辽中南城市群城市蔓延时空演变与治理方向研究

许芸鹭,雷国平

(东北大学 土地管理研究所,辽宁 沈阳 110819)

1 引言

城市蔓延是一种过度的城市空间增长形式,在空间形态上具有低密度、条带状、非紧凑开发、机动化依赖等特征[1]。在我国经济建设和生产能力日渐增强的发展过程中,城市规模不断增长,建成区面积从1985年的9775km2增长到2015年的40900km2,城市建成区面积增长了4倍多,我国地级以上城市异速生长特征系数达0.97,超过0.85的合理临界值[2]。2016年《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》(简称《意见》)指出,要加强空间开发管理，划定城市开发边界等实现城市集约发展,可见城市蔓延已成为我国城市可持续发展面临的重要现实问题[3,4]。近年来,城市群作为国家参与国际分工与全球竞争的全新地域单元[5],已成为推动我国城市化进程的主体形态,以城市群为主体的蔓延形式逐步取代了城市蔓延。

辽中南城市群作为我国9大区域城市群之一,是国家增长第四级的重要引擎,在振兴老东北工业基地过程中具有举足轻重的作用。根据统计数据显示,2006—2014年辽中南城市群建成区用地面积年增长率为3.93%,而人口年增长率仅为0.73%,城市用地增长弹性系数高达4.71,超出了1.12的合理值,城市用地过度扩张现象十分显著。因此,研究城市群的城市蔓延态势和城市的时空演变特征,一方面能为蔓延治理和城市群发展提供参考方向,另一方面对促进城市可持续发展也具有重要的意义。

目前国内外学者对城市蔓延研究较广泛。在研究对象上,多围绕单一大城市或具有相同特质的经济较发达地区,少数以城市群内多个城市为研究区,忽略了城市群在发展中的优势地位;研究内容上,着重对城市蔓延界定[6]、特征[7,8]、驱动力[9-11]、机理[12]、测度[13]等方面进行分析。研究方法上,以空间数据分析为主,忽视了土地与人口之间的动态关系,而“土地—人口”单指标方法能够直观反映城市扩张过程中人口与土地的变化。本文以辽中南城市群为研究区,基于经济学视角,借鉴“人口—土地”单指标蔓延测度方法,构建城市蔓延指数,探究城市群及内部城市的蔓延状态和时空演变特征,并根据蔓延深度提出治理城市蔓延的方向,为有效控制城市蔓延提供依据,为城市群区域规划制定提供参考。

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

辽中南城市群位于辽宁省中南部,濒临渤海,与京津冀都市圈、山东半岛城市群构成环渤海经济圈(图1)。

图1 研究区示意图

南部是以大连为中心的辽宁沿海经济带,中部是以沈阳为中心的沈阳经济区。全区以沈大、沈本、沈抚等高速公路和沈哈、沈吉、沈丹等铁路干线构成的交通网络为链接通道,包括沈阳、大连两个副省级城市,鞍山、本溪、辽阳、丹东、抚顺、营口、铁岭和盘锦8个地级市,12个县级市和18个县[14]。2015年，辽中南城市群的土地总面积为96690km2,建成区面积1666km2,城市土地利用开发强度达85.3%,总人口3126.6万人,占全省的73.67%,地区生产总值252467.79亿元,占全省的88.05%,是辽宁省经济发展的核心区域,也是东北区经济发展的龙头。

2.2 数据来源

建成区面积与人口之间的动态关系变化可反映城市蔓延的整体态势。2001—2015年辽中南城市群的城市数据显示,城市群、内部城市的城区面积和市区面积的变化并不大,扩张主要集中在各城市建成区,本文采用城市建成区数据作为面积指标,人口采用市辖区非农业人口作为主要依据,所采用数据来自于2001—2016年的《中国城市统计年鉴》。

