張 軍，高潔純，陳 蕾，徐 強(qiáng)

（1.江西省地質(zhì)局 地理信息工程大隊(duì)，江西 南昌 330001；2.江西華昌企業(yè)發(fā)展有限公司，江西 南昌 330045；3.上高縣自然資源局，江西 宜春 336400）

【研究意義】改革開(kāi)放40 多年以來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平穩(wěn)步發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平由1978 年的17.9%提升至2019 年的60.1%，同時(shí)城市用地的需求也在不斷增加。但是近年來(lái)，城市空間肆意擴(kuò)展，大量人工硬質(zhì)表面侵占生態(tài)以及農(nóng)業(yè)空間，導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境失衡以及耕地產(chǎn)能下降等一系列問(wèn)題[1]，嚴(yán)重干擾自然系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能，不利于城市走可持續(xù)發(fā)展的道路。城市不透水面的不斷增加是城市空間發(fā)展和擴(kuò)張的直觀體現(xiàn)[2]，以不透水面為表征，研究城市空間的擴(kuò)展能夠更好地反映地表覆被的變化，體現(xiàn)城市擴(kuò)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，因此越來(lái)越多學(xué)者開(kāi)始利用不透水面來(lái)代表城市空間范圍，反映城市空間的發(fā)展過(guò)程[3-5]。所以，通過(guò)不透水面識(shí)別城市空間發(fā)展的趨勢(shì)，協(xié)調(diào)城市空間規(guī)劃與生態(tài)保護(hù)建設(shè)的矛盾，對(duì)于促進(jìn)城市空間擴(kuò)展的有序化，引導(dǎo)城市走健康有序的發(fā)展道路具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】促進(jìn)城市空間擴(kuò)展的有序化，其關(guān)鍵在于探討城市空間擴(kuò)展的趨勢(shì)及規(guī)律，城市擴(kuò)展模型的研究有利于理解城市擴(kuò)展的趨勢(shì)及規(guī)律，幫助城市用地的規(guī)劃與管理，一直以來(lái)是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。在城市擴(kuò)展模型的選取層面，現(xiàn)有研究主要從城市擴(kuò)展的內(nèi)在機(jī)制與外部約束兩大方面構(gòu)建城市擴(kuò)展模型。在城市擴(kuò)展的內(nèi)在機(jī)制方面，學(xué)者們多從城市交通區(qū)位、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平以及自然條件等角度出發(fā)，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)利用CA、SLEUTH、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等模擬城市擴(kuò)展過(guò)程[6-9]，隨后也有一些學(xué)者利用CA-Markov[10]、Geo-SOS[11]等優(yōu)化算法的組合模型研究城市擴(kuò)展。但是城市擴(kuò)展本身受到多方面因素的影響，具有較大的不確定性，僅從內(nèi)在機(jī)制利用各類模型分析，不僅難以準(zhǔn)確地模擬城市空間的擴(kuò)展過(guò)程，而且往往容易忽略城市生態(tài)安全，不利于城市生態(tài)文明的建設(shè)[12]。在城市的外部約束方面，最小累積阻力面模型（minimal cumulative resistance，MCR）是運(yùn)用最為廣泛的方法之一[12]，在城市擴(kuò)展模擬中得到了較好的應(yīng)用。如李平星等[13]利用MCR 構(gòu)建了廣西西江經(jīng)濟(jì)帶的城市擴(kuò)展模型，葉玉瑤等[14]提出更適合于城市擴(kuò)展模擬的生態(tài)阻力面模型（urban expansion ecological resistance，UEER），對(duì)MCR模型進(jìn)行了改進(jìn)，考慮了研究區(qū)域不同等級(jí)城市源的擴(kuò)張能力，并將其應(yīng)用于廣州市城市擴(kuò)展模擬中，陶卓霖等[15]在葉玉瑤的基礎(chǔ)上加入城市相互吸引力指數(shù)，對(duì)新疆阿納斯縣進(jìn)行城市擴(kuò)展模擬研究。雖然環(huán)境生態(tài)因素對(duì)于城市擴(kuò)展的約束是相對(duì)恒定的，這些研究從生態(tài)約束角度考慮，較好地解決了內(nèi)在驅(qū)動(dòng)模擬城市擴(kuò)展存在的不確定性，但是卻忽視了城市自身發(fā)展內(nèi)在機(jī)制[14，16]。綜合城市擴(kuò)展有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，城市空間的擴(kuò)展主要受到區(qū)位動(dòng)力、生態(tài)阻力及本底條件三大因素的影響[12，17-19]：區(qū)位動(dòng)力是城市擴(kuò)展的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制，在城市擴(kuò)展中起到了主導(dǎo)作用；生態(tài)阻力則是城市擴(kuò)展的外在約束條件，在一定程度上約束城市的發(fā)展方向；本底條件是一個(gè)城市建設(shè)的基礎(chǔ)條件，決定了城市發(fā)展的宏觀格局。三者在一定程度上相互作用，影響著城市的擴(kuò)展。

