2000-2018年成都市中心城区“三生”空间格局演化

刘 涛 侯兰功

(西南科技大学土木工程与建筑学院 四川绵阳 621010)

“三生”空间是生产空间、生活空间以及生态空间的简称，构成了不同空间尺度的主体要素[1]。随着我国城镇化以及工业化的不断推进，其生产、生活和生态空间的相互争夺与冲突日趋激烈[2]。“三生”空间的冲突其实质是不同功能土地间的博弈。如何发挥功能协同和乘数效应，缓解土地功能冲突，成为当前可持续发展亟待解决的问题[3]。十八大报告提出了建设集约高效的生产空间、宜居适度的生活空间以及山清水秀的生态空间的总体要求[4]。学者对“三生”空间的研究多从概念[5-6]、理论分析框架[7-8]、评价模型[9-10]、功能变化[11]以及影响因素[12]等方面切入，涉及范围主要有行政区域[13]、城市群[14-15]、流域等，对于存在着具有显著空间异质性的土地功能来说，研究尚处于初级阶段。

中心城区是一个区域的政治、经济、文化中心，同样也是人口最密集的区域[16]。当前我国正处于快速城镇化、工业化发展阶段，其建设空间快速扩张，加速了生产、生活和生态空间的转变，受多种因素的影响，生产、生活和生态空间冲突不断。为更好地揭示中心城区“三生”空间时空演化特征，本文以成都市中心城区为研究对象，利用转移矩阵法、地学信息图谱法以及标准差椭圆法探究2000-2018年成都市中心城区生产、生活、生态空间在结构以及空间上的演化规律，为进一步优化中心城区“三生”空间提供新的研究方向，为实现“三生”空间可持续发展提供参考。

1 研究区域概况

成都市中心城区是成渝城市群双核心之一，是西部经济最为发达、科技最领先、商业最繁华的区域之一，主要包括锦江区、青羊区、金牛区、武侯区、成华区、新都区、郫都区、温江区、双流区、龙泉驿区以及青白江区，介于30°13′23″～30°57′58″N和103°14′73″～10°29′31″E之间(见图1)，幅员面积3 298 km2，年均气温16.2 ℃，全年平均降雨量1 113.21 mm，属于亚热带季风气候。至2018年末，成都市中心城区全年生产总值达9 993.8亿元，其中第三产业占比60.72%。

图1 研究区域位置图Fig.1 Location map of the study area

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究所用到的影像数据均来自地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)，包括分辨率为30 m×30 m 云量小于8%的2000年9月、2008年9月landsat 5 TM以及2018年8月landsat 8 OLI 3期影像。经ENVI 5.3中辐射定标、大气校正、裁剪等步骤，利用最大似然法对假彩色影像进行监督分类后得到土地利用分类数据，利用Google earth的高分辨率影像对分类结果进行修正处理。随机选取400个样本点对修正后分类结果进行精度验证，总体精度均大于90%，符合相关要求(见图2)。

图2 研究区“三生”空间分布Fig.2 Production-living-ecological space distribution in the study area

2.2 研究方法

2.2.1 “三生”空间分类

本文在参考已有研究成果[17-18]的基础上，将土地利用二级分类与“三生”空间用地分类进行衔接，其衔接结果如表1所示。

表1 土地利用-“三生”空间用地衔接表Table 1 Land Use-production-living-ecological space land use connection table

2.2.2 “三生”空间转移矩阵

研究引入土地利用转移矩阵来分析“三生”空间的相互转换情况，进而分析“三生”空间变化的内在过程。公式如下：

(1)

式中：S为土地面积；n为土地利用的类型数；i，j分别为研究期初与研究期末的土地利用的类型序号。

2.2.3 “三生”空间信息图谱

信息图谱能够清晰表达出用地类型的空间变化特征，采用地学信息图谱法构建“三生”空间转移空间，计算公式如下：

(2)

式中:G表示研究区在多个连续时期内土地利用演变为新的图谱单元栅格属性值；N表示研究的连续时期数目；E表示其序列号；QE表示研究区内第E个时期的土地利用栅格图的属性值。

2.2.4 标准差椭圆

标准差椭圆也称作方向分布，通过创建标准差椭圆以揭示一组点或区域的地理要素趋势的空间特征。标准差椭圆通过其中心、长轴、短轴、方位角等参数定量描述空间要素分布的中心性、展布性、方向性等特征。

3 结果与分析

3.1 “三生”空间结构变化

3.1.1 “三生”空间面积变化

由表2可知，成都市中心城区在2000-2018年生产空间面积下降，生活空间面积有所增加，而生态空间面积表现为先减少后增加的态势，具体表现为：2000-2018年，生态空间面积从28 038.42 hm2下降至27 368.91 hm2后增加至32 067.18 hm2，其生态空间面积占研究区总面积的比例从7.63%调整为7.45%后调整为8.72%；生产空间面积从275 592.24 hm2下降至226 971.99 hm2，共减少面积48 620.25 hm2；生活空间面积从63 902.7 hm2增加至108 498.24 hm2，增加面积44 595.54 hm2。

