锦州－葫芦岛沿海地区空间扩展态势的模拟预测与分析

苏 雷

（1.中国科学院沈阳应用生态研究所 森林与土壤生态国家重点实验室，辽宁 沈阳 110164；2.辽宁省葫芦岛市城乡规划设计院，辽宁 葫芦岛 125001）

城市空间扩展是城市生长的需求和体现，是城市土地利用变化最为直接的表现形式，也是城市化过程空间布局与结构变化的综合反映.随着全球城市化的推进，城市空间扩展已经成为国内外城市发展研究中的热点领域［1］.锦州－葫芦岛沿海地区（以下简称锦葫沿海地区）位置优势明显，既是经济热点区域，又是生态敏感区域，因此选择锦葫沿海地区作为研究区域具有典型性.本研究基于GIS和RS技术，采用Logistic－CA 模型对锦葫沿海地区的城市空间扩展进行模拟预测，并探讨了该区域城市空间的扩展态势.由于空间布局与结构是区域发展的“函数”［2］，可以通过空间布局与结构的调控来调整区域发展状态，因此研究成果对于强化城市空间管理、控制和引导城市空间的理性增长、提高城乡建设用地布局的科学合理性等具有重要的现实意义，也可为城市规划、城市空间管理提供决策依据.

1 研究区概况及数据处理

研究区域包括锦州市区、葫芦岛市区、兴城市和凌海市的行政范围面积7 847.6km2，沿海岸呈带状分布，地理坐标在北纬39°59′～41°26′，东经119°12′47″～121°45′之间，位于东北经济圈、京津冀经济圈和环渤海经济圈三圈交汇处，是传统的辽西走廊区位，沟通关内外的重要通道［3］.

主要数据源包括1990－09（Landsat TM）、2000－06（Landsat ETM）和2010－09（Landsat ETM）遥感影像，行列号为120－31、120－32、121－31和121－32；辅助数据源包括DEM 数字高程、地形图（1∶10万）、辽宁省地图（1∶55万）及4个城市的统计年鉴、相关规划图等图件.借助Erdas 2011软件进行影像预处理，参照1∶10万地形图进行了几何校正和影像配准，然后进行图形镶嵌、剪裁、假彩色合成等步骤；用地分类参照2007年发布的《土地利用现状分类》［4］，以及2011年发布的《城市用地分类与规划建设用地标准》［5］；借助ArcGIS 9.3软件，采用人工目视解译方式进行地物分类，形成1990、2000和2010年景观分类图（见图1），作为空间扩展模拟预测的基础.

图1 锦葫沿海地区景观分类图Fig.1 Landscape classification maps of Jinzhou－Huludao coastal area

2 空间扩展的模拟预测

2.1 Logistic－CA模型介绍

Logistic－CA 模型综合了CA模型模拟复杂系统空间变化的能力，以及Logistic回归模型对转换规则的校正功能，该模型已广泛应用于景观格局变化分析中［6］.Logistic回归拟合的方程为

2.2 模拟预测

（1）影响要素层制作.结合锦葫沿海地区城市扩展可能存在的驱动要素及研究区数据的可得性等实际情况［7］，影响要素层包括三大类：①经济社会要素，包括GDP、地方财政收入、人口密度、城市化水平；②地理要素，包括高程、坡度；③区位要素，包括到海岸线距离、到公路距离、到铁路距离、到城镇距离和到河流距离.基于GEOSOS软件的运行能力，空间尺度确定为400m.经济社会要素来源于统计年鉴；地理要素基于DEM 数字高程；区位要素是利用ArcGIS 9.3的Spatial Analyst模块中的Distance功能分析得到.将影响要素层栅格化处理（400m×400m），并将各因素通过单调递增方法，离散到［0，1］，制作成标准化的影响要素层.