【本研究切入點(diǎn)】城市空間的擴(kuò)展的問(wèn)題不能簡(jiǎn)單地考慮內(nèi)在驅(qū)動(dòng)所強(qiáng)調(diào)的需求問(wèn)題，也不能僅僅考慮外部約束所產(chǎn)生的供給問(wèn)題，需要將城市的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)與外在約束耦合至統(tǒng)一的體系框架中，結(jié)合本底條件，做到三者的有機(jī)地結(jié)合，才能較為準(zhǔn)確地模擬城市空間的擴(kuò)展。此外，現(xiàn)有成果大多集中于小尺度下的單體城市及都市區(qū)的研究[20-23]，對(duì)于大尺度下流域內(nèi)部城市群的研究卻鮮見(jiàn)紙端?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】近年來(lái)，贛江上游流域由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，城市空間擴(kuò)展明顯，大量不透水面作為城市景觀取代其他自然景觀，給流域生態(tài)安全環(huán)境帶來(lái)了一定程度的影響。本研究以贛江上游流域?yàn)檠芯繀^(qū)，通過(guò)改進(jìn)后的城市擴(kuò)展模擬生態(tài)阻力面模型，對(duì)大尺度下流域內(nèi)部城市群的城市擴(kuò)展進(jìn)行模擬，以期為其城市空間發(fā)展規(guī)劃及生態(tài)保護(hù)研究提供科學(xué)的指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

贛江上游流域地處江西省南部，位于24°29′～27°09′N，113°54′～116°38′E，屬我國(guó)東南沿海區(qū)域向中部?jī)?nèi)陸延伸的過(guò)渡地帶，同時(shí)還是內(nèi)地通往東南沿海的重要通道[24]，對(duì)于區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的交通意義。贛江上游流域總面積為35 699 km2，贛州市除尋烏縣及定南縣外，章貢區(qū)、贛縣等其他16 個(gè)縣區(qū)均屬于贛江上游流域，占贛州市總面積的90.65%。贛江上游流域?qū)儆趤啛釒夂?，雨量充沛，溪水密布；地形特點(diǎn)中部低，四周高，多山地丘陵，整體呈現(xiàn)出山地環(huán)繞，河流縱橫的特點(diǎn)。贛江上游流域是江西母親河贛江的發(fā)源地，承擔(dān)著維系整個(gè)贛江流域生態(tài)環(huán)境的作用，對(duì)于江西生態(tài)環(huán)境的調(diào)節(jié)具有重要的地位。近年來(lái)，隨著贛州市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，頻繁的工業(yè)活動(dòng)造成贛江上游流域的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[25]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要數(shù)據(jù)來(lái)源如下，遙感影像（表1）以及DEM 數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/）；土地利用類型、河流數(shù)據(jù)均來(lái)源于江西省土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)，交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)來(lái)源于電子地圖數(shù)據(jù)集（http://www.tianditu.gov.cn/）；地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)源于江西省自然資源廳；降水及氣溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（https://data.cma.cn/）；土壤數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心的土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)以及歷史洪災(zāi)數(shù)據(jù)來(lái)源于江西省統(tǒng)計(jì)年鑒、贛州市統(tǒng)計(jì)年鑒以及水文年鑒等。

