交通和土地利用4個方面，對城市蔓延進(jìn)行綜合評價和分析。

另外，在城市蔓延的綜合評價中，以往成果并未充分考慮不同維度和因素對城市蔓延的貢獻(xiàn)權(quán)重也不相同。J.E.Hasse等將城市蔓延對土地資源的影響分解為5個方面，對這5個方面的綜合得分直接相加，并未考慮權(quán)重［12］;A.Frenkel等對城市居民地的蔓延指標(biāo)進(jìn)行了計算，通過因子分析法將各項指標(biāo)的值歸一為一個綜合分值［4］;類似地，D.Arribas-bel等通過自組織映射算法將數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，但是在最后計算總分值時直接將各個指數(shù)的值進(jìn)行相加，并未考慮到各個指數(shù)對于城市蔓延的貢獻(xiàn)權(quán)重不一［13］。城市蔓延是一種地理空間活動，空間分析方法將為城市蔓延的各指數(shù)權(quán)重確定提供有效途徑。Global Moran’s I作為度量空間自相關(guān)的常用指數(shù)，曾被用于區(qū)分密集型發(fā)展和蔓延型發(fā)展，事實上，Global Moran’s I越高，表示某種屬性變量的空間分布更為聚集，蔓延程度越低［3，14-15］。盡管權(quán)重確定的方法還包括專家打分法，層次分析法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，熵值法等，但由于本研究側(cè)重城市蔓延的空間屬性，在空間上對城市蔓延趨勢有更大影響的因素將會被賦予更高權(quán)重，因此，本研究嘗試?yán)肎lobal Moran’s I指數(shù)進(jìn)行權(quán)重確定。具體來說，從城市蔓延的驅(qū)動和效應(yīng)角度來對城市蔓延的程度進(jìn)行評價，人口、經(jīng)濟(jì)、交通和土地利用的空間集聚將直接影響城市蔓延程度。

本研究將融合遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，采用多因素綜合評判法對城市蔓延度進(jìn)行評價，利用空間分析方法對各指數(shù)進(jìn)行權(quán)重確定，并以武漢市為例，對城市蔓延的綜合指數(shù)進(jìn)行計算、評價和分析。

1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)介紹

武漢是華中地區(qū)最大城市，占地面積8 494 km2，位置在東經(jīng)113°41'～115°05'，北緯 29°58'～31°22'，地處江漢平原東部。武漢市與鄰省的長沙、鄭州、洛陽、南昌、九江、合肥、南京等城市相距600 km左右，與北京、天津、上海、重慶、廣州等城市相距1 200 km左右。武漢市由13個區(qū)縣組成，主城區(qū)包括7個行政區(qū)(江岸區(qū)、江漢區(qū)、硚口區(qū)、漢陽區(qū)、武昌區(qū)、青山區(qū)、洪山區(qū))和6個遠(yuǎn)郊區(qū)(蔡甸區(qū)、江夏區(qū)、東西湖區(qū)、漢南區(qū)、黃陂區(qū)、新洲區(qū))，主城區(qū)面積小于遠(yuǎn)郊城區(qū)，但是人口和經(jīng)濟(jì)密度明顯高于遠(yuǎn)郊城區(qū)(圖1)。根據(jù)《武漢市統(tǒng)計年鑒2014》，武漢市2013年戶籍總?cè)丝?22.05萬人，其中非農(nóng)人口555.60萬人，國內(nèi)生產(chǎn)總值從1978年的33.91億元增長到2013年的9 051.30億元，其中第三產(chǎn)業(yè)增加值從9.98億元上升到4 317.50億元。

主要涉及的數(shù)據(jù)包括2000年Landsat ETM+多光譜(空間分辨率為30 m)和全色影像(空間分辨率為15 m)，2010年ALOS多光譜影像數(shù)據(jù)(空間分辨率為10 m)，2000年全國人口和GDP柵格數(shù)據(jù)(分辨率為1 km，來源于中國科學(xué)院人地關(guān)系數(shù)據(jù)庫http://www.data.ac.cn/)，2010年武漢市道路主干道分布矢量圖，2006年武漢市土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)?！段錆h統(tǒng)計年鑒》(1995—2014)，《中國城市統(tǒng)計年鑒》(1985—2013)，《武漢市地理信息藍(lán)皮書》(2007—2011)。其中2006年武漢市土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)中記錄了宗地號，因此，本研究以此為依據(jù)提取了宗地分布圖。

