董 苗, 劉普幸, 張彥龍, 雍國正

(西北師范大學 地理與環(huán)境科學學院, 甘肅 蘭州 730070)

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1975-2014年河套綠洲城市化遙感監(jiān)測與區(qū)域差異分析

董 苗, 劉普幸, 張彥龍, 雍國正

(西北師范大學 地理與環(huán)境科學學院, 甘肅 蘭州 730070)

[目的] 對近40 a來河套綠洲城市化進行遙感監(jiān)測與區(qū)域差異分析，以期為河套綠洲各城市的規(guī)劃管理、城市間協(xié)調(diào)發(fā)展及可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。[方法] 利用1975，1989，1995，2000，2006和2014年6景Landsat MSS/TM/ETM+遙感影像，結合7個城市擴展評價指標及主成分分析法等開展研究。[結果] (1) 河套綠洲3座城市的擴展趨勢不同，擴展速度、強度及城市擴展彈性系數(shù)不同。 (2) 三座城市擴展的空間形態(tài)不同。 (3) 三座城市的城市重心轉(zhuǎn)移方向和距離各不相同。 (4) 房地產(chǎn)開發(fā)投資額和第三產(chǎn)業(yè)是影響銀川市城市擴展的主要社會因素，第一產(chǎn)業(yè)是影響臨河區(qū)的主導產(chǎn)業(yè)，而第二產(chǎn)業(yè)是影響石嘴山市的支柱性產(chǎn)業(yè)。 [結論] 近40 a來，河套綠洲3座城市中，銀川市年均擴展速度最快，強度最大，且城市擴展彈性系數(shù)更趨于人地關系的合理值；銀川市和臨河區(qū)的城市擴展形態(tài)趨向緊湊穩(wěn)定型發(fā)展，復雜程度減小；而石嘴山市趨于離散發(fā)展，形態(tài)逐漸復雜化；同時，銀川市城市重心向東南方向轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移距離最大，石嘴山市、臨河區(qū)分別向西南、東北方向轉(zhuǎn)移；且影響3座城市擴展的主因子不同。

城市擴展; 時空分異; 驅(qū)動力; 河套綠洲城市

文獻參數(shù)： 董苗, 劉普幸, 張彥龍, 等.1975—2014年河套綠洲城市化遙感監(jiān)測與區(qū)域差異分析[J].水土保持通報，2016,36(4)：1-8.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.04.001

城市化已經(jīng)成為人類活動改造自然環(huán)境的主要方式之一，城市化水平是一個地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展水平的重要指標[1]。目前，中國的城市化正以空前速度進行；城市化過程當中所引起的大規(guī)模土地利用與土地覆蓋變化(LUCC)格外引人關注[1-3]。城市化過程中一系列問題的出現(xiàn)，迫使人們對城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展及其與自然生態(tài)環(huán)境的和諧相處進行思考，而這其中，對城市擴展時空特征及其驅(qū)動機制的研究已經(jīng)成為城市地理、土地利用等研究領域的熱點問題[4]。

遙感數(shù)據(jù)具有空間尺度大、獲取周期短、信息量豐富等優(yōu)點，逐漸成為城市擴張研究的主要手段[5]。目前，國內(nèi)已有很多學者運用遙感影像對不同城市擴展形態(tài)及其模式與驅(qū)動力做了研究，并取得了豐碩成果[5-15]，且其研究內(nèi)容主要集中在城市擴展的數(shù)量、強度、形態(tài)和模式[5-9]，城市擴展驅(qū)動機制等方面[10-12]。總之，對城市擴展的研究內(nèi)容不斷向更深的機理分析和調(diào)控措施發(fā)展，研究的時間跨度逐步向中長期延伸，研究區(qū)域也從東部大城市向中西部城市過渡。目前，也偶有學者對幾個大城市或幾個地區(qū)的城市擴展的時空差異進行對比分析[13-15]。河套綠洲作為黃河中上游水土氣熱條件匹配最為協(xié)調(diào)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件最好、區(qū)域經(jīng)濟最為發(fā)達的地區(qū)，早在2000年前就得到了開發(fā)，在歷史的長河中，一直是干旱區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的關鍵[16]。但自1975年以來，對河套綠洲三座典型城市的城市化進程的特點及其內(nèi)部差異如何尚不清楚。因此，本研究選取河套綠洲銀川市、石嘴山市、臨河區(qū)3座典型城市作為研究區(qū)，利用Landsat系列遙感數(shù)據(jù)，綜合運用7個城市擴展指標及主成分分析等方法，對其近40 a來城市擴展的時空差異與影響因子進行深入細致的研究與對比，以期為河套綠洲各城市的規(guī)劃管理、城市間協(xié)調(diào)發(fā)展及可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