圖1 研究區(qū)域范圍示意圖Fig.1 The spatial layout of the study area

2 研究方法

2.1 線性光譜混合模型

LSMA（linear spectral mixture analysis）模型具有較好的理論基礎(chǔ)和算法框架，是目前廣泛使用的不透水面反演算法[26]。因此本文選用線性光譜混合模型對(duì)研究區(qū)的城市不透水面進(jìn)行解譯。LSMA 模型的原理是將像元在某一光譜波段的反射率作為由構(gòu)成像元的各組分占像元面積為權(quán)重系數(shù)的線性組合[27]，其模型構(gòu)成如下：

式中，Ra是影像a波段的反射率；N是終端地類的數(shù)目；f i是終端地類i的權(quán)重；Ri，a是終端地類i在a波段的反射率；ea是殘差。

2.2 城市擴(kuò)展模擬的生態(tài)阻力面模型

最小累積阻力面模型（MCR）最早由Knappen提出用以研究物種擴(kuò)散的過(guò)程，后廣泛應(yīng)用于一些生態(tài)領(lǐng)域，例如物種保護(hù)或是景觀格局研究。近年來(lái)，一些學(xué)者嘗試將MCR 模型應(yīng)用于城市空間擴(kuò)展的模擬研究中。由于考慮到不同區(qū)位條件下城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在一定差異，同一研究區(qū)內(nèi)不同等級(jí)的擴(kuò)展源具有不同的擴(kuò)展能力，葉玉瑤基于MCR 模型提出了一種適用于城市擴(kuò)展模擬的生態(tài)阻力面模型（urban expansion ecological resistance，UEER），該模型基于MCR 模型引入不同等級(jí)“源”的相對(duì)阻力因子Kj。考慮到贛江上游流域各城市發(fā)展能力存在較大差異，選取改進(jìn)后的MCR模型，旨在更加準(zhǔn)確地反映各源的擴(kuò)展能力，反映城市擴(kuò)展的過(guò)程。其計(jì)算公式為：

式中：UEER是城市擴(kuò)展源在擴(kuò)展過(guò)程中需要克服的最小累計(jì)阻力值；Dij表示源j到達(dá)景觀單元i所需穿越的空間距離；Ri表示某景觀單元i對(duì)城市擴(kuò)展過(guò)程的阻力系數(shù)；Kj表示源j的相對(duì)阻力因子，與城市源的擴(kuò)展能力有關(guān)，擴(kuò)展能力較強(qiáng)的城市源則具有較小的阻力因子；f是個(gè)未知的負(fù)函數(shù)；min 表示某景觀單元對(duì)不同源所取的最小累積阻力值。

2.2.1 城市擴(kuò)展“源”的分級(jí)“源”是物種擴(kuò)散的起點(diǎn)與核心，具有向周圍擴(kuò)散以及吸引的能力，對(duì)于物種的維持和擴(kuò)散具有重要的意義[28]。同理，城市的擴(kuò)張過(guò)程可以看作是城市用地作為“源”向四周擴(kuò)散并占用其他景觀類型的過(guò)程，因此本文選取贛江上游流域的城市不透水面作為城市擴(kuò)展源，根據(jù)研究區(qū)各縣區(qū)的發(fā)展?jié)摿σ约敖?jīng)濟(jì)水平等差異，對(duì)城市擴(kuò)展源進(jìn)行等級(jí)劃分。劃分依據(jù)主要參考《贛州市域總體規(guī)劃（2017—2035）》中對(duì)于城鎮(zhèn)規(guī)模等級(jí)劃分的結(jié)果，并綜合贛江上游各縣區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平，將贛江上游流域城市不透水面的擴(kuò)展能力進(jìn)行分級(jí)。根據(jù)相關(guān)研究[12，29-30]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，本文將一級(jí)源的阻力系數(shù)設(shè)定為0.85，二級(jí)源為0.90，三級(jí)源為0.95，四級(jí)源為1.0，具體結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 研究區(qū)城市擴(kuò)展“源”分級(jí)Tab.1 The classification of urban expansion sources in study area

