区域性中心城市蔓延趋势测度与控制策略——以山东省临沂市为例

徐向华，陈 臻，丁晓东

（1.临沂大学商学院，山东 临沂 276000；2.临沂市自然资源和规划局，山东 临沂 276001）

1 引言

随着城市人口的迅速扩张和交通条件的改善，城市蔓延现象日益凸显。据估算，到2030年, 世界城市人口将达到50亿，因城市蔓延新增建设用地将达到152.7万km2, 相当于中国国土面积的15%[1-2]。城市蔓延带来严重的资源环境压力, 耕地等农用地迅速减少，生态安全受到严重威胁。据估算，发展中国家每年有1～3万km2的优质农田被吞噬[3]。中国改革开放以来，城市化速度加快[4]，城市建设用地蔓延现象较为突出，资源环境压力不断加大。相关研究表明，在1984—2012年间，城市建设用地由249 610 km2飙升到393 520 km2；湿地、滨海滩涂、天然沼泽等生态和农用地迅速减少，生态用地由7 458 340 km2减少为7 355 540 km2，农用地则由1 798 980 km2减少为1 729 120 km2[5]。

如何控制城市蔓延, 成为学界关注的热点和政府管理的重点。伴随城市蔓延研究的深入，在欧美逐渐形成了紧凑城市理论、精明增长理论和新城市主义理论等三个主要理论，其主要思想可以概括为：髙密度开发、划定城市发展边界、土地功能混合、公交导向[6-7]。在国内，城市蔓延现象引起了中央政府的高度重视，为有效控制城市蔓延和加强城市空间治理体系建设，《十三五规划纲要》要求集中发展一批区域性中心城市，强化区域服务功能；科学划定中心城区开发边界和采用基本农田围城等方式，推动城市发展内涵提升。2014年原国土资源部下发通知，要求500万人口以上特大城市除公共基础设施用地以外其他新增建设用地原则上不再安排农转用指标。因此， 500万人口以下的区域性中心城市将成为城市建设用地扩展的重点调控和关注对象[8]。

精确测度城市蔓延的趋势是制定控制蔓延策略的基础。测度城市蔓延趋势的方法一般分为单一维度测度方法和综合维度测度方法[9-15]。单一维度测度方法，是指从城市蔓延的某一个方面（维度），譬如城市人口密度或者是城市建设用地面积的增加速度，来度量城市蔓延的趋势[15-17]。单一维度测度方法虽然简单易用，但部分学者却认为单一维度测度不能反映混合度、邻接度、通达度和开敞空间等其他重要的城市蔓延特征[18-19]，因此不能综合反映城市蔓延的全貌。综合维度测度方法是基于单一维度测度，针对不同的维度测度加权求和来表征城市蔓延趋势的方法[9-15]。GALSTER等开创性利用多维度理念研究城市蔓延，他将蔓延测度分为密度、混合度、连续度、集中度、多核度、邻近度8个不同的维度，这些维度充分考虑了人口、新老城区空间关系、城市用途分区之间关系[14]。EWING等受美国精明增长（SGA）和环境保护协会（EPA）的委托，利用了密度、中心度、混合度和通达度等维度研究美国城市蔓延趋势[20]。但也有学者认为，综合维度测度方法掩盖了城市蔓延的本质，无法客观反映城市蔓延趋势，单一维度测度才能准确反映城市蔓延趋势[17]。

区域性中心城市建设是城市空间治理体系建设的重要组成部分。本文选择鲁南苏北区域性中心城市临沂市作为案例，采用综合维度和单一维度两种测度方法，全面测度城市蔓延的趋势；并基于案例城市的研究结果，提出了区域性中心城市蔓延的控制策略，给区域性中心城市蔓延测度提供了范例，不仅有助于案例城市和区域性中心城市更有效控制城市蔓延，同时有助于从城市整体出发来探索构建新型的国土空间规划体系。

