基于土地利用的港城关系时空演变研究

李照宇，王天旻，王文渊，马 杰

（1.山东省交通规划设计院有限公司，山东济南 250031；2.大连理工大学，海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116024）

引言

港口是城市社会经济发展的重要引擎，也是城市空间结构塑造的重要力量[1]。我国是世界港口大国，近年来随着港口和城市规模的不断扩张，港口和沿海城市在空间结构与用地布局面临着转型发展的机遇和挑战。推动港产城深度融合发展，加强港口与城乡建设、产业布局的有效衔接[2]是建设世界一流强港的重要内容。要实现港口大国向世界一流港口强国的转型，推动港口城市社会、经济、环境的全面发展，有必要加强港口和城市空间组织与布局内在规律的研究。

针对港口与城市的时空演变，郭建科等[3]通过定性归纳，根据港城关系的发展阶段总结为不同的发展时序。邓星月[4]提出港口和城市的空间结构的组成，并探讨了港口城市临港区域空间的形态演变。Hoyle[5]从港口和城市发展周期的角度，把港城演化关系归纳总结为港口形成阶段、港口扩张阶段、港口工业化、港口用地退出城市滨水区、城市滨水区再复兴、港口和城市恢复联系6 个阶段。在城市和港口相互作用方面，国内外已取得较多研究成果[6-16]。在城市和港口规划衔接方面，刘永满等[17]通过对港城关系的发展规律分析，提出港口规划与城市规划衔接中的重点问题。朱善庆等[18]以港口经济理论为基础，论证以港、产、城协调发展为核心的临港经济区规划与相关规划的关系。

目前已有研究从理论层面归纳港口与城市互动关系，但对于临港区域土地利用划分和各功能区演变的研究不足。本文基于港口和城市土地利用时空演变，提出了定量研究港城空间演化关系的方法体系，并以日照市1995 年～2018 年港城空间演变为例，定量分析港口和城市的空间演化模式。

1 研究区域

日照市位于山东省东南沿海，是较为典型的港口城市，临港产业发展基础雄厚，近年来城市发展较为迅速，2019 年在山东省统计核减的背景下，GDP 增长率高达7.2%。日照港现拥有石臼、岚山两港区，2019 年货物吞吐量4.64 亿t，位列全国沿海港口第8 位，山东省沿海港口第2 位。石臼、岚山两港区港城特征差异显著，石臼港区背靠日照城市中心，临港区域城市要素集聚；岚山港区距离日照城市中心约40 公里，临港区域城市功能相对较弱，临港工业较为发达。通过石臼、岚山两港区港城发展的历史演变情况，剖析、提炼两港区港城时空演变规律特性，归纳港口建设与临港区域土地利用变化关系，对于指导临港区域土地合理开发和日照港城协同发展具有一定意义。

2 研究方法

2.1 土地利用初始分类

土地利用初始分类的主要过程如下：

1）根据研究区域经纬度获取相应的分辨率为30×30m 的遥感卫星数据。研究数据来源见表1。在进行遥感影像选取时选择研究区域对应的条带号，数据范围覆盖整个研究区域，同时尽量保证所选影像的含云量最小；

表1 研究数据来源

2）对卫星图像进行几何校正、图像融合、图像镶嵌、图像裁剪等预处理[19]；

3）研究区域卫星图像进行辐射定标和大气校正，以实现DN 值与物理量的转化以及消除大气对遥感数据的影响；

4）进行监督分类、目视解译和分类后处理等流程，完成对研究区域的土地利用初始分类。

参照LUCC 分类体系，结合港城关系实际研究需求，将研究区域土地分类初始分为耕地、林地、草地、城镇用地、农村居民点、其他建设用地、未利用地、水域八类[20]。

2.2 临港土地利用分类

王文渊等[21]通过对比研究临港土地分类和城乡用地分类，构建了港口及临港土地利用分类体系。本文参考其分类体系，并根据日照市实际情况进行了调整，将港口用地和临港用地定义为港城经济区，并将其划分为港区用地、临港商务用地、临港物流和仓储用地、临港工业用地、临港旅游用地、临港生活和公共服务用地6 类。根据土地利用初始分类和临港土地利用分类标准，通过遥感卫星图像监督分类、目视解译和实地勘探，分别得到日照市1995 年、2000 年、2005 年、2010 年和2018 年土地分类。

2.3 临港用地演化研究

石臼港区和岚山港区1995 年、2000 年、2005年、2010 年和2018 年港城经济区土地利用演变情况见图1。

图1 石臼、岚山港区港城经济区土地利用演变情况

提取港城经济区内各土地利用分类的30×30 m栅格数量，计算得到日照港各土地利用分类的面积演变情况，见图2 所示。根据计算结果，1995 年日照港城经济区以港区用地、临港生活和公共服务用地为主，其中临港生活和公共服务用地占比达到90.9 %，临港工业、物流仓储、商务用地基本处于缺失状态。1995 年以后临港用地类型逐渐丰富，2005 年临港工业用地达到7.9 km2，占比达到 11.9 %；临港物流仓储、商务、旅游功能得到一定发展，但发展较为缓慢。2005 年以后，港区用地增长迅速，同时临港工业、物流仓储、商务、旅游等得到了较大程度的发展，尤其是临港工业发展最为迅速。2010 年临港工业用地为22.5 km2，2018 年临港工业用地增长至59.0 km2，占比达到25.5 %。1995年～2018 年港城经济区整体发展趋势主要表现为，港区用地、临港工业、物流仓储、商务、旅游、生活和公共服务用地等均呈现增长趋势，2005 年～2010 年临港生活和公共服务用地增速最快，2010年～2018 年临港工业和物流仓储用地增加最为迅猛。