2.2.2 城市擴(kuò)展的綜合阻力面構(gòu)建 本文根據(jù)贛江上游的實(shí)際情況，參考相關(guān)研究，從城市擴(kuò)展的本底條件、區(qū)位動(dòng)力、生態(tài)阻力三大類因素考慮，選用10個(gè)指標(biāo)構(gòu)建城市擴(kuò)展阻力面模型的指標(biāo)體系，指標(biāo)權(quán)重采用專家打分法確定（表2）。

表2 研究區(qū)綜合阻力面評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.2 Comprehensive resistance surface evaluation index system of study area

生態(tài)阻力的構(gòu)建方法較為復(fù)雜，本文結(jié)合贛江上游流域水網(wǎng)密集以及地勢(shì)起伏大的特點(diǎn)，從地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、水土保持重要性、洪澇災(zāi)害頻發(fā)性、水源敏感性、生物多樣性等角度構(gòu)建其生態(tài)阻力評(píng)價(jià)體系：

（1）地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性。地質(zhì)災(zāi)害是山區(qū)常見(jiàn)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，包括崩滑流、地面塌陷以及地震等類型。一方面，贛江上游流域此類地形起伏度大，山地特征明顯，在城市擴(kuò)展的建設(shè)中可能會(huì)存在潛在的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，危及人員安全；更重要的是，在地質(zhì)條件本就脆弱的區(qū)域進(jìn)行城市擴(kuò)展建設(shè)，往往會(huì)破壞原本岌岌可危的生態(tài)系統(tǒng)，加劇區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化。本研究中地質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性主要參考國(guó)土空間規(guī)劃雙評(píng)價(jià)的研究思路，考慮區(qū)域活動(dòng)斷層風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、地震風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、崩滑流易發(fā)程度以及地面塌陷易發(fā)程度，取最大影響的災(zāi)害等級(jí)作為區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度等級(jí)。

（2）水土保持重要性是生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)結(jié)構(gòu)與過(guò)程作用來(lái)減少由于水蝕所導(dǎo)致的土壤侵蝕的功能。城市的擴(kuò)展過(guò)程往往會(huì)因開(kāi)挖行為破壞原始的植被層，甚至對(duì)地表的土層造成影響，加劇水土流失[31]。為了避免城市擴(kuò)展過(guò)程帶來(lái)的破壞性，本次研究采用修正通用水土流失方程RUSLE 模型對(duì)贛江上游流域的水土保持重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)，公式如下：

式中，Ac為水土保持量；Ap為潛在土壤侵蝕量；Ar為實(shí)際土壤侵蝕量；R為降雨侵蝕力因子；K為土壤可蝕性因子；L、S為地形因子，L表示坡長(zhǎng)因子，S表示坡度因子；C為植被覆蓋因子，P因子由于數(shù)據(jù)獲取受限，統(tǒng)一設(shè)置為1。

（3）洪澇災(zāi)害頻發(fā)性[32]。由于相關(guān)數(shù)據(jù)收集的局限性，本文洪澇災(zāi)害頻發(fā)性的結(jié)果來(lái)源于贛州市統(tǒng)計(jì)年鑒以及水文年鑒的歷史洪災(zāi)數(shù)據(jù)（2005—2015），首先將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)賦值于對(duì)應(yīng)的觀測(cè)站點(diǎn)，通過(guò)反距離權(quán)重法構(gòu)建區(qū)域洪澇災(zāi)害頻發(fā)情況的柵格面。

（4）水源敏感性。水源對(duì)于整個(gè)研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的維系和調(diào)節(jié)具有著重要的作用[33]。水源敏感性的結(jié)果是根據(jù)距離水源遠(yuǎn)近進(jìn)行為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，距離水源越近水源敏感性越高。

（5）生物多樣性。生物多樣性是區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要參考指標(biāo)，是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量好壞的直接體現(xiàn)[34]，城市的建設(shè)過(guò)程中應(yīng)最大限度地減少對(duì)于生物多樣性的破壞，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。本文采用NPP定量指標(biāo)評(píng)估法對(duì)生物多樣性進(jìn)行評(píng)估，具體計(jì)算公式如下：

