杭州城市边缘区暴露度评价

薛斯文，解雪峰，吴 涛，于红梅，周 旗

（1宝鸡文理学院地理与环境学院，陕西宝鸡 721013；2浙江师范大学地理与环境科学学院，浙江金华 321004）

0 引言

21 世纪以来，随着城市化进程的加快，各个城市争相向外扩张，城市辖区不断扩大。其中，城市边缘区是城市空间增长的“集中区”，中国快速城市化的建设模式多数是通过“萎缩”城边缘区耕地面积来增加建设用地供给量以实现城市空间扩张[1]。城市边缘区域地处“城”与“乡”的接壤区，是城市化影响最深入、最敏感的地区，具有突出的不稳定性[2]。由于快速城市化的影响，城市边缘区结构与功能转换极其频繁，因而引发了很多“不适应性”，如今大多数城市现代化建设所面临的困境和桎梏多位于此。总之，城市边缘区暴露度“底图”是由一定范围内边缘区距市中心距离、斑块密度、香农多样性指数、景观分割度指数、建设用地比重、最大斑块指数所“绘制”的。如何提高城市边缘区社会适应能力，来构建可持续发展的城市是中国目前经济背景下需要着重考虑的问题。由于城市化的历史进程不同，不同的城边缘区受快速城市化的干扰、敏感性程度以及适应能力均有差异，进而导致城市边缘区暴露度分布呈一定规律。与中国大多城市不同的是，快速城市化虽然导致杭州市空间拥挤，但其带来的三方面（即人口、空间和环境）压力比重不大相同，因而，在快速城市化背景下，诸多带有杭州特色的暴露度度随着杭州市边缘区空间布局与功能的频繁转换而开启，因此，这便成为当前杭州市社会问题和矛盾的集中区。

当前对城市边缘区的研究多集中于空间结构演化与功能转变、规模界定、土地格局演变、社会环境问题与对策等角度，而在边缘区暴露度可持续性方面关注较少，近年兴起的脆弱性研究框架为此提供了新的视角和思路[3]。

国内外学者已在多个范畴开展了城市暴露度相关的研究，在理论和方法层面都取得了圆满成果。此后，学者渐渐倾向于自然环境恶化孕育的暴露度评价发展到人类行为对暴露度影响的研究[4]；由简略分析人类被动面临暴露度给社会经济造成的损害演变为踊跃研究应对这一损害的措施；从传统单一研究城市暴露度向新的关注社会生态系统、人地耦合系统暴露度等方向转变[5]。

国外对暴露度的研究多致力于特定外部背景下某一区域的暴露度，如地震、洪涝、飓风等灾害和全球气候变化等[6]。研究内容主要为暴露度空间模式分布和暴露发生的缘由。国内对城市暴露度研究虽起步晚，但发展较快。从已发表的研究成果来看，对城市暴露度的研究主要在灾害和生态环境暴露度范畴，研究成果多为生态环境暴露度评估、生态环境暴露类型划分及自然灾害暴露度评估等方面，而对社会布局的快速变化引发的暴露度鲜有问津[7]。

国内外对城市暴露度研究仅仅停留在暴露度发展状况与空间分异层面上，而对影响这一现象发生的深层次原因探讨不多，大多只从单一社会视角阐发影响暴露度的原因，如贫困、社会资本分配和种族排斥等[8]，缺少综合视角阐发。本研究旨在根据社会脆弱性的评价结果，从多个维度对杭州城市边缘区暴露度的影响因素展开论述，以期阐明杭州市边缘区暴露度分布规律并为杭州城市规划和发展提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域

