李昭穎，王 妍，曹良中

(九江學(xué)院，江西 九江 332005)

1 引言

城鎮(zhèn)用地變化是城鎮(zhèn)化推進的重要體現(xiàn)。通過闡述城鎮(zhèn)用地變化特征，能有效揭示自然環(huán)境和人類活動相互作用的程度，是實現(xiàn)從數(shù)據(jù)收集到知識凝練，理解城鎮(zhèn)土地時空格局變化對城鎮(zhèn)發(fā)展進程的響應(yīng)，探索區(qū)域城鎮(zhèn)化背景下城鎮(zhèn)土地利用最優(yōu)格局的重要樞紐。

國內(nèi)外對城鎮(zhèn)用地時空格局量化描述的研究主要集中在以下2個方面。

(1)測度指數(shù)分析?；贕IS和數(shù)理統(tǒng)計方法構(gòu)建定量化指數(shù)模型描述城市土地利用的變化特征，主要包括不同土地利用類型面積變化的幅度、速率等指數(shù)的建立與分析[1～3]，推動著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，學(xué)者們更側(cè)重于描述城市擴張的速率和范圍變化等特征[4～6]。測度指數(shù)多樣實用，為深入探索城鎮(zhèn)空間演化過程提供了研究基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

(2)城鎮(zhèn)空間擴張模式研究。城市空間擴張模式是對擴張演變過程類型的總結(jié)，對城市理論的驗證和城市發(fā)展的合理性分析有重要意義。國外關(guān)于城鎮(zhèn)擴張模式的研究由來已久，早期學(xué)者通過大量案例從宏觀擴張形態(tài)上進行歸納和總結(jié)，認(rèn)為有同心圓、多核及扇形等多種擴張模式。由于缺少對城市內(nèi)部微觀擴張的考慮，隨后學(xué)者們對擴張模式不斷有新的定義。Forman[7]從景觀生態(tài)學(xué)角度出發(fā)將擴張模式劃分為邊緣、廊道、單核、多核和散布式5種類型；Clarke等[8]基于SLEUTH城市擴張模型提出了自發(fā)式、新中心式、邊緣式和道路引力式4種擴張模[9～11]，與Forman相似；Wilson等[9～11]從景觀生態(tài)學(xué)出發(fā)，通過設(shè)定規(guī)則識別城市斑塊增長類型，包括填充、擴張和飛地式，其中又將飛地式細分為孤立、線性和組團式分支擴張[12]。此后，這些模式被廣泛應(yīng)用于國外城鎮(zhèn)擴張研究中。

國內(nèi)學(xué)者關(guān)于城市空間擴張模式也有很多實例研究，由于地域和發(fā)展水平差異，不同地區(qū)城市擴張呈現(xiàn)出不同的特征模式[13～15]。隨著研究的深入，研究對象不僅限于單個城市，對于區(qū)域?qū)用娴难芯恐鸩皆龆?，且多城市共性及差異研究成果日趨豐富[16～18]，普遍認(rèn)為城市空間擴張模式主要有以下3種：填充式、邊緣式和飛地式，其他模式均可視為這3種基本模式的變種或者混合體[19，20]。

城鎮(zhèn)用地變化作為城鎮(zhèn)化時空格局演變最直接的表現(xiàn)，其測度指數(shù)和擴張模式分析的側(cè)重點雖各有不同，但均是城市化時空演變特征描述中的重要組成部分。城市系統(tǒng)是一個多尺度且極具空間異質(zhì)性的“社會-經(jīng)濟-自然”復(fù)合體，通過綜合運用遙感、GIS技術(shù)分析方法，從不同角度和不同尺度定量分析和理解城市系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)性，更有助于揭示城市化中復(fù)雜的多尺度格局過程間的相互關(guān)系。而目前較多研究仍僅從獨立個體城鎮(zhèn)時空格局演變進行分析，缺乏針對城市群的面向區(qū)域聯(lián)動的時空分析框架。因此，深入探索和總結(jié)城市群城鎮(zhèn)時空格局演變特征與規(guī)律，開展面向城市群的區(qū)域城鎮(zhèn)時空格局特征分析十分必要。