銀川市是寧夏回族自治區(qū)的首府，位于寧夏平原中部，地處38°08′—38°53′N 和105°49′—106°35′E。其東以明長城、黃河為界，西連賀蘭山脈，南抵吳忠市，北接石嘴山市的平羅縣。行政上轄興慶區(qū)、金鳳區(qū)、西夏區(qū)3區(qū)及永寧、賀蘭兩縣，地貌以山地、平原為主，屬于典型的中溫帶大陸性氣候，平均氣溫為9 ℃，平均降水為193.6 mm。土壤多為灰褐土、灰鈣土、灌淤土、風沙土等；主要天然植被類型為草原植被，包括荒漠草原、干草原和草甸草原。

石嘴山市位于銀川平原綠洲北部，地處38°21′—39°25′N,105°58′—106°39′E。東依陜北黃土高原，西連賀蘭山脈，南抵銀川市，北臨內(nèi)蒙古烏海市，行政上轄大武口區(qū)、惠農(nóng)區(qū)、平羅縣，地貌以沖積平原、山地為主，屬于典型溫帶大陸性氣候，平均氣溫為8.6 ℃，平均降水為178.2 mm。蒸發(fā)強烈，冬春少雨雪且寒冷，夏秋多暴雨而冷暖變化大。主要土壤類型有灌淤土、灰鈣土、風沙土，主要天然植被以溫帶灌木、半灌木荒漠植被為主。

臨河區(qū)(原稱臨河市)，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部，居后套綠洲腹地，地處40°34′—41°17′N,107°06′—107°44′E，南鄰鄂爾多斯高原，北依陰山，東連烏拉特草原。地貌以沖積平原為主，屬于中溫帶大陸性季風氣候，平均氣溫為7.8 ℃，平均降水為144.8 mm。蒸發(fā)強烈，風大且頻繁，晝夜溫差大。土壤類型以灌淤土為主，主要天然植被為溫帶叢生矮禾草、矮半灌木草原。

2　數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本研究劃分研究階段分別為1975，1989，1995，2000，2006和2014年，主要考慮到3座城市在1975年代表20世紀70年代文革基本結束時的城市緩慢發(fā)展的狀況，1989年代表80年代改革開放前7 a的城市發(fā)展狀況，1995年代表90年代同時也反映改革開放較快的7～13 a的城市擴展特征，2000年西部大開發(fā)，中國特別是西北城市發(fā)展迎來了前所未有的契機，城市發(fā)展的步伐明顯加快，選取2000年數(shù)據(jù)作為城市擴展轉(zhuǎn)折點的代表；隨著城市化進程的加快，西北綠洲城市涌現(xiàn)了一批工業(yè)園區(qū)、經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，故選擇2006年來反映新世紀前10 a的發(fā)展特征。隨著城市化的快速發(fā)展，人口的迅猛增長，城市究竟如何擴展？所以選擇2014年既代表最近新的一年城市發(fā)展，也想看看城市發(fā)展的方向問題。數(shù)據(jù)來源于國際科學數(shù)據(jù)服務平臺(http:∥datamirror.csdb.cn)。具體日期及條帶號詳見表1。社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)源于寧夏及內(nèi)蒙古統(tǒng)計年鑒。數(shù)據(jù)預處理在ERDAS 9.2軟件支持下完成，采用多項式法對2014年影像進行幾何校正，在1∶5萬地形圖上選擇控制點，二元二次多項式作為校正模型，對影像進行幾何精校正，RMS誤差控制在1個像元內(nèi)[2,5,10-11,17]，用校正后的2014年影像對其余年份影像進行配準，并對影像進行邊緣銳化增強處理。

表1　河套綠洲城市遙感影像的成像日期和條帶號

注：銀川市、石嘴山市、臨河區(qū)MSS條帶號分別為：139/33，139/33，139/32。

2.2研究方法

2.2.1城市邊界提取城市建成區(qū)邊界的準確提取是進行城市擴展研究的前提，城市建成區(qū)是指城市行政區(qū)內(nèi)實際已成片開發(fā)建設、市政公用設施基本具備的地區(qū)[9]。銀川城市建成區(qū)不僅包括銀川市中心城市，還包括賀蘭縣、永寧縣建成區(qū)；石嘴山城市建成區(qū)包括石嘴山市區(qū)、惠農(nóng)區(qū)及其平羅縣縣城建成區(qū)；臨河區(qū)的建成區(qū)為巴彥淖爾市建成區(qū)。對預處理后的遙感影像，采用假彩色合成、線性拉伸和邊緣銳化等方法增強地物可識別性，結合監(jiān)督分類中的最大似然法與人機交互式解譯法來獲得各時期像城市建成區(qū)的矢量邊界圖，再利用取隨機點的方法進行精度驗證，其精度均達到87%以上。

