苏州中心城区空间开发边界遥感研究

王 跃，陈德超，伍燕南

（苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州215009）

苏州具有城市化发展良好的自然与人文条件，近几十年随着开放政策闸门逐渐打开，社会资本迅速聚集，同时大量城镇和农村劳动力涌向资本聚集区寻找就业机会，区位因素叠加政策、资本、人口因素，使苏州进入城市化快速发展期。在经济与人口总量快速增长的同时，苏州建成区快速扩张成为城市化在这一地区的空间特征。经过三十多年的发展，如今苏州中心城区建成区面积已达948 km2，已是护城河所围老苏州城面积的65 倍。

在苏州城市化快速推进，经济上取得卓越成绩的光环下，应该看到建成区的扩张是由农业和生态用地的减少为代价的。如今许多城市建成区过度扩张所带来的负面效应越来越显现，特别是在生态环境方面，诸如空气、噪音、水质、土壤方面污染加剧，生物多样性减少、垃圾围城以及城市灾害增加等，这些已是当前中国快速发展城市出现的通病，苏州也不例外[1－2]。面对这些问题，人们意识到建成区应该存在扩张极限，城建、农业、生态三者在用地面积上应保持合理比例，在空间关系上应形成科学搭配。为控制城市摊大饼式过快扩张的普遍现象，保护日益减少的耕地和生态用地，防治各种城市病蔓延，2013 年以来中央政府多次要求各地开展城市开发边界的科学划定，在党的“十九大”报告中对城镇开发边界划定工作再次做了强调。如今许多专家学者从各自专业角度对各地城市特别是大中型城市的空间增长边界开展了研究[3－4]。

为满足苏州市民充足安全的粮食、蔬菜、瓜果需求，城市周边应保留足够的基本农田和“菜篮子”用地；为满足苏州市民休闲和记忆乡愁精神所需，城郊应具有优美的田园风光和传统的农耕文化；为了市民的健康宜居，城市周边的环境应该是空气清新、绿水青山。以农业和生态安全为目的，进行苏州城市空间合理开发边界研究，避免城市无节制扩张，实现城市化与农业、生态三者效益的协调是苏州社会、经济持久平稳发展的前提，是苏州历史文化城市特色传承、市民健康宜居的保证，是新时代用生态文明理念治市理政的新起点。为此目的，该研究依据地理学、生态学理论，以遥感影像为基本资料，使用地理信息系统（GIS）技术，并借鉴他人相关研究[5-7]，对苏州中心城区空间开发边界进行了确定。

1 数据准备

城市空间开发边界研究，需掌握城市建设用地分布现状，清楚城市周边植被、水体等空间开发边界限制因素的类型与特点，遥感影像可为研究者提供所需信息。在进行城镇化及城市生态环境分析时，通常使用美国陆地卫星（Landsat）影像，该影像波段较多、数据质量稳定、地物信息丰富，而且分辨率较适中，适合进行大、中型城市中观分析。通过长期应用研究，已总结出一系列由该影像提取植被、水体、地面温度、城市范围等不同地面信息的方法[8-10]。该影像另一优势是数据获取容易，通过互联网可免费下载到任何地区不同时期的影像数据。经对Landsat 影像网上数据库查询，下载了反映苏州城市近况，无云雾遮挡的landsat 8 影像，此影像含11 个波段，成像时间为2017 年5 月27 日。在ArcGIS 平台用影像第8 波段和第10 波段提取了苏州建成区范围，用植被指数（NDVI）法获取了苏州市植被分布图，用水体指数（NDWI）法获取苏州市水体分布图。研究中还使用到苏州市行政边界、水系、道路等地理信息系统（GIS）矢量数据，以及其他时段的Landsat影像。

由NDVI 提取的植被信息将植被分为山地林灌木、人工绿地以及农作物。由NDWI 所提取的水体信息将水体分为湖泊、鱼塘及蓄水农田。对照分辨率较高的Landsat 第8 波段和谷歌影像，结合地面核查，表明由遥感影像提取的苏州建成区、植被及水体类型与范围基本正确。

