沿海地区建成区扩张格局演变及用地效益评价——以杭嘉湖平原为例

宋 洁

(太原师范学院 地理科学学院,山西 晋中 030619)

改革开放以来,我国经济社会快速发展并取得了显著成绩:经济总量和人均国内生产总值从1978年的3 645亿元和381元,增长到2016年的6 826.38亿元和49 992元．其中,沿海地区凭借其自身地理区位优势,以及率先发展的优惠政策,抓住海外产业转移的良好机遇,吸引了大量国内外投资,并很快成为了国家经济发展的排头兵．与此同时,东部城市也得到了长足的发展,城市规模迅速扩大,人口不断增加,基础设施日渐完善． 城市化水平已达到58.4,领先于全国平均水平[1-3]．

建成区的扩张是城市发展的必然趋势,它体现了城市在地形地貌等自然因素以及经济、社会、政治和文化等人文因素耦合发展的过程．因此,阐明城市空间扩张的分阶段特征,有利于揭示人类活动强度变化以及城市发展历程,从而为城市规划, 土地利用规划等相关规划提供理论依据和决策依据[4,5]．遥感数据源具有尺度大,范围广,信息量丰富等优点,因此,结合遥感和地理信息系统空间分析技术,掌握城市空间格局的动态变化以及建成区扩张格局演变特征并进一步预测其发展模式,为土地规划城市规划提供决策依据已成为当前学者们研究的热点[6-8]．

杭嘉湖平原作为我国重要的水网平原,承载着我国几千年的稻作文明,然而近年来, 凭借显著的区位优势和东部优先开发战略,该地区城市空间增长迅速,人地矛盾日益突出．因此,合理配置土地资源,把握当前区域用地效益,进而探索高效的土地利用模式成为解决该地区人地矛盾的重要突破点．本文以杭嘉湖平原地区城市建成区为研究对象,借助遥感与地理信息系统空间分析模块,分析1990-2000年、2000-2010年杭嘉湖平原地区城市建成区扩张格局演变特征,并对各城市的用地效益做出评价．为进一步合理配置土地资源提供可靠的科学依据,同时也为内陆地区借鉴沿海地区优秀先进模式提供可参考的范式．

1 研究区概况

杭嘉湖平原位于浙江省北部,太湖流域南部,是浙江省最大的水网平原,是长江三角洲平原的一部分．杭嘉湖平原的地理范围大致包括太湖以南,钱塘江和杭州湾以北,天目山以东,东海以西的广大地区．杭嘉湖平原的地势极为低平,平均海拔3米左右;区域内河网密布,京杭大运河从中穿过．得天独厚的气候条件和水利条件,为水稻生产提供了良好的生长环境,因此,杭嘉湖平原地区也享有“鱼米之乡”的美誉．为了数据的完整性和可靠性,本文所指杭嘉湖平原行政范围包括嘉兴市全境、湖州市的南浔区和德清县、杭州市的余杭区．

杭嘉湖平原作为连接上海、江苏、浙江的交通枢纽,现已成为我国经济发达且人口稠密的地区之一． 工业体系完善,产业结构完整．随着互联网相关行业的快速发展,该地区经济社会发展明显加快,处于全国前列．

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源及信息提取

本文采用 Landsat TM/ETM+遥感影像, 获取时间为1990，2000，2010年, 并结合 ArcGIS空间分析手段对不同时期杭嘉湖平原空间信息、属性信息和动态变化信息,本文采用目视解译的方法在遥感影像上提取城市建成区范围．第一步,通过目视解译1990年、2000年、2010年的 Landsat TM影像将城市中心周边连片的建设用地确定为中心城区;其次,将城乡结合处与中心城区大面积连片的建设用地也划为建成区,同时除去区内大型河流湖泊、自然保护区等大面积林地、草地;最后,对照 Google Earth上的历史高清影像修正已划定好的建成区边界[9]．杭嘉湖平原地区的经济社会发展数据来源于1990-2010年各县市的统计年鉴． 在整个分析过程中,还借助百度、谷歌地图等高分辨率电子数据库,对影像进行精确纠正,辅助影像解译．