2.2.2城市擴展評價指標為了更直接地理解城市擴展過程的時空變化特征，選取城市擴展速度、擴展強度指數(shù)、人口—城市擴展指數(shù)、彈性系數(shù)、緊湊度、分形維數(shù)以及重心轉(zhuǎn)移指數(shù)7個評價指標來測算時空變化特征值[5-6,17]。其中擴展強度指數(shù)、擴展彈性系數(shù)、緊湊度、分形維數(shù)4個指標的計算參見文獻[5-6]，人口—城市擴展指數(shù)，重心轉(zhuǎn)移指數(shù)參見文獻[5]，擴展速度參見文獻[17]。

(1)

(2)

式中：Ua,Ub——研究初期與末期城市建成區(qū)面積(km2)； T——研究時序跨度(a)。

人口—城市擴展指數(shù)B： B=P/A

(3)

式中：P——市區(qū)非農(nóng)人口數(shù)(萬人); A——城市建成區(qū)面積(km2)。

城市擴展彈性系R(i): R(i)=A(i)/Pop(i)

(4)式中：A(i)——城市面積年均增長率(%)；Pop(i)——城市非農(nóng)業(yè)人口年均增長率(%)，該指標反映一定時期內(nèi)城市擴張速度與人口增長速度之間的協(xié)調(diào)關系。

(5)

式中：A——城市建成區(qū)面積; P——城市建成區(qū)周長。C值在0～1之間變化，其值越大，表明地物的形狀緊湊度越高。

分形維數(shù)D： D=2ln(P/4)lnA

(6)

該指標是描述城市邊界曲折性和復雜性的一個指標，其合理范圍值在1～2；其值越大，表明城市斑塊形狀越復雜。

重心轉(zhuǎn)移指數(shù)的計算：

(1) 空間重心坐標：

(7)

式中：Xt,Yt——t時像城市建成區(qū)重心;Xi,Yi——第i塊城市建設用地的幾何中心坐標;Cti——第i個片區(qū)面積。

(2) 空間重心轉(zhuǎn)移距離(L)：

(8)

式中：Lt+1——從t到t+1時期地理單元空間重心轉(zhuǎn)移距離(m)。

(3) 空間重心轉(zhuǎn)移角度(a)：

(9)

式中：at+1——從t到t+1時期地理單元空間重心轉(zhuǎn)移方向與正東方向夾角。

3　結果與分析

3.1城市擴展的時間變化特征分析

利用GIS空間疊置分析方法對河套綠洲3座典型城市6個時像的建成區(qū)矢量圖進行疊置分析，得到銀川市、石嘴山市、臨河區(qū)3座城市1975年(臨河區(qū)為1977年)、1989，1995，2000，2006和2014年6個時像的城市擴展面積的分布特征圖(圖1)。

由圖1可知，20世紀70年代，銀川市建成區(qū)面積最大為50.23 km2，分別是石嘴山市(20.03 km2)和臨河區(qū)(30.06 km2)的2.51和1.67倍。隨著經(jīng)濟發(fā)展，城市人口快速增加，城市發(fā)展加快步伐，特別是西部大開發(fā)政策提出以后，城市面貌更是煥然一新，城市擴展迅速。利用公式(1)—(4)計算河套綠洲城市的擴展速度、擴展強度指數(shù)、人口-城市擴展指數(shù)、城市擴展彈性系數(shù)等指標，對河套綠洲城市1975—2014年城市擴展時間變化進行比較分析(圖2)。

圖1　河套綠洲城市1975-2014年擴展狀況

圖2　河套綠洲城市1975-2014年擴展時間變化對比

從圖1—2可知，近40 a來，銀川市總體比石嘴山市和臨河區(qū)擴展迅速。銀川市各個時段中顯然2000—2006年，2006—2014年這兩個時段擴展更為迅速，擴展面積分別達到84.38和101.75 km2，建成區(qū)面積分別是1975年的3.76和5.80倍。石嘴山市明顯2000—2006年這一時段擴展迅速，擴展面積達到43.20 km2。臨河區(qū)各個時段的擴展均很緩慢，但相比1995—2000年這一時段擴展較為迅速。而各時段銀川市、石嘴山市的擴展速度和強度均呈增大-增大-增大-減小的趨勢，在2000—2006年這一時段擴展速度、擴展強度指數(shù)均達到最大，擴展速度分別為14.06 km2/a和13.50%，擴展強度指數(shù)分別為7.20 km2/a和18.02%。臨河區(qū)的擴展速度與強度均呈減小—增大—減小—減小的趨勢，1995—2000年這一時段擴展速度、擴展強度指數(shù)均達到最大2.73 km2/a和6.43%。

