宋 潔

(太原師范學(xué)院 地理科學(xué)學(xué)院,山西 晉中 030619)

改革開放以來,我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展并取得了顯著成績:經(jīng)濟總量和人均國內(nèi)生產(chǎn)總值從1978年的3 645億元和381元,增長到2016年的6 826.38億元和49 992元．其中,沿海地區(qū)憑借其自身地理區(qū)位優(yōu)勢,以及率先發(fā)展的優(yōu)惠政策,抓住海外產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的良好機遇,吸引了大量國內(nèi)外投資,并很快成為了國家經(jīng)濟發(fā)展的排頭兵．與此同時,東部城市也得到了長足的發(fā)展,城市規(guī)模迅速擴大,人口不斷增加,基礎(chǔ)設(shè)施日漸完善． 城市化水平已達到58.4,領(lǐng)先于全國平均水平[1-3]．

建成區(qū)的擴張是城市發(fā)展的必然趨勢,它體現(xiàn)了城市在地形地貌等自然因素以及經(jīng)濟、社會、政治和文化等人文因素耦合發(fā)展的過程．因此,闡明城市空間擴張的分階段特征,有利于揭示人類活動強度變化以及城市發(fā)展歷程,從而為城市規(guī)劃, 土地利用規(guī)劃等相關(guān)規(guī)劃提供理論依據(jù)和決策依據(jù)[4,5]．遙感數(shù)據(jù)源具有尺度大,范圍廣,信息量豐富等優(yōu)點,因此,結(jié)合遙感和地理信息系統(tǒng)空間分析技術(shù),掌握城市空間格局的動態(tài)變化以及建成區(qū)擴張格局演變特征并進一步預(yù)測其發(fā)展模式,為土地規(guī)劃城市規(guī)劃提供決策依據(jù)已成為當(dāng)前學(xué)者們研究的熱點[6-8]．

杭嘉湖平原作為我國重要的水網(wǎng)平原,承載著我國幾千年的稻作文明,然而近年來, 憑借顯著的區(qū)位優(yōu)勢和東部優(yōu)先開發(fā)戰(zhàn)略,該地區(qū)城市空間增長迅速,人地矛盾日益突出．因此,合理配置土地資源,把握當(dāng)前區(qū)域用地效益,進而探索高效的土地利用模式成為解決該地區(qū)人地矛盾的重要突破點．本文以杭嘉湖平原地區(qū)城市建成區(qū)為研究對象,借助遙感與地理信息系統(tǒng)空間分析模塊,分析1990-2000年、2000-2010年杭嘉湖平原地區(qū)城市建成區(qū)擴張格局演變特征,并對各城市的用地效益做出評價．為進一步合理配置土地資源提供可靠的科學(xué)依據(jù),同時也為內(nèi)陸地區(qū)借鑒沿海地區(qū)優(yōu)秀先進模式提供可參考的范式．

1 研究區(qū)概況

杭嘉湖平原位于浙江省北部,太湖流域南部,是浙江省最大的水網(wǎng)平原,是長江三角洲平原的一部分．杭嘉湖平原的地理范圍大致包括太湖以南,錢塘江和杭州灣以北,天目山以東,東海以西的廣大地區(qū)．杭嘉湖平原的地勢極為低平,平均海拔3米左右;區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)密布,京杭大運河從中穿過．得天獨厚的氣候條件和水利條件,為水稻生產(chǎn)提供了良好的生長環(huán)境,因此,杭嘉湖平原地區(qū)也享有“魚米之鄉(xiāng)”的美譽．為了數(shù)據(jù)的完整性和可靠性,本文所指杭嘉湖平原行政范圍包括嘉興市全境、湖州市的南潯區(qū)和德清縣、杭州市的余杭區(qū)．

杭嘉湖平原作為連接上海、江蘇、浙江的交通樞紐,現(xiàn)已成為我國經(jīng)濟發(fā)達且人口稠密的地區(qū)之一． 工業(yè)體系完善,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)完整．隨著互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展,該地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展明顯加快,處于全國前列．