式中：Sbio為生物多樣性維護(hù)服務(wù)能力指數(shù)，NPPmean為多年植被凈初級(jí)生產(chǎn)力平均值，F(xiàn)pre為多年平均降水量，F(xiàn)tem為多年平均氣溫，F(xiàn)alt為海拔因子。

圖2 各因子阻力面情況Fig.2 The resistance surfaces of each factor

3 結(jié)果與分析

3.1 不透水面分布情況

將利用LSMA 模型提取的不透水面按照擴(kuò)展能力進(jìn)行分級(jí)，得到各級(jí)源的空間分布圖（圖3）。2018年贛江上游不透水面總面積為466.04 km2，不透水面主要分布在章貢區(qū)及南康區(qū)，面積分別為113.98 km2及82.91 km2，占區(qū)域不透水面的42.25%，該區(qū)域城市擴(kuò)展的能力較強(qiáng)，屬于一級(jí)擴(kuò)展源；而崇義縣及全南縣不透水面面積分布較少，僅為5.40 km2及7.43 km2，占總面積的2.75%，不透水面的覆蓋程度遠(yuǎn)低于其他區(qū)域（圖4），屬于擴(kuò)展能力最弱的四級(jí)源。

圖3 研究區(qū)城市擴(kuò)展源分級(jí)Fig.3 Classification of the urban expansion source in the study area

圖4 各區(qū)域不透水面面積及占比Fig.4 Impervious surface area and its proportion in study area

3.2 城市擴(kuò)展的綜合阻力面

整合本底條件、區(qū)位動(dòng)力以及生態(tài)阻力三類因素對(duì)應(yīng)的權(quán)重，構(gòu)建了贛江上游流域城市擴(kuò)展的綜合阻力面（圖5），從阻力面分布的整體情況來(lái)看，研究區(qū)的西部擴(kuò)展的阻力小，東北部擴(kuò)展的阻力值較大。其中章貢區(qū)、南康區(qū)以及信豐縣阻力低值分布較廣且較為連片，尤其是章貢區(qū)，其整體條件利于城市發(fā)生擴(kuò)展；在寧都縣、石城縣、崇義縣及于都縣等區(qū)域，城市擴(kuò)展的阻力值較大且分布較為廣泛，城市的發(fā)展受到一定程度的限制；在瑞金市、會(huì)昌縣、龍南縣等其他區(qū)阻力低值與高值分布較為均衡，且分布較為集中。

圖5 研究區(qū)綜合阻力面Fig.5 Comprehensive resistance surface in study area

3.3 城市擴(kuò)展最小累計(jì)阻力面

根據(jù)擴(kuò)展能力的不同，將LSMA 模型提取的不透水面根據(jù)表2 的結(jié)果劃分為四級(jí)，首先利用ArcGIS 10.5中的COST－DISTANCE 工具分別形成4張不同等級(jí)的阻力面，隨后通過(guò)CELL－STATISTICS 疊加分析計(jì)算各個(gè)柵格的最小阻力值，最后生成研究區(qū)城市擴(kuò)展的最小累計(jì)阻力面（圖6）。

圖6 城市擴(kuò)展最小累計(jì)阻力面Fig.6 The minimal cumulative resistance surface of urban expansion

總體上阻力面圍繞擴(kuò)展源呈現(xiàn)出向外不斷增大的變化趨勢(shì)，擴(kuò)展路徑就近選擇阻力值較小的區(qū)域進(jìn)行侵占，因受到阻力基面空間異質(zhì)性的影響，在綜合阻力面較大的區(qū)域城市擴(kuò)展的最小累計(jì)阻力迅速增加，甚至發(fā)生阻力突變。城市擴(kuò)展阻力的高值突變區(qū)主要分布在寧都縣北部的大部分區(qū)域，興國(guó)縣的西北部，上猶縣、崇義縣的西部，南康區(qū)的北部；在大余縣的西部有少量分布，于都縣南部及安遠(yuǎn)縣的北部也有少量突變高值區(qū)聚集分布。