3 研究方法

3.1 城市蔓延指数

城市蔓延是超过一定限度的过度低效的城市体系空间增长,确定城市蔓延的首要问题是界定合理的城市体系空间增长标准。合理的城市空间增长即为人口增长或经济增长消耗土地面积增长所产生的刚性城市空间的增长,一般包括外延式增长和内涵式增长,两者均属于城市空间合理增长范畴。如果在[0,t]时期内,城市空间增长大于合理的城市空间增长,认为产生了蔓延。

基于“土地—人口”动态关系,本文构造了城市蔓延指数(SI)[15]。基期城市空间范围(S0)等于基期市辖区非农业人口总数量(P0)与基期人均需要建成区土地面积(L0)的乘积,即:

S0=P0L0

(1)

假设城市蔓延的土地面积为Sm,第t年城市空间范围为:

St=(P0+ΔP)(L0+ΔL)+Sm

(2)

式中,△P、△L分别表示[0,t]时期内,市辖区非农业人口总体增长数量和人均消耗土地面积的增长数量。该时期城市空间增长范围(包括合理增长和蔓延式增长)即为式(2)减式(1)得到:

ΔS=St-S0=(P0+ΔP)(L0+ΔL)+Sm-P0L0

=PtΔL+ΔPL0+Sm=Sp+Sq+Sm

(3)

式中,Pt为第t年的城市市辖区非农业总人口数量;Sp和Sq分别表示人口和经济增长所产生的合理空间增长。城市蔓延指数(SI)表示蔓延式增长的土地面积占实际城市土地增长的比例,公式为:

(4)

由于人均消耗土地面积增长属于内涵式增长,即刚性需求,本文不予讨论。假设△L=0,即人均消耗土地面积固定不变,城市蔓延指数(SI)为:

(5)

根据△S、△P和SI的取值情况,将城市空间增长分为5类,城市蔓延只存在于建成区面积增长且存在过度增长的情况下(△S>0，且Sm>0)。由表1可知,第Ⅰ种和第Ⅲ种类型城市空间增长方式属于城市蔓延。在△S>0的情况下,若SI为正,SI值越大,城市蔓延程度越严重;若SI为负,表示城市群集约发展。相反,如果建成区面积不变或减少(△S≤0),SI值越小,表示城市集约发展程度越高。

表1 城市空间扩张类型

3.2 主成分分析法

为了反映辽中南城市群内各城市在不同时间段的蔓延深度差异,为下一步城市群蔓延治理提供针对性和方向性依据。首先,采用极差标准化方法对蔓延指数进行无量纲化处理;然后,借助于SPSS22统计分析软件,选择系统聚类对不同时间段的城市群内各城市蔓延深度进行聚类,分析不同时段城市蔓延的时空特征演变。

4 辽中南城市群城市蔓延时空特征演变

4.1 城市蔓延时序特征演变分析

辽中南城市群总体分析:从表2可见,在建成区增长方面,辽中南城市群建成区年均增长率在3个时间段内呈现“先小幅度上升后大幅度下降”的态势。其中,2005—2010年是建成区年均增长率最快的阶段,年均增长速率达4.48%;2010—2015为建成区年均增长速率最缓慢的阶段,年均增长率为1.86%。相比2005—2010年,建成区年均增长率下降了2.62%。在人口增长方面,辽中南城市群人口增长速率在3个时间段内呈“先升后降”的态势。2005—2010年是辽中南城市群人口变化速率最快时段,达2.07%;2010—2015年则是人口增长速率最慢的时段,为1.14%。综上所述,辽中南城市群建成区年均增长率变化与人口年均增长率变化趋势一致,且在研究期内,建成区年均增长率始终高于人口增长率。在城市群蔓延类型方面,辽中南城市群在研究期内均发生了第Ⅰ种类型的蔓延,表明辽中南城市群的蔓延主要依赖土地驱动。在城市群蔓延指数方面,城市群蔓延程度逐渐减弱,蔓延指数分别为0.69、0.56和0.40,表明辽中南城市群蔓延态势所有收敛,城市治理初见成效。