杭州地处中国东南(118°21′—120°30′E，29°11′—30°33′N)，北邻湖州、嘉兴市，西南、西北与安徽省交接，南与绍兴、金华相接。1985—2009年间杭州用地规模极速扩张，土地利用方式越发多样化。并且随着杭州市一系列的空间扩张战略的推动，城镇扶植用地有大规模占用农业用地的趋势，但各地区呈现的景观格局并不相同，边缘区的具体范围难以确定。城市边缘区于杭州市而言不仅是城乡过渡区域，而且为第二产业与第三产业适应的交接区，主要在社会基础设施建设、产业升级等方面呈现明显的融合[9]。其中，现代化创新产业[10]（即以服务业为主导、信息经济为引领，高端制造业为支撑）用地向工农业用地的入侵而形成城市空间分异是识别城市边缘区的主要标志。据相关学者研究，杭州市的城市扩张模式主要有4种，但扩张轨迹类似：边缘式为主、填充式为辅（主城）[4]。本研究主要参考扩张轨迹对杭州城市边缘区范围进行了界定，最终确定的城市边缘区包括江干区、萧山区、滨江区、临安区、余杭区、富阳区和西湖区所在的21 个乡镇街道单元（图1）。与处于城市化均衡期的老城区相比，星罗棋布的工农业用地仍存在于这21 个空间单元中。同时，该地区乡镇自发工农业与第三产业及以上经济发展并行，社会经济结构不同于欠发达地区，可能已步入了新常态，整个社会系统处于优化更新状态。大致看，杭州市受城市化冲击、城市空间改造、社会社会系统适应最敏感的区域是当前以及未来一段时期内由这7个区所组成的城市边缘区。

图1 研究区域图

1.2 数据来源与处理

1.2.1 遥感影像处理 借助ENVI 5.1 平台与ArcGIS 10.1，对2020 年杭州城市边缘区遥感影像进行辐射校正和几何校订。运用Google Earth，在ENVI 5.1 平台上对2020年杭州城市边缘区土地利用类型监督分类，主要划分为6类，分别是建设用地、水田、旱地、林地和水体以及其他用地（图2）。然后将图像在ArcGIS 10.1中栅格化，导入Fragstas 4.2软件来计算斑块密度、香农多样性指数、最大斑块指数、景观分割度指数4 个参数，快速获取杭州边缘区暴露度指数的相关定量指标。

图2 研究区土地利用类型图

1.2.2 数据标准化 由于各评价指标存在着数量级、量纲和指标性质的差异，因此需对原始数据（来自于各区2018 年统计年鉴或者各乡镇街道单元2018 年政府信息公开网）进行标准化处理[11]。本研究选用极差标准化方法[12]对原数据进行处理。

（1）当指标值越大对评价的上一级目标越有利时，指标性质定义为“+”，运用正向指标标准化公式，如式(1)所示。

（2）当指标值越小对评价的上一级目标越有利时，指标性质定义为“-”，运用负向指标标准化公式，如式(2)所示。

式中：Xij、Xjmax、Xjmin和Yij分别为第i研究单元第j指标的原始值、最大值、最小值和标准化值；i=1，2，…，m；j=1，2，…，n。“-”说明指标与相应子系统呈负相关，“+”说明指标与相应子系统呈正相关。

（3）计算第j项指标的差异性系数。公式如(3)所示。

（4）计算第j项指标的权重。如公式(4)所示。

1.2.3 暴露度指数计算 根据已经确定的杭州市暴露度各子系统指标的权重逐步建立关于暴露度的表达式，如(5)所示。

式中：EI表示暴露度指数取值区间均为(0，1)[13]；Wej为通过熵值法算出的暴露度的权重；Yeij为上述6 个子系统的标准化值。

2 结果与分析

2.1 暴露度评价结果

应用公式(3)和(4)分别计算各乡镇街道单元暴露度的指标权重指数（表1），具体在原始数据处理过程中除边缘区距市中心的距离这一项指标运用公式(2)逆向标准化处理外，其余均运用了公式(1)标准化处理。之后运用公式(5)计算各乡镇街道单元的暴露度（表2），并采取自然断点法得出杭州市暴露度的空间分异格局，具体操作流程如下：将暴露度指数划分为3个等级—低级区、中级区和高级区，运用自然断点法得到各乡镇街道单元暴露度指数分布图。