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及信息提取

本文采用 Landsat TM/ETM+遙感影像, 獲取時間為1990，2000，2010年, 并結(jié)合 ArcGIS空間分析手段對不同時期杭嘉湖平原空間信息、屬性信息和動態(tài)變化信息,本文采用目視解譯的方法在遙感影像上提取城市建成區(qū)范圍．第一步,通過目視解譯1990年、2000年、2010年的 Landsat TM影像將城市中心周邊連片的建設(shè)用地確定為中心城區(qū);其次,將城鄉(xiāng)結(jié)合處與中心城區(qū)大面積連片的建設(shè)用地也劃為建成區(qū),同時除去區(qū)內(nèi)大型河流湖泊、自然保護區(qū)等大面積林地、草地;最后,對照 Google Earth上的歷史高清影像修正已劃定好的建成區(qū)邊界[9]．杭嘉湖平原地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展數(shù)據(jù)來源于1990-2010年各縣市的統(tǒng)計年鑒． 在整個分析過程中,還借助百度、谷歌地圖等高分辨率電子數(shù)據(jù)庫,對影像進行精確糾正,輔助影像解譯．

2.2 研究方法

2.2.1 建成區(qū)擴展格局演變分析方法

本文選取擴展速度(AGA)、擴展強度指數(shù)(EII)、擴展彈性系數(shù)(R)來表征建成區(qū)擴展格局演變特征． 其中,擴展速度用來表征建成區(qū)空間擴展的總體趨勢[10,11],擴展強度指數(shù)用來衡量單位時間內(nèi)城市空間擴展的規(guī)模與強度[12],擴張彈性系數(shù)用來衡量城市建成區(qū)空間增長的合理性以及城市擴張與人口增長之間的協(xié)調(diào)度[13]．

表1 城市空間擴展時空特征測度指標

2.2.2 構(gòu)建城市用地綜合效益評價指數(shù)模型

土地利用效率是指區(qū)域社會、經(jīng)濟、生態(tài)和環(huán)境等共同作用下土地投資和消費的單位面積的實際產(chǎn)出或?qū)嶋H成果． 它包括土地利用模式和功能評級類別． 既然土地利用效率是綜合優(yōu)勢,包括經(jīng)濟,社會,環(huán)境和環(huán)境等方面,那么土地利用評估的效率只有經(jīng)濟評估是片面的, 應(yīng)該結(jié)合多種因素才能全面[14]．

本文從經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)環(huán)境效益三方面入手分析城市用地綜合效益,具體指標見表2． 指標數(shù)據(jù)全部來自1990年、2000年和2010年各市縣統(tǒng)計年鑒．其中,人口數(shù)據(jù)來自當(dāng)?shù)胤寝r(nóng)人口數(shù), 本文研究9個城市的土地利用效益均指9個城市建成區(qū)的土地利用效益．本文分別將正負效應(yīng)的指標采用極差標準化的方法來處理,公式如下:

(1)

其中,xi,j為原始數(shù)據(jù),xi,max為i指標的最大值,xi,min為i的最小值．而后,采用加權(quán)平均法對各城市的用地的綜合效益進行計算,公式如下:

(2)

其中,CEi為城市用地綜合效益值;Wj為各因素層的權(quán)重;x為各指標的標準化值;Wij為各指標的權(quán)重．

本文采用均方差法確定評價指標層的各因子權(quán)重,具體權(quán)重詳見表2

表2 城市用地綜合效益評價指標體系及權(quán)重系數(shù)

(3)

(4)

(5)

城市用地效益協(xié)調(diào)度:

HCi=1-Si/ECi(i=1,2,3,…,n)

(6)