以最小累積阻力面為根據(jù)，劃分城市空間擴(kuò)展建設(shè)的范圍。首先通過(guò)判別最小累積阻力值（像元值）與用地面積（柵格數(shù)量）的直方圖中阻力閾值確定突變點(diǎn)[35-36]，根據(jù)突變點(diǎn)的情況劃分出研究區(qū)城市空間分區(qū)的情況（圖7），將研究區(qū)域劃分為低阻力值區(qū)、中阻力值區(qū)、較高阻力值區(qū)及高阻力值區(qū)，并統(tǒng)計(jì)區(qū)域面積及比例（表2）。

圖7 研究區(qū)城市空間分區(qū)Fig.7 The layout of urban space zone in study area

表3 研究區(qū)城市空間分區(qū)面積統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistical table of urban space zoning in study area

贛江上游流域低阻力值區(qū)面積為10 551.95 km2，占區(qū)域總面積的29.54%，主要分布在地勢(shì)平坦、人類活動(dòng)較頻繁且生態(tài)環(huán)境不敏感的區(qū)域，集中分布在現(xiàn)有不透水面的周圍，是城市擴(kuò)展建設(shè)中需要重點(diǎn)優(yōu)化的區(qū)域，在該區(qū)域可以通過(guò)合理建設(shè)提高城市發(fā)展的經(jīng)濟(jì)水平；中阻力值區(qū)面積為9 594.63 km2，占全域面積的26.86%，分布在低阻力值區(qū)的外圍，屬于城市空間與生態(tài)空間的緩沖區(qū)，可緩解城市開(kāi)發(fā)對(duì)于外部生態(tài)環(huán)境的破壞，原則上以生態(tài)保護(hù)為主要目的，避免城市空間的建設(shè)；較高阻力值區(qū)面積為11 662.87 km2，在這些區(qū)域有些是本底條件和區(qū)位動(dòng)力不利于城市空間的擴(kuò)展，有些則是區(qū)域生態(tài)環(huán)境較為敏感，強(qiáng)行擴(kuò)展會(huì)給生態(tài)壞境帶來(lái)影響，需要限制城市空間的開(kāi)發(fā)建設(shè)；禁止開(kāi)發(fā)區(qū)面積為3 911.44 km2占全域面積的10.95%，在此類區(qū)域距海拔較高，地形復(fù)雜，距離現(xiàn)有城市空間較遠(yuǎn)，生態(tài)環(huán)境受到較好的保護(hù)，生態(tài)價(jià)值較高，為了保障城市建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)環(huán)境的健康穩(wěn)定，在該區(qū)域禁止城市的開(kāi)發(fā)建設(shè)，實(shí)行最為嚴(yán)格的用地保護(hù)。

3.5 城市擴(kuò)展情況模擬

根據(jù)現(xiàn)有的國(guó)土空間管制政策，基本農(nóng)田保護(hù)紅線、生態(tài)保護(hù)紅線是制約城市無(wú)序擴(kuò)張的重要因素，為了更好地模擬贛江上游流域城市擴(kuò)張的情況，本研究將基本農(nóng)田保護(hù)紅線、生態(tài)保護(hù)紅線作為贛江上游流域城市擴(kuò)張的剛性約束，以此作為城市生態(tài)安全最基本的保障，并在ArcGIS中將這些區(qū)域柵格賦值為-9 999。

贛江上游流域基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)分布較為零散，各個(gè)區(qū)域都有分布，圖斑較為破碎，占地面積為3 088.55 km2；生態(tài)保護(hù)紅線主要分布在贛江上游流域的西南部以及東北部，中心區(qū)域分布較為零散，總面積為10 254.55 km2（圖8）。

圖8 生態(tài)保護(hù)紅線和永久基本農(nóng)田分布Fig.8 The layout of the ecological protection red Line and the permanent basic farmland

將生態(tài)保護(hù)紅線和永久基本農(nóng)田組成的生態(tài)屏障與贛江上游城市擴(kuò)展的最小累計(jì)阻力面研究成果相結(jié)合，設(shè)置生態(tài)保護(hù)紅線和永久基本農(nóng)田為限制擴(kuò)張區(qū)域，并利用柵格重分類方法設(shè)定擴(kuò)展面積與研究區(qū)域的比例，模擬贛江上游流域城市不透水面擴(kuò)展至600，800，1 000 km2的情況。

