基于地表覆盖的城市扩展机制研究

韦 前

（黔南州自然资源局，贵州 都匀 558000）

城镇化进程不断推进以及城市向外围不断扩展，导致城市内部的现有资源以及生态环境等各方面受到较大压力，城市化质量难以提升，城市用地的空间扩张问题成为研究热点[1]。因此，结合目前整体发展形势，对城市建成区土地利用变化情况、空间扩展演变过程等进行统计模拟，分析城市扩展中存在的问题，提出建议，对城市化质量提升具有重要意义[2]。目前相关研究多是基于土地利用调查成果进行分析，受不同时期的调查技术标准差异等影响，导致数据可比性不高。文章基于统一的技术标准、时间尺度，解译1990—2020年的遥感影像，对土地利用分类展开研究。

1 研究对象概况

都匀市总面积为2 285 km2，5个街道、4个镇、1个乡、1个省级经济开发区。文章将都匀市作为研究对象，以规划区作为研究区。根据相关数据统计，截至2020年年末，都匀市户籍总人口数已经达到了51.6万，常住人口城镇化率为65.9%，地区生产总值达到223.39亿元，人均GDP 4.21万元。

2 研究方法

基于土地利用（地表覆盖）以及社会经济数据，分别揭示都匀市扩展进程的时空变化特征以及城市扩展进程中城市不透水面与生态空间变化情况[3]。结合都匀市历史发展进程中的自身条件、外围环境等因素，阐述城市扩展各个阶段的纹理特征以及影响因素，并针对存在的问题提出对策及建议。研究路径如图1所示。

图1 研究路径

2.1 城市边界范围提取

城市范围的准确性和权威性会影响研究结果，城市范围数据来自都匀市政府公开发布的《都匀市总体规划（2017—2030年）》，城市范围涵盖了都匀老城区、绿茵湖产业园和都匀经济开发区，涉及文峰街道办事处、沙包堡街道办事处、广惠街道办事处、绿茵湖街道办事处、小围寨街道办事处和匀东镇等6个镇办，面积共计516.66 km2。

2.2 城市规划区城市用地扩展时间维度分析

对各个时间段城市扩展面积和扩展速度进行统计分析，推算出各个时间段年均变化速度，以反映城市扩展速率：

式中：S(y1～y2)——y1～y2期间城市扩展速率（km2/a）；Areay1和Areay2——y1和y2时间节点的城市用地面积（km2）。

2.3 城市规划区城市用地扩展空间维度分析

以特定点为原点，东西向为X轴，南北向为Y轴，分析整个规划区的空间方位。对整个城市规划区建立公里格网，分别统计各格网内的城市用地面积。计算每个公里格网的年均扩展强度指标：

式中：AVGI(y1～y2)——y1～y2时间段公里格网内的城市扩张强度（km2/a）；KArea(y2-y1)——y1～y2时间段内公里格网内部城市用地总面积（km2）。

3 特征分析

3.1 都匀市扩展时间维度特征分析

基于ArcGIS软件影像重分类工具对原有地表覆盖进行二次分类，生产空间包含农田；生态空间包含灌木林、草地和水体；生活空间包含不透水面。遥感影像地表覆盖解译和重分类结果显示，城市林地以及耕地在每个时间节点的占比都最大，土地利用变化主要集中在城市用地、林地之间，林地逐步被城市建设占用，生态空间逐步呈萎缩态势，农业生产空间基本保持稳定，城市用地逐年递增。

根据城市地表覆盖数据统计研究结果，城市不透水面的面积持续增加，表明城市在持续扩展，扩张速率总体呈上升趋势。在1990—1995年和2005—2010年两个时间段内，城市的扩张速率有所放缓，其余时间仍然处于高速扩张状态。都匀市规划区1990—2020年城市用地变化如表1所示。

表1 都匀市规划区1990—2020年城市用地变化

3.2 都匀市城市扩展空间维度特征分析

使用ArcGIS软件渔网工具设置为500 m的格网覆盖整个规划区，再使用要素转面，把渔网转成面，得到规划区内的统计单元格网。根据格网与城市用地的空间关系，统计每个格网内各城市的用地面积。计算每个格网各时间段的扩展强度，生成分级示意图。都匀市主城区扩展强度空间分布如图2所示。