表3 建成區(qū)擴張速度類別劃分表

式6中,HCi為城市i用地綜合效益協(xié)調(diào)度;Si為城市i因素層計算值的標準差;ECi為城市i因素層計算值的平均值． 0

3 杭嘉湖平原建成區(qū)擴張概況及格局演變特征

3.1 杭嘉湖平原地區(qū)城市建成區(qū)擴張概況

圖1 杭嘉湖平原建成區(qū)形態(tài)變化變圖

通過對影像的解譯分析,不難看出在20年期間,杭嘉湖平原所有城市建成區(qū)面積都在不斷增加．整個杭嘉湖平原中心城區(qū)建設(shè)用地面積由1990年的453.1 km2增加到2000年的1 581.73 km2,凈增1 128.6 km2,增長了3.49倍,其中2000-2010年間擴展面積最大,增量為690.1 km2．

3.2 杭嘉湖平原地區(qū)建成區(qū)擴張格局演變

3.2.1 擴展速度與強度

根據(jù)杭嘉湖平原地區(qū)城市建成區(qū)土地的擴展情況,并參考其他地區(qū)的城市擴張速度特征, 本文按擴展速度將城市擴張劃分為高速擴張(Ⅰ)、快速擴張(Ⅱ)、中速擴張(Ⅲ)和低速擴張(Ⅳ)四種類型, 具體分類詳見表3．

通過整理杭嘉湖平原數(shù)據(jù),可得出杭嘉湖平原各市的擴張速度以及擴展類型,詳見表4．

表4 1990-2010年杭嘉湖平原城市建成區(qū)擴張速度 單位：km2/年

從表4可以看出,20年來,余杭區(qū)、嘉善縣、桐鄉(xiāng)市、南潯區(qū)、德清縣的建成區(qū)擴張速度不斷加快,處于上升時期,而南湖區(qū)、秀洲區(qū)、平湖市、海寧市、海鹽縣擴張速度有所放緩．1990-2000年,余杭區(qū)、南湖區(qū)、秀洲區(qū)、嘉善縣、平湖市、桐鄉(xiāng)市建成區(qū)擴張速度處于中速,其中海寧市擴張最快,南潯區(qū)、德清縣、海鹽縣則落后于其他地區(qū),屬于緩慢擴張．2000-2010年,余杭區(qū)、桐鄉(xiāng)市、德清縣擴張速度加快,進入高速擴張階段,平湖市擴張速度放緩,進入緩慢擴張階段,而南湖區(qū)、秀洲區(qū)、嘉善縣、海寧市、海鹽縣則繼續(xù)保持原先的狀態(tài)．不難看出,在2000-2010年期間,受到杭州和上海兩個大城市發(fā)展的強烈?guī)?與其相鄰的縣市發(fā)展速度明顯加快．

表5 建城區(qū)擴張強度類別劃分表

按擴展強度將城市擴張劃分為高強度擴張(i)、次高強度擴張(ii)、中強度擴張(iii)和低強度擴張(iv)四種類型,具體分類詳見表5．

通過整理杭嘉湖平原數(shù)據(jù),可得出杭嘉湖平原各市的擴張強度以及擴張強度類型,詳見表6．

表6 1990-2010年杭嘉湖平原城市建成區(qū)擴張強度 單位：%

由表6可知,1990-2000年,余杭區(qū)、德清縣呈現(xiàn)低強度擴張狀態(tài),嘉善縣、桐鄉(xiāng)市、南潯區(qū)、海鹽縣為中強度擴張,南湖區(qū)、秀州區(qū)、平湖市為次高強度擴張,海寧市擴張最為迅速,強度遠高于其他地區(qū),為高強度擴張．2000-2010年,南湖區(qū)、秀州區(qū)、嘉善縣、平湖市、海寧市、海鹽縣擴張強度均有所放緩,而余杭區(qū)、桐鄉(xiāng)市、南潯區(qū)、德清縣擴張強度均有所提升．

3.2.2 城市用地擴展彈性系數(shù)

中國城市規(guī)劃設(shè)計院根據(jù)對全國多個城市的發(fā)展過程進行實證分析認為,城市用地擴展彈性系數(shù)達到1.12時,說明該地區(qū)人口增長與城市用地擴張最合理．

表7 1990-2010年杭嘉湖平原城市擴張彈性系數(shù)