圖9a 能夠反映城市不透水面增長(zhǎng)不同規(guī)模時(shí)的城市空間形態(tài)與邊界，城市發(fā)展的總體方向符合現(xiàn)有“東控、南拓、西進(jìn)、北優(yōu)”的規(guī)劃布局（圖9c）。南康區(qū)、章貢區(qū)及贛縣區(qū)逐漸形成一體的城市群落，城際之間道路的連通性逐漸增強(qiáng)，較好地順應(yīng)《贛州市城市總體規(guī)劃（2017—2035年）》中提出的五區(qū)（南康區(qū)、章貢區(qū)、贛縣區(qū)、蓉江新區(qū)及贛州經(jīng)開(kāi)區(qū)）“統(tǒng)籌、分工、協(xié)調(diào)、連接”的發(fā)展思想（圖9b，圖9c）。

圖9 贛江上游城市擴(kuò)展情況Fig.9 Simulation of urban expansion in the study area

表4反映了研究區(qū)城市在受到生態(tài)屏障影響時(shí)，擴(kuò)展至不同面積時(shí)的面積，及各區(qū)域城市發(fā)展規(guī)模與其對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。章貢區(qū)的擴(kuò)展強(qiáng)度最大，當(dāng)模擬規(guī)模達(dá)到600 km2時(shí)，其擴(kuò)展面積達(dá)到138.49 km2，擴(kuò)展強(qiáng)度達(dá)到28.50%，當(dāng)模擬面積達(dá)到800 km2時(shí)，擴(kuò)展面積為166.13 km2，擴(kuò)展強(qiáng)度高達(dá)34.19%；南康區(qū)擴(kuò)展強(qiáng)度雖低于章貢區(qū)，但3次模擬的擴(kuò)展強(qiáng)度仍遠(yuǎn)高于研究區(qū)其他區(qū)域，可見(jiàn)章貢區(qū)與南康區(qū)的城市源不僅擴(kuò)展能力強(qiáng)，而且擴(kuò)展所受到的阻力小，城市發(fā)展空間較為充足，是贛江上游流域未來(lái)城市空間擴(kuò)展的重點(diǎn)區(qū)域，需要合理規(guī)劃城市空間；信豐縣及大余縣城市擴(kuò)展源的能力不強(qiáng)，分別所屬三級(jí)源以及四級(jí)源，但其擴(kuò)展所受的整體阻力較小，3次擴(kuò)展模擬的強(qiáng)度分別為1.31%，1.68%，2.09%；以及1.03%，1.39%，1.76%，存在一定數(shù)量的后備城市空間，可根據(jù)其自身發(fā)展能力適當(dāng)提高城市用地的開(kāi)發(fā)程度，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展；崇義縣、安遠(yuǎn)縣、全南縣城市擴(kuò)展源的能力較小，都屬于四級(jí)擴(kuò)展源，且擴(kuò)展的后備城市用地存量不足，高阻力值的生態(tài)用地?cái)?shù)量大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)強(qiáng)度不應(yīng)超過(guò)生態(tài)環(huán)境所能承載的最大限度，避免強(qiáng)行開(kāi)發(fā)帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境破壞。

表4 城市擴(kuò)展模擬情況Tab.4 Results of urban expansion simulations

4 結(jié)論與討論

本文以LSMA模型解譯的贛江上游流域的城市不透水面為擴(kuò)展源，基于UEER 模型，從本底條件、區(qū)位動(dòng)力、生態(tài)阻力3個(gè)方面考慮坡度、高程、土地利用類型、距中心城區(qū)距離、距路網(wǎng)距離、水源敏感性、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、水土保持重要性、洪澇災(zāi)害頻發(fā)性以及生物多樣性構(gòu)建了城市空間擴(kuò)展的最小阻力面，根據(jù)最小累計(jì)阻力面的結(jié)果進(jìn)行城市建設(shè)分區(qū)的劃分，并將其應(yīng)用于贛江上游城市空間的實(shí)際模擬中，研究結(jié)果表明：

