绍兴市土地利用动态变化及城市可持续发展力研究
2019-06-21刘常瑜陈新宇解婉颖解华明
刘常瑜，陈新宇，解婉颖，解华明
(1.安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230601；2.住房和城乡建设部规划管理中心，北京 100835)
0 引言
随着经济的日益发达，城市化趋势越发的成熟，我国土地利用类型发生了翻天覆地的变化，实时掌握土地利用类型及其变化特征和根源，对人们的生活和国家的调控起着重要的作用。绍兴市作为国家可持续发展重点实验区，对中心城市开展土地利用变化特征和驱动因子综合研究，不仅具有代表性和借鉴性，同时，对于其他区域的土地利用变化调控和管理都具有理论指导意义。[1]土地的变化多表现为景观格局的变化，加强城市发展的可持续性，对于保持合理的城市景观布局具有重要的意义。[2]因此，利用景观元素的聚散及流动来揭示城市可持续发展的潜力及方向极具科学意义。
1 研究数据
本文以SPOT5、ZY3等多源、不同时相的高分辨率影像数据为数据源，通过相关地物信息的提取，对绍兴中心城市土地利用动态变化进行分析，结合研究区相关统计数据，建立绍兴市景观格局评价指标库。本研究所用到的影像数据如表1。
表1 研究区遥感影像类型
2 研究内容
利用绍兴中心城区2009～2016年的八期遥感影像及其他辅助信息，采用目视解译法提取研究区土地利用空间信息；根据提取的土地利用信息，分别对研究区土地利用数据和时空变化、土地利用动态变化度、土地利用转换模型三个方面进行分析绍兴市土地利用变化特殊；运用景观格局指数分析法，从景观水平、特定类型水平、城市绿地建设水平等方面构建基于景观格局与功能的城市可持续发展能力评价指标体系，通过主成分分析法，分别确定 2009、2013、2016 年间的斑块密度(PD)、景观粒度(MESH)、多样性指数(SHDI)、景观分离度指数(DIVISION)、农林用地最大斑块指数(LPI)、城市建设用地斑块分维度(FRAC_MN)、非建设用地景观优势度(SHEI)等指标指数[3]，从定性和定量两个角度对浙江绍兴市进行城市可持续发展能力评价。
从研究流程(图1)可以看出，本研究分为三个部分，分别为研究区土地利用信息提取、土地利用动态变化分析以及区域内景观格局分析下的城市发展可持续性研究。
图1 技术路线图
2.1 影像预处理
下载到的各年份的影像已经经过了辐射校正，因此，对所获得的各遥感影像进行数据预处理，预处理过程有几何校正、影像的融合、拼接和裁剪、定义投影等，得到研究区影像数据图，如下图2:
2.2 研究区地物信息提取
本文结合研究区实际情况，参照《城市用地分类与规划建设用地标准(GB50137-2011)》和《绍兴市城市总体规划(2011～2020)——城市用地布局规划图》，结合遥感数据的特点，将研究区土地利用类型分为城市建设用地、村镇用地、变通用地、特殊用地、水域、农林用地及其他非建设用地七类[4]，分类结果如图3，其中对城市建设用地细化为九类。
图2 研究区2009-2016年不同数据源遥感影像图
3 结果与分析
3.1 土地利用变化分析
3.1.1 土地利用数量变化分析
由表2可得，绍兴中心城市的土地利用类型主要以城市建设用地为主，其次为农林用地和水域。城市建设用地在该地区所占的比例逐年增加，而农林用地在该地区的比例逐年减少，特殊用地不变，水域变化不算明显，这种非常小的变化亦有可能是由于影像时相不同因降水量不同引起的水域面积的轻微变化。城市建设用地的快速增，与研究时段内研究区的发展政策及社会驱动力有重要的关系。而从上表反映的现状来看，人口增长，建设用地快速增加，而农林用地减少，虽然可以缓解人地矛盾，但使得农林用地减少，因此，需要在尽量减少农业用地占有量的情况下，通过中心城市外扩等方法解决建设用地需求量增加的总量。
表2 绍兴中心城市2009-2016年土地利用现状
表3 绍兴中心城市2009-2016年城市建设用地现状
从表3可知，绍兴市的土地利用中，以居住用地和工业用地为主。其中居住用地所占比例最大，其增长速度也较快。2009～2016年，研究区城市建设用地的九类土地利用类型都发生了不同程度的变化，且逐年呈增长趋势，面积增加最大的是居住用地，最小的为公共设施用地。城市绿地和广场用地较其他建设用地来说增长速度慢，随着人们对于生活环境的要求日益增加，需要进一步规划好城市绿地与广场用地，以提高研究区人民生活环境的舒适性。
3.1.2 土地利用时空变化分析
由表4可以总结出2009-2016七年间绍兴中心城市土地利用的转移趋势。减少的农林用地和其他非建设用地多转移为城市建设用地；其他非建设用地转出较多，除自身的转移外，大部分转为城市建设用地。
3.2 土地利用动态度分析
