王得文

(甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020)

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市空間格局變化信息及其時(shí)空演變規(guī)律，是城市科學(xué)規(guī)劃與可持續(xù)發(fā)展的決策基礎(chǔ)[1]。城市建設(shè)用地的迅速擴(kuò)張，是影響城市發(fā)展、城市人居環(huán)境的關(guān)鍵因素之一[2]。基于衛(wèi)星遙感影像和基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)對(duì)各地級(jí)城市空間格局變化進(jìn)行分析，是目前城市空間格局變化檢測(cè)最主要技術(shù)手段[3]。本文基于GIS與RS技術(shù)，對(duì)珠三角2000、2005、2010、2015、2019年的9個(gè)地級(jí)市的建設(shè)用地進(jìn)行邊界提取，分析珠三角地級(jí)城市的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、空間結(jié)構(gòu)和布局演變過(guò)程。對(duì)改善珠三角地區(qū)生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)城市化的健康發(fā)展，具有重要的指導(dǎo)意義和研究?jī)r(jià)值。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究中珠三角9個(gè)地級(jí)市包含廣州、深圳、珠海、佛山、中山、東莞、肇慶、江門、惠州，是粵港澳大灣區(qū)的重要組成部分。該區(qū)域位于21°33′53″～24°23′35″ N、111°21′08″～115°25′09″ E，覆蓋面積約5.49萬(wàn)km2，位置與范圍如圖1所示。該地區(qū)屬熱帶和亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，是中國(guó)光、熱和水資源最豐富的地區(qū)之一[4]。改革開(kāi)放以來(lái)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，城市迅速擴(kuò)張，珠江三角洲成為“一帶一路”的戰(zhàn)略支點(diǎn)和制造業(yè)的核心區(qū)域[5]。

如圖1所示，121/44、121/45、122/43、122/44、122/45、123/43、123/44、123/45分別為覆蓋珠三角9市的8幅Landsat影像行列號(hào)。

圖1 研究區(qū)位置與范圍

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

數(shù)據(jù)源為L(zhǎng)andsat系列遙感衛(wèi)星影像，其中2000、2005、2010年選取30 m分辨率Landsat 5 TM數(shù)據(jù)，2015、2019年選取30 m分辨率Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)。于USGS網(wǎng)站下載(https://landsatlook.usgs.gov/)，具體遙感影像資料情況如表1所示，云量為0%。

表1 Landsat影像資料情況

將不同時(shí)期的Landsat分別進(jìn)行如下處理：

(1)基于ENVI對(duì)原始影像進(jìn)行輻射定標(biāo)，消除傳感器誤差，并基于FLAASH模塊對(duì)定標(biāo)后的影像進(jìn)行大氣校正[6]；

(2)基于易康(eCogntion)軟件建立分類規(guī)則集，進(jìn)行監(jiān)督分類[7]，提取出建設(shè)用地矢量邊界；

(3)以人機(jī)交互的方式對(duì)分類的結(jié)果進(jìn)行修正，分類精度達(dá)到95%以上。

基于ArcGIS 10.2平臺(tái)，對(duì)提取出的建設(shè)用地依據(jù)地級(jí)市行政區(qū)劃進(jìn)行裁剪、合并、空間分析與可視化處理，獲得珠三角9市2000、2005、2010和2015、2019年的建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)。

2 建設(shè)用地?cái)U(kuò)張

2.1 建設(shè)用地面積及其擴(kuò)張

本文對(duì)建設(shè)用地面積擴(kuò)張的研究，是以5年的變化為一階段。建設(shè)用地占地比率是指特定行政區(qū)劃內(nèi)的建設(shè)用地面積與其陸地總面積的比值[8]，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度指的是某一階段內(nèi)建設(shè)用地面積的年增長(zhǎng)速率。

建設(shè)用地占地比率的計(jì)算公式為：

Pi=(Sij/Si0)×100%

(1)

式中，Pi為行政區(qū)劃i的建設(shè)用地占地比率；Sij為第j個(gè)階段區(qū)域i的建設(shè)用地面積；Si0為區(qū)域i的陸地總面積。

建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度的計(jì)算公式為：

Vi=ΔUij/Δtj

(2)

式中，Vi為建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度，km2/a；ΔUij為第j個(gè)階段與后邊相鄰階段之間，區(qū)域i的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的面積；Δtj為j階段的時(shí)間跨度，年。

2.2 珠三角整體建設(shè)用地?cái)U(kuò)張

基于文中1.2提取的建設(shè)用地分類數(shù)據(jù)，分別對(duì)珠三角2000～2005、2005～2010、2010～2015、2015～2019年4個(gè)時(shí)期的建設(shè)用地面積及其擴(kuò)張情況進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 珠三角2000～2019年建設(shè)用地?cái)U(kuò)張情況