2 城市蔓延度綜合評價

2.1 城市蔓延度綜合評價框架和指標(biāo)

在每個指數(shù)層中，依據(jù)代表性、獨(dú)立性、可度量性和數(shù)據(jù)的可獲取性等原則進(jìn)行因子選取。具體來說，對于人口指數(shù)，主要選用了人口 (P)、人口密度 (PD)、非農(nóng)村人口比例(RNAP)和總戶數(shù)(HD)4個因子來進(jìn)行度量;對于社會經(jīng)濟(jì)指數(shù)，主要通過人均GDP(PG)、第三產(chǎn)業(yè)增加值比重(RTI)、固定資產(chǎn)投資(FAI)、財政收入(REV)、實際使用外資(FCU)、城市居民人均可支配收入(DPI)、城鎮(zhèn)非私營單位職工年平均工資(UW)和非農(nóng)村經(jīng)濟(jì)從業(yè)人數(shù)(UE)8個因子來進(jìn)行度量;對于交通指數(shù)，主要通過貨物周轉(zhuǎn)量、旅客周轉(zhuǎn)量來進(jìn)行測度，其中貨物周轉(zhuǎn)量包括鐵路(FR)、公路(FH)、水運(yùn)(FW)和航空(FCA)4個方面，旅客周轉(zhuǎn)量包括鐵路(PR)、公路(PH)和航空(PCA)3個方面;對于土地利用指數(shù)，則是通過人均耕地(PCA)和建成區(qū)面積(JCQ)2個因子來反映。由于這些因子數(shù)據(jù)主要來源于《武漢統(tǒng)計年鑒》和《中國城市統(tǒng)計年鑒》，在1984—2013年期間，部分指標(biāo)統(tǒng)計缺失或者統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了改變，為保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，采用了多種數(shù)學(xué)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行了補(bǔ)充和修正。同時，所采用的數(shù)據(jù)區(qū)域范圍均為武漢市整個區(qū)域包含近郊區(qū)，這主要由于武漢市是最早實行撤縣建區(qū)的城市之一，近郊區(qū)的城市發(fā)展迅速，近年來武漢市進(jìn)一步推進(jìn)城市郊區(qū)化和郊區(qū)城市化的進(jìn)程，因此，為了更完整地研究武漢市整體城市發(fā)展，采用了整個武漢市的數(shù)據(jù)(包括市轄區(qū))［17-20］。

2.2 空間分析方法確定城市蔓延度評價權(quán)重

圖2 城市蔓延綜合評價方法流程Fig.2 Framework for the assessment of urban sprawl

任何城市的空間形態(tài)與其功能往往是互動的，而蔓延的城市形態(tài)是人口、經(jīng)濟(jì)、社會等發(fā)展?fàn)顟B(tài)的局部反映［21］。本研究所選取的因子主要是社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計量，因而，對于城市蔓延的空間地理特征描述就會相對不足。以往的多因素綜合評判法主要采用專家打分法來確定權(quán)重，帶有一定主觀性，本研究將采用空間分析方法來確定各個指數(shù)的權(quán)重。Y.H.Tsai曾用4個變量——城市大小，活動強(qiáng)度，活動分布的均勻程度以及高密度區(qū)分布的集聚程度來度量城市蔓延和緊湊程度(sprawl or compactness)［3］。事實上，城市蔓延的本質(zhì)是人類各種活動的蔓延，這些活動正好反映在人口、經(jīng)濟(jì)、交通和土地利用等方面。Global Moran’s I表示某個屬性在空間集聚(clustering)和分散(decentralization)的程度，比如人口的Global Moran’s I為正，那么就代表人口在一定區(qū)域范圍內(nèi)呈空間自相關(guān)分布，值越大，說明高值或低值聚集的程度越大。本研究中，Ips，Ies，Its和 Ils分別反映人口、經(jīng)濟(jì)、交通和土地利用4個方面的蔓延程度，通過計算這幾個指數(shù)中代表屬性的空間自相關(guān)指數(shù)Global Moran’s I來得到各個指數(shù)的權(quán)重。城市蔓延綜合指數(shù)是某個時點社會經(jīng)濟(jì)活動的聚集和分散程度，因此，采用Global Moran’s I衡量各個指數(shù)的權(quán)重比專家打分法更能客觀反映人口、經(jīng)濟(jì)、交通和土地利用對城市蔓延的貢獻(xiàn)程度。具體來說，Ips，Ies，Its和Ils是各個因子標(biāo)準(zhǔn)化后的無量綱總值，無法表征空間特征，因此，通過計算每宗地的人口密度、地均GDP產(chǎn)量，路網(wǎng)密度和建設(shè)用地比例來表征Ips，Ies，Its和Ils的空間聚集程度。為了得到每宗地人口和GDP的值，采用如下處理方式。①將1 km×1 km的柵格圖層(人口和GDP)與宗地圖層在ArcGIS 10.0中進(jìn)行疊加。② 采用ArcGIS 10.0中的Overlay工具進(jìn)行疊置分析，用柵格圖層將宗地分割，比如一個宗地如果在空間上落在3個柵格單元上，那么這個宗地將被分割為3塊，邊界為落在柵格單元內(nèi)的宗地邊界和柵格邊界。③對于分割后的宗地，采用面積加權(quán)的方法確定該地塊內(nèi)的人口或者GDP大小。公式為:

式中:j代表宗地;i代表第j塊宗地里的第i個地塊;Si代表地塊的面積;Sj代表宗地的面積;Pi代表第i塊宗地的人口;Gi代表第i塊宗地的GDP。④根據(jù)宗地編號，將同一宗地分割地塊的人口和GDP值相加，即得到每塊宗地的人口和GDP值。類似地，對于道路分布圖，通過GIS空間疊加操作，得到每個宗地內(nèi)的路網(wǎng)長度，從而得到每塊宗地的路網(wǎng)密度。對于遙感影像數(shù)據(jù)，采用了面向?qū)ο蟮姆指罘诸惙椒ㄌ崛×宋錆h市建設(shè)用地面積，并在GIS環(huán)境中利用現(xiàn)有的土地利用數(shù)據(jù)和高分辨率影像，對分類提取的結(jié)果進(jìn)行了后期修正，并選取了500個樣點進(jìn)行了精度評價，2000和2010年的解譯精度分別為92%和93%。最后通過空間疊加操作得到了2000和2010年每塊宗地的建設(shè)用地比例。

2.3 城市蔓延綜合指數(shù)評價

在得到各指數(shù)權(quán)重之后，計算各指數(shù)分值，進(jìn)而加權(quán)求和得到城市蔓延的綜合指數(shù)，具體操作步驟如下。

①因子標(biāo)準(zhǔn)化:各個因子值的取值范圍和單位均不同，通過最大-最小值方法將各指數(shù)中的因子值歸一化到區(qū)間Vi?［0，1］，其中0代表城市蔓延中的最低值，1代表城市蔓延中的最高值。

②指數(shù)計算:因子標(biāo)準(zhǔn)化以后，各指數(shù)的最后得分計算用公式(1)，求和分值的平均值即為各指數(shù)的得分Ips(Ies，Its，Ils)，其取值范圍為0 到 1。

③城市蔓延綜合指數(shù)計算:城市蔓延綜合指數(shù)的計算用公式(2)，各個指數(shù)的分值計算得到之后，相加求和即得到城市蔓延度的總分值Ius，其中各個指數(shù)的權(quán)重通過Global Moran’s I求得。公式為:

式中:Vi代表第i個因子的歸一化數(shù)值;n代表因子的個數(shù);Ips，Ies，Its，Ils分別代表人口蔓延指數(shù)，經(jīng)濟(jì)蔓延指數(shù)，交通蔓延指數(shù)和土地蔓延指數(shù);Wmp，Wme，Wmt，Wml分別為人口蔓延指數(shù)、經(jīng)濟(jì)蔓延指數(shù)、交通蔓延指數(shù)和土地蔓延指數(shù)的權(quán)重;Ius代表城市蔓延指數(shù)的綜合值。

由于工程建設(shè)在沿海降雨地帶且依山而建，山坡降雨易匯入基坑，由于為巖石基坑，不易排出，若無適當(dāng)排水措施建筑將持續(xù)保持在較高水位中，對地下車庫底板有較大影響.在建造過程中，采取了一定降排水措施下，地下水位仍達(dá)到4.85 m，大于設(shè)計水頭，由于地下車庫底板與地面之間的高度最大可達(dá)6.45 m，若無其他降排水措施，雨水匯集坑內(nèi)，可能達(dá)到的最大水頭為6.45 m.因此，若按照抗浮設(shè)計水頭，地下車庫底板易開裂.

