过渡带城市空间扩展特征及影响因素分析——以张家口市为例<br/>

过渡带城市空间扩展特征及影响因素分析——以张家口市为例

2014-02-18马振刚李黎黎安定明

天津师范大学学报（自然科学版） 2014年3期

马振刚，李黎黎，闫永，安定明

（张家口学院理学系，河北张家口075000）

近年来，伴随着我国城市化的热潮，有关城市空间扩展的研究成为研究热点，学者们围绕城市空间的体貌特征、演变模式、驱动机制、模拟预测和优化调整开展了大量实证研究[1-2].国内对城市扩展的研究始于个案城市空间变化的计量表述[3-4]，随后发展到时序特征的地图再现[5-6]，目前转向为对比性研究，包括不同经济条件[7]、不同政治条件[8]和不同地理环境条件[9]的对比研究，其中针对具有地域共性特点的城市进行研究具有普遍意义.

过渡带城市指处于自然过渡地带和农牧过渡地带的城市，这类区域在系统学上是大尺度的混沌边缘，存在着高度的生态压力和多组分相互作用的激烈张力[10].过渡带城市具有边缘性、中介性和一体性3个特征，这些特征决定了其在城市化过程中，在自组织力作用下发展的同时受域外环境的影响更多.过渡带内外区域的耦合作用，引导着城市空间的发展演变历程.冯文勇等[11-12]认为，过渡带城市的产生一般不是地区经济发展到一定阶段后的自然产物，而是国防和地缘政治工具的空间化和物质化.目前，有关张家口城市的研究多集中在京津冀一体化或首都经济圈中的功能定位上[13-15]，2006年，吴良镛院士提出了京津冀地区“一轴三带”的空间发展格局，张家口市位于山区生态文化带上，是“京师”的生态保障和确保首都安全的战略要地；2010年，河北经贸大学张云教授提出了环首都生态经济区发展构想，认为张家口起到了为京津阻沙源、蓄水源的作用；2013年，吴良镛院士在《京津冀地区城乡空间发展规划研究三期报告》中建议在张家口设立国家级生态文明建设试验区，作为一个政策先行先试地区，整体解决试验区内的扶贫、生态、移民和公共服务等问题.目前，有关张家口城市化进程的专项研究较少，较为系统的对张家口城市空间扩张特征及驱动因素的研究更鲜有涉猎，而搞清张家口城市发展脉络和驱动因素，对合理定位张家口在京津冀一体化中的作用、促进城市健康发展具有重要意义.

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区设定

张家口市是冀西北中心城市，是首都经济圈和京津冀一体化的重要组成区域.它处于我国北方农牧交错带上，同时处在首都经济圈与环首都贫困带的叠加区上.张家口城区是三组群型城市，其中心城区由主城区（桥东区和桥西区）、宣化区和下花园区组成，考虑到目前主城区与宣化区、下花园区尚未联为一体，本研究的研究区域为张家口主城区部分，不包括宣化城区和下花园区.

1.2 研究方法

张家口城市发展的历史和演变过程主要通过地方志、历史地图和已有研究成果进行综合整理归纳得出.本研究对改革开放以后的张家口城市化进行分析，主要依据卫星遥感影像、建国后的经济统计年鉴和相关政策文件.通过采用遥感和地理信息系统分析相结合的方法，利用ERDAS和ARCGIS等软件，首先对1975年—2013年的5期遥感影像进行彩色融合和几何校正等预处理，然后利用人机交互的方式提取建成区，如图1所示.

图1 1975年—2013年张家口建成区扩张过程Fig.1 Process of Zhangjiakou urban expansion from 1975to 2013

通过叠置分析和表面分析等空间分析方法，确定了张家口城市空间扩展的时序变化特征，包括空间扩展的面积、速率和方向以及地形因素的影响；然后综合历史政治背景和城市功能定位等社会经济因素以及地形、交通和人口等地理学因素，探讨影响城市空间扩张的决定因素.本研究所用遥感影像主要来源于马里兰州大学网站，有关数据如表1所示.

表1 遥感影像资料及其解译方法Tab.1 Remote sensing image data and its interpretative method

2 张家口城市发展历史进程

张家口是在清朝一统天下，蒙汉区域经济联系日益密切的背景下，从明朝长城卫口的军事城堡发展成清朝时期著名的“陆路商埠”，民国时期成为具有政治、经济和文化等多功能的边疆城市.