（2）模型验证.模型验证以1990 年和2000年的数据作为提取转换规则遥感影像，加载11个影响要素层作为空间变量数据，以2000年的数据为模拟起点，运用logistic－CA 模型模拟2010 年的景观格局图（见图2），并与2010年的遥感解译的实际景观格局进行对照，以评价模拟效果.本研究应用MCK 3.0（Map Comparison Kit 3）软件计算Kappa指数来进行模型验证［8］，得到2010 年模拟结果图与实际图的Kappa值为0.955.因此，logistic－CA 模型能比较精确地模拟锦葫沿海地区景观格局变化，可以将其应用于锦葫沿海地区在不同预案下的景观格局变化模拟.

图2 2010年模拟的景观格局图Fig.2 Landscape pattern simulation map in 2010

（3）预测模拟.本研究对锦葫沿海地区空间扩展态势的预测及模拟基于《辽宁省土地利用总体规划（2006—2020年）》《葫芦岛市土地利用总体规划（2006—2020年）》和《锦州市土地利用总体规划（2006—2020年）》，以下将此预案称为“规划预案”.规划预案是按照四个城市独立发展的模式进行预测模拟，之后将各城市模拟图拼合形成总图.土地利用需求量的数值采用插值法获得，各规划预案中建设用地的转移量见表1～表4，将表中转移的栅格数输入GEOSOS软件的Logistic－CA模块中，并加载影响要素层进行空间模拟.由于篇幅所限，本研究只给出2020年规划预案的模拟结果（见图3）.

表1 锦州市规划预案建设用地转移量Table 1 Construction land transfer amount of plan prediction scheme in Jinzhou

表2 葫芦岛市规划预案建设用地转移量Table 2 Construction land transfer amount of plan prediction scheme in Huludao

表3 凌海市规划预案建设用地转移量Table 3 Construction land transfer amount of plan prediction scheme in Linghai

表4 兴城市规划预案建设用地转移量Table 4 Construction land transfer amount of plan prediction scheme in Xingcheng

图3 2020年锦葫沿海地区规划预案的模拟结果Fig.3 Plan scenario simulation of Jinzhou－Huludao coastal area in 2020

3 空间扩展的态势分析

3.1 城市空间发展态势

依据锦州、葫芦岛、凌海和兴城的城市总体规划，各城市空间的发展态势如下：

（1）锦州市主要向南发展，以老城为依托，向锦州滨海新区发展.空间结构为“一轴、二城、四星”.一轴：始于主城区，向南经高铁锦州南站直至滨海新区的空间发展轴线，主城区—南站区—滨海新区.二城：即以老城为中心的主城区和以龙栖湾中国海洋城为中心的滨海新城.四星：汤河子工业区、双羊镇工业区、薛家工业区、八角台工业区.锦州的滨海新区通过渤海大道为纽带连接锦州市主城区，并与葫芦岛市北港工业园区（北港组团）相毗邻，逐步形成锦州－葫芦岛两城市空间上的连绵.

（2）葫芦岛市的发展战略为“南北拓展、东西优化、整体推进”，形成了向连山老城区以北拓展的东城区，向老城区以南拓展的高新技术产业园区，向龙湾新城区以南继续拓展的东窑组团（龙湾中央商务区的位置），向北依托葫芦岛港建设的北港组团等.城市总体布局为“五大组团、十大片区”.并在市区层面上构建连山、龙港、兴城“三位一体”大城区格局.城市的发展方向可以概括为集中在京沈高速公路以东，并主要向南北两个方向拓展.十二五期间，葫芦岛市还将构建东起高桥，西至兴城曹庄的沿海带状组团式空间发展格局.

（3）凌海市全境环抱锦州市区，依托国道102线、秦沈高速铁路、京沈高速公路，采取“东优、西进、南拓”的发展战略拓展城市空间.“东优”依托金城区现有的产业与社会基础优化整合现状资源，梳理城市道路，建设环境优美、配套合理的综合组团.“西进”结合西部九华山优越的自然环境建设高标准的现代住宅示范区，形成设施完备、环境优美的凌海新区.“南拓”依托秦沈客运专线、国道102线、京沈高速公路便捷的交通优势，建设富有工业园区.凌海市的娘娘宫镇已经与锦州经济技术开发区连片，共同发展光伏产业.锦、凌空间一体化的趋势也非常明显.