3 城市蔓延度綜合評價結(jié)果和分析

3.1 城市蔓延度指標(biāo)和因子

對于人口指數(shù)因子，1984—2011年，武漢市總?cè)丝诘脑黾铀俣扔兴鶞p緩，但非農(nóng)人口的增長率卻持續(xù)上升。用地增加最初慢于人口增長，現(xiàn)在與人口增長基本持平，每戶人口從最初的顯著減少，到1990年代的減少速度變慢，到2000年后又明顯減少。對于社會經(jīng)濟(jì)指數(shù)因子，人均GDP以較高的增長率持續(xù)上升，1980年代和1990年代期間產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整明顯，第三產(chǎn)業(yè)的增長值穩(wěn)步上升，固定資產(chǎn)投資、財政收入和外資使用方面均有顯著增長，城市居民人均可支配收入和城鎮(zhèn)非私營單位職工年平均工資在快速增長的同時增長率呈現(xiàn)一定波動，在1990年代的增長率有所降低，相比較而言，非農(nóng)村經(jīng)濟(jì)從業(yè)人數(shù)的增長較為緩慢。對于交通指數(shù)，鐵路在最初10年和近10年發(fā)展迅猛，貨物和旅客周轉(zhuǎn)量均顯著上升，公路在1990年代發(fā)展最快，航空運(yùn)輸在最初10年發(fā)展最快，水運(yùn)貨物則在近10年有較快發(fā)展。對于土地利用指數(shù)，在1984—2011年期間，建成區(qū)面積從178 km2增加到507.04 km2，其中近10年來建成區(qū)面積增長速度明顯加快，人均耕地面積作為指標(biāo)體系中唯一的負(fù)向指標(biāo)，從418.42 m2下降到249.65 m2，但耕地流失近幾十年來正在逐步得到控制，減少率也從1984—1993年的20.06%下降到2002—2011年的10.79%(表1)。

表1 城市蔓延度評價指標(biāo)體系和因子值Tab.1 The evaluation indicators system of urban sprawl degree and the values of the factors

3.2 城市蔓延綜合指數(shù)的空間分析

3.2.1 相關(guān)指標(biāo)的空間分布。圖3對每宗地單位內(nèi)的人口密度、地均GDP產(chǎn)量，路網(wǎng)密度和建設(shè)用地比例進(jìn)行了分級顯示，圖中可以看出2000年人口密度和地均GDP較高的區(qū)域均在長江沿岸的中心城區(qū)，城鄉(xiāng)空間差異明顯，主城區(qū)向外蔓延以保證城市發(fā)展的平衡則成為必然。2000年的人口主要分布在長江沿岸的中心城區(qū)，武漢市西部的東西湖區(qū)、蔡甸區(qū)和漢南區(qū)在遠(yuǎn)郊部分，北部的黃陂區(qū)中部和東北部的新洲區(qū)的人口相對較多;2000年的GDP較高的宗地主要分布在長江沿岸的中心城區(qū)和東北部的新洲區(qū)，以及近郊的零星區(qū)域。

從宗地尺度上來看，2010年的路網(wǎng)在長江沿岸分布較為密集，其中長江西岸的道路比東岸更密集，其余路網(wǎng)從中心環(huán)區(qū)向外輻射。建設(shè)用地比例在中心城區(qū)最高，總體上在外環(huán)依次呈遞減趨勢，但是2010年建設(shè)用地高比例的區(qū)域與2000年相比有明顯的向外擴(kuò)張趨勢，中心城區(qū)以東邊的洪山區(qū)最為明顯，其余則是在中心城區(qū)與郊區(qū)相交的部分?jǐn)U張最為明顯，尤其是西北方向的蔓延。武漢市的城市蔓延與開發(fā)區(qū)的設(shè)立和發(fā)展有著密切的聯(lián)系，從空間形態(tài)上來看，城市建設(shè)用地圍繞東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)、藏龍島科技園等多個科技密集型工業(yè)園區(qū)有著明顯的擴(kuò)張(圖3)［22］。