表2 辽中南城市群建成区年均增长率及人口年均增长率

各城市区域分析:由表2、图2可知,在建成区增长方面,大连、鞍山和辽阳的建成区年均增长率的变化与辽中南城市群的变化一致,呈现“先升后降”的态势;2005—2010年是建成区面积增长最快的阶段,随后建成区扩张开始收敛。本溪、营口、丹东和铁岭的建成区增长率变化与辽中南城市群的变化相反,呈现“先降后升”的态势,表明2010—2015年城市发展对城市土地的需求加大。抚顺和盘锦的建成区年均增长率持续上升,而沈阳的建成区年均增长率却持续下降,表明抚顺和盘锦的建成区处于加速扩张阶段,而沈阳的建成区扩张速率在逐步减弱。

图2 不同时间段各城市建成区年均增长率与人口年均增长率对比

在人口增长方面,鞍山、抚顺、本溪、营口、辽阳、盘锦和铁岭的人口年均增长率呈现“先升后降”的态势,这一变化与辽中南城市群的人口年均增长率的变化一致,说明城市人口集聚性减弱,部分城市甚至出现了人口负增长阶段,如抚顺、本溪等。沈阳和丹东的人口年均增长率持续小幅度上升,而大连的人口年均增长率则持续小幅度下降,表明沈阳、丹东的城市发展对人口的吸引力逐步增强,大连的人口集聚能力有所下降。在研究期内,人口增长速率普遍低于建成区年均增长率。

从城市蔓延指数和类型分析表明(表3),2000—2005年除大连外,其他各城市均发生了不同程度的蔓延,其中丹东是第Ⅲ类蔓延,其建成区面积扩张,人口却减少,蔓延指数在该时段内最大为1.10,其他城市均为第Ⅰ类建成区扩张速度高于人口增长速度式蔓延。2005—2010年,丹东、营口、辽阳、盘锦和铁岭的人口增长速度高于建成区扩张速度,属于第Ⅱ类城市空间增长,本溪为第Ⅳ类城市空间增长,其建成区无扩张,人口增加,这些城市被认为在该时段内发展较为集约并未产生蔓延。而沈阳、大连、鞍山和抚顺则产生第Ⅰ类建成区扩张速度高于人口增长速度式的蔓延,蔓延指数最大的是沈阳为0.86。2010—2015年,除大连外其他城市均发生了蔓延,其中抚顺、本溪、铁岭和辽阳为第Ⅲ类建成区扩张而人口减少式蔓延,其他均为第Ⅰ类蔓延,本溪是该时间段蔓延程度最重的城市,蔓延指数达2.11。从城市蔓延动态变化分析,2000—2015年沈阳和丹东的蔓延指数持续下降,表明城市蔓延程度在逐步减弱,城市向集约方向发展;鞍山和抚顺的蔓延指数呈“先降后升”的态势,表明城市蔓延在减弱后进一步加重;本溪、营口、辽阳、盘锦和铁岭等城市虽然在第二时间段内并未发生蔓延,但第三时间段的蔓延指数均高于第一时间段,表明蔓延程度加重,需要进一步调控。

表3 辽中南城市群不同时段的蔓延动态

4.2 城市蔓延空间特征演变分析

通过对不同时间段城市群中各城市的聚类分析,按照各城市所处蔓延深度的不同阶段将其分为三类集群,分别为深度蔓延、中度蔓延和轻度蔓延(表4)。

2000—2005年,辽中南城市群中存在第Ⅰ类蔓延的城市有8个,第Ⅲ类蔓延的城市1个,只有大连未发生蔓延,属于第Ⅱ类城市空间增长类型(图3)。从城市蔓延深度指数分析:①蔓延指数集中在1.10—0.73之间的深度蔓延城市有沈阳、丹东、本溪、鞍山和辽阳。②蔓延指数集中在0.66—0.58之间的中度蔓延城市有铁岭、抚顺。③蔓延指数集中在0.42—0.28之间的轻度蔓延城市有营口、盘锦。该时期辽中南城市群以深度蔓延城市为主,其规律是以沈阳为中心的发散式发展,沿东南方向的城市以深度蔓延为主,东北方向的城市以中度蔓延为主,而西南方向的城市则以轻度蔓延为主。由此可见,该时段城市群的发展重点是以沈阳为核心,依托东南方向的工业城市开展的。