2 苏州中心城区开发边界空间分析

2.1 苏州中心城区开发边界控制因素

城市经济与人口逐年增加对建设用地的需求是城市空间不断增长的主要驱动力，而抑制城市空间增长的主要因素也有两个，即农业和生态用地需求，确保城市农产品供给和城市生态环境安全需要有足够的用地空间。面对城市建设用地扩张的强势需求，农业和生态用地往往处于弱势地位，其原因主要是人们追求短期经济目标，对生态文明与粮食安全特别是食品提供当地化的长远目标缺乏认识；另一原因则是以往专业人士对城市开发边界缺乏论证或呼声微弱。近些年俞孔坚教授的“反规划”理论，强调城市开发应以生态景观安全优先，以此前提再划定城市增长边界，这一学说和相关实践开创了我国城市开发边界科学划定先河[11]。如今中央政府对生态文明建设和城市开发边界重要性的再三强调，因此，我们对城市开发中的生态和农业保护问题可以理直气壮地去坚持和呼吁，城市空间扩张必须由无节制转为有限度、有理性，城市开发必须具有明确控制界线。

经济、人口、生态、农业是影响苏州中心城区开发边界的四个控制因素，在经济和人口因素为主的情况下城市边界扩张迅速，在提倡生态文明理念的今天，城市边界扩张须放慢脚步并要停止于某些部位，在苏州城市化过程中经济、人口、生态、农业四方面须达到平衡，而这种平衡的把握，须有科学研究来回答。

2.2 苏州中心城区开发边界现状

苏州中心城区开发边界现状可通过建成区遥感分析获取，苏州建成区包括各类建设用地所占范围以及建成区边缘正在进行三通一平施工的准建成区，建成区的图斑轮廓线便是城镇开发边界。

为了了解苏州中心城区开发边界近年来的动态变化，反映中心城区的扩张速率，笔者使用了1995 年以来四期遥感影像，提取当时主建成区轮廓进行叠加制图（如图1所示）和面积统计（见表1）。由四期数据所绘柱状图及趋势线反映，苏州中心城区边界扩张有逐渐增速趋势（如图2所示）。

图1 苏州市不同时期主建成区范围图

表1 苏州市不同时期主建成区面积与增长比例

对比不同时期遥感影像及主建成区范围可以发现，在主建成区加速扩张的同时，阳澄湖、太湖、灵岩山等楔型生态山水向主建成区插入的格局一直存在，这种格局使苏州中心城区避免了许多大中城市建成区以近圆形向外扩展的摊大饼式模式，使苏州建成区有更多机会与生态资源接触，这种空间格局在一定程度降低了苏州主城区扩张引起的生态环境退化速度，但近几年苏州四周山水楔因建成区蚕食，有减弱缩小趋势。建成区与楔型山水之间的明确边界划定，也是苏州中心城区空间增长边界划定的重要任务。

图2 苏州市不同时期主建成区范围增长柱状图及趋势线

2.3 城镇不宜开发区

对苏州中心城区扩展范围若不设限，结局是随着时间的推移，行政区全部或大部都变为建成区，这将会加剧苏州目前存在的一系列生态环境问题，城市雾霾、噪音、水体污染、热岛效应将会进一步凸显，城市垃圾与污水处理能力将会严重不足，市民郊游休闲场地将会消失，市民寄托乡愁的山水田园景观会荡然无存，抚育吴地饮食传统文化的“水八仙”等食材及其他蔬菜、瓜果、粮食将无处生长，吴文化的传承也会因缺乏物质支撑而逐渐萎缩消亡。因此，从生态环境安全、农产品供给、景观资源保护以及传统文化保护方面考虑，苏州都应保留一定范围的农田与生态用地，主城区这张大饼应该有扩张极限。

如今专家学者进行城市空间增长边界的研究视角各有不同，有从城市人口容量或经济发展规模确定城市边界，有从水资源量和水文安全方面考虑，但更多学者从生态安全和土地适宜性着眼进行研究[12-15]。笔者认为第三种视角最适合苏州城市目前存在的主要问题，正对苏州城市空间增长边界划定需解决的核心问题，体现了直面新旧时代生态理念在城市建设领域的主要冲突。该研究也是以生态和土地适宜性为主要因子，进行苏州中心城区空间增长边界的研究。