（4）兴城市建成区受地理条件的限制，各方向均无充裕的发展用地（东临渤海，北依首山，南靠兴城河并紧临军用机场，西南与曹庄镇接壤）.作为葫芦岛市域层面大“三位一体”战略格局的重要组成部分，兴城市城市空间的拓展策略为“重点突破、首尾拓展、内部优化、整体推进”.目前，兴城一方面发展临海工业组团，在现有基础上继续向东南填海用地方向拓展；另一方面，正逐步向东北部拓展用地，使得兴城的海滨片区与葫芦岛龙湾组团、东窑组团连片，功能联系紧密，兴、葫之间正在形成一体化的空间.

3.2 锦葫地区呈现一体化发展迹象

（1）交通联系紧密迹象.锦葫沿海地区目前已经形成了由铁路、公路、港口、航空、管道等组成的立体现代化交通网络，对内对外交通联系极其便利，交通联系日益紧密.沈山铁路、高速铁路纵贯锦葫地区；102国道、京沈高速公路在此通过；特别是近年来葫芦岛市将龙湾大街延伸至兴城，加速了高教园区、龙湾CBD的开发，体现了“三位一体”大城区格局和国际性现代旅游名城的城市发展思路，沿海观光路工程也继续延伸，促进了葫芦岛和兴城的空间一体化发展；此外，影响最大的是辽宁省滨海公路的修建开通，极大地方便了区域内人流、物流、信息流的运行.

（2）产业基地转移迹象.锦葫沿海城市加强工业园区建设，打造产业转移积聚基地，推进沿海经济带建设.锦州市依托龙栖湾港、白沙湾、建业和大有经济区，利用废弃滩涂地规划建设综合服务区及化工岛，增加岸线资源，大力发展临港产业和滨海旅游业.凌海市的大有经济区不断聚集仓储物流、机械制造和航空航天等产业，建业经济区重点发展高新技术纤维和复合材料、电子信息和轻型机电产品制造、航天航空附属产业、光伏产业等；锦州市的龙栖湾新区依托新能源和可再生能源园、石化工业园和轻纺工业园打造国家级光伏产业和石化轻纺“双千亿产业”基地；葫芦岛市的产业基地比较密集，从打渔山工业园区到葫芦岛经济开发区，从葫芦岛高新技术产业园区到海洋工程园区，再到兴城市的临海产业区，基本上沿着滨海公路分布，形成产业集群.葫芦岛经济开发区、北港工业区同众多在全国重点行业中有较大影响力的特大型企业相邻，接受葫芦岛市所有大企业的直接辐射，临近特大型企业为工业区构建造船与船用配套、石油化工、机械制造、有色金属深加工等产业集群提供了强有力的支撑.

（3）港口资源整合迹象.锦葫沿海地区拥有丰富的港口资源，无论从《辽宁沿海城镇带规划》还是《辽西城市圈规划》来看，打破行政界限，通过资产并购行为或合资合作方式进行资源整合，形成组合式港口建设已成必然.锦州港重点发展油品化工、集装箱、粮食、煤炭、矿石等大宗散（件）杂货运输和仓储中转.葫芦岛市的北港港区开展散杂货和油品及化工品等大宗货物运输，为北港工业区配套；兴城港区作为葫芦岛港预留港区，近期以陆岛交通和旅游客运为主，搞好兴城觉华岛客运码头改造和龙湾海滨客运码头建设.岸线资源是不可再生的国家战略资源，港口属地化管理以及市场化经营以后，政府在岸线资源的总体掌控上难度增大，而港口间的资源整合有利于节约有限的岸线资源，比较好地实现有限岸线资源的高效利用，符合国家可持续性发展的基本方针.

（4）人居环境选择迹象.兴城市与葫芦岛市在城市基础设施与城市管理体系对接与融合方面具有优势，客运交通公交化，加快了葫芦岛市主城区与兴城市城区同城化的进程，特别是集商务会展、康体休闲、旅游度假为一体的龙湾中央商务区的建立，使得人们对人居环境的选择已逐渐向该区位靠拢，龙湾中央商务区及兴城市沿海地区的住宅销售对象除葫芦岛和兴城本地人外，黑龙江、内蒙古和河北等外地人也占据很大比重.锦州经济技术开发区特别是锦州港地区，虽然也是沿海区位，但由于与锦州主城区距离过远难以呼应，且基础配套不完善，导致了虽有大面积住房却入住率极低的状况.锦州龙栖湾新区受2013年世界园艺博览会在此举办的影响，周边人口有向该区域集中的迹象.