1975—1995年，由于社會經(jīng)濟落后，3座城市擴展均很緩慢。1995—2000年這一時期，石嘴山市大武口區(qū)迅速發(fā)展，加上包蘭鐵路的建設，形成包蘭鐵路產(chǎn)業(yè)帶，經(jīng)濟的發(fā)展和便捷的交通促使城市擴展速度迅速增大，擴展強度指數(shù)達到9.25%高于同期銀川市和臨河區(qū)；同時，十五屆三中全會提出小城鎮(zhèn)的發(fā)展戰(zhàn)略，使得臨河區(qū)的擴展加快步伐，擴展速度和擴展強度均達到其最大值。2000—2006年是銀川市和石嘴山市近40 a來城市擴展最快的一個時期，2002年，銀川市進行行政區(qū)劃調(diào)整，城市市區(qū)范圍擴大；2006年銀川市將各級領導機關從老城區(qū)遷入新城區(qū)，賀蘭縣、永寧縣的擴展也達到了空前規(guī)模；而石嘴山市工業(yè)、煤炭的興起帶動了全市經(jīng)濟的飛速發(fā)展，2006年石嘴山市的大武口區(qū)著力建設“一湖兩翼三區(qū)”，且平羅縣擴展明顯，因此銀川市和石嘴山市城市擴展速度和擴展強度指數(shù)均達到了其最大值。2006—2014年，3座城市的擴展相比前一階段都有所減慢，尤以石嘴山市的減慢趨勢最為明顯，而銀川市仍處于快速擴展時期。

近40 a來，銀川市和石嘴山市人口—城市擴展指數(shù)呈先增后減再增的趨勢，而臨河區(qū)則呈先增后減再增，最后趨于不變的趨勢；對于城市擴展彈性系數(shù)，銀川市和石嘴山市呈先增后減的趨勢，臨河區(qū)呈先減后增的波動趨勢(圖2)。銀川市、石嘴山市、臨河區(qū)的市區(qū)非農(nóng)人口近40 a里分別以年均4.52%，2.28%，3.54%的速度快速增加，建成區(qū)的擴展速度分別為年均4.61%，4.26%和2.72%，3座城市的城市擴展彈性系數(shù)分別為1.02，1.82，0.77。根據(jù)中國城市規(guī)劃設計院《2000年城鎮(zhèn)用地預測綜合報告》指出的城市人口年增率與城市用地年增率之間的合理比例不應大于1∶1.12，這也是國際上公認較為合理的比例[18]，顯然銀川市更趨于合理，石嘴山市趨于不合理。

1975—1995年，社會經(jīng)濟發(fā)展緩慢，城市發(fā)展規(guī)模受到各種限制，城市用地緊張。1995—2000年，3座城市擴展速度加快，城市擴展彈性系數(shù)均迅速增大，以石嘴山市和臨河區(qū)增大最為顯著，彈性系數(shù)分別達到5.90和1.20，顯然臨河區(qū)城市擴展彈性系數(shù)在這一時段達到最大值并接近于合理。2000—2006年，銀川市、石嘴山市人口-城市擴展指數(shù)均迅速減小至最小，分別為0.38和0.39，而城市擴展彈性系數(shù)均達到最大，分別為1.64和6.77。這一時期銀川市為實現(xiàn)“大銀川”這一城市構想而大量征地，老城區(qū)改造及周邊用地擴展達到空前規(guī)模，使城市擴展速度大于人口增長速度；而此時石嘴山市大武口區(qū)南充東進，平羅縣西拓南進，惠農(nóng)區(qū)南進趨勢明顯，城市建設用地在短期內(nèi)出現(xiàn)了跳躍式擴展，使城市擴展速度與人口增長速度極不協(xié)調(diào)。2006—2014年，銀川市、石嘴山市城市擴展彈性系數(shù)均減小，尤以石嘴山市減小迅速，這一時期，石嘴山市擴展速度明顯減緩，建成區(qū)空間范圍除了平羅縣和惠農(nóng)區(qū)向周圍稍有擴充外基本保持不變。