2 研究區(qū)域概況與研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

成都市位于中國西南地區(qū)，是中國西部經(jīng)濟第一大省四川省的省會城市，全市覆蓋12個市轄區(qū)、5個縣級市、3個縣。改革開放以來，成都市城市發(fā)展擴增顯著，在區(qū)域聯(lián)動影響下，成都市在快速發(fā)展的同時，也同步驅(qū)動綿陽、遂寧、樂山等周邊衛(wèi)星城市城鎮(zhèn)用地面積不斷擴增。截至2020年，成都城市群城鎮(zhèn)化率超過65%。

根據(jù)城市的城鎮(zhèn)用地規(guī)模及行政級別差異，將成都城市群范圍內(nèi)的城市劃分以下4個層級(表1)，并從城市群全局視角及不同層級城市的視角對成都城市群1980年份以來的城鎮(zhèn)用地變化分析。

表1 成都城市群城鎮(zhèn)分級

2.2 數(shù)據(jù)來源

由于研究區(qū)范圍大，本文選擇采用中等分辨率陸地資源衛(wèi)星(Landsat)影像作為主要的光學(xué)遙感數(shù)據(jù)源，為收集1983年至今覆蓋研究區(qū)的Landsat時間序列數(shù)據(jù)，選擇成都城市群覆蓋范圍內(nèi)含云量<10%的Landsat多波段數(shù)據(jù)，共采用Landsat4-5 TM、Landsat7 ETM、Landsat7 ETM+和Landsat 8 OLI 4種傳感器采集的衛(wèi)星光學(xué)影像。

2.3 研究方法

本文采用遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)空間分析方法，對各時期遙感影像解譯提取城鎮(zhèn)用地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，然后進行波段數(shù)據(jù)融合，統(tǒng)一空間分辨率，再進行裁剪，最后提取成都城市群城鎮(zhèn)用地信息。分析研究期內(nèi)成都城市群城鎮(zhèn)土地利用變化特征和規(guī)律以及城鎮(zhèn)空間擴張的現(xiàn)狀及規(guī)律，量化城鎮(zhèn)擴張指標(biāo)進一步分析城市群城鎮(zhèn)用地時空格局演變特征。

2.3.1 城市擴張強度指數(shù)

城市擴張強度指數(shù)是一種通用的描述城市擴張水平的指標(biāo)參數(shù)[21～23]。本文采用其對成都城市群不同時間段的城鎮(zhèn)用地面積擴張的強度進行定量描述。城市擴張強度指數(shù)公式如下：

(1)

式(1)中，I為城市擴張強度指數(shù)，ΔUi為某一時間段城鎮(zhèn)用地增長面積，Δt是時間區(qū)間，TLA是城市土地總面積。I越大則說明該時間段內(nèi)土地擴張強度越大，反之越小。

2.3.2 城市緊湊度指數(shù)

該指數(shù)通過城鎮(zhèn)用地土地面積及土地外圍邊界周長計算獲得，用來測度城市城鎮(zhèn)用地空間分布的緊湊程度和飽滿程度，客觀反映城市空間形態(tài)。城市緊湊度指數(shù)公式如下：

(2)

式(2)中，C為城市城鎮(zhèn)用地緊湊度指數(shù)，A為城鎮(zhèn)用地面積，P是城鎮(zhèn)用地外圍邊界周長，C值越大表明城市城鎮(zhèn)發(fā)展越緊湊，反之城鎮(zhèn)發(fā)展形態(tài)越離散。

3 城鎮(zhèn)用地時空變化分析

本文利用成都城市群1980～2020年多期光學(xué)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，在對成都城市群城鎮(zhèn)用地類型細分的基礎(chǔ)上，通過遙感信息提取技術(shù)，計算得到1980年(使用1980s數(shù)據(jù))、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年、2020年共8期成都城市群城鎮(zhèn)用地數(shù)據(jù)，分別從城市群總體和城市群各中心城鎮(zhèn)研究城鎮(zhèn)用地變化。