2 数据与方法

2.1 研究区概况与研究范围

临沂市位于山东省东南部，地势西北高、东南低，辖区面积17 200 km2, 是国务院批准的鲁南苏北区域性中心城市。临沂市辖12个县区，市区辖兰山、罗庄和河东三个区，中心城区人口220万人[21]，市区总面积1 760 km2，中心城区已达287 km2。 临沂市商贸物流产业发达，小商品批发全国闻名，在国内有“南有义乌、北有临沂”之誉。临沂市城市化迅速发展和城市形态无序扩张并存，“十二五”期末, 临沂市城镇化率已达55.3%; 城市周边的大量农用地尤其是耕地不断被占用和蚕食，城市生态不断恶化，城市规模无序扩张，每年接近10 km2优质耕地转为城市建设用地，临沂市也是原国土资源部确立的建设用地规模卫星重点监控的106个城市之一。因此，临沂市在区域性中心城市中具有典型性。

由于区域性中心城市较大城市更接近农村地区，人口流动性大，农业人口和城镇人口混合居住，区分城市发展边界难度大；区域性中心城市多存在各类开发园区，而这些园区多以卫星城形式布局在城市周边，难以区分城市范围[22]。同时，城市蔓延研究多从蔓延效应角度从整辖区探讨城市蔓延趋势[23]，因此，本文的研究范围重点确定为市辖三区。

2.2 城市蔓延趋势测度方法

本文综合运用了单一维度和综合维度两种方法，首先利用单一维度法测度城市蔓延在某一维度上的趋势，然后基于单一维度测度结果，再通过加权求和的方法求出综合值来考察总体蔓延趋势。测度方法包括测度维度与测度指数、分区方案、 研究时段与数据来源、指数综合方法4项基本内容。上述指数均涉及土地分类，土地分类标准采用GB/T 21010—2007。

2.2.1 确定测度维度与选择测度指数

城市蔓延测度维度（指标）一般从土地扩展强度（数量指标）[22]、城市扩展形态（形态指标）、城市扩展效率（效率指标）三个方面设立[23]。其中，城市扩展形态维度，可以分为城市存量建设和新增建设用地的关系维度[9]、城市内不同建设用地用途之间的关系维度等两个子维度[13]；城市扩展效率指标又分为内部效率指标和外部效率指标，内部效率指标一般用城市道路通达性指标表征[24]，而外部效率指标一般用开敞空间指标来表征[23]。

（1）土地扩展强度与适用的指数。土地扩展强度常用年度城镇土地扩展速率[22]来表征，其数学表达式为：

式（1）中：ER表示年度城镇土地扩展速率，UA起始年、UA结束年分别表示起始年份和结束年份的建设用地总量。

（2）去中心度测度及其适用指数。去中心度（Decentralization）用于测度城市存量建设和新增建设用地的关系[9，14]。城市越蔓延，其中心性越弱，去中心度越强[9，25]。蛙跳指数[12]、基尼系数[26]、Moran’s I和Geary’s C[26]常用来测度城市蔓延的去中心度。由于Moran’s I和Geary’s C测度去中心度的性能基本相同，并且相对于前两者性能更强一些[25-26]，本文采用Geary’s C，其表达式为：

式（2）中：GI表示Geary’s C；i，j表示不同的子区；Xi，Xj表示不同子区内的建设用地面积，X表示其均值；Wij表示两个不同子区中心坐标点间毕德哥拉斯距离。该指数值越低，蔓延程度越严重[25-26]。

（3）土地利用混合度及其适用指数。土地利用混合度（The Degree of Land Use Mix）表征城市内不同土地利用方式混合程度的指标[13-14]。新城市主义认为，提高土地利用混合度可以减少对汽车的依赖和提高城市社区的活力，从而缓解城市的蔓延趋势。城市蔓延常和单一土地利用方式相联系。在美国，城郊有很多独立私人住宅，这些住宅离超市、医院、学校很远且城市基础设施多数不齐全[19]；在国内，很多城市在市区外建有功能单一的各种形式的工业园、开发区等。

聚集度指数（C），并发散点指数（IJI）和相对申农熵（Relative Shannon Entropy）常常用于测度土地利用混合度[16]。相对申农熵,也称为均衡度指数[36]，由于其简单易用、实用性强[10，26]，本文采用相对申农熵指数，其表达式为:

式（3）中：RS代表相对申农熵；Pi是不同地类占土地面积的比例；n是子区数量。该指数值介于0～1之间，指数值越大，表示蔓延程度越轻[26]。

（4）通达度测度及其适用指数。通达度表征一个城市的交通网络的运行能力。通达度测度能够反映城市的蔓延程度，城市蔓延程度越严重，其交通网络运行能力就越差。城市通达性测度指数模型主要包括效用指数模型和分形维度模型[24，27]，效用指数模型指数分为3类：距离测度指数、拓扑测度指数和重力测度指数[27]，分形维数分为长度—半径维数、分枝数目—半径维数、空间关联维数、信息分维数[24，28], 由于信息分维数方法（Information Dimension, DI）计算简单、实用[28]，这里选择该方法，其表达式为：

式（4）中：DI代表信息维度；Pi表示子区内的道路占全部道路的比例该值介于0～2之间[28]；该指数值越大，城市蔓延程度越低。

（5）开敞空间测度及其适用指数。 研究证实，城市蔓延和开敞空间具有明显负相关性[23，29-30]。开敞空间主要测度绿色开敞空间所占的比例，涉及的地类包括：耕地、园地、林地及各类水域面积[23，30]。开敞空间与城市人口总量相关：假定给定相同开敞空间，显然人口越多的城市人均开敞空间越少。因此，定义开敞空间要兼顾城市人口因素。人均开敞空间测度数学表达式为：

式（5）中：GOSI表示人均开敞空间；表示开敞空间地类总面积；Durban表示人口。

2.2.2 分区方案

上述测度指数除年度城镇土地扩展速率外皆为景观指数，而这些景观指数使用需要确定最小空间单元[31-32]。SUDHIRA等、LI等发现城市蔓延和行政等级存在正相关关系，城市蔓延以村庄辖区面积大小作为最小空间统计单元较为合适[33-34]；这里采用和居委面积大小相近的2 km格网作为最小的统计单元。

2.2.3 研究时段与数据来源

研究时段选取2011—2016年，时间跨度覆盖“十二五”规划。本文涉及数据包括土地利用现状、城镇地籍、地名地址路网数据，不同测度、测度指数和适用的数据类型见表1。

表1 测度、测度指数、数据名称与来源Tab.1 Measurement, measurement indices, and data names and sources

2.2.4 不同测度指数综合方法

测度指数综合方法包括如下三个步骤：

（1）构造原始数据矩阵。

式（6）中：Y表示构造的矩阵；xij表示指数j在年度i内的值。表2是构造后的矩阵。

表2 各指数原始数据矩阵Tab.2 The matrix of original values of indices

（2）数据标准化与统一指数描述的方向。由于不同测度指数值的量纲不同，因此需要对不同量纲数据进行无量纲标准化处理。蔓延测度指数有的是从正向描述蔓延程度，指数值越大，则表示蔓延程度越严重，负向指数则相反；因此需要确定统一的指数方向[12]。本文涉及的指数中，土地扩展强度指数为正向指数，其他指数皆为负向指数。这里选择极差变换法对数据进行标准化[35]。取构造的矩阵极值，最大值为，最小值为并依据下式进行数据转换：

其结果值表示为：

（3）确定指标权重和计算综合得分。确定指标权重的方法主要有主观赋权法和客观赋权法；为消除主观因素带来误差，本文采用客观赋值法中的熵值法[35]来确定权重，并加权求取综合得分。

其次，计算冗余度：

再次，确定权重wj。一般认为，信息熵值越高，系统结构越均衡，差异越小，或者变化越慢；反之，信息熵越低，系统结构越是不均衡，差异越大，或者变化越快。所以，可以根据熵值大小，也即根据各项指标值的变异程度确定权重：

最后，计算不同年度综合测度得分：

表3 城市蔓延的各年度测度指数得分、权重和年度综合得分Tab.3 Annual scores, weights, and composite scores of the measurement indices of urban sprawl

3 结果分析

图1 城市蔓延趋势Fig.1 The trends of urban sprawl

图2 2010—2016年新增建设用地分布Fig.2 Distribution of the newly-added construction land in the period of 2010-2016

