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        成都城市群城鎮(zhèn)用地時空變化分析

        2022-12-21 11:56李昭穎曹良中
        綠色科技 2022年22期
        關(guān)鍵詞:建成區(qū)城市群城鎮(zhèn)

        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。

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