珠三角城市群建设用地扩张与空间格局变化研究

王得文

(甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院，甘肃 天水 741020)

随着我国城市化进程的加快，城市空间格局变化信息及其时空演变规律，是城市科学规划与可持续发展的决策基础[1]。城市建设用地的迅速扩张，是影响城市发展、城市人居环境的关键因素之一[2]。基于卫星遥感影像和基础地理信息数据对各地级城市空间格局变化进行分析，是目前城市空间格局变化检测最主要技术手段[3]。本文基于GIS与RS技术，对珠三角2000、2005、2010、2015、2019年的9个地级市的建设用地进行边界提取，分析珠三角地级城市的建设用地扩张、空间结构和布局演变过程。对改善珠三角地区生态环境、实现城市化的健康发展，具有重要的指导意义和研究价值。

1 研究方法

1.1 研究区概况

本研究中珠三角9个地级市包含广州、深圳、珠海、佛山、中山、东莞、肇庆、江门、惠州，是粤港澳大湾区的重要组成部分。该区域位于21°33′53″～24°23′35″ N、111°21′08″～115°25′09″ E，覆盖面积约5.49万km2，位置与范围如图1所示。该地区属热带和亚热带湿润季风气候区，是中国光、热和水资源最丰富的地区之一[4]。改革开放以来经济持续高速发展，城市迅速扩张，珠江三角洲成为“一带一路”的战略支点和制造业的核心区域[5]。

如图1所示，121/44、121/45、122/43、122/44、122/45、123/43、123/44、123/45分别为覆盖珠三角9市的8幅Landsat影像行列号。

图1 研究区位置与范围

1.2 数据来源与处理

数据源为Landsat系列遥感卫星影像，其中2000、2005、2010年选取30 m分辨率Landsat 5 TM数据，2015、2019年选取30 m分辨率Landsat 8 OLI数据。于USGS网站下载(https://landsatlook.usgs.gov/)，具体遥感影像资料情况如表1所示，云量为0%。

表1 Landsat影像资料情况

将不同时期的Landsat分别进行如下处理：

(1)基于ENVI对原始影像进行辐射定标，消除传感器误差，并基于FLAASH模块对定标后的影像进行大气校正[6]；

(2)基于易康(eCogntion)软件建立分类规则集，进行监督分类[7]，提取出建设用地矢量边界；

(3)以人机交互的方式对分类的结果进行修正，分类精度达到95%以上。

基于ArcGIS 10.2平台，对提取出的建设用地依据地级市行政区划进行裁剪、合并、空间分析与可视化处理，获得珠三角9市2000、2005、2010和2015、2019年的建设用地数据。

2 建设用地扩张

2.1 建设用地面积及其扩张

本文对建设用地面积扩张的研究，是以5年的变化为一阶段。建设用地占地比率是指特定行政区划内的建设用地面积与其陆地总面积的比值[8]，建设用地扩张速度指的是某一阶段内建设用地面积的年增长速率。

建设用地占地比率的计算公式为：

Pi=(Sij/Si0)×100%

(1)

式中，Pi为行政区划i的建设用地占地比率；Sij为第j个阶段区域i的建设用地面积；Si0为区域i的陆地总面积。

建设用地扩张速度的计算公式为：

Vi=ΔUij/Δtj

(2)

式中，Vi为建设用地扩张速度，km2/a；ΔUij为第j个阶段与后边相邻阶段之间，区域i的建设用地扩张的面积；Δtj为j阶段的时间跨度，年。

2.2 珠三角整体建设用地扩张

基于文中1.2提取的建设用地分类数据，分别对珠三角2000～2005、2005～2010、2010～2015、2015～2019年4个时期的建设用地面积及其扩张情况进行计算，计算结果如表2所示。

表2 珠三角2000～2019年建设用地扩张情况

2000～2019年，珠三角建设用地面积从5 920.08 km2增加到8 210.94 km2，研究时期内建设用地面积增加的现象显著，年均扩张速度为116.545 km2/a。2000～2005年，珠三角建设用地增加较多，面积从5920.08 km2增加到6 690.37 km2，扩张了770.29 km2，这一阶段的年平均扩张速度为154.06 km2/a，在本研究的4个时期中处于中等扩张速度。2005～2010年，建设用地面积从6 690.37 km2增加到7 646.76 km2，扩张了956.39 km2，此阶段是研究期内扩张速度最快时期，年平均扩张速度为191.28 km2/a。2010～2015年，与前两个阶段相比，珠三角建设用地扩张速度较为缓慢，建设用地面积从7 646.76 km2增加到8 050.86 km2，扩张了404.09 km2，年平均扩张速度仅80.82 km2/a。2015～2019年，扩张面积仅160.08 km2，年平均扩张速度40.02 km2/a，低于整个研究期内的年平均扩张速度。

2.3 各地级市建设用地扩张

分别统计珠三角2000年、2005年、2010年、2015年和2019年5个时间9个地级市的建设用地面积，计算其建设用地面积与各市陆地总面积的比值，得到建设用地占地比率，如表3所示。然后，计算其扩张速度，绘制珠三角9市建设用地扩张速度折线图，如图2所示。