2000～2019年，珠三角建設(shè)用地面積從5 920.08 km2增加到8 210.94 km2，研究時(shí)期內(nèi)建設(shè)用地面積增加的現(xiàn)象顯著，年均擴(kuò)張速度為116.545 km2/a。2000～2005年，珠三角建設(shè)用地增加較多，面積從5920.08 km2增加到6 690.37 km2，擴(kuò)張了770.29 km2，這一階段的年平均擴(kuò)張速度為154.06 km2/a，在本研究的4個(gè)時(shí)期中處于中等擴(kuò)張速度。2005～2010年，建設(shè)用地面積從6 690.37 km2增加到7 646.76 km2，擴(kuò)張了956.39 km2，此階段是研究期內(nèi)擴(kuò)張速度最快時(shí)期，年平均擴(kuò)張速度為191.28 km2/a。2010～2015年，與前兩個(gè)階段相比，珠三角建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度較為緩慢，建設(shè)用地面積從7 646.76 km2增加到8 050.86 km2，擴(kuò)張了404.09 km2，年平均擴(kuò)張速度僅80.82 km2/a。2015～2019年，擴(kuò)張面積僅160.08 km2，年平均擴(kuò)張速度40.02 km2/a，低于整個(gè)研究期內(nèi)的年平均擴(kuò)張速度。

2.3 各地級(jí)市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張

分別統(tǒng)計(jì)珠三角2000年、2005年、2010年、2015年和2019年5個(gè)時(shí)間9個(gè)地級(jí)市的建設(shè)用地面積，計(jì)算其建設(shè)用地面積與各市陸地總面積的比值，得到建設(shè)用地占地比率，如表3所示。然后，計(jì)算其擴(kuò)張速度，繪制珠三角9市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度折線圖，如圖2所示。

表3 珠三角9市2000、2005、2010、2015、2019年建設(shè)用地面積及占地比率

圖2 珠三角9市2000～2019年建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度折線圖

珠三角9市在2000～2019年間，建設(shè)用地持續(xù)擴(kuò)張。如表3所示，東莞市的建設(shè)用地比率最高，2000～2019年從38.51%增加到了51.51%，占據(jù)了東莞市陸地總面積的一半；其次是深圳市、佛山市和中山市，至2019年，建設(shè)用地比率分別為43.76%、36.22%和33.62%。廣州市的建設(shè)用地面積最大，但建設(shè)用地比率的大小處于中等水平，2019年為21.57%，和珠海市相近，為23.44%?；葜菔小⒔T市和肇慶市建設(shè)用地比率較低，均小于10%，其中肇慶市建設(shè)用地比率最低，至2019年僅占3.6%。結(jié)合圖2建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度折線圖，肇慶市建設(shè)用地比率雖極低，但建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度始終表現(xiàn)為逐年增快的趨勢(shì)，城市化開(kāi)發(fā)潛力巨大；相反，中山市和珠海市在2000～2019年間建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度逐年減慢，建設(shè)用地比率又均處于中等水平，說(shuō)明其20年間城市化發(fā)展較為緩慢平穩(wěn)；其他6市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度均表現(xiàn)為前期擴(kuò)張明顯增快，后期又迅速減慢的趨勢(shì)，這也是珠三角城市群20年間整體的城市化發(fā)展趨勢(shì)。

從4個(gè)階段分別看，2000～2005年間，擴(kuò)張速度較快的城市從快到慢排列分別有佛山市、中山市、廣州市、東莞市、珠海市和江門市，擴(kuò)張速度>15 km2/a。2005～2010年間，擴(kuò)張速度較快的從快到慢排列變?yōu)閺V州市、惠州市、佛山市、江門市、深圳市和東莞市，變化最大的是惠州市，從前一階段僅5 km2/a左右增快到35 km2/a。2010～2015年間，除了肇慶市，各市的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度呈現(xiàn)相似比率的下滑趨勢(shì)，深圳市擴(kuò)張速度變化最為明顯，降為區(qū)域最慢(≈0 km2/a)。2015～2019年間，珠三角9市的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度增加或減慢程度都不大，說(shuō)明城市化發(fā)展趨于穩(wěn)定增長(zhǎng)的階段。至2019年，深圳市成為了我國(guó)第一個(gè)百分之百城市化的城市。特別的，肇慶市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度始終表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，最高未超過(guò)20 km2/a。這體現(xiàn)了珠三角9市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張一定程度的區(qū)域不同步特點(diǎn)。

3 建設(shè)用地空間格局變化

3.1 珠三角建設(shè)用地空間分布

珠三角9市2000年、2005年、2010年、2015年和2019年的建設(shè)用地空間分布如圖3所示。

圖3 2000～2019年珠三角9市建設(shè)用地空間分布

在2000年，珠三角城市群的建設(shè)用地在廣州市和佛山市存在集聚分布現(xiàn)象，形成的廣州-佛山聚集區(qū)跨越了行政邊界的界限。珠三角外圍城市(肇慶市、江門市、惠州市)，建設(shè)用地區(qū)域較少，分布不顯著。至2019年，珠江入?？趨^(qū)域的建設(shè)用地大幅度擴(kuò)張，已經(jīng)形成了覆蓋中山、佛山、廣州、東莞以及深圳等城市的建設(shè)用地連片區(qū)；其余區(qū)域(肇慶市、江門市、惠州市)的建設(shè)用地面積也在持續(xù)擴(kuò)張中。2000～2019年，珠三角建設(shè)用地?cái)U(kuò)張明顯；珠江入?？趨^(qū)域的建設(shè)用地呈現(xiàn)為由點(diǎn)到線，由線到面的變化[9]。