从表5中可以看到，其他非建设用地、区域交通设施用地、农林用地的变化幅度较大。其中2010～2011年间，其他非建设用地减少了-18.82%，区域交通设施用地增加了15.53%，变化最为明显。城市建设用地、交通用地基本上逐年增加，而村镇用地、水域、农林用地、其他非建设用地则基本呈减少的趋势。
3.3 土地利用空间格局分析
根据绍兴市中心城区规划区域，结合图3可以看出，绍兴市中心城市建设用地逐年增加，尤其是中心城区的东北区域，农林用地快速减少，城市建设用地增加；由于影像获得时间季节不同，水域在空间分布上也存在较小的变化；绍兴中心城区西北区域村镇建设用地逐年减少，而整体空间来看，交通用地则增加；研究区西北区域城市未建设用地面积减少较多，也主要是用来发展城市建设用地，其中，居住用地增加最多。
3.4 城市可持续发展力分析
3.4.1 定性分析
本研究以城市景观整体结构、城市景观生态连通与控制能为、城市上地保障及用地集约水平3个领域为目标层，选取斑块密度(PD)、景观粒度(MESH)、多样性指数(SHDI)、景观分离度指数(DIVISION)、农林用地最大斑块指数(LPI)、城市建设用地斑块分维度(FRAC_MN)、非建设用地景观优势度(SHEI)等指标指数，对浙江绍兴市进行城市可持续发展能力评价，各指标计算结果如表6。
表4 绍兴中心城市2009-2016年土地利用转移矩阵
表5 绍兴中心城市2009-2016年土地利用变化动态度
表6 绍兴中心城市区景观格局指数值
从绍兴规划区景观格局分析看，从2009年到2016年，该地区100 hm2而积的斑块数量为7.9～8.3之间，并且总体呈现增加趋势，说明城市景观破碎化程度在加剧，在2013年达到最大，但是到了2016年又降低，由于城市开发程度等原因，规划区土地利用斑块变化不规律。MESH值逐年降低，说明绍兴市景观斑块向着聚集和大规模方向发展，城市景观中优势斑块更加突出。在绍兴市发展过程中，景观格局呈现多样性，这种景观多样性水平的提高可能主要归因于建设用地变化的多样性，而这种格局从某种程度上来说，并不利于城市生态系统的稳定。在城市地区，衡量城市绿色空间连通程度关键指标就是景观用地分离度[5]，从表6可知，绍兴市的景观分离度较大，斑块数多，优势斑又少，景观破碎化也较为明显，说明在近几年随着城市建设与发展速度的加快，农林用地景观有空间分化趋势。绍兴市非建设用地斑块分维度从2.01增加到2.11，说明分割度呈增加趋势，同时非建设用地的景观优势度呈降低趋势，这表明绍兴市非建设用地的破碎性增强，土地流转概率持续增加。
3.4.2 定量分析
文章先采用极值标准化法将原始数据无量纲化，使得评价指标体系标准化，然后通过对数据的标准差与平均值进行求比，选用精度较高的变异系数法来确定权重，指标的变异系数越大，在评价中的分布变异性也就越大，因此，这项指标可以对各评价对象进行区分，在权重赋值中，也就赋予较大的权重；反之，则应赋予较小的权重。[6]绍兴市中心城区可持续发展能评价指标权重如表7:
表7 指标权重表
根据各个指数的重值及其量化值，可计算出绍兴市可持续发展能力评价的综合指数，如表8。
表8 2009、2013、2016年绍兴市可持续发展综合能力指数表
根据可持续发展能力评价的综合指数的计算公式算出，绍兴市可持续发展综合指数在0.65-0.85之间，根据Batty M在1995年建立的可持续发展指标评价值衡量标准，绍兴市中心城区属于快速可持续发展水平。
4 结论
(1)绍兴中心城区的土地类型主要以城市建设用地和农林用地为主，城市建设用地在该地区所占的比例逐年增加，而农林用地在该地区的比例逐年减少。居住用地所占面积的比重最大，增速也相对较快，城市建设用地的增加主要来自于农林用地和其他非建设用地的减少，城市建设用地多为自身转移方式，其他非建设用地转出量较大，除了自身转移之外，大部分转为城市建设用地。城市建设用地的快速增加，占用了农林用地，为了从根本上解决人地矛盾，需要通过对城市外沿扩张式规划来满足城市的发展。
(2)绍兴市中心城区的七大土地利用类型中，其他非建设用地、交通用地、农林用地的变化幅度较大，8年间的变化度分别为-6.98%、3.84%、-3.37%。城市建设用地、村镇建设用地、水域8年间的变化度分别为 1.95%、-1.34%、-0.29%。2009-2010年与2012至2013年间综合土地利用动态变化度最高。
(3)建立绍兴市城市景观格局评价指标体系，结合定性描述和定量分析结果，对绍兴市景观生态特征进行分析，发现研究区城市景观分离度较大，斑块数多，优势斑又少，景观破碎化也较为明显，这与前期城市建设时，规划不及时，空间布局合理性低有一定的关系，因此，在后续城市外沿扩张规划时，建议采用最优线性规划、灰色模型等数学方法进行定量规划[7]，以达到城市发展的最适宜性。