表1 杭州城市边缘区暴露度评价指标体系

2.1.1 暴露度 如表2所示，杭州市城市边缘区暴露度的高值区、中值区和低值区分别占43%、24%和33%（见图3）。从空间分布来看，高等级暴露度的空间分布于青山湖、余杭、北干、西兴以及新塘等9 个乡镇街道单元，这9个乡镇街道单元中有5个（彭埠镇、余杭镇、西兴、北干、东洲、新塘和蜀山街道）靠近城市核心区，距市中心距离较近，受城市化的影响强烈，导致其暴露度指数较高；其中，余杭街道和北干街道的暴露度指数较高（余杭街道暴露度为0.385，北干街道为0.544），一方面是由于其距市中心距离较近，另一方面查阅资料得知这两块地区的三产配置较为齐全，创新实验园区发展较为迅速。其中，余杭区于2017《杭州市余杭区2017年度国有建设用地供应计划》中指出积极引导产业结构适应升级，将战略性新兴产业用地摆在首位；萧山区也在《杭州市萧山分区规划(2017—2020)》中提出重点推动“两廊两带”的产业重点扶植平台，鼎力推动新兴产业空间扶植，增添新兴产业用地14 km2；因而工农业升级迅速的地区其景观分割度指数也较高,进而暴露度也高，至于其余的3 个街道单元暴露度高可能是受各区核心街道的影响；暴露度空间单元等级中等的零星分布在城市边缘区东北以及南部（只有一个双浦镇）；而暴露度低值区集中分布在城西的临安区，这主要是因为其刚划入杭州市辖区，各街道的土地利用仍以农业为主，景观分割指数较低；南部的富春街道之所以暴露度低是因为紧邻富春江，且距市中心也较远（达35005 m），其空间城市化速度相对较缓（或许是主要发展生态旅游的缘故）。此外，崇贤镇、三墩镇暴露度也很低（均小于0.2），从影响暴露度指数的因子来看，其香农多样性指数和最大斑块指数都很低。这可能是因为这些街道都为相应区最早的建设用地，产业更新速度较慢，受快速城市化的干扰程度较小。总而言之，香农多样性指数对暴露度等级的空间局的形成影响最大，这可能与杭州市产业升级过程中城市景观异质化程度高有关。其总的分布规律并非是从城东市中心向城西逐渐递减，而是高、中、低等级相间排列。如暴露度等级较高的西兴、北干和新塘等街道夹在中等级的双浦镇和下沙街道之间；中等级的良渚镇夹在低等级的三墩镇和崇贤镇之间；而暴露度高等级的东洲街道处于低等级的富春街道和高等级的双浦镇之间。因此，之前单纯从距市中心远近来考虑杭州市城市化边缘区社会暴露度的做法是牵强附会的，杭州老城的发展已达饱和状态，加之杭州城市结构本身非环形状，所以市中心对周围城市的影响力较小，显然是相应地区的城市化较快的核心乡镇街道单元与其周边的距离决定了其暴露度高低，或者距城市化发展处于均衡状态的乡镇街道单元越近的地区暴露度也越高（低等级的锦城街道与暴露度高的青山湖街道距离非常近，因而青山湖街道暴露度高于上甘街道）。但各区的核心街道还有待进一步考证，但最为可能的便是各区经济最发达的街道。

图3 杭州市边缘区暴露度分布图

表2 杭州城市边缘区暴露度评价结果

2.2 城市边缘区暴露度影响因素分析

除了上述影响各子系统的指标为杭州城市边缘区暴露度作出了“贡献”外，应该还有其他因素对暴露度评价结果有一定影响，为此，笔者结合目前杭州市发展的一些资料，发现空间分异状况、城市系统体制转换阶段差异这两方面原因对杭州市边缘区暴露度均有一定的影响。