2.2 研究方法

2.2.1 建成区扩展格局演变分析方法

本文选取扩展速度(AGA)、扩展强度指数(EII)、扩展弹性系数(R)来表征建成区扩展格局演变特征． 其中,扩展速度用来表征建成区空间扩展的总体趋势[10,11],扩展强度指数用来衡量单位时间内城市空间扩展的规模与强度[12],扩张弹性系数用来衡量城市建成区空间增长的合理性以及城市扩张与人口增长之间的协调度[13]．

表1 城市空间扩展时空特征测度指标

2.2.2 构建城市用地综合效益评价指数模型

土地利用效率是指区域社会、经济、生态和环境等共同作用下土地投资和消费的单位面积的实际产出或实际成果． 它包括土地利用模式和功能评级类别． 既然土地利用效率是综合优势,包括经济,社会,环境和环境等方面,那么土地利用评估的效率只有经济评估是片面的, 应该结合多种因素才能全面[14]．

本文从经济效益、社会效益、生态环境效益三方面入手分析城市用地综合效益,具体指标见表2． 指标数据全部来自1990年、2000年和2010年各市县统计年鉴．其中,人口数据来自当地非农人口数, 本文研究9个城市的土地利用效益均指9个城市建成区的土地利用效益．本文分别将正负效应的指标采用极差标准化的方法来处理,公式如下:

(1)

其中,xi,j为原始数据,xi,max为i指标的最大值,xi,min为i的最小值．而后,采用加权平均法对各城市的用地的综合效益进行计算,公式如下:

(2)

其中,CEi为城市用地综合效益值;Wj为各因素层的权重;x为各指标的标准化值;Wij为各指标的权重．

本文采用均方差法确定评价指标层的各因子权重,具体权重详见表2

表2 城市用地综合效益评价指标体系及权重系数

(3)

(4)

(5)

城市用地效益协调度:

HCi=1-Si/ECi(i=1,2,3,…,n)

(6)

表3 建成区扩张速度类别划分表

式6中,HCi为城市i用地综合效益协调度;Si为城市i因素层计算值的标准差;ECi为城市i因素层计算值的平均值． 0

3 杭嘉湖平原建成区扩张概况及格局演变特征

3.1 杭嘉湖平原地区城市建成区扩张概况

图1 杭嘉湖平原建成区形态变化变图

通过对影像的解译分析,不难看出在20年期间,杭嘉湖平原所有城市建成区面积都在不断增加．整个杭嘉湖平原中心城区建设用地面积由1990年的453.1 km2增加到2000年的1 581.73 km2,净增1 128.6 km2,增长了3.49倍,其中2000-2010年间扩展面积最大,增量为690.1 km2．

3.2 杭嘉湖平原地区建成区扩张格局演变

3.2.1 扩展速度与强度

根据杭嘉湖平原地区城市建成区土地的扩展情况,并参考其他地区的城市扩张速度特征, 本文按扩展速度将城市扩张划分为高速扩张(Ⅰ)、快速扩张(Ⅱ)、中速扩张(Ⅲ)和低速扩张(Ⅳ)四种类型, 具体分类详见表3．

通过整理杭嘉湖平原数据,可得出杭嘉湖平原各市的扩张速度以及扩展类型,详见表4．

表4 1990-2010年杭嘉湖平原城市建成区扩张速度 单位：km2/年

从表4可以看出,20年来,余杭区、嘉善县、桐乡市、南浔区、德清县的建成区扩张速度不断加快,处于上升时期,而南湖区、秀洲区、平湖市、海宁市、海盐县扩张速度有所放缓．1990-2000年,余杭区、南湖区、秀洲区、嘉善县、平湖市、桐乡市建成区扩张速度处于中速,其中海宁市扩张最快,南浔区、德清县、海盐县则落后于其他地区,属于缓慢扩张．2000-2010年,余杭区、桐乡市、德清县扩张速度加快,进入高速扩张阶段,平湖市扩张速度放缓,进入缓慢扩张阶段,而南湖区、秀洲区、嘉善县、海宁市、海盐县则继续保持原先的状态．不难看出,在2000-2010年期间,受到杭州和上海两个大城市发展的强烈带动,与其相邻的县市发展速度明显加快．