图2 日照市港城经济区用地面积

2.4 港城关系宏观分析

2.4 港城融合演化研究

为定量研究港城融合过程，定义港城经济区空间中心，通过对不同历史时期港城经济区空间中心的转移，分析临港土地利用的变迁情况。将港口空间区域分为30×30 m 的栅格为单位像元，并以栅格中心点坐标作为单位像元位置坐标。通过对研究区域历史年份土地利用分类演变进行对比，发现石臼港区临港区域外存在与港城经济区相临近，但又与港口空间有一定空间隔绝的城镇用地，定义其为城镇空间中心。港城经济区空间中心和城镇空间中心分别通过式（1）、（2）进行计算。得到港城融合演化情况见表2。

从图3 可直观看到石臼港区和岚山港区港城关系的时空演化趋势，石臼港区港城演化关系为港城分离-融合-扩张型发展模式，岚山港区港城演化关系为港口支点发散型发展模式。1995 年，石臼港区港城经济区空间中心，与城镇中心呈相对分离状态，中间由耕地和农村居民点间隔。但经过港口的发展和城市的不断扩张，2018 年两者已完全融合并向四周进行发散式发展，属于从港城分离逐渐融合，最后向四周扩张的发展模式。岚山港区的港城发展模式与石臼港区不同，从发展初期城镇环海而建，之后以港口为支点，绕阿掖山向东西两侧扩张，其中西部以临港生活和公共服务、旅游用地为主，西北外围逐渐发展工业；而东部港区后方以临港工业和物流仓储业为主，兼顾临港生活和公共服务功能，港城经济区空间中心逐步向内陆迁移。

图3 石臼、岚山港-城发展模式

为直观对比港城经济区历史演变情况，根据不同年份港城经济区用地面积和类型分布，计算港城经济区空间中心的迁移情况，见图4。图中①-⑤分别为两地1995 年、2000 年、2005 年、2010 年和2018 年港城经济区空间中心。各时期岚山、石臼区港城经济区空间中心迁移情况见表2、表3。从图表中可得，岚山港区1995 年～2018 年港城经济区空间中心一直从沿海向内陆移动，移动幅度最大同样发生在2005 年～2010 年间，中心移动直线距离为1.93km，主要是由于临港生活和公共服务、临港工业、物流仓储用地等向内陆延伸趋势明显。石臼港区在1995 年～2010 年的发展阶段中，虽然港口用地和临港其他功能用地均逐步增加，但是港城经济区空间中心从沿海地区逐渐向内陆移动，尤其在③至④即2005 年～2010 年间移动幅度最大，中心移动直线距离达到2.3km。近几年随着石臼港区南作业区的建设以及周边临港区域土地的开发，2018年较2010 年港城经济区空间中心向南发生偏移。预计未来随着日照港东煤南移的实施和南作业区的持续开发，石臼港区港城经济区重心将继续南移，将呈现生活和公共服务用地、旅游、商务用地等城市功能为主的土地利用，与工业用地、仓储物流用地等临港产业功能为主的土地利用相对分离的发展趋势。

图4 日照市港城经济区空间中心变迁过程

表2 岚山港城经济区空间中心迁移

表3 石臼港城经济区空间中心迁移

3 结语

本文基于临港土地利用分类体系，运用遥感图像处理技术和地理信息分析方法，分析不同发展时期土地利用面积的变化和分布，得出港城经济区空间中心位置的迁徙，归纳港城发展模式的特点。研究过程可作为分析港城空间演化的方法。本文以日照港石臼港区和岚山港区为研究对象，得出结论如下：

1）随着港口和城市的发展，日照港临港地区土地功能由单一逐渐丰富，临港工业、物流仓储、商务、旅游功能得以发展。

2）日照港的发展与港城扩张相辅相成，港城经济区空间中心整体上由沿海地区逐渐向内陆移动，但近几年随着石臼港区南作业区的建设以及周边临港区域土地的开发，石臼港区港城经济区空间中心向南发生偏移。

3）通过对日照港港城关系的时空演化趋势分析可知，石臼港区为港城分离-融合-扩张型发展模式，岚山港区为港口支点发散型发展模式。

4）根据日照港城关系演变以及港区规划，预计未来石臼港区港城经济区重心将继续逐步南移，岚山港区港城经济区重心逐步北移，两港区临港工业要素与城市生活要素之间的缓冲将进一步扩大。