3.1 城鎮(zhèn)用地分類體系建立

根據(jù)城市群城鎮(zhèn)擴張的用地變化特點，將成都城市群城鎮(zhèn)用地類型分為兩類(表2)。

表2 成都城市群城鎮(zhèn)用地分類說明

3.2 成都城市群城鎮(zhèn)用地變化分析

3.2.1 城市群城鎮(zhèn)擴張總體分析

按成都城市群城鎮(zhèn)用地類型進行時間序列變化分析。近35年以來，成都城市群建成區(qū)面積變化顯著，核心城市、區(qū)域性中心城市、地方性中心城市及一般縣市的城鎮(zhèn)建成區(qū)均明顯擴張。由表3可知，成都城市群城鎮(zhèn)建成區(qū)總面積增加1106.21 km2。城市群城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴張強度在不同時間階段內(nèi)表現(xiàn)出差異性,2000年后，成都城市群城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴張加速，2000～2010年期間城市群城鎮(zhèn)建成區(qū)面積增加顯著，2010～2015年間建成區(qū)面積增加出現(xiàn)放緩，在2015～2020年又呈現(xiàn)快速擴張現(xiàn)象。從城市群城鎮(zhèn)建成區(qū)緊湊度指數(shù)來看，城市群覆蓋的縣市總體呈現(xiàn)出建成區(qū)形態(tài)及分布較為零散，且空間格局整體分布穩(wěn)定，緊湊度較低。

表3 1980～2020年成都城市群城鎮(zhèn)建成區(qū)面積及擴張強度

從城市群其他建設(shè)用地的變化(表4)來看，1980～2020年間，成都城市群其他建設(shè)用地面積變化同樣顯著，城市群其他建設(shè)用地從地塊數(shù)量及地塊區(qū)域規(guī)模上明顯提升，其他建設(shè)用地總面積增加919.51 km2。表明過去35年內(nèi)，成都城市群建成區(qū)周邊區(qū)域覆蓋的工業(yè)、建筑等相關(guān)產(chǎn)業(yè)處于適宜的發(fā)展環(huán)境，擴增速度明顯超過建成區(qū)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。同時，其他建設(shè)用地的快速擴增也為超級城市的孕育儲備了巨大潛能。從成都城市群其他建設(shè)用地面積擴張強度指標(biāo)來看，2010～2020年間的擴張強度指數(shù)遠大于2005年之前，特別是2010～2015年間，城市群其他建設(shè)用地面積擴張強度達到頂峰，為近5年城市群建成區(qū)的擴張?zhí)峁┚薮鬂撃苤?。從城市群其他建設(shè)用地緊湊度指數(shù)來看，過去35年間，成都城市群其他建設(shè)用地地塊緊湊度呈線性減小趨勢，表明隨著用地面積不斷新增，成都城市群其他建設(shè)用地愈發(fā)零散擴增，且零散的其他建設(shè)用地主要分布于核心城市、區(qū)域性中心城市及地方性中心城市的周邊，是各城市城鎮(zhèn)建成區(qū)用地面積擴增的前期表現(xiàn)。

表4 1980s至2020年成都城市群其他建設(shè)用地面積及擴張強度

3.2.2 城市群中心城市擴張分析

3.2.2.1 核心城市

成都市作為成都城市群的核心城市，其城鎮(zhèn)用地面積在城市群中占比最大，在成都城市群城鎮(zhèn)擴張整體狀態(tài)導(dǎo)向中發(fā)揮決定性作用。由圖1可知，1980～2020年，城鎮(zhèn)建成區(qū)面積由134.39 km2擴增至831.58 km2，面積增幅超過500%。近10年，成都市城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張強度指數(shù)均值為1，表現(xiàn)出強勁的擴張速率。此外，2005年后，成都市建成區(qū)面積占成都城市群總面積比重超過60%，是成都城市群快速發(fā)展的主力支撐。

圖1 1980～2020年成都市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積及擴張強度

成都市其他建設(shè)用地面面積擴增同樣顯著(圖2)，由僅有的5.28 km2擴增至393.34 km2。同時，成都市其他建設(shè)用地在2005～2010年持續(xù)保持較高水平的擴張強度，使得成都市其他建設(shè)用地在城市群總體占比由17.47%提升至39.86%，并且在2010～2020年的10年內(nèi)，其他建設(shè)用地面積在城市群同類土地利用中持續(xù)保持高占比。