2.1 明朝的军事城堡到清朝的蒙汉互市之所

张家口因军事驻防选址而建，明宣德四年（1429年）始筑张家口堡（俗称下堡），是张家口城区发展的原点.1613年为满足蒙汉商品物资交换，在现大境门处修筑了来远堡（俗称上堡）.公元1644年清军入关，在上下堡之间的上东营、下东营、蒙古营、南营坊和茶坊等多地，派八旗兵圈地驻防[16]，百姓随队就地落户居住.由于清康熙、雍正和乾隆诸皇帝成功地实行民族团结和睦政策，出现了长城内外200多年相对和平和内外一统的局面，张家口的人口日益增多，民族商业贸易迅速发展，以毛皮在国内外影响最大，成为誉满中外的“皮都”.

2.2 张库大道的兴起与桥西区的形成

17世纪末，清朝重修以北京为中心，由张家口经兴和（今张北）至库伦（今蒙古国首都乌兰巴托）并可延伸至俄罗斯帝国的恰克图的张库大道，使张家口成为对内蒙古和蒙古国贸易的商品集散地；1860年中俄《天津条约》签订后，大量商业资本流入张家口，1902年中俄签订《依露支条约》，张家口大境门外的元宝山开放为通商贸易市场，张家口设立洋务局，标志着近代城市管理的开始[17].民国七年（1918年），国民政府整修张库大道为公路，使张家口成为名副其实的西北旱码头.张库大道的日渐兴盛促进了上下堡的相向发展，形成了南北长约3 km、东西约1km的商业区，形成了以上下堡为轴线的桥西区格局.

2.3 京张铁路的兴建与桥东区的形成

光绪三十年（1904年），清政府为支持张库大道的运输，决定修筑京张铁路.1909年京张铁路通车，近代交通运输业的发展使城区突破了城墙的限制，沿铁路延伸，形成了新的商业区，促使城市人口涌现，开启了张家口城市近代化进程.张家口的城市空间由桥西扩展到桥东，并初步确定桥东、桥西的城市空间格局.

2.4 国际环境剧变与城市功能转型

张家口对蒙俄高度依赖的外向型经济特点决定了其受国内外社会环境变化影响重大.1921年蒙古国宣布独立，1927年民国政府与苏联断绝外交关系，阻断了张库商路的商业活动，外管市场的凋敝导致桥西的经济一蹶不振，张家口的经济中心转移到桥东区.张家口依托周围地区丰富的工矿和农牧业资源，凭借传统皮毛加工的优势成为具有一定工业基础的城市.1924年，张家口的官方统计人口为69881人.

2.5 新中国的成立与现代城市的形成

张家口1948年第2次解放，建国后城区建设迅速发展，以清水河为界，形成了桥东、桥西两大片.桥西区为老区，桥东区为新区，长青路是全市政治中心.1978年改革开放后，开始探索市场经济发展之路；1995年张家口被批准为区域性对外开放地区，打破了历史上形成的封闭半封闭状态，城市建设进入了全新的发展阶段.

3 张家口城市空间扩展特征

3.1 城市增长极的变化

城市增长极是指城市发展的着力点，城市空间以它为核心向外延展，张家口城市增长极的变化过程如图2所示.

图2 张家口城市增长极的变化过程Fig.2 Process of growth pole change of Zhangjiakou

张家口因城而市，以市促城.建城源于明朝防御残元势力袭扰的军事需要，以上堡和下堡为基点；城市起于以张库大道为代表的长城内外蒙汉、中俄之间的物质交换和资本融通，形成桥西区；城市发展于中国人建设的第一条铁路京张铁路的开通，并形成了以火车北站为锚点的新的城市空间生长区，即桥东区.目前，张家口城市空间正向南蔓延，并在建设中的京张城际铁路的吸引下，催生了以火车南站为增长极的高新区的生长.城市增长极的迁移由早期的长城内外军事防御关口到中俄、蒙汉贸易的通道，再到沟通国内东西部的区域枢纽，体现了张家口从早期的军事功能到经济功能的转型，由外向型经济向内向型经济的转变.以张库大道和京张铁路为代表的交通要道，成为张家口城市空间扩展的重要区域.

3.2 城市面积扩展过程分析

张家口城市面积及其扩展速率变化情况如图3所示.由图3可以看出，1975年张家口主城区建设用地面积为12km2，2013年为63 km2，38年来面积扩大5倍.1970年代以来扩展速率呈明显的加快趋势，1975年—1984年扩张速率为0.78，1984年—1995年扩张速率为0.82，到1995年—2004年扩张速率为1.33，2004年—2013年扩张速率达到2.56.速率的变化与1978年我国改革开放和1995年张家口区域性对外开放2个时间节点有关，2004年以后城区的高速扩展与市区跳出山谷的约束获得充裕的发展空间有关，城市用地模式由内部填充转变为外延型.