单维度分析是利用单一测度指数值来分析城市蔓延趋势。由于原始数据更能结合指数的方向性进行分析，这里直接利用表3中的各个测度原始数值予以分析。图1是利用Matlab（R2014a）对表2和表3中的年度综合得分的可视化效果图。从图1（a）可以看到，年度城镇土地扩展速率（ER）曲线在2011年最大、在2012年最小，曲线变动的主要原因是：在2012年，原国土资源部发布了《关于大力推进节约集约用地制度建设的意见》以后，临沂市提高了企业获取建设用地的门槛，致使2012年建设用地扩展强度骤减；2013年以后，随着新一轮土地利用总体规划的修编和实施，临沂市优化了建设用地布局，引导工业企业搬迁到新增的几个工业园区（图2），直接导致了2013—2015年指数值上升；随着新增园区内建设空间接近饱和，年度城镇土地扩展速率又逐渐降低。

从图1（b）、1（c）、1（e）看出，去中心度、土地利用混合度和开敞空间测度三个指数均呈现下降趋势。由于三指数均为蔓延负向指数，这说明在研究时段内，蔓延程度逐渐加重。图2显示，新增建设用地空间分布具有在城市周边园区聚集、在远离城区的部分布局分散的特点。产生园区内集聚效应的驱动因素包括两个方面：一方面，政府通过园区引导政策，采取政府补贴、入住园区房租补助等措施，鼓励产业集中进入园区；另一方面，企业在园区内选址有经济利益考虑，由于城市周边地价总体低于城市中心区域，企业可以用更少的投资获取同样的土地资产。图2中显示的在远离城区部分零散的新增建设用地，主要用于建设与城市功能定位不符的农贸批发市场、高污染高耗能的板材市场等中低端产业和宅基地。同时从图2看出，很大一部分新增建设用地图斑落在城市发展边界之外，中心城市发展边界形同虚设。由于园区多在城市外围，虽然新增建设用地在园区内相对聚聚，但是在城市总体上还是加剧了城市蔓延。

图1（c）集中反映了临沂市土地利用混合度不断降低的趋势。土地利用混合度指数集中反映了城市土地使用异质性和城市内土地利用的多样性水平。临沂市土地利用混合度不断走低的原因主要有两个方面：一是近几年临沂市不断加大旧城区改造步伐，原有的旧城区内的板房、平房用地经政府收购储备后约有90%（约有10 km2）用于住宅建设，其他用途的土地较少，土地利用混合度不高，造成了该区域人口密度远高于旧城改造前的水平，该区域在交通高峰时段经常发生严重的交通拥堵；二是在新建园区内过渡强调单一的工业或者商业等园区规划用途，用于居民生活的住宅用地较少，多数员工白天在园区上班、晚间回城里休息，在园区内出现“白天繁忙、晚上空城”的现象。与其他测度不同的是，图1（d）表明城市通达度在逐渐提高。临沂市是全国小商品批发中心，为更好地做好城市名片，临沂市一直加大交通投入，近年来交通状况不断改善，在城区西部（图2中的A区，小商品批发中心位于该区域）建设了高架桥、立交桥，大大缓解了西部新域交通压力。但是在整体区域上，特别是老城区部分，交通运载能力仍然严重不足。图1（e）可以看出，城市的开敞空间测度指数不断降低。临沂市地处平原，城市周边都是广袤的农田，新增建设用地的增加直接导致了农用地的减少；同时，临沂市同期内城市人口总量小幅度增加，致使城市人均开敞空间逐渐变小。

从综合测度指数计算过程可以看出，不同年度指数间数值越不均衡，该指数对城市蔓延就会产生更大的推动力，这个蔓延维度的权重就应该越大。从表3看出，各个维度的权重基本相同，说明各个维度对城市蔓延的贡献是基本相同的。从图1（f）可以看到，城市蔓延程度总趋势呈现加重的态势，虽然在2012年和2015年分别出现凹点和凸点，但是总的趋势没有改变，这是城市蔓延数量指标、形态指标、城市扩展效率指标三者共同作用的结果。虽然通达性指标反映城市交通有所改善，部分缓解了城市蔓延程度，但由于该指数权重和其他指数权重基本相同，其他指数对蔓延的拉动致使城市总体的蔓延程度表现为加重的趋势。