表4 不同时段辽中南城市群内城市蔓延程度

图3 2000—2005年城市空间增长类型及程度

2005—2010年,第Ⅱ类非蔓延式空间增长的城市有丹东、营口、辽阳、盘锦和铁岭。本溪则在建成区未扩张的前提下,产生了人口集聚,实现了第Ⅳ类城市空间增长(图4)。从城市蔓延指数分析:①蔓延指数集中在0.77—0.86之间的深度蔓延城市有沈阳、大连。②中度蔓延城市抚顺,蔓延指数0.56。③轻度蔓延城市鞍山,蔓延指数0.16。该时段与第一时段相比,辽中南城市群内产生蔓延的城市数量减少,深度蔓延重点集中于“双核心”城市,中轻度蔓延产生于核心城市周边的大城市,而大多城市则实现了非蔓延式的合理增长。对发生蔓延的城市,在同等蔓延程度水平下,蔓延指数低于往期,说明该时段相比上一时段城市群蔓延程度有所缓解。

图4 2005—2010年城市空间增长类型及程度

图5 2010—2015年城市空间增长类型及程度

2010—2015年,大连由第Ⅰ类蔓延式扩张转变为第Ⅱ类非蔓延式城市空间增长,抚顺、本溪、辽阳、铁岭出现了建成区扩张而人口流失的第Ⅲ类蔓延现象,其蔓延指数本溪>辽阳>抚顺>铁岭,蔓延指数越大,表明地区人口流失越严重。其他城市仍然是第Ⅰ类蔓延,从城市蔓延指数第Ⅰ类蔓延分析(图5):①深度蔓延城市丹东,蔓延指数0.80。②蔓延指数集中在0.73—0.76之间的中度蔓延城市有营口、鞍山、盘锦。③轻度蔓延城市沈阳,蔓延指数0.29。该时期城市群以核心城市周围的二、三线城市扩张为主,第Ⅰ类和第Ⅲ类蔓延形式共存,第Ⅲ类蔓延的城市集中在城市群的东北方向且紧邻沈阳,主要是由于该时段沈阳作为核心城市,发展速度较快,建设较为成熟,对周围城市人口和资源的吸引力增强。产生第Ⅰ类蔓延的城市数量减少,且以中度蔓延为主,城市间的蔓延程度差距缩小。

5 辽中南城市群城市蔓延治理方向

从城市蔓延深度聚类结果(表4、图3—5)分析,2000—2005年辽中南城市群内发生深度蔓延的城市数量最多,深度蔓延占总蔓延城市数量的50%,深度蔓延指数是3个时间段中最高的,蔓延主要集中在城市群的核心城市(沈阳)及其紧邻的周边城市,主要是由于该阶段辽中南城市群重点依托工业城市进行发展,沈阳及其紧邻的周边城市是由于产业关联度较高,能为彼此提供原材料,形成产业链,所以该阶段城市蔓延的空间形态呈现以沈阳为中心的“半圆”式发展。因此,该阶段城市蔓延治理应着重从核心城市入手,控制其蔓延程度的加剧,周边紧邻城市的蔓延程度会随核心城市蔓延的变化而变化。