图3 城市面积及其扩展速率变化情况Fig.3 Condition of urban area and its expansion rate

3.3 城市空间扩展的各向分析

为了准确揭示张家口市城市空间扩展的各向特点，本研究采用“等扇分析法”，并结合张家口城市空间演变轨迹，以张家口市展览馆为中心（坐标为：x=114°52.668′，y=40°49.034′），以 10km 为半径画圆，以正北0°为起点将圆划分为8个面积相等的扇形区域，然后将1975年、1984年、1995年、2004年和2013年5个时期的城市形态进行叠加分行，统计得出各时段的城市形态扩展落入各扇形区的面积.根据不同时段各个方向上的面积，制作成雷达图，结果如图4所示.由图4可以看出，张家口城市空间扩展的方向以南方为主，且东南方增速要大于西南方.特别是从1995年开始，城市空间呈现明显的南拓趋势，而其他方向因受地形约束，向外扩展面积很小.

图4 各时期城市空间各向扩张分析Fig.4 Analysis of city spatial expansion anisotropy in each period

3.4 城市空间扩展的地形因素分析

人类活动在塑造城市景观中占主导地位，而地形起伏特征通常是大尺度人为干扰活动地域分布格局的基本骨架[19].张家口地处山区，地形对城市空间扩展的约束作用突出.连片的平坦土地是建设用地的适宜用地，因此开发的最早也最充分.山间河谷地形通常中部平坦，地势向四周逐渐升高，相对于高海拔地区，低海拔的地区坡度平缓，更适合用于城市建设，不同高程带上张家口城市面积如图5所示.由图5可以看出，张家口城市用地在1975年主要分布在700～800m高程带上，后集中向市区周围的高海拔扩展；1995年—2004年，城市用地开始向800m以上和700m以下2个方向发展，且高海拔发展速度要高于低海拔发展速度；2013年，城市扩展已蔓延到1km，但该高程带上面积扩展不大，说明高海拔方向扩展已到极限，而向低海拔扩展速度加快.今后洋河谷地将成为城市空间扩展的主要区域.

图5 不同高程带上张家口城市面积的变化情况Fig.5 Changes of urban area at different altitudes in Zhangjiakou

4 张家口城市扩展的主导因素分析

4.1 独特的地形条件催生了城的落地

张家口地处长城关口，是华北平原与蒙古高原的交汇带，历来是兵家必争之地.明朝建立后北伐攻陷元大都（今北京），元廷退居漠北，农牧过渡带地区成为残元势力侵扰的前线，为稳定边防在张家口开辟了驻点.明清两代均建都北京，进一步提高了其周围地区的军事地位，北京北部燕山和阴山山脉成为神京屏翰的天然之地.张家口紧邻北京，地处东西太平山之间，东、北、西三面环山，具有一夫当关万夫莫开的地形优势，使其成为扼守京城北面的战略要地，促成了张家口堡的建成.城墙是城市空间物化的体现，大量士兵和家眷的移入促发的生产生活需求为市的发展提供了基础.

4.2 异样的生产生活方式催化了城市的发展

过渡带两侧气候的异同导致了生产生活方式的差异.过渡带一侧为中原农耕区，种植业和手工业较发达；过渡带另一侧为游牧区，牲畜的饲养和毛皮的生产成为可以交换的剩余资料.地域差异产生的生产专业化分工提供了商品交换的基础.张家口地处农牧交错带，是塞外通往中原的主要通道，具有陆地商埠之天然形势，为其承接中转贸易提供了天时地利，催化了城市的发展与繁荣.

4.3 交通方式的改善加速了城市生长

交通是影响城市空间形态变化的重要因素，它通过多种作用机制促进城市形态的发展变化，牵引着城市空间扩展方向.消费的需求和资本的逐利是城市生长的主要动力，而交通改善以缩短时间的方式改善空间，将供需双方的心理需求变成了现实生产力.张家口市起于以张库大道为代表的长城内外资本的融通，发展京张铁路的开通，而京张城际的建设正在影响着现在高新区的发展.交通的发展成为张家口攻城略地的排头兵.