苏州市需要保护的生态和农业用地主要是水体、林地和农田，苏州市的水体除太湖以外还有阳澄湖、金鸡湖等湖泊和大运河等众多河流，苏州市在以往的城镇化过程中已有许多河段、湖泊被填埋。如今所剩水体在本区生态环境、生物多样性以及江南水乡景观保护方面有重要作用，不宜再被填埋转为建设用地。本区阳澄湖、渭塘洼地区和平望、同里洼地是苏州市主要水田湿地分布区，也是本区基本农田分布区，是苏州水生食材主要产地及田园水乡湿地景观、古村镇主要分布区，有极高的生态、文化价值，所以属不宜进行城市开发的区域。市区西部山地丘陵包括东山、西山、灵岩山等植被分布密集，以自然林、经济林为主，是苏州市主要生态林地、果园及茶园分布区，也是著名的自然资源旅游区。这里的茶叶、水果及梅花、红枫等，以及众多石刻、古迹、庙宇与传说是构成吴文化的重要元素，所以需保护，不宜受到城市建设的侵扰。其他地区植被较分散、零星，主要由人工绿地和农田组成，个别植被斑块例如古典园林范围的绿地和村落周围的绿地，它们也具一定生态和农业生产功能，并有文化基因传承功能，也属城镇不宜开发区。

由于城市空间边界研究有明显的空间分析特点，所以在研究中使用了卫星遥感影像，也采用了专门进行空间问题分析的地理信息系统技术[16－17]。通过GIS 的叠置处理，将由遥感影像分类提取的具重要生态、景观、农业生产、传统文化基因传承、寄托乡愁的水体和绿地图斑合并到一个图上。利用GIS 的制图综合工具对该图图斑进行处理，合并相近图斑，删除零星小图斑，对大图斑进行一定程度平滑，获得本区水体、植被及农田主要分布区图，它们是苏州市具生态服务功能、农业生产功能、传统文化传承功能的精华区，因此，是城镇不宜开发区，亦称为禁止建设区（如图3所示）。

2.4 城镇适宜开发区

苏州现有建成区和不适宜开发区以外的区域便是城镇适宜开发区，即图3 空白区。适宜开发区由于植被指数和水体指数都较低，生态和农业生产功能较弱，在这些范围进行城市建设，对本区的生态环境和农业生产影响不大，可作为今后苏州城市开发拓展空间，这些可拓展空间主要位于吴中区东部及相城区北部。

因苏州市紧邻太湖，出于太湖水质保护目的，《太湖流域管理条例》第30 条规定，太湖岸线外围5 000 m及主要入湖河流望虞河岸线两侧各1 000 m 范围，属水质保护区。保护区内不允许建设可产生污染的危废储存场、垃圾场、高尔夫球场、畜禽养殖场、沿岸水上餐饮点等项目。利用GIS 缓冲区工具，按以上要求在主建成区中划出水质保护区，保护区范围只能进行有严格环境条件限制的城市土地开发。建成区内位于园林外围、河道两岸、山地周边等部位起生态环境保护作用的受限建成区，因规模小、数量多、分布较零星，它们的范围尚待稍后分析划出。

因此，苏州主建成区又可划分为正常建成区与受限建成区，它们与未来可作为城市空间增长范围的适宜建设区一起，合并而成的公共轮廓线便是苏州中心城区空间增长边界（如图4所示）。通过GIS 统计，中心城区未来可扩张的适建区面积为141 km2。增长边界以外则是有重要生态环境和农业生产作用的禁建区和村镇级建成区，以及待开发的村镇级适宜开发区。

图3 苏州市城镇不宜开发区范围图

图4 苏州中心城区空间增长边界图

3 结语

利用近期遥感影像和GIS 软件，分析提取了苏州市中心城区即主建成区范围，圈定出了重要生态区、重要农田区为城镇不适宜开发区，剩下的区域为适宜开发区，主建成区与相邻的适宜开发区外围轮廓线构成苏州中心城区空间增长边界。苏州近十几年来主城区范围快速增长的趋势必须有所改变，以苏州生态环境安全和农业保障安全为前提，分析结果显示苏州中心城区未来可开发利用面积还有141 km2。参照《太湖流域管理条例》在建成区中划出正常建成区和受限建成区。苏州中心城区未来新增人口数量、产业类型与规模以及生态环境建设格局也应参考以上增长范围和限制条件考虑。由于苏州中心城区扩张已接近极限，苏州若要进一步拓展城市空间，今后只能采取建卫星城的方式。