表3 珠三角9市2000、2005、2010、2015、2019年建设用地面积及占地比率

图2 珠三角9市2000～2019年建设用地扩张速度折线图

珠三角9市在2000～2019年间，建设用地持续扩张。如表3所示，东莞市的建设用地比率最高，2000～2019年从38.51%增加到了51.51%，占据了东莞市陆地总面积的一半；其次是深圳市、佛山市和中山市，至2019年，建设用地比率分别为43.76%、36.22%和33.62%。广州市的建设用地面积最大，但建设用地比率的大小处于中等水平，2019年为21.57%，和珠海市相近，为23.44%。惠州市、江门市和肇庆市建设用地比率较低，均小于10%，其中肇庆市建设用地比率最低，至2019年仅占3.6%。结合图2建设用地扩张速度折线图，肇庆市建设用地比率虽极低，但建设用地扩张速度始终表现为逐年增快的趋势，城市化开发潜力巨大；相反，中山市和珠海市在2000～2019年间建设用地扩张速度逐年减慢，建设用地比率又均处于中等水平，说明其20年间城市化发展较为缓慢平稳；其他6市建设用地扩张速度均表现为前期扩张明显增快，后期又迅速减慢的趋势，这也是珠三角城市群20年间整体的城市化发展趋势。

从4个阶段分别看，2000～2005年间，扩张速度较快的城市从快到慢排列分别有佛山市、中山市、广州市、东莞市、珠海市和江门市，扩张速度>15 km2/a。2005～2010年间，扩张速度较快的从快到慢排列变为广州市、惠州市、佛山市、江门市、深圳市和东莞市，变化最大的是惠州市，从前一阶段仅5 km2/a左右增快到35 km2/a。2010～2015年间，除了肇庆市，各市的建设用地扩张速度呈现相似比率的下滑趋势，深圳市扩张速度变化最为明显，降为区域最慢(≈0 km2/a)。2015～2019年间，珠三角9市的建设用地扩张速度增加或减慢程度都不大，说明城市化发展趋于稳定增长的阶段。至2019年，深圳市成为了我国第一个百分之百城市化的城市。特别的，肇庆市建设用地扩张速度始终表现为增加趋势，最高未超过20 km2/a。这体现了珠三角9市建设用地扩张一定程度的区域不同步特点。

3 建设用地空间格局变化

3.1 珠三角建设用地空间分布

珠三角9市2000年、2005年、2010年、2015年和2019年的建设用地空间分布如图3所示。

图3 2000～2019年珠三角9市建设用地空间分布

在2000年，珠三角城市群的建设用地在广州市和佛山市存在集聚分布现象，形成的广州-佛山聚集区跨越了行政边界的界限。珠三角外围城市(肇庆市、江门市、惠州市)，建设用地区域较少，分布不显著。至2019年，珠江入海口区域的建设用地大幅度扩张，已经形成了覆盖中山、佛山、广州、东莞以及深圳等城市的建设用地连片区；其余区域(肇庆市、江门市、惠州市)的建设用地面积也在持续扩张中。2000～2019年，珠三角建设用地扩张明显；珠江入海口区域的建设用地呈现为由点到线，由线到面的变化[9]。

由于珠三角地区除南部向海，其余三面皆为山地、丘陵，这使得城市扩张过程不可避免地在中心平原区域进行。在研究时间内，建设用地面积大幅度增加。其中在东莞、佛山等市的增加幅度最为明显；中部区域原先较为破碎的分布状态，逐渐的相互延伸，在珠江口两岸形成了连接中山-佛山-广州-东莞-深圳大范围分布的倾斜“n”形条带。

3.2 珠三角建设用地空间形态演变

空间形态的演化能够综合反映建设用地空间布局和结构变化[10]，据此可以分析珠三角地区建设用地的发展过程，揭示其扩张规律。本文通过分析计算得到珠三角地区2000、2005、2010、2015和2019年5个时间的建设用地分形维数、紧凑度指数，如表4所示。其中，“紧凑度”是反映空间形态和功能布局的一个主要指标，用以测度城市建成区用地的紧凑与饱满程度的一个十分重要的概念[11]。

表4 珠三角2000～2019年建设用地分形维数和紧凑度

由表4可知，珠三角在整个时期的建设用地紧凑度都较高，空间离散程度很小。从2000年的0.417 9逐渐增加到2019年的0.537 7，表现出不断增加的趋势，建设用地空间形态越来越紧凑。说明在该时期珠三角是以内部填充、改造发展为主进行城市建设的。结合图3可以得出，该时期建设用地围绕珠江入海口的片区、围绕佛山-广州两个主要的中心，还有四散分布的多个小中心，多方向的向周边区域发展、集中、融合。

3.3 珠三角建设用地空间扩张趋势预测

综上所述，珠三角在2000～2019年间，建设用地不断扩张，且扩张速度以2005～2010年为转折点，扩张速率先增加后减小。空间形态特征则表现为“单一中心”、“单一中心主导，多个次中心环绕”形式，逐渐发展、集中与融合，形成紧凑程度较高的分布形态。随着我国区域经济发展战略的规划与实施，建设珠三角9市+“香港”、“澳门”成为充满活力的世界级城市群——粤港澳大湾区，成为珠三角地区发展的主要任务。未来将形成极点带动、轴带支撑、辐射周边、城市功能互补的发展格局[12]，提高区域发展的协调性。以香港、澳门、广州、深圳四大中心城市作为区域发展的核心引擎，继续提升对其他区域发展的辐射带动作用，实现扩大开放。建设高水平参与国际经济合作新平台，推进“一带一路”建设，通过区域双向开放，筑建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路对接融会的重要支撑区。

4 结 论

本文基于GIS与RS技术，对珠三角9市建设用地的扩张及其空间格局进行了分析研究，得出如下结论：(1)2000～2019年间珠三角9市建设用地面积整体表现为不断增加的趋势，但扩张速度具有较为明显的区域不同步现象；(2)研究时期内建设用地空间格局变化主要表现为围绕珠江入海口的片区、围绕佛山-广州两个主要的中心，还有四散分布的多个小中心，多方向的向周边区域发展、集中、融合；(3)打造区域发展核心城市，将中心城市做优做强，辐射带动周边区域，增强区域发展协调性，是未来发展的主要方向。