在得到以宗地為單位的城市蔓延各指數(shù)空間分布圖之后，計算各個數(shù)值的全局空間自相關(guān)指數(shù)值(Global Moran’s I)，其中2010年路網(wǎng)密度的空間自相關(guān)指數(shù)最低，為0.156，2000年人口密度和地均GDP的空間自相關(guān)指數(shù)分別為0.229和0.198，建設(shè)用地比例的空間自相關(guān)指數(shù)最高，2000和2010年分別為0.357和0.498。為了保證數(shù)據(jù)在時間上的統(tǒng)一，通過對比建設(shè)用地比例在2000年和2010年的Global Moran’s I比值，將路網(wǎng)密度2010年的值轉(zhuǎn)換為2000年的值。最后，將各Global Moran’s I指數(shù)值轉(zhuǎn)化為權(quán)重值，用于計算綜合城市蔓延指數(shù)值，其中，Ips，Ies，Its和 Ils的權(quán)重分別為 0.221，0.255，0.398 和0.125。

圖3 以宗地為單位的城市蔓延相關(guān)指標(biāo)空間分布Fig.3 Maps of the spatial distribution for the indicators in urban sprawl

3.2.2 相關(guān)指標(biāo)的局部空間自相關(guān)分析。城市蔓延各指數(shù)的局部空間自相關(guān)指數(shù)“高—高”形式的分布主要在長江沿岸的城市中心，“低—高”形式的分布則在城市中心區(qū)的西部普遍存在;對于人口密度，“高—高”形式還存在于各區(qū)縣居民地的集中區(qū)域，而“低—低”形式的分布主要位于武漢北部黃陂區(qū)和南部的江夏區(qū);地均GDP的局部自相關(guān)分布與人口密度類似，只是“高—高”形式的零星分布更多;路網(wǎng)密度的“高—高”分布有向北和向西蔓延的趨勢，“低—低”分布較為零散，主要在遠(yuǎn)郊區(qū)域;2010年的建設(shè)用地分布和2000年的相比，中心城區(qū)的“高—高”分布區(qū)域明顯擴(kuò)張，同時，出現(xiàn)了較多零散分布的“高—高”型小片區(qū)域，遠(yuǎn)郊的“低—低”連片分布區(qū)域面積也增多，但是武漢東北部新洲區(qū)的原有建設(shè)用地比例較低的成片區(qū)域向南移動(圖4)。

3.3 城市蔓延綜合指數(shù)結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)，I ps的變化總體上呈直線型增長，近年來有所控制;Ies的增長率在1989年后和2004年后有2次較明顯的上升;Its的變化總體上呈指數(shù)型增長，尤其在2005年后增長率顯著上升;Ils的增長率在1987—2001年間相對平緩，其余時段上升較快?？傮w來看，人口指數(shù)和土地利用指數(shù)的值明顯大于經(jīng)濟(jì)和交通蔓延指數(shù)的值，其中1994年以后，人口指數(shù)開始明顯高于土地利用指數(shù)，但近幾年又基本持平，1990—2004年間社會經(jīng)濟(jì)指數(shù)高于交通蔓延指數(shù)，其余時間兩者區(qū)別不大(圖5)。

將Ius在1984—2013年間的增長按上升幅度等分為4個階段，1984—1996年為低蔓延階段，Ius從0.003上升到0.24;1997—2005年為較低蔓延階段，Ius從0.24上升到0.48;2006—2009年為較高蔓延階段，I us從0.56上升到0.71;高蔓延階段為2010—2013年，Ius從0.79增加到0.98，從中可以看出近該階段的城市蔓延指數(shù)增長速度更快，城市蔓延對人口、社會經(jīng)濟(jì)、交通和土地利用方面帶來的影響更為明顯。

圖4 以宗地為單位城市蔓延相關(guān)指標(biāo)局部空間自相關(guān)分布圖Fig.4 Maps of the local spatial autocorrelation for the indicators in urban sprawl

圖5 1984—2013年人口、社會經(jīng)濟(jì)、交通、土地利用和城市綜合蔓延指數(shù)計算結(jié)果Fig.5 Temporal variations of I ps，I es，I ts，I ls and I us from 1984 to 2013