3.2城市擴展的空間差異分析

城市緊湊度指數(shù)和分形維數(shù)是度量城市空間擴展過程中建成區(qū)形狀變化的重要指標，緊湊度指數(shù)越大表明城市形態(tài)越緊湊，分形維數(shù)越小則城市形態(tài)越簡單。利用公式(5)—(9)計算河套綠洲城市緊湊度指數(shù)、分形維數(shù)(圖3)和重心轉(zhuǎn)移指數(shù)，分析其城市擴展的空間分異特征(圖4)。

圖3　河套綠洲城市1975-2014年緊湊度指數(shù)與分形維數(shù)對比

從圖3可知，近40 a來，銀川市的城市緊湊度指數(shù)介于0.10～0.16，分形維數(shù)在1.63～2.04變動。石嘴山市的緊湊度指數(shù)介于0.13～0.22，分形維數(shù)在1.82～1.94變動。臨河區(qū)的城市緊湊度指數(shù)介于0.11～0.14，分形維數(shù)在1.83～2.19變動。顯然，幾個發(fā)展階段，3座城市的緊湊度指數(shù)變化在0～1，計算結果合理；而分形維數(shù)均大于1.5，城市形態(tài)比較復雜。但整體而言，銀川市和臨河區(qū)城市形態(tài)趨于緊湊規(guī)則簡單，而石嘴山市城市形態(tài)偏離緊湊但復雜程度減小。

從各時段來看，1975—1989年，銀川市呈條帶狀分布，主要為西夏區(qū)和興慶區(qū)兩大片，兩區(qū)中部斷開，這一時期城市形態(tài)最為復雜，緊湊度指數(shù)為最小值0.10，分形維數(shù)為最大值2.04；2000—2006年，城市空間擴展以興慶區(qū)、金鳳區(qū)和西夏區(qū)為中心，點式快速擴展，迅速填充東西軸間空地，銀川市緊湊度指數(shù)增大到最大值0.16，分形維數(shù)也迅速減小至1.67，城市形態(tài)趨于緊湊和規(guī)則。1975—1989年，石嘴山市呈分散塊狀分布，城市形態(tài)最為復雜但很緊湊，緊湊度指數(shù)、分形維數(shù)均達到最大值0.22，1.94；1995—2000年，石嘴山市城市擴展以沿交通線的東西軸間擴展為主，分形維數(shù)達到最小值1.82，城市形態(tài)復雜程度減小；2000—2014年，石嘴山市由沿交通線的外延式擴展期進入分散組團擴展期，各類經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、工業(yè)園的建設，使城市形態(tài)復雜化，且偏離緊湊，緊湊度指數(shù)下降并穩(wěn)定在0.13，分形維數(shù)上升至1.85并趨于穩(wěn)定。1977—1989年，臨河區(qū)西部和南部零星鄉(xiāng)鎮(zhèn)率先發(fā)展，緊湊度指數(shù)較小為0.12，而分形維數(shù)最大2.19，城市形態(tài)最為復雜；2006—2014年，臨河區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)競相發(fā)展，城市內(nèi)部空隙大為減小，緊湊度指數(shù)增至最大0.14，分形維數(shù)減至最小1.83，城市形態(tài)趨于緊湊規(guī)則，復雜程度減小。

近40 a來，總體上銀川市城市重心向東南方向轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移距離最大為3 198 m，石嘴山市、臨河區(qū)分別向西南、東北方向轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移距離分別為574和854 m。從各時段看，銀川市的城市重心呈東南—東南—偏東—東北—東南方向轉(zhuǎn)移，石嘴山市呈東北—西南—西南—西北—東北方向轉(zhuǎn)移，臨河區(qū)呈西南—偏西—東北—西南—東北方向轉(zhuǎn)移，并且不同時期城市擴展的地域空間分異明顯(圖4)。