表5 建城区扩张强度类别划分表

按扩展强度将城市扩张划分为高强度扩张(i)、次高强度扩张(ii)、中强度扩张(iii)和低强度扩张(iv)四种类型,具体分类详见表5．

通过整理杭嘉湖平原数据,可得出杭嘉湖平原各市的扩张强度以及扩张强度类型,详见表6．

表6 1990-2010年杭嘉湖平原城市建成区扩张强度 单位：%

由表6可知,1990-2000年,余杭区、德清县呈现低强度扩张状态,嘉善县、桐乡市、南浔区、海盐县为中强度扩张,南湖区、秀州区、平湖市为次高强度扩张,海宁市扩张最为迅速,强度远高于其他地区,为高强度扩张．2000-2010年,南湖区、秀州区、嘉善县、平湖市、海宁市、海盐县扩张强度均有所放缓,而余杭区、桐乡市、南浔区、德清县扩张强度均有所提升．

3.2.2 城市用地扩展弹性系数

中国城市规划设计院根据对全国多个城市的发展过程进行实证分析认为,城市用地扩展弹性系数达到1.12时,说明该地区人口增长与城市用地扩张最合理．

表7 1990-2010年杭嘉湖平原城市扩张弹性系数

由表7可知,1990-2010年间杭嘉湖平原各城市扩张弹性系数逐年上升,1990-2000年期间,区内所有城市的扩展弹性系数均较小,而2000-2010年期间,嘉善县、平湖市、海宁市、德清县的扩展弹性系数严重超出合理值． 嘉善县、平湖市因其地理位置靠近上海,在上海发展的辐射带动下自身城市发展较快; 再加上沪杭高速的开通,带动沿线城市快速发展,使得城市扩展达到一个新的高度．余杭区、嘉兴市、桐乡市、南浔区、海盐县虽也受到经济区建立、干线公路的辐射,但扩张过程中片面追求建成区面积扩大,使得其增长速度落后于人口增长,出现不协调情况,导致弹性系数较低．

4 杭嘉湖平原地区城市用地综合效益评价

据本文构建的城市用地综合效益评价模型计算出1990-2010年杭嘉湖平原9个城市用综合效益与协调度,如表8所示．

表8 杭嘉湖平原用地效益评价结果

由表8可知,杭嘉湖平原9个城市的用地综合效益均在1.5左右,相差不大,说明区内几个城市发展较为均衡． 其中平湖市用地综合效益最高,德清县最低．从协调度来看,只有平湖市、海宁市、桐乡市各因素层子系统间呈现基本协调的状态,其他6个城市的发展均呈现不协调的状态．与此同时,这三个城市的用地综合效益也较高,说明研究时间段内这三个城市发展较为均衡,城市发展过程中土地利用的经济效益、社会效益和生态效益的得到了较为充分的保障．除余杭区之外,大多数用地综合效益高的城市各因素层子系统间协调度也较高．

5 结论

本文以 Landsat TM影像为主要数据源,借助 ArcGIS等空间分析手段,探究了1990年-2010年杭嘉湖平原地区建成区扩张的格局演变特征, 并对各城市的用地效益做出综合的评价．从扩张速度和强度来看,1990-2000年期间,海宁市扩展速度快强度大, 数值明显高于其他地区,而到2000-2010年期间扩展速度与强度逐渐回落; 余杭区、桐乡市和德清县扩展速度和强度持续增大,嘉善县,南浔区、南湖区、秀洲区扩展较平稳,海盐县和平湖市扩张速度和强度较慢．1990-2000年期间,区内所有城市的扩展弹性系数均较小,而2000-2010年期间,嘉善县、平湖市、海宁市、德清县的扩展弹性系数严重超出合理值． 杭嘉湖平原城市用地效益评价表明,只有平湖市、海宁市、桐乡市各子系统间呈现基本协调的状态,而其余6个地区子系统间呈现不协调的状态;除余杭区之外,大多数用地综合效益高的城市各因素层子系统间也协调度较高． 在未来城市化进程中,杭嘉湖平原地区应进一步加强区域间合作,促进地区产业融合,加大力度发展低污染低耗能的绿色产业,努力提升城市用地的社会效益和生态效益,从而实现区域城市用地综合效益的提升,促进杭嘉湖平原的可持续发展．