太原市土地扩展弹性分析

李冰++孙秀恒++魏海宁++邢刚++崔耀鹏

摘要 本文利用太原遥感图像数据，结合1∶10万土地利用图研究了太原市土地利用变化类型，并着重分析市区建筑用地的扩展情况。根据研究区域城镇建成区用地扩展特征分析和弹性分析得出，太原市城市发展先后经历了准备阶段—快速扩展阶段—成熟期阶段，而由此得到的结果是研究区域城镇建成区域面积发展与研究区域人口增长的关系不甚协调，纵向分析有逐渐改善的良性发展趋势。

关键词 土地利用；城市扩展；弹性；山西太原

中图分类号 F293.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）02-0233-02

Elasticity Analysis of Land Expansion in Taiyuan City

LI Bing SUN Xiu-heng WEI Hai-ning XING Gang CUI Yao-peng

（Benxi Meteorological Bureau in Liaoning Province，Benxi Liaoning 117000）

Abstract Using remote sensing image data，combined with 1∶10 0000 land use map of Taiyuan City，the land use change types were studied in this paper，and urban construction land expansion was focused on. According to the analysis on the urban land expansion characteristics and elastic of the research area in Taiyuan City，it′s concluded that Taiyuan City experienced the following developing process：preparation stage-rapid growth stage-mature stage. Which resulted in a disharmonious relationship between the development of regional urban built-up area and its population growth. The vertical analysis showed that there was an increasingly improved development trend.

Key words land use；urban expansion；elasticity；Taiyuan Shanxi

城市土地利用變化是一个广受关注的研究方向，目前在对其研究时，多利用“3S”技术进行分析，所谓的“3S”即为GPS（全球定位系统）、RS（遥感技术）和GIS（地理信息系统）3种研究技术的应用来分析城市土地利用变化。目前已经有多个报道阐述其优越性[1-3]，如刘盛和[3]利用地理信息系统对北京不同时期的城市变化进行分析，建立北京市土地利用和城市扩展的变化模型，可以较直观地分析城市土地利用变化，为未来城市发展和城市化进程提供了客观有效的决策方式，同时也为城市规划者、资源管理者等提供一种重要的决策工具[4]。

1 数据来源及研究方法

利用太原市1980年、1990年、2000年和2010年4个节点年的动态遥感数据，使用ArcMap平台将这4期矢量格式的土地利用数据进行空间叠加分析，求出土地利用类型的转移矩阵，从而分析太原市土地利用变化的过程。

2 土地分类

土地利用分类的主要依据是土地用途、土地经营方式、土地利用方式和土地覆盖特征等，强调的是表示与土地相结合的人类活动而产生的不同利用方式[5]。分类系统与中国科学院全国资源环境数据库一致[6]，依据中国科学院资源环境数据中心制定的土地覆盖分类系统[7]，同时根据遥感图像解译的要求，以及考虑遥感影像的可判读性和研究区土地利用的实际情况，主要使用土地资源类型的一级分类，将土地分为耕地、林地、草地、水域、建筑用地、未利用土地。

3 城镇建成区用地扩展特征分析

众所周知，目前城市扩展主要分为轴间填充扩展、轴向扩展、跳跃扩展和环状推进扩展4种扩展模式[8]。基于这个原因，通过分析扩展数量时采用扩展强度指数、扩展面积和年扩展速度，分析城镇扩展的时间变化特征。扩展强度指数[9]公式如下：