表2 2000-2018年研究区“三生”空间面积变化Table 2 Changes in the production-living-ecological spatial area in the study area from 2000 to 2018

结合图2可以看出，研究区生态空间减少地区主要集中在研究区西部以及东部龙泉山脉处。在2000-2008年间，由于城市建成区的扩张，研究区生态空间受到挤压，生态空间面积下降，然而在2008-2018年间受“增绿行动”、“百个公园示范工程”等政策的影响，研究区生态空间面积有所增加。

3.1.2 “三生”空间转移变化

由表3可以看出，2000-2018年期间生产空间向生活空间转移面积最大，转移面积55 556.01 hm2，主要体现为城市建成区的扩张侵占了以耕地为主的生产空间。生态空间向生产空间转移面积5 341.68 hm2，大多发生在研究区西部以及东部龙泉山脉，该区域生产空间侵占大量生态空间，应合理划定生态保护红线，保证研究区生态健康与生态安全。

表3 2000-2018年“三生”空间变化转移矩阵(单位：hm2)Table 3 Production-living-ecological spatial change transfer matrix from 2000 to 2018(unit: hm2)

从整体来看，受城市“摊大饼”式的扩张、经济发展以及城镇化等多因素的影响，2000-2008年成都市中心城区生态空间与生产空间面积下降较快；2008-2018年间生态空间面积有所增加，生活空间面积增加较慢，其中成渝城市群发展规划强调“三生”空间协调发展，补齐生态短板，改善中心城区的生态环境。

3.2 “三生”空间时空变化

3.2.1 “三生”空间信息图谱

从图3可知，研究区2000-2008年生产空间向生活空间转移主要位于金牛区、成华区、青羊区、武侯区以及锦江区外围区域，其演变特征表现为向外扩散的形式。2008-2018年生产空间向生活空间转移大多发生在新都区、温江区以及双流区，该区域城市建设速度较快。生产空间向生态空间转移大多发生在龙泉驿区，该区域紧靠龙门山脉，其“退耕还林、还草”政策加速了生产空间向生态空间转移。2008-2018年生产空间向生态空间转变主要发生在研究区东部，受“退耕还林”、“增绿行动”、“百个公园示范工程”等政策的影响，使研究区东部部分地区生产空间转变为生态空间。

图3 研究区“三生”空间演化图谱Fig.3 Atlas of production-living-ecological spatial evolution in the study area

3.2.2 “三生”空间标准差椭圆

采用标准差椭圆、土地利用重心迁移模型对研究区“三生”空间分布特征及变化差异进行了分析(图4)。研究区生产空间的标准差椭圆长轴为东南-西北走向，2018年生产空间标准差椭圆相较于2000年长轴长度缩短、短轴长度增加，表明生产空间从东南-西北走向分布向南-北方向发展。重心对应着生产空间的空间分布位置。成都市中心城区生产空间重心位置从青羊区转向锦江区，累计迁移距离达 2.14 km。研究区生活空间标准差椭圆为南-北方向分布，2000-2018年生活空间标准差椭圆面积增加显著，且长轴距离增加，表明研究时间内成都市生活空间向南北方向扩展；生活空间重心由青羊区向北转移到金牛区，共转移 1.71 km，说明研究区生活空间的扩展主要为东北方向。研究区生态空间标准差椭圆长轴为南-北走向，生态空间标准差椭圆长轴逐渐向西部旋转，并且短轴长度增加，可以说明2000-2018年研究区生态空间格局向西北部转移，重心由武侯区向北迁移2.39 km。

图4 研究区2000-2018年“三生”空间格局标准差椭圆Fig.4 Standard deviation ellipse of production-living-ecological spatial pattern in the study area from 2000 to 2018

4 结论

基于成都市中心城区2000年、2008年以及2018年3期遥感影像，利用土地利用转移矩阵法、地学信息图谱法以及标准差椭圆重心迁移模型，研究了成都市中心城区“三生”空间演变特征：(1)2000-2018年研究区生态空间面积呈现先减少后增加的趋势，生产空间面积减少48 620.25 hm2，生活空间面积增加至108 498.24 hm2，生活空间扩张明显，并呈现出由中部向外扩张的态势。(2)2000-2018年期间生产空间向生活空间转移面积最大，转移面积55 556.01 hm2，生态空间向生产空间转移面积为5 341.68 hm2，大多发生在研究区西部以及东部龙泉山脉。(3)研究区2000-2008年生产空间向生活空间转移主要位于金牛区、成华区以及锦江区外围区域；2008-2018年生产空间向生活空间转移大多发生在新都区、温江区以及双流区。2000-2008年城市建成区的扩张速度高于2008-2018年。(4)研究区2000-2018年生产空间分布为东南-西北方向，标准差椭圆长轴长度缩短、短轴长度增加。生活空间标准差椭圆面积增加显著，且长轴距离增加，重心共迁移 1.71 km；生态空间标准差椭圆长轴逐渐向西部旋转，并且短轴长度增加，生态空间向北迁移2.39 km，说明生态空间格局向北部转移。