圖2 1980～2020年成都市其他建設(shè)用地面積及擴張強度

3.2.2.2 其他中心城市

(1)從用地面積方面分析。3個區(qū)域性中心城市(綿陽、遂寧、樂山)中，綿陽市作為四川省第二大經(jīng)濟城市，其城鎮(zhèn)建成區(qū)面積及其他建設(shè)用地面積均逐年增加，城鎮(zhèn)建成區(qū)擴增面積為90.93 km2。其他建設(shè)用地面積擴增相對較為明顯，由2.28 km2擴增至91.92 km2。遂寧市位于成都城市群東部，其城鎮(zhèn)建成區(qū)擴增面積為43.7 km2，其他建設(shè)用地擴增面積與綿陽市接近。樂山市作為四川省重要工業(yè)城市，城鎮(zhèn)用地結(jié)構(gòu)與其他地區(qū)級城市有明顯差異，其他建設(shè)用地在城鎮(zhèn)用地的比例接近50%。城鎮(zhèn)建成區(qū)擴增面積為46.58 km2，其他建設(shè)用的面積稍有擴增，但城鎮(zhèn)用地面積擴張主要體現(xiàn)在城鎮(zhèn)建成區(qū)的面積增長。

4個地方性中心城市(德陽、資陽、眉山、雅安)中，德陽市城鎮(zhèn)建成區(qū)擴增面積為46.58 km2，其他建設(shè)用地面積由1.94 km2擴增至72.32 km2，占全市城鎮(zhèn)用地總面積的56.2%，突顯其工業(yè)擴張及建筑擴張?zhí)攸c。資陽市城鎮(zhèn)建成區(qū)擴增面積為24.77 km2，其他建設(shè)用地面積擴增高達100.78 km2，明顯高于建成區(qū)擴增強度，尤其近5年直接擴增56.47 km2。眉山市城鎮(zhèn)建成區(qū)直接擴增面積為56.75 km2，其他建設(shè)用地擴增幅度相較建成區(qū)增幅更大。雅安市城鎮(zhèn)建成區(qū)直接擴增面積為16.26 km2，為城市群各中心城市增幅面積最小的城市，其他建設(shè)用地總面積至2020年仍低于20 km2，整體建設(shè)程度相比城市群內(nèi)其他中心城市較低(圖3、圖4)。

圖3 1980～2020年區(qū)域性、地方性中心城市城鎮(zhèn)建成區(qū)用地面積

圖4 1980～2020年區(qū)域性、地方性中心城市其他建設(shè)用地面積

(2)從用地面積擴張強度指數(shù)分析。3個區(qū)域性中心城市(綿陽、遂寧、樂山)中，綿陽市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴張強度在2005～2010年間有小幅提升，其余階段面積擴張速度較為平穩(wěn)；其他建設(shè)用地2015年后面積擴張強度指數(shù)顯著增大。遂寧市城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張強度在2000～2010年，由0.06提升至0.2，面積擴張明顯，近5年面積擴張強度指數(shù)為0.24，達到歷史峰值。其他建設(shè)用地面積擴張強度指數(shù)在2010～2015年間達到峰值，為遂寧市城鎮(zhèn)建成區(qū)貢獻大量擴張儲備，直接刺激3遂寧市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴增。樂山市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴張強度指數(shù)在2010～2015年度指數(shù)為0.31，達到歷史峰值，其他建設(shè)用地面積擴張強度指數(shù)變化不大。

4個地方性中心城市(德陽、資陽、眉山、雅安)中，德陽市一直保持較高的城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張強度，由于優(yōu)越的地理區(qū)域優(yōu)勢，2015～2020年間城鎮(zhèn)建成區(qū)用地面積擴張強度指數(shù)達到歷史擴張峰值；其他建設(shè)用地面積擴張強度指數(shù)在2010～2015年間為0.82，為隨后城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張?zhí)峁┣捌趦?。資陽市用地面積擴張強度變化不明顯，表明城鎮(zhèn)建成區(qū)發(fā)展為緩慢擴增型，但其他建設(shè)用地面積擴增強度明顯高于建成區(qū)擴增強度。眉山市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴張強度保持低值水平，2000年后，臨近成都南郊區(qū)域的其他建設(shè)用地新增及擴增明顯。雅安市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴張強度指數(shù)基本保持低值水平，擴張速率較低，說明雅安市城鎮(zhèn)建成區(qū)擴增幅度低于城市群整體擴增水平，其他建設(shè)用地方面，與城市群整體增幅也具有一定差距(圖5、圖6)。