由于珠三角地區(qū)除南部向海，其余三面皆為山地、丘陵，這使得城市擴(kuò)張過(guò)程不可避免地在中心平原區(qū)域進(jìn)行。在研究時(shí)間內(nèi)，建設(shè)用地面積大幅度增加。其中在東莞、佛山等市的增加幅度最為明顯；中部區(qū)域原先較為破碎的分布狀態(tài)，逐漸的相互延伸，在珠江口兩岸形成了連接中山-佛山-廣州-東莞-深圳大范圍分布的傾斜“n”形條帶。

3.2 珠三角建設(shè)用地空間形態(tài)演變

空間形態(tài)的演化能夠綜合反映建設(shè)用地空間布局和結(jié)構(gòu)變化[10]，據(jù)此可以分析珠三角地區(qū)建設(shè)用地的發(fā)展過(guò)程，揭示其擴(kuò)張規(guī)律。本文通過(guò)分析計(jì)算得到珠三角地區(qū)2000、2005、2010、2015和2019年5個(gè)時(shí)間的建設(shè)用地分形維數(shù)、緊湊度指數(shù)，如表4所示。其中，“緊湊度”是反映空間形態(tài)和功能布局的一個(gè)主要指標(biāo)，用以測(cè)度城市建成區(qū)用地的緊湊與飽滿程度的一個(gè)十分重要的概念[11]。

表4 珠三角2000～2019年建設(shè)用地分形維數(shù)和緊湊度

由表4可知，珠三角在整個(gè)時(shí)期的建設(shè)用地緊湊度都較高，空間離散程度很小。從2000年的0.417 9逐漸增加到2019年的0.537 7，表現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，建設(shè)用地空間形態(tài)越來(lái)越緊湊。說(shuō)明在該時(shí)期珠三角是以內(nèi)部填充、改造發(fā)展為主進(jìn)行城市建設(shè)的。結(jié)合圖3可以得出，該時(shí)期建設(shè)用地圍繞珠江入?？诘钠瑓^(qū)、圍繞佛山-廣州兩個(gè)主要的中心，還有四散分布的多個(gè)小中心，多方向的向周邊區(qū)域發(fā)展、集中、融合。

3.3 珠三角建設(shè)用地空間擴(kuò)張趨勢(shì)預(yù)測(cè)

綜上所述，珠三角在2000～2019年間，建設(shè)用地不斷擴(kuò)張，且擴(kuò)張速度以2005～2010年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，擴(kuò)張速率先增加后減小?？臻g形態(tài)特征則表現(xiàn)為“單一中心”、“單一中心主導(dǎo)，多個(gè)次中心環(huán)繞”形式，逐漸發(fā)展、集中與融合，形成緊湊程度較高的分布形態(tài)。隨著我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的規(guī)劃與實(shí)施，建設(shè)珠三角9市+“香港”、“澳門”成為充滿活力的世界級(jí)城市群——粵港澳大灣區(qū)，成為珠三角地區(qū)發(fā)展的主要任務(wù)。未來(lái)將形成極點(diǎn)帶動(dòng)、軸帶支撐、輻射周邊、城市功能互補(bǔ)的發(fā)展格局[12]，提高區(qū)域發(fā)展的協(xié)調(diào)性。以香港、澳門、廣州、深圳四大中心城市作為區(qū)域發(fā)展的核心引擎，繼續(xù)提升對(duì)其他區(qū)域發(fā)展的輻射帶動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大開(kāi)放。建設(shè)高水平參與國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作新平臺(tái)，推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)，通過(guò)區(qū)域雙向開(kāi)放，筑建絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21世紀(jì)海上絲綢之路對(duì)接融會(huì)的重要支撐區(qū)。

4 結(jié) 論

本文基于GIS與RS技術(shù)，對(duì)珠三角9市建設(shè)用地的擴(kuò)張及其空間格局進(jìn)行了分析研究，得出如下結(jié)論：(1)2000～2019年間珠三角9市建設(shè)用地面積整體表現(xiàn)為不斷增加的趨勢(shì)，但擴(kuò)張速度具有較為明顯的區(qū)域不同步現(xiàn)象；(2)研究時(shí)期內(nèi)建設(shè)用地空間格局變化主要表現(xiàn)為圍繞珠江入?？诘钠瑓^(qū)、圍繞佛山-廣州兩個(gè)主要的中心，還有四散分布的多個(gè)小中心，多方向的向周邊區(qū)域發(fā)展、集中、融合；(3)打造區(qū)域發(fā)展核心城市，將中心城市做優(yōu)做強(qiáng)，輻射帶動(dòng)周邊區(qū)域，增強(qiáng)區(qū)域發(fā)展協(xié)調(diào)性，是未來(lái)發(fā)展的主要方向。