图2 都匀市主城区扩展强度空间分布

以政府大楼所在位置为原点，分析都匀市扩展方向和强度，发现城市建设用地扩展具有明显的方向性特征，整体集中向东、西方向扩张。1990—1995年间，城市扩展强度高的区域主要分布在南面和北面，最高扩展强度出现在北面为1.80 km2/a。1995—2000年间，扩展强度高的区域主要分布在北面，最高扩展强度出现在北面为1.41 km2/a。2000—2005年间，扩展强度高的区域主要分布在北面，最高扩展强度出现在北面为1.92 km2/a，城市基本呈现均衡发展，各个区域和方向的扩展强度基本相同。2005—2010年间，扩展强度高的区域主要分布在北面和西面，最高扩展强度出现在北面为2.08 km2/a。2010—2015年间，扩展强度高的区域主要分布在北面、东面和西面，最高扩展强度出现在西面为3.38 km2/a。2015—2020年间，城市扩展强度高的区域主要分布在北面、东面和西面，最高扩展强度出现在东面为2.53 km2/a。城市快速发展，位于城市北部的杨柳街片区和南面的小围寨片区也出现了较大的扩展强度。

4 因素分析

4.1 基础设施条件因素分析

都匀市山多、平地少，而且平地被山脉、河流切割，城市整体形态不规则，呈多核心形态扩展[4]。沿着剑江河形成了都匀市老城区，居住、商业聚集区以及早期的工业区。2010年都匀市甘塘产业园区成立，开始布局城市西部的工业和物流聚集区，由于交通优势，始终保持稳定发展的态势。但因地形地貌受限，2013年都匀经济开发区扩区后工业布局开始向东拓展。

4.2 人口因素分析

城市扩展过程中会促使人口向城市聚集，生产力经济效益得到提高，都匀市人口从2005年的46.5万人增加到2020年53.4万人，城镇化率提升到60.85%，都匀市城市扩展反映出的时间特征与城市人口变化呈现高度一致性。

4.3 经济因素分析

都匀市2005、2010、2015、2020年的GDP增速分别为14.3%、16.6%、13.9%、3.3%。GDP快速增长，城市用地逐年增加，维持上升态势，城市用地面走势与GDP增长趋势基本一致。但GDP增速自2010年后逐渐下滑，原因是前期快速发展，土地粗放式利用，闲置土地盘活利用难度大，新入驻企业一般选择使用新土地，导致城市用地在逐年增加。

5 存在的问题

规划区内的配套设施不均衡导致老城区开发强度偏高，新区开发强度偏低，难以疏解老城区的部分功能。

老城区居住用地和新城区工业用地未能实现产城融合建设，导致基础设施配套成本高，通勤时间较长，城市运行效率不高。

节约集约用地效果不明显，产业用地布局不够合理，难以形成聚集效应。

6 对策与建议

构建高质量发展引领的国土空间开发保护格局，优化土地利用布局，提升土地节约集约水平。对老城区积极推进城市更新，构建15 min生活圈，合理控制开发强度，改善人居环境；对新区重点开展存量盘活，严控增量，充分利用闲置、低效用地，推进城乡公共服务设施均等化，实施产城融合建设。

优化产业结构，促进产业聚集。加大对低效闲置土地的处置力度，释放土地[5]；引进高附加值的产业项目，适当提高工业用地的开发强度，提高土地产出效益。

优化用地政策，灵活供地。鼓励企业对低效用地进行再开发，给予适当优惠政策。

加强城市重点要素的遥感监测识别与城市空间推演的研究与应用，优化城镇空间格局[6]。

7 结语

选取都匀市规划区为研究范围，在基于统一的技术标准、时间尺度、空间尺度下，开展1990—2020年遥感解译土地利用现状，并分析城市扩展动态变化过程和影响城市扩展的主要因素。基于地表覆盖得出符合城市实际的演变过程，排除了不同时间段采集不同口径技术标准和时间尺度以及人为因素干扰，分析结果具有较高可靠性，可以为自然资源开发利用保护提供参考。