圖4　河套綠洲城市1975-2014年重心轉(zhuǎn)移情況對比

1975—2000年，銀川市由于西夏區(qū)經(jīng)濟水平低，擴展緩慢，隨著中東部銀川經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)一期工程的啟動帶動了金鳳區(qū)崛起，城市重心明顯向東南轉(zhuǎn)移，重心轉(zhuǎn)移角度繼而迅速增大；石嘴山市由于惠農(nóng)區(qū)距市區(qū)較遠，發(fā)展不及大武口區(qū)及平羅縣迅速，使得城市重心向西南方向轉(zhuǎn)移，尤以1995—2000年城市重心轉(zhuǎn)移距離最大，為1 380.44 m；同時，臨河區(qū)東北方向的八一鄉(xiāng)、新華鎮(zhèn)發(fā)展迅速，使城市重心向東北方向大幅度回移，回移角度和距離均達到了幾個時期內(nèi)最大值，分別為322.37°和1 200.88 m。2000—2006年，銀川市繼續(xù)向東擴展，興慶區(qū)改造發(fā)展達到頂峰，賀蘭縣擴展迅速，使城市重心向東北移動，重心轉(zhuǎn)移角度達到其最大值340.67°；這個時期石嘴山市大武口區(qū)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)片、星海新區(qū)片等各類經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)迅速崛起，加上平羅縣快速發(fā)展，大武口區(qū)與平羅縣同城化發(fā)展趨勢明顯，導致城市重心迅速向西北回移；這個時期臨河區(qū)西南部的黃羊木頭鎮(zhèn)、千召廟鎮(zhèn)、烏蘭淖爾鄉(xiāng)迅速崛起，使城市重心向西南方向回移。2006—2014年，銀川市城市重心轉(zhuǎn)移距離達到最大值1 281.91 m，這與太中銀鐵路和銀青高速以及繞銀高速公路、新開發(fā)區(qū)的大量建設使得城市建設用地向東南擴展密切相關；這個時期石嘴山市惠農(nóng)區(qū)擴展加速，加上京藏高速公路等的建設使石嘴山市城市用地向東、向北擴展，城市重心向東北方向大幅移動，重心轉(zhuǎn)移角度達到其最大值340.80°，轉(zhuǎn)移距離也增大到1 316.48 m，回移趨勢明顯；此時臨河區(qū)隨著古城鎮(zhèn)、狼山鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展，城市重心又明顯向東北方向移動。

3.3城市擴展及驅(qū)動力差異分析

3.3.1自然地理因素的不同自然地理因素是城市擴展的基礎條件，也決定了城市擴展過程中的總體趨勢[17]。銀川市地勢西山東川，東部地區(qū)比較適合城市發(fā)展；西部受賀蘭山地影響，限制城市發(fā)展。同時，銀川市城市發(fā)展還受到東西兩側各存在的南北偏東兩條斷裂帶的制約，從而決定了銀川市以東西方向擴展為主，南北方向為輔的城市擴展特征。而石嘴山市大武口區(qū)西側、北側依賀蘭山脈，惠農(nóng)區(qū)東側緊鄰黃河，迫使石嘴山市城市擴展的總體方向是大武口區(qū)“東進、南擴、西限、北禁”，惠農(nóng)區(qū)“東限、南進、西禁、北控”，平羅縣西拓南進，所以銀川市、石嘴山市城市擴展受地形影響較大。而臨河區(qū)地理位置相對偏遠，全境為黃河沖積平原，地面開闊平坦，城市發(fā)展基本不受地形的限制。

3.3.2城市職能及歷史長短的差異城市職能是指某城市在國家或區(qū)域中所起的作用，所承擔的分工，影響城市發(fā)展的繁榮程度[19]。銀川市是寧夏回族自治區(qū)的省會，是首府型城市，1929年建市，歷史悠久，屬于綜合性城市，是寧夏自治區(qū)政治、經(jīng)濟、文化中心，國家、寧夏回族自治區(qū)均對其的投資建設強度較高，所以城市擴展較快。石嘴山市是一座因煤而建因工而興的工業(yè)城市，1960年建市，起步較晚，城市發(fā)展僅次于銀川市，但石嘴山市屬于資源城市衰退型，城市發(fā)展后勁不足，面臨迫切轉(zhuǎn)型需要。臨河區(qū)作為巴彥淖爾市政府所在地，是一般型城市，1958年建市，隸屬于巴彥淖爾市，受制于其發(fā)展水平，城市擴展緩慢。表明城市建市起點不同，城市職能不同，直接影響城市發(fā)展速度，而城市職能對銀川市城市擴展的促進作用最為顯著。

3.3.3社會經(jīng)濟發(fā)展的差異經(jīng)濟增長是城市用地擴展最重要、最根本的驅(qū)動因素，城市用地實質(zhì)上是一個綜合性的經(jīng)濟問題[20]。因此采用能夠表征城市經(jīng)濟發(fā)展水平的城市化指數(shù)即城市人口、固定資產(chǎn)投資總額、房地產(chǎn)開發(fā)投資總額等指數(shù)(圖5)來進一步分析3座城市城市擴展驅(qū)動力的差異。