4 结 语

锦葫地区的城市扩展仍将集中在海岸带地区，城市空间相向连接、连绵一体的格局十分明显，伴随着经济社会联系的日趋紧密，锦葫一体化发展将成为一种必然的趋势.城市空间扩展是以土地为基础的开放、复杂的动态系统，其背后隐藏着城市主体间交织的行为.因而，区域一体化也不能仅仅视为区域内城市的外延增长，而是以协作分工、优势互补为重点的产业联动，以跨地区企业集团为龙头的企业联动，以畅通的立体交通为载体的基础设施联动，以商品和要素流动为基础的市场联动，以拓展综合服务功能为网络的城镇联动等.尽管区域内部存在差异性，但思想接轨、产业结构调整接轨、城市化进程接轨、基础设施建设接轨、可持续发展战略接轨等是大势所趋.

［1］闫梅.城市空间扩展的模拟预测研究［D］.重庆：西南大学，2012.（Yan Mei.Research on Spatial Simulation and Prediction of Urban Expansion ［D］.Chongqing：Southwestern University，2012.）

［2］陈修颖.区域空间结构重组：理论基础，动力机制及其实现［J］.经济地理，2003，23（4）：445－450.（Chen Xiuying.The Reorganization of Regional Spatial Structure：The Theory Base，Drive Mechanism and Carrying Out［J］.Economic Geography，2003，23（4）：445－450.）

［3］苏雷，朱京海，胡克梅，等.基于CA 模型的城市空间扩展模拟预测——以锦葫沿海地区为例［J］.国土资源遥感，2012，23（3）：129－134.（Su Lei，Zhu Jinghai，Hu Kemei，et al.Urban Spatial Expansion Prediction Based on CA Model：A Case Study of Jinhu Coastal Area［J］.Remote Sensing for Land ＆Resources，2012，23（3）：129－134.）

［4］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB／T 21010—2007.土地利用现状分类［S］.北京：中国标准出版社，2007.（General Administration of Quality Supervision，Inspection and Quarantine of the People's Republic of China，Standardization Administration of the People's Republic of China.GB／T 21010－ 2007.Current Land Use Classification ［S］.Beijing：Standards Press of China，2007.）

［5］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50137—2011.城市用地分类与规划建设用地标准［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.（Ministry of Housing and Urban－Rural Development of the People's Republic of China，General Administration of Quality Supervision，Inspection and Quarantine of the People's Republic of China.GB 50137－2011.Code for Classification of Urban Land Use and Planning Standards of Development Land［S］.Beijing：China Architecture ＆Building Press，2011.）

［6］何丹，金凤君，周璟.基于Logistic－CA－Markov的土地利用景观格局变化［J］.地理科学，2011，31（8）：903－909.（He Dan，Jin Fengjun，Zhou Jing.The Changes of Land Use and Landscape Pattern Based on Logistic－CA－Markov Model：A Case Study of Beijing－Tianjin－Hebei Metropolitan Region［J］.Geographical Science，2011，31（8）：903－909.）

［7］任韶红.锦州－葫芦岛沿海地区城市空间扩展的驱动力分析［J］.沈阳大学学报：自然科学版，2013（3）：184－187.（Ren Shaohong.Driving Force Analysis of Urban Spatial Expansion in Jinzhou－Huludao Coastal Area［J］.Journal of Shenyang University：Natural Science，2013（3）：184－187.）

［8］刘淼，胡远满，常禹，等.岷江上游汶川县耕地景观变化及空间驱动力［J］.应用生态学报，2007，18（3）：569－574.（Liu Miao，Hu Yuanman，Chang Yu，et al.Landscape Change and its Spatial Driving Force of Farmlands in Wenchuan Country of Minjiang River Upper Reach［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2007，18（3）：569－574.）