4 城市蔓延的控制策略

从以上分析可知，临沂市城市蔓延现象产生的主要原因：从土地扩展强度维度看，新增建设用地增速过快，“新区热”现象突出；从去中心维度看，在城市周边和远离市区的部分实施了不同的产业供地措施，加剧了城市蔓延；从土地利用混合度维度看，城市建设过程中，不断降低的城市土地用途混合度加剧了城市蔓延；从通达性角度看，部分区域的交通改善虽然可以提高城市通达度，但要根本改变城市通达度，需要进一步改善老城区的交通状况；从开敞空间测度看，要从控制人口和新增建设用地两个方面入手，来遏制城市蔓延趋势；从综合维度看，城市蔓延是多维度现象，要根本改变城市蔓延趋势，需要从不同维度综合发力，进行综合施策。

控制城市蔓延的对策：针对临沂市属于区域性中心城市的特点，对城乡实施统一规划和政策引导，制定符合城市发展的统一的产业供地政策，结合新农村建设，盘活存量土地资源，实现城市发展空间的相对集中；准确测度资源利用水平和城市人口规模，科学划定城市发展边界并严格执行，控制新增园区数量，从严控制城市新增建设用地规模；加快城市更新改造的同时，要科学规划和建设不同用地的混合程度，使不同用地在数量和空间上达到一个合理的建设水平；同时，要遏制城市蔓延，政府不但要科学制定和实施各种城市蔓延控制措施，还需确保出台的相关政策与措施相互衔接。

5 结论与讨论

城市蔓延可以导致资源枯竭和生态环境恶化等一系列资源环境问题，已经成为经济和社会持续发展的主要威胁。目前中国政府重点发展区域性中心城市，因此测度区域性中心城市的蔓延趋势和提出相应的蔓延控制策略，具有重要的实践意义。本文基于这个目的进行了有益的探索，研究的主要收获是：

第一，构造了城市蔓延综合测度方法，全面有效地测度了临沂市辖区的蔓延趋势。实证研究表明，城市蔓延的单一维度测度和综合维度测度两个方法，在测度城市蔓延趋势方面是不可或缺的，单一维度测度能刻画城市蔓延的某一方面的特征，而综合维度测度能从总体上描述城市蔓延趋势。

第二，临沂市城市蔓延的特征是：临沂市城市蔓延总体呈现加重趋势；城市周边新增建设用地快速增长但空间分布分散，城市去中心度加重；城市的土地利用混合度逐渐降低，新增城区内城市土地利用功能相对单一；城市通达度逐渐增强，这虽然减缓了城市蔓延的趋势，但是交通改善空间不均衡；城市开敞空间逐渐减少，临沂城市的发展是以公共绿色空间损失为代价的。

第三，提出了临沂市城市蔓延控制策略。针对临沂市属于区域性中心城市的特点，实施城乡统一规划和产业政策，加强政策引导，科学划定城市发展边界并注重规划执行的刚性，从严控制新增建设用地数量，实现城市发展空间的相对集中；新城建设和城市更新改造的过程中，注重城市土地利用的功能复合，优化城市整体通达度，科学规划和建设不同功能用地的混合程度；同时，控制城市蔓延的政策和措施要相互衔接、综合施治。

第四，区域性中心城市蔓延控制的建议。虽然国家重视区域性中心城市建设，新增建设用地指标对区域性中心城市倾斜，但为防止城市蔓延现象在区域性中心城市建设中大面积出现，还需要做好以下两个方面的工作：其一，有区别地编制区域性中心城市发展规划，特别是国土空间规划和土地利用总体规划，这需要在综合评估区域性中心城市用地需求和城市产业特点的基础上，借鉴国外一些先进的城市规划和管理经验，例如土地用途复合原则；其二，实施城市蔓延指标考核工作，对于指标异常的，应当停止下达农转用指标，这在新形势下防止区域性中心城市蔓延具有重要意义。

本文主要从城市蔓延强度、蔓延形态、蔓延效果角度考察城市蔓延现象，没有结合城市规划实施评价统一考察城市蔓延现象。因此，今后可在该研究基础上结合城市规划实施评价，开展城市蔓延的对比研究。