2005—2010年是城市群中城市发生蔓延最少的阶段,深度、中度和轻度蔓延的城市数量均有所减少,且蔓延深度相比上一时间段有所缓解,蔓延主要发生在辽中南城市群的“双核心”城市(沈阳、大连)和重点资源型城市,这一时期大连的核心效应开始显现,辽中南城市群的发展格局由“单核”向“双核”转变,巩固核心城市地位,大力发展能拉动城市群经济的重点资源型城市(鞍山、抚顺),对城市群内的二、三线小城市的扶持力度较弱,核心城市对其辐射能力不强,单纯依靠城市本身发展较慢,城市蔓延现象不明显,所以该阶段城市蔓延的空间形态从上一阶段的“单核心半圆式”发展转变成“双核心条带式”发展。因此,该阶段城市蔓延治理重点是控制“双核心”城市蔓延速度和深度,分散重点资源型城市拉动经济增长的压力,提高核心城市的辐射带动能力,进而加快城市群整体发展进程。

2010—2015年,辽中南城市群发生城市蔓延数量最多,深度蔓延城市数量减少,中度蔓延城市数量骤然增多,超过深度蔓延的数量。城市蔓延主要以中度蔓延为主,深度蔓延重心从核心城市向二、三线城市转移,表明在该时间段内城市群的发展中心不再集中于核心大城市,在资源配置和投资方面均向周边城市辐射,人口集聚有了多重选择,不再一味地向核心城涌入,周边的二、三线城市迅速扩张,新兴中心城市逐步形成,从而减弱了中心城市的蔓延扩张速度和深度,该阶段城市蔓延的空间形态呈现“多点开花”式发展。因此,该阶段城市蔓延治理重点应放在新兴中心城市上,放缓对核心城市的控制,加强核心城市的对外辐射能力,从而有效预防中度蔓延进一步深化为深度蔓延。

2010年10月颁布的《中共中央关于中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要的建议》中指出,要以大城市为依托,以中小城市为重点,逐步形成辐射作用大的城市群,辽中南城市群的蔓延趋势与政策导向相吻合。因此，未来几年辽中南城市群的城市蔓延治理应采取核心城市与周边城市“两手抓”的策略,才可有效控制城市群内部中重度城市蔓延,从而降低城市群蔓延整体步伐。

6 结论

本文将城市蔓延定义为过度的空间增长,采用单指标方法(建成区面积与人口关系)构建蔓延指数,并根据建成区增长变化、人口增长变化和蔓延指数的取值不同,将城市空间增长分为5种类型(2种蔓延式、3种非蔓延式)，对城市群内产生蔓延式空间增长的城市通过聚类分析,分为深度蔓延、中度蔓延和轻度蔓延三大集群。

主要结论为:①在时序演变方面,2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年3个时间段内辽中南城市群的建成区增长率和人口增长率均呈现“先小幅上升后大幅下降”的趋势,且建成区增长率始终高于人口增长率;辽中南城市群蔓延主要依赖土地驱动,以第Ⅰ种类型为主,但蔓延程度逐渐减弱,城市蔓延治理初见成效。②在空间演变方面,2000—2005年辽中南城市群的城市蔓延主要集中于核心城市(沈阳)及其紧邻的周边城市,空间形态呈现以沈阳为中心,“半圆式”的发展;2005—2010年,蔓延主要发生在“双核心”城市(沈阳、大连)和重点资源型城市,发展格局由“单核”向“双核”转变,空间形态从“单核心半圆式”向“双核心条带式”发展;2010—2015年,蔓延主要以中度蔓延为主,深度蔓延重心从核心城市向二、三线城市转移,空间形态呈现“多点开花”式发展。③在蔓延治理方面,2000—2005年城市蔓延治理应着重从核心城市入手,控制其蔓延程度的加剧,周边紧邻城市的蔓延程度会随核心城市蔓延的变化而变化;2005—2010年,城市蔓延治理重点是控制双核心城市蔓延速度和深度,减轻重点资源型城市拉动经济增长点的压力,提高核心城市的辐射带动能力;2010—2015年,蔓延治理重点应放在二、三线新兴城市上,放缓对核心城市的控制,增强核心城市的对外辐射能力。