事實上，從20世紀(jì)80年代到現(xiàn)在，武漢市的城市蔓延經(jīng)歷了幾個明顯的階段。第一個階段從80年代后半期到90年代初，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整初期，產(chǎn)業(yè)為尋求低成本開始向郊區(qū)遷移以獲取更大的利潤，同時，武漢市幾個郊區(qū)的中心城鎮(zhèn)的吸引力和輻射力相對較強(qiáng)，因此，人口、社會經(jīng)濟(jì)和土地利用指數(shù)的增長率相對較高，其中社會經(jīng)濟(jì)相對滯后于人口和土地利用的發(fā)展。第二個階段是從90年代中期到2004年左右的過渡區(qū)，土地利用和社會經(jīng)濟(jì)的變化基本同步，人口指數(shù)發(fā)展依然較快，這個階段開始有大量農(nóng)村人口流入城市，加之土地的不斷開發(fā)，“城中村”的現(xiàn)象開始出現(xiàn)并增多。第三個階段就是2004年以后的近10年的快速增長期，這個時期人口指數(shù)的增長開始減慢，但是交通的發(fā)展明顯加快，交通指數(shù)在這個階段成指數(shù)發(fā)展，增長率最大，土地利用和社會經(jīng)濟(jì)也有明顯發(fā)展，但后者又開始滯后于前者。在這個階段里，由于郊區(qū)的社會生產(chǎn)生活條件并沒有快速達(dá)到較高水平，郊區(qū)小城鎮(zhèn)的吸引力減弱，人口開始集聚于城市，使得主城區(qū)的人口承載力接近飽和，為了保持地方政府的財政收入和經(jīng)濟(jì)的快速增長，保持郊區(qū)的用地被進(jìn)一步開發(fā)，這個階段也是武漢市開發(fā)區(qū)發(fā)展最快的階段。為了緩解城市的壓力，逐步實現(xiàn)城市郊區(qū)化，近幾年來武漢市在交通上投入了巨大的成本，加大了高架橋、立交橋、鐵路、公路、地鐵等交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，極大地提高了武漢市交通的運(yùn)載能力，同時也為城市向外蔓延創(chuàng)造了條件(2007—2011年《武漢市地理信息藍(lán)皮書》)。

4 結(jié)論和討論

對于城市蔓延的定義，在過去的幾十年里國內(nèi)外學(xué)者一直沒有統(tǒng)一的結(jié)論，然而對于城市蔓延的多維特征和跨學(xué)科特性卻為大多數(shù)學(xué)者所認(rèn)同［4］。城市蔓延的多面性也使其測度變得更為復(fù)雜，到目前為止，相比較而言，最適用于評價城市蔓延的方法還是多因子評價法，因為它能夠綜合、全面并且較為靈活性地反映城市蔓延所產(chǎn)生的各種影響［9，11］。本研究從人口、社會經(jīng)濟(jì)、交通和土地利用4個方面選取了21個因子進(jìn)行評價，這些指標(biāo)或者因子有些曾經(jīng)在以往的研究中直接或者間接地使用過，有些則在西方國家的城市蔓延中涉及過，而在國內(nèi)還沒有全面和系統(tǒng)地整合［23-24］。因此，在以往研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)搜集的情況，選取了4個指數(shù)、21個因子作為評價的基礎(chǔ)。

盡管對于城市蔓延的定義和測度的相關(guān)文獻(xiàn)較多，但是如何在多因素多因子城市蔓延的評價中確定權(quán)重的方法還未有深入的分析［9］。通過各指數(shù)的空間分布來確定權(quán)重，首先選取了以宗地為單位的人口密度、地均GDP產(chǎn)值、路網(wǎng)密度和建設(shè)用地比例來代表人口、社會經(jīng)濟(jì)、交通和土地利用指數(shù)的空間特征，雖然這4個指標(biāo)不能完全對應(yīng)表現(xiàn)這4個指數(shù)的全部內(nèi)涵，但是具有一定的代表性［25-26］。然后，通過遙感和GIS技術(shù)對這4個指數(shù)的空間分布進(jìn)行了全局自相關(guān)的度量和局部自相關(guān)的分析，由于某項活動空間上分布越為分散，它就越有可能對城市蔓延的形成產(chǎn)生更大的推動力，這個指標(biāo)的權(quán)重就應(yīng)該更大，因此，采用空間自相關(guān)指數(shù)Global Moran’s I作為參照來確定各個指數(shù)的權(quán)重。最后，通過加權(quán)求和得到了城市蔓延綜合指數(shù)Ius。由于蔓延本身代表的也是一種程度，而不是一種絕對的形式，因此，用Ius來表示城市在1984—2015年的蔓延程度是可行的［27］。在今后的研究中，城市蔓延度綜合指數(shù)和因子還可以根據(jù)不同城市發(fā)展的特點予以擴(kuò)充，同時在評價過程中也可更多地采用空間自相關(guān)分析、空間位移和空間回歸建模等方法對城市蔓延這種空間現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步探索。

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