M=U×100/（A×？驻t）（1）

式（1）中，M为扩展强度，U为不同年份建成区的扩展面积，A表示分析区域的总面积，？驻t表示变化的时间，取年为单位。

城市扩展速度可用年扩展率来表示[10]。计算公式为：

ES（%）=[（Lb /La）1/n-1]×100（2）

式（2）中，ES为城市年扩展率，La为研究期初土地面积，Lb为研究期末土地面积，n为研究时段，以年为单位。经过相关运算得到结果如表1所示。

1980年以前，太原市以其地处南北同蒲和石太铁路线的交汇处的先天优势，以汾河流域为依托，向四周填充式扩展。1980—1990年的10年中，建筑面积从318.72 km2增加到321.76 km2，面积净增3.04 km2，年平均扩展强度指数为0.02，年扩展速度为0.095%。从图1中可以看出，在这段时间里研究区域南部城镇扩展比较明显，建筑面积有所增加。1990—2000年的10年中，建筑面积从321.76 km2增加到339.04 km2，面积净增17.28 km2，年平均扩展强度指数为0.13，年扩展速度为0.524 5%。从图1中可以看出，在这段时间里研究区域内建筑面积主要围绕市区周围增加，而且增加程度十分剧烈，增加面积十分广泛，是整个研究时段中面积增加最多的时段，面积增加是以大量占用耕地为代价的。2000—2010年的10年中，建筑面积从339.04 km2增加到345.96 km2，面积净增6.92 km2，年平均扩展强度指数为0.05，年扩展速度为0.202 3%。从图1中可以看出，在这段时间里研究区域的建筑面积增加比较适中，主要是在建成区内部增加，这段时间建筑面积的增加是以建成区内部林地、草地面积的减少为代价。

4 城镇建成区用地扩展弹性分析

通常城市人口增长速度和城市扩展速度的关系利用城市面积-人口弹性系数来代表，目前研究者认为中国的R（i）系数应该为1.12时，城市扩展和人口增加最合适。其数学表达式为：

R（i）=■（3）

式（3）中，R（i）为第i时段建成区扩展弹性系数，Pop（i）为第i时段市区人口平均增长率，A（i）为第i时段建成区面积平均增长率。本论文分析中的城市面积采用遥感监测的城市建成区面积，城市人口采用城市市区范围内人口数。

根据已知年份研究区域人口数量（表2），采用线性内插法和外插法得出所要研究年份1980年和2010年人口数量：1980年190.29万人；1990年236万人；2000年334万人；2010年353.22万人。

根据（3）式计算出太原市1980—2010年各年代城镇建成区扩展弹性系数（表3）。可以看出，研究区域城镇建成区域面积与研究区域人口增长的关系不甚协调。在1980—1990年、1990—2000年和2000—2010年间，城市面积的扩展赶不上城市人口增长对建设用地的需求，尤其是1980—1990年间矛盾比较突出，2000—2010年间相对要好一些。

5 结论

结果表明：本文研究区域的总面积为1 358.65 km2。根据遥感图像的解译结果，所研究区域内主要土地利用类型为耕地、林地、草地、建筑用地，水体和未利用土地相对很少。根据研究区域城镇建成区用地扩展特征分析和弹性分析得出，太原市城市发展先后经历了准备阶段—快速扩展阶段—成熟期阶段，而由此发展得到的结果是研究区域城镇建成区域面积与研究区域人口增长的关系不甚协调。其中以1980—1990年间矛盾尤为突出，建成区弹性系数达到研究时段最低值0.043 655。但纵向来看，城镇建成区域面积与人口增长的关系正在趋于合理化，彈性系数已由原来的0.043 655增加到2000—2010年间的0.360 562，但是总体还是比合理值偏低，弹性系数相差0.750 438之多。这就说明一方面太原市城市发展的思路、理念正在得以推行，目前已经初有成效；另一方面城市的编制规划和审批周期过长，因此时效性差、改善缓慢，有待于快速制定科学合理的法律规范以保证真正实现城市规划的健康发展。此外，从太原市历年城镇用地扩展变化图（图1），并结合太原市独特的地理环境，可以发现不能像平原城市那样以“摊大饼”的形式沿不同方向连续扩展，而只能以老城区为核心，在建成区周边无方向性地扩展，或者是以占有市区内部绿地面积为代价的城市内部填补式地扩展。

6 参考文献

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