4.4 政治环境的变化影响着城市发展进程

稳定的政治环境是城市发展的基础，这一点在过渡带地区尤为明显.17世纪中叶到19世纪中叶，长城内外相对和平和内外一统的局面使张家口由军事重镇发展为对外贸易中心，城市增长点也由市中心的张家口堡发展到城北大境门外的元宝山地区，这一增长极的形成完全是适应蒙汉和中俄中转贸易的结果，是在外长城经济区驱动下的产物.同样由于依赖外向型经济，20世纪初，随着外蒙的独立和中俄关系的恶化，张家口城市发展开始衰落.政治环境的稳定与否直接影响着城市人口数量的变化，决定着城市的发展和衰落，这一点从城市的人口变化中得到了印证，张家口主城区人口数量变化情况如图6所示.

图6 张家口人口数量变化情况Fig.6 Population changes of Zhangjiakou city

由图6可知，1883年，张家口市区人口为14.23万人，1912年达到13.26万人，但1921年，人口数量下降到7.25万人，至1924年下降到不足7万人.张家口城市的发展由于外长城经济圈的败落，在解放后开始趋向于内长城经济圈，特别是改革开放后，开始了主动对接首都经济圈，城市增长点转移到城区南部的火车南站，人口得到回流，2011年主城区人口达到了51.57万人.

4.5 生态环境建设成为城市发展的重要影响因素

我国区域之间发展差异巨大，特别是在北京与张家口之间出现了皇城脚下不长草、灯下黑的现象，两地之间存在着巨大的经济发展、行政级别和人民需求的落差.随着北京进入世界城市建设进程，其生态腹地不断扩大，由原来行政区范围内的本体生态空间扩展到了自然区划的空间[19]，导致张家口因承担着为北京输送青山碧水蓝天的功能而被限制了大量产业的发展.国家以主体功能区为代表的空间重构进一步加重了不平等的再生产过程，使位于首都城市周边生态腹地的城市的发展受到越来越严格的环境保护限制，发展生态经济、实现绿色发展成为了这类城市的发展取向[20].过渡带城市因其固有的地理区位成为各种生态要素流动的通道，做好生态要素流动的过滤、净化和屏障作用将成为今后影响过渡带城市发展的重要因素.

4.6 张家口城市发展的功能定位

以张家口市为代表的过渡带城市，其发展过程始终与域内域外政治经济环境紧密相连，域内域外两大区域相互作用内容的变化规定着张家口城市的功能定位，过渡带城市空间扩张的影响因素如图7所示.

图7 过渡带城市空间扩张的影响因素Fig.7 Spatial expansion factors of transition zone city

早期的军事驻防需要催生了城的建设，和平时期的商品交换需求催化了市的发展，交通运输条件的改善加快了各类资本要素的聚集，而政治环境的稳定与否直接影响着人口的数量变化.如今生态环境对区域发展的制约性作用愈加强烈，发挥好生态媒介功能已成为过渡带城市融入区域一体化中的功能定位.

5 结论

城市的形成与发展受自然、经济和政治等多种因素影响，过渡带城市因其具有的地理边缘性、交通的中介性、与中心城市之间的军事与生态的一体性等决定了其城市空间扩展深受过渡带内外两大区域的作用力影响.张家口城市增长极的迁移，体现了内、外长城经济圈势力的变化，明清时期的城市增长极北移是对蒙汉、中俄商贸交易的响应，而建国后城市增长极的南移，反映了外长城经济区衰落后城市空间向以北京为核心的首都经济圈的趋向.张家口城市空间扩展由早期的沿市中心向周围高地发展演变为目前的向城南的洋河谷底发展，体现了经济发展的驱动作用和地形因素的约束作用.

过渡带城市空间扩展的根本动力是基于过渡带与域内域外所固有的区域差异，产生了不同的利用空间的方式，以获取最大的利益.在早期边疆不稳定时期，张家口所处的过渡带特殊的地形条件，符合了域内首都城市军事防御的需要，催生了城的落地；而中原与草原地区异样的气候条件及由此产生了不同的生产生活方式在农耕区和游牧区产生了商品交换的需求，催化了市的发展；以张库大道、张库公路和京张铁路为代表的交通方式的改善促进了区域之间的生产要素的集聚与扩散，加速了城市的生长；区域政治环境的稳定与否影响着城市发展和衰落，并伴随着人口的增长和下降，三者的周期几乎同步.目前，随着张家口所处的首都经济圈中核心城市北京的后工业化进程的推进，对城市发展所需要的生态环境的支撑要求将大大提高，过渡带城市之于中心城市的生态腹地的功能将被凸显，以获取生态效益来利用空间不平衡的方式将成为主旋律，这类似于早期的军事保护功能和目前的农副产品保障功能.过渡带城市对于域内域外生态要素有效流通的媒介作用将成为影响未来城市空间扩展的关键要素.

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