圖5 1980～2020年區(qū)域性、地方性中心城市城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)用地面積擴張強度指數(shù)

(3)從城市群占比方面分析。3個區(qū)域性中心城市(綿陽、遂寧、樂山)中，綿陽市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積除1980和1990年在城市群中占比較高外，基本保持在10%上下，其他建設(shè)用地面積占城市群其他建設(shè)用地面積比例自2000年后有所提升，近20年基本保持在10%上下。遂寧市城鎮(zhèn)建成區(qū)在城市群同類地塊的面積占比變化不大，2000年后遂寧市其他建設(shè)用地面積在城市群中的占比躍升至11.24%，之后保持在10%上下，表明遂寧市在2000年后處于城市群主力建設(shè)區(qū)域之一。樂山市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積在城市群同類地塊的占比基本保持在3%上下，其他建設(shè)用地占城市群比例由54.88%下降到5.36%，說明城鎮(zhèn)用地擴增由工業(yè)用地為主導(dǎo)的傳統(tǒng)工業(yè)城市正在逐步向人居城市轉(zhuǎn)型。

4個地方性中心城市(德陽、資陽、眉山、雅安)，德陽市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積在城市群城鎮(zhèn)建成區(qū)總面積占比保持在4%上下；2010～2015年間其他建設(shè)用地占比達到9.27%，為德陽市其他建設(shè)用地面積在城市群同類地塊面積的歷史最高的占比。資陽市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積占比逐年下滑，說明資陽市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴增速率低于城市群城鎮(zhèn)建成區(qū)整體增幅水平。眉山市自2000年后其他建設(shè)用地面積在城市群同類地塊中的占比明顯提升，特別是2015～2020年臨近成都南郊區(qū)域，其他建設(shè)用地新增及擴增明顯。雅安市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積與其他建設(shè)用地面積在城市群城鎮(zhèn)建成區(qū)總面積的占比逐年降低(圖7、圖8)。

圖7 1980～2020年區(qū)域性、地方性中心城市城鎮(zhèn)建設(shè)區(qū)用地面積城市群占比

圖8 1980～2020年區(qū)域性、地方性中心城市其他建設(shè)用地面積城市群占比

1980年至今，成都城市群各中心城市在城鎮(zhèn)建成區(qū)及其他建設(shè)用地面積擴張方面具有一定規(guī)律性，成都市作為成都城市群的核心城市，2005年后進入快速發(fā)展階段，其建成區(qū)及其他建設(shè)用地面積擴張的規(guī)模和強度遠超城市群整體平均發(fā)展水平。在城市群核心城市的發(fā)展驅(qū)動下，多數(shù)中心城市于2005年后開始進入城鎮(zhèn)用地擴張加速期，部分傳統(tǒng)工業(yè)城市(如樂山)的城鎮(zhèn)用地擴張正在逐步從工業(yè)用地主導(dǎo)向人居城市發(fā)展轉(zhuǎn)型。

4 結(jié)論

通過利用成都城市群多年光學(xué)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，經(jīng)遙感信息提取技術(shù)和地理信息空間分析技術(shù)，計算成都城市群長時間序列城鎮(zhèn)擴張面積、城鎮(zhèn)擴張強度、城市緊湊度等數(shù)據(jù)，研究結(jié)果表明：

(1)近35年(1980～2020年)以來，成都城市群建成區(qū)面積變化顯著，核心城市、區(qū)域性中心城市、地方性中心城市及一般縣市的城鎮(zhèn)建成區(qū)均明顯擴張。

(2)2005年之后，成都城市群在成都市快速發(fā)展的驅(qū)動下，各中心城市也相應(yīng)出現(xiàn)城鎮(zhèn)用地加速擴張的拐點。

(3)部分傳統(tǒng)工業(yè)城市(如樂山市)的城鎮(zhèn)用地擴張正在逐步從工業(yè)用地主導(dǎo)向人居城市發(fā)展轉(zhuǎn)型。

(4)城鎮(zhèn)用地擴張進程中，城鎮(zhèn)其他建設(shè)用地面積的擴張及擴張強度變化，與城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張在時間和空間上出現(xiàn)此消彼長，說明城鎮(zhèn)其他建設(shè)用地是城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張的重要儲備來源。