圖5　河套綠洲城市經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)變化趨勢

人口是城市構成要素中最活躍的因素，城市人口對空間的需求是城市擴展的最初動力[21]。從圖5可以看出，銀川市、石嘴山市、臨河區(qū)的市區(qū)年末總人口從1985—2012年分別增加了3.34,1.94,1.53倍?？梢姵鞘惺袇^(qū)人口的快速增加為城市的發(fā)展提供堅定的支撐。由圖5可知，銀川市GDP總量最大且增長最為迅速，為其城市擴展提供強有力的資金保障。同時，3座城市固定資產(chǎn)投資額具有顯著差異，銀川市固定資產(chǎn)投資額明顯高于石嘴山市和臨河區(qū)。此外，迅速崛起的房地產(chǎn)業(yè)成為城市擴展的重要動力因素，尤其是2000年以后，銀川市房地產(chǎn)開發(fā)投資額增長遠高于石嘴山市與臨河區(qū)。

為了找出3座城市社會經(jīng)濟的主驅(qū)動因子，進一步利用1991—2012年3座城市的經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，選取8個因子進行主成分分析。主成分分析結果表明，第一、二特征值分別為2.38和0.46，方差貢獻率分別為79.21%和15.45%，且累計方差貢獻率為94.66%(≥85%)；從而以第1,2特征值的特征向量計算主成分載荷，就可以滿足主成分分析的要求。由圖6可知，varB，varD，varC，varH，varA與第1主成分靠近，且varF和varG與第2主成分關系密切，而varE在第1與第2主成分之間的歸屬較為模糊。因此，將第1因子可以命名為區(qū)域生產(chǎn)因子，主要包括一些投入與產(chǎn)出方面的信息，第2因子為第一、二產(chǎn)業(yè)值。銀川市在第1因子上得分高，表明其經(jīng)濟發(fā)展較快，其城市擴展受房地產(chǎn)開發(fā)投資額與第三產(chǎn)業(yè)影響最大；而臨河區(qū)和石嘴山市在第2因子上得分高，表明以農(nóng)業(yè)為主導產(chǎn)業(yè)的臨河，其城市擴展受第一產(chǎn)業(yè)影響最大；工礦業(yè)是石嘴山的支柱產(chǎn)業(yè)，第二產(chǎn)業(yè)對其城市擴展影響最大。

注：varA為市區(qū)總人口，varB為固定資產(chǎn)投資，varC為房地產(chǎn)開發(fā)投資額，varD為GDP，varE為人均GDP，varF為第一產(chǎn)業(yè)，varG為第二產(chǎn)業(yè)，varH為第三產(chǎn)業(yè)。

圖6主成分載荷與得分雙重散點圖

3.3.4交通牽引作用的影響城市發(fā)展離不開交通的牽引作用，交通建設對城市擴展有指向性作用。銀川市交通運輸事業(yè)發(fā)展迅速，形成了以市區(qū)為中心，以國道、省道為主軸，以東西6縱和南北16橫為骨架的城市交通網(wǎng)體系。包蘭鐵路縱貫市區(qū)，1996年寶中鐵路的開通，2011年太中銀鐵路的運營，1997年河東機場的正式通航均促進了城市的擴展。石嘴山市60 km多的包蘭鐵路過境，其初步形成了以國道為骨架，省道為支干，農(nóng)村道路為支線連接而成的“六縱五橫”公路網(wǎng)運輸體系。臨河區(qū)公路僅京藏高速，110國道過境，鐵路只有包蘭線過境。顯然3座城市中，銀川市完善、便捷的交通網(wǎng)絡有力地推動其城市擴展。

3.3.5政府政策與規(guī)劃的差異政府決策與規(guī)劃在城市擴展過程中發(fā)揮引導作用，引領城市發(fā)展方向，影響城市擴展速度。2000年西部大開發(fā)戰(zhàn)略決策的實施，2002年銀川市提出了“中心城市”帶動戰(zhàn)略，同年進行行政區(qū)劃調(diào)整，2006年將各級領導機關從老城區(qū)遷入金鳳區(qū)，這些均促進了其城市發(fā)展?！笆晃濉逼陂g，石嘴山市確定了城市總體規(guī)劃城區(qū)發(fā)展方向，并且利用沙湖的輻射帶動作用，2008年寧夏自治區(qū)政府提出銀川—石嘴山同城化發(fā)展戰(zhàn)略，促使石嘴山市向南擴展明顯。1998年十五屆三中全會明確提出小城鎮(zhèn)的發(fā)展戰(zhàn)略，2006年提出建設社會主義新農(nóng)村戰(zhàn)略，在一定程度上加速了臨河區(qū)城市擴展。可見，政府政策與規(guī)劃對城市擴展進程影響顯著。