2.2.1 城市空间分异状况 在分析影响杭州市暴露度的各指标中，城市空间分异状况对杭州市暴露度影响较大。而对空间分异影响最为直接的是土地利用方式的变化。例如，崇贤镇毗邻的街道，景观分异明显，因而暴露度较高。至于青山湖和上甘街道其原有的景观格局在最近的城市西扩过程中破坏程度也高，进而暴露度高。此外，杭州市轨道交通规划的中期目标还未达成，其轨道交通基本网络体系未加完善，所以轨道交通效率低，加之一些毗邻市中心地区的乡镇街道单元交通初期规划不合理易发生交通拥堵现象，其暴露度高也不言而喻。

2.2.2 社会系统体制转换阶段的差异 由于城市边缘区社会系统的发展阶段和内部结构差异，系统所遭受的城市化干扰程度不同。笔者通过查阅杭州市建设用地时空转变的相关资料发现杭州市土地利用布局模式经历了最初的单中心模式到哈里斯、厄尔曼的多核心模式[14]。因此，在城市空间上，处于城市中心和外围之间的临平、白杨和下沙和南苑街道，因为承接了中心区的城市化历程，在前20 年经历了改变阶段，目前处于趋稳阶段，暴露度较低。而外围的余杭区和北干街道正处于转变阶段，除了受市中心城市化的影响外，也受制于各区核心街道，因而其暴露度较高；而临安区的青山湖和上甘街道由于刚刚划入杭州市辖区，对外部城市化干扰的抵抗才初步开始，因而暴露度高。

3 结论与展望

3.1 结论

（1）杭州城市边缘区社会暴露度不同于西安市的变化规律（从中心向四周逐渐由高到低），市中心对周围城市的影响力较小，而相应地区城市化较快的核心街道或乡镇与其周边的距离决定了其暴露度高低，或者距城市化发展处于均衡状态的乡镇街道单元越近的地区暴露度也越高。

（2）为了进一步对前述定量分析的暴露度影响因素进行深层次探讨，笔者从影响各乡镇街道单元空间分异状况、城市系统体制转换阶段差异两方面出发，选取相应子系统中的一些指标来论述，发现空间分异状况、城市系统体制转换阶段对杭州市暴露度均有一定的影响。

3.2 存在的问题及展望

（1）本研究中，最需攻克的难关便是对影响暴露度的相关因子进行（半）定量化测度和选取。笔者只选取了杭州市边缘区一小部分的乡镇街道，所以对暴露度评估的阈值效应等问题并未涉及，这需要在后续研究中进一步突破。

（2）本研究所使用的数据大多来自遥感影像和统计年鉴，而对相应空间单元外来人口等群体的访谈资料并不完善，以后需要在时间允许的情况下对边沿区特定群体的暴露度成因及其适应机制进行补充阐发，以便了解影响城市边缘区暴露度因素的多样性。

（3）未来一段期间内，中国不同地域将会随着经济发展进入新常态而呈现不同的暴露状态。而本文仅通过少量指标的选取简单分析得出杭州城市边缘区城市化发展与中国其他欠发达地区是明显不同的，可能是由城乡并存态向新型城市化迈进。而欠发达地区未来城市化趋势是否会如杭州一样仍是未知数，况且大多数地区发展的社会经济背景和自然地理环境各异，这也从另一方面说明影响暴露度的因子具有不确定性和复杂性。但于杭州市而言今后发展需要注意以下3点：一是需助力老城功能进一步优化以及创新活力的激发，可以效仿美国为五大湖周边城市再次繁华所做出的举措；二是要加快对新扩张的城市实行整体规划，以免出现一些乡镇街道单元在发展过程中暴露度高而无法适应城市快速发展的落后现象；三是要继续加快新兴产业发展，让科技惠及民生，提高社会幸福指数，缩小不同乡镇街道单元的暴露度。