由表7可知,1990-2010年間杭嘉湖平原各城市擴張彈性系數(shù)逐年上升,1990-2000年期間,區(qū)內(nèi)所有城市的擴展彈性系數(shù)均較小,而2000-2010年期間,嘉善縣、平湖市、海寧市、德清縣的擴展彈性系數(shù)嚴重超出合理值． 嘉善縣、平湖市因其地理位置靠近上海,在上海發(fā)展的輻射帶動下自身城市發(fā)展較快; 再加上滬杭高速的開通,帶動沿線城市快速發(fā)展,使得城市擴展達到一個新的高度．余杭區(qū)、嘉興市、桐鄉(xiāng)市、南潯區(qū)、海鹽縣雖也受到經(jīng)濟區(qū)建立、干線公路的輻射,但擴張過程中片面追求建成區(qū)面積擴大,使得其增長速度落后于人口增長,出現(xiàn)不協(xié)調(diào)情況,導(dǎo)致彈性系數(shù)較低．

4 杭嘉湖平原地區(qū)城市用地綜合效益評價

據(jù)本文構(gòu)建的城市用地綜合效益評價模型計算出1990-2010年杭嘉湖平原9個城市用綜合效益與協(xié)調(diào)度,如表8所示．

表8 杭嘉湖平原用地效益評價結(jié)果

由表8可知,杭嘉湖平原9個城市的用地綜合效益均在1.5左右,相差不大,說明區(qū)內(nèi)幾個城市發(fā)展較為均衡． 其中平湖市用地綜合效益最高,德清縣最低．從協(xié)調(diào)度來看,只有平湖市、海寧市、桐鄉(xiāng)市各因素層子系統(tǒng)間呈現(xiàn)基本協(xié)調(diào)的狀態(tài),其他6個城市的發(fā)展均呈現(xiàn)不協(xié)調(diào)的狀態(tài)．與此同時,這三個城市的用地綜合效益也較高,說明研究時間段內(nèi)這三個城市發(fā)展較為均衡,城市發(fā)展過程中土地利用的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的得到了較為充分的保障．除余杭區(qū)之外,大多數(shù)用地綜合效益高的城市各因素層子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度也較高．

5 結(jié)論

本文以 Landsat TM影像為主要數(shù)據(jù)源,借助 ArcGIS等空間分析手段,探究了1990年-2010年杭嘉湖平原地區(qū)建成區(qū)擴張的格局演變特征, 并對各城市的用地效益做出綜合的評價．從擴張速度和強度來看,1990-2000年期間,海寧市擴展速度快強度大, 數(shù)值明顯高于其他地區(qū),而到2000-2010年期間擴展速度與強度逐漸回落; 余杭區(qū)、桐鄉(xiāng)市和德清縣擴展速度和強度持續(xù)增大,嘉善縣,南潯區(qū)、南湖區(qū)、秀洲區(qū)擴展較平穩(wěn),海鹽縣和平湖市擴張速度和強度較慢．1990-2000年期間,區(qū)內(nèi)所有城市的擴展彈性系數(shù)均較小,而2000-2010年期間,嘉善縣、平湖市、海寧市、德清縣的擴展彈性系數(shù)嚴重超出合理值． 杭嘉湖平原城市用地效益評價表明,只有平湖市、海寧市、桐鄉(xiāng)市各子系統(tǒng)間呈現(xiàn)基本協(xié)調(diào)的狀態(tài),而其余6個地區(qū)子系統(tǒng)間呈現(xiàn)不協(xié)調(diào)的狀態(tài);除余杭區(qū)之外,大多數(shù)用地綜合效益高的城市各因素層子系統(tǒng)間也協(xié)調(diào)度較高． 在未來城市化進程中,杭嘉湖平原地區(qū)應(yīng)進一步加強區(qū)域間合作,促進地區(qū)產(chǎn)業(yè)融合,加大力度發(fā)展低污染低耗能的綠色產(chǎn)業(yè),努力提升城市用地的社會效益和生態(tài)效益,從而實現(xiàn)區(qū)域城市用地綜合效益的提升,促進杭嘉湖平原的可持續(xù)發(fā)展．