4　結 論

(1) 近40 a來，銀川市擴展趨勢比石嘴山市、臨河區(qū)快得多。銀川市、石嘴山市、臨河區(qū)的年均擴展速度分別為6.15，2.10，1.31 km2/a；年均擴展強度指數(shù)分別為12.30%，10.50%，4.36%。銀川市的城市擴展彈性系數(shù)為1.02，較石嘴山市(1.86)及臨河區(qū)(0.77)，更趨于人口增長與城市用地之間關系的合理值1.12。

(2) 近40 a來，銀川市和臨河區(qū)的緊湊度指數(shù)呈增大趨勢，分形維數(shù)呈減小趨勢，城市形態(tài)趨于緊湊、整齊規(guī)則，復雜程度減小。石嘴山市緊湊度指數(shù)和分形維數(shù)均呈減小趨勢，城市形態(tài)復雜程度減小但偏離緊湊。

(3) 近40 a來，銀川市的城市重心呈東南—東南—偏東—東北—東南方向的變化趨勢，石嘴山市的城市重心呈東北—西南—西南—西北—東北方向的變化趨勢，臨河區(qū)的城市重心呈西南—偏西—東北—西南—東北方向的變化趨勢。總體上銀川市城市重心向東南方向轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移距離最大為3 198 m，石嘴山市、臨河區(qū)分別向西南、東北方向轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移距離分別為574和854 m。

(4) 從驅(qū)動因素來看，地貌、城市職能、交通、政策是影響銀川市城市擴展的主要驅(qū)動因子，影響石嘴山市的主要驅(qū)動因子是地貌、政策，政策則是影響臨河區(qū)的主要驅(qū)動因子。且各城市社會經(jīng)濟主驅(qū)動因子不盡相同，主成分分析結果表明，銀川市城市擴展受房地產(chǎn)開發(fā)投資額、第三產(chǎn)業(yè)影響最大，第二產(chǎn)業(yè)對石嘴山市城市擴展影響顯著，第一產(chǎn)業(yè)對臨河區(qū)城市擴展貢獻最大。

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Remote Sensing Monitoring of Urbanization in Hetao Oasis and Regional Difference Analysis During 1975-2014

DONG Miao, LIU Puxing, ZHANG Yanlong, YONG Guozheng

(CollegeofGeographyandEnvironmentScience,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China)

[Objective] The urbanization in Hetao Oasis was monitored through remote sensing and the regional difference in the past 40 years was analyzed to provide a scientific base for urban plan and management, and for city coordinative and sustainable development. [Methods] Based on 6 term’s scene of landsat MSS/TM/ETM+remote sensing image in the years of 1975, 1989, 1995, 2000, 2006 and 2014, 7 evaluation indices of urbanization expansion were included and principal component analysis was used. [Results] (1) The expansion trends of Yinchuan, Shizuishan and Linhe cities had different expansive speed, strength and elasticity. (2) There were different space expansive patterns among the three cities. (3) The gravity transfer directions and distances of city center were different. (4) The real estate development investment and the tertiary industry were the major factors that affected the urban expansion of Yinchuan City, the first sector was the leading one for Linhe District while second sector was the pillar in Shizuishan City. [Conclusion] In recent 40 years, it was Yinchuan City that had the fastest annual expansion rate, the largest expansion intensity and more reasonable relationship between population growth and urban land. Yinchuan City and Linhe district urban expansion tended to be compact, stable and had decreasing complexity development; Shizuishan City had the tendency of discrete development and showed an increasing complex forms. In addition, the city center transferred to the southeast for Yinchuan City with the maximum transfer distance of 3 198 m; while Shizuishan City and Linhe District expanded toward to the southwest and northeast. Additionally, the dominating factors that influenced the urban expansion for the three cities were different.

urbanization expansion; spatial and temporal difference; driving force; cities in Hetao Oasis

2015-06-16

2015-09-24

國家自然科學基金項目“河西綠洲天然胡楊林生長的水鹽過程和衰退機制研究” (40961035); 甘肅省科技計劃資助項目(0803RJZA094); 甘肅省級重點學科自然地理學項目

董苗(1992—),女(漢族),甘肅省合水縣人,碩士研究生,研究方向為干旱區(qū)域環(huán)境與綠洲建設。E-mail:dongmiaosunshine@163.com。

水保監(jiān)測與應用技術

B

1000-288X(2016)04-0001-08

F291