（1）不透水面總面積為466.04 km2，占區(qū)域總面積的1.33%。其中章貢區(qū)與南康區(qū)不透水面覆蓋程度較高，全南縣以及崇義縣較低。

（2）贛江上游城市空間擴(kuò)展的綜合阻力面整體呈現(xiàn)出西部阻力小、東北部阻力高的特點(diǎn)，表明研究區(qū)中西部易于城市擴(kuò)展，而東北部城市擴(kuò)展在一定程度上受到阻礙；以不透水面為擴(kuò)展源，綜合阻力面為阻力基面的情況下，得到贛江上游城市空間擴(kuò)展的最小累計(jì)阻力面，以此構(gòu)建研究區(qū)城市空間建設(shè)分區(qū)情況：低阻力值區(qū)面積為10 551.95 km2，占區(qū)域總面積的29.54%，緩沖開(kāi)發(fā)區(qū)面積為9 594.63 km2，占區(qū)域總面積26.86%，限制開(kāi)發(fā)區(qū)面積占區(qū)域總面積32.65%，禁止開(kāi)發(fā)區(qū)為10.95%。

（3）利用構(gòu)建的最小累計(jì)阻力模型，模擬贛江上游城市空間擴(kuò)展至600，800，1 000 km2的情況，研究區(qū)整體擴(kuò)展情況符合城市的發(fā)展規(guī)劃布局。章貢區(qū)及南康區(qū)城市空間的擴(kuò)展強(qiáng)度較大，城市發(fā)展的后備土地資源較為充足；崇義縣、安遠(yuǎn)縣、全南縣城市空間擴(kuò)展強(qiáng)度較小，在城市建設(shè)中不宜過(guò)度開(kāi)發(fā)。

城社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展促使人類對(duì)于建設(shè)用地的需求與日俱增，城市空間與生態(tài)空間的矛盾日益凸顯，大量人工硬質(zhì)表面侵占生態(tài)空間，導(dǎo)致了物種多樣性降低甚至是生態(tài)環(huán)境失衡等一系列問(wèn)題。綜上所述，城市空間構(gòu)建是權(quán)衡社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境維護(hù)間博弈的結(jié)果，因此，如何科學(xué)準(zhǔn)確地對(duì)于城市未來(lái)發(fā)展的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，探索更加科學(xué)合理的城市擴(kuò)張方式則顯得十分重要，城市空間構(gòu)建歸根結(jié)底是權(quán)衡社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境維護(hù)間博弈的結(jié)果。本文將城市空間擴(kuò)展的本底條件、區(qū)位動(dòng)力以及生態(tài)約束放在同一個(gè)框架下研究城市擴(kuò)展，可以較好地將城市擴(kuò)展的內(nèi)生機(jī)制和外部約束有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，理論意義上更加加強(qiáng)了文章的理論指導(dǎo)性，有效引導(dǎo)城市空間向阻力負(fù)荷最小的方向發(fā)生擴(kuò)展，有助于突出研究的區(qū)域發(fā)展特色，利于指導(dǎo)城市空間發(fā)展規(guī)劃，使得研究結(jié)果更加符合區(qū)域發(fā)展的情況。但本文也存在一些不足，因受到有關(guān)技術(shù)和數(shù)據(jù)的限制，本文構(gòu)建的指標(biāo)體系還不夠全面，在內(nèi)在驅(qū)動(dòng)因素上的選取僅考慮了影響較為重要的區(qū)位動(dòng)力，雖然在劃分?jǐn)U展源的等級(jí)時(shí)有考慮到人均GDP、人口密度等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素以及規(guī)劃文件中城市建設(shè)重點(diǎn)區(qū)域劃定等政策因素，但是這種定性地考慮較為粗略，有一定的改進(jìn)空間。城市空間擴(kuò)展的綜合阻力面構(gòu)建是本研究的關(guān)鍵，影響著未來(lái)城市空間的劃定，因此，如何優(yōu)化城市空間擴(kuò)展的綜合阻面構(gòu)建，設(shè)置更為準(zhǔn)確合理的指標(biāo)體系，將其更好地投入實(shí)踐中，是本文需要繼續(xù)深入研究的方向。