城市群城镇用地与交通路网演变关联分析——以成都城市群发展为例

贾 洋，张 衡，陈诗一，李 妍，倪 愿，刘霜辰

(1.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川成都 610041;2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，四川成都 610041;3.乐山高新技术产业开发区不动产登记中心，四川乐山 614099;4.武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430072)

0 引言

20世纪80年代以来，中国城镇发展步入快速期，同时也逐步形成了在一定地域内具有层级结构、网络化组织和相互联系的城市群[1].交通路网作为社会经济发展的纽带，连通了城镇内部功能运转及城镇间互动交流，是影响城镇及城市群发展的重要因子之一[2-3].在城镇扩张及城市群发展进程中，交通路网起着重要的驱动及刺激作用[4].随着城镇不断扩张，与之相关的城镇化问题也日益突出，乱砍乱伐、过度开发导致用地浪费、生态环境被破坏及城市空间格局无序发展，大量人流、物流及车流涌入城市，导致交通拥堵，空气污染问题日益严重[5-6].而要解决这些问题需要合理地规划城市空间格局，优化交通路网，并让交通与城市发展相互引导.如何客观有效地评价交通路网的空间特征、分析交通路网与城镇发展的互动关系成为了首要问题.

当前围绕城镇用地变化研究、城镇交通路网演变分析研究、城镇扩张与城镇交通路网协同演变关系研究总体可分为两大块：1、针对独立城市进行城市内部交通路网演变对城市城镇用地扩张的影响，该类研究[7-10]往往聚焦于发展成熟的大型城市，所得结论对城市群(包含不同层级城市类型)对象来说适用性有限；2、现有针对城市群城镇用地与交通路网演变关系的研究[11-16]多数停留在对城镇用地及交通路网发展模式的宏观描述层面，较少涉及对于二者协同演变关系的定量描述，缺乏挖掘城市群内不同层级城市对象城镇用地变化与交通路网协同演变的群体性规律.基于此，本文以典型城市群—成都城市群为研究对象，开展城市群内不同层级城镇扩张与交通路网关联关系的研究，基于城市群体样本统计分析方法，定量揭示城市群城镇发展与综合交通路网的耦合机制，研究成果能从综合交通路网视角为城镇及城市群可持续发展提供科学决策依据.

1 研究区概况

成都市位于中国西南地区，是中国西部经济第一大省四川省的省会城市，简称“蓉”，全市覆盖12个直属管辖区、3个县，同时代管5个县级市，以成都市直辖的11个主城区为中心区域，依托四川平原，形成集7大地区、39县域的成都城市群，总面积接近8万km2，占成渝双城经济圈37.9%.

2 研究方法

2.1 城镇分级

为了客观描述城镇用地变化规律，根据城市的城镇用地规模及行政级别差异，将成都城市群范围内的城市划分为以下两个层次，并从城市群全局视角及不同层级城市的视角进行2005年至今的成都城市群城镇用地变化分析.

2.1.1 中心城市 成都市(成华区、金牛区、锦江区、龙泉区、青白江区、青羊区、温江区、武侯区、新都区、双流区、郫都区)、绵阳市、遂宁市、乐山市(市中区、沙湾区、五通桥区、金口河区)、雅安市、眉山市、资阳市、德阳市.

2.1.2 一般县市 平武县、北川县、崇州市、江油市、安县、梓潼县、绵竹市、什邡县、三台县、盐亭县、中江县、广汉县、都江堰市、彭县、金堂县、大邑县、邛崃县、宝兴县、蒲江县、彭山县、简阳县、乐至县、安岳县、射洪市、蓬溪县、芦山县、名山县、丹棱县、仁寿县、天全县、洪雅县、夹江县、青神县、峨眉山市、荥经县、汉源县、石棉县、大英县、罗江县.

2.2 基础数据收集与处理

收集2005年至2020年覆盖成都城市群空间范围的时间序列遥感影像和交通路网数据；利用ENVI遥感数据处理软件，通过监督分类及人工交互修正的方法，提取研究区内城镇用地数据；利用ArcGIS，完成交通路网时间序列差异信息提取及线性要素空间分析操作.

2.3 城镇扩张与交通路网关联分析

利用SPSS统计分析软件，基于城市群样本运用回归统计计算方法，对不同时期城市群交通路网密度和里程增量分别与城市扩张的耦合性进行分析，建立不同级别城镇交通路网与城镇用地变化的定量关系.

3 结果分析

论文分别提取2005—2020年，成都城市群三阶段(2005—2010年、2010—2015年、2015—2020年)城镇用地(建成区、其他建设用地)面积变化、交通路网密度增量、交通路网总里程增量及高速、国道、省道、县道、铁路等交通线路里程增量，并对城镇用地和交通路网进行相关性建模.

3.1 交通路网与城镇用地变化分析

2005—2020年，成都城市群城镇用地面积在空间分布(图1)和体量(表1)方面呈现不同程度的扩增.2005—2010年，城镇建成区用地面积扩增256.23 km2，其他建设用地面积扩增218.23 km2，集中分布在成都市主城区临近区域；2010—2015年，城镇用地变化主要体现为其他建设用地面积扩增(扩增390.70 km2)，建成区用地面积在该时间段仅扩增37.95 km2，表现为成都市、绵阳市、遂宁市等城市群中心城市主城区外围新增大量零散建设用地；2015—2020年，镇建成区面积和其他建设用地面积均明显扩增，其中，建成区面积扩增238.60 km2，其他建设用地面积扩增219.66 km2.

图1 成都城市群城镇用地变化Fig.1 Urban land use change in Chengdu Urban Agglomeration

从成都城市群区域路网密度增量来看(图2)，2005—2010年，路网密度变化最大的区域主要集中在成都市主城区、遂宁市南部及乐山市东部，路网密度增量超过10 km/km2，其中，成都市主城区路网密度增量20～30 km/km2；2010—2015年，成都市主城区、都江堰市、绵阳市南部、遂宁市主城区、雅安市东部等区域路网密度增量为10～20 km/km2，成都市主城区南部局部区域路网密度增量为20～30 km/km2；2015—2020年，成都城市群交通路网密度增量显著，主要表现为成都市主城区及周边区域、资阳市主城区、眉山市中心等局部区域路网密度增量超过30 km/km2，成都市南部及东部、资阳市中心区域、乐山市中心区域等部分区域路网密度增量达到20～30 km/km2.

图2 成都城市群路网密度变化Fig.2 Changes in road network density of Chengdu Urban Agglomeration

从成都城市群2005—2020年交通里程及路网密度统计数据来看(表2)，过去15年，成都城市群交通路网总里程从16 776.75 km提高至26 450.86 km，交通总里程净增长9 674.11 km，且2015年—2020年增幅最大(增长5 358.36 km)，城市群各级交通线路均呈现不同程度增长趋势，其中，高速公路里程在过去15年间提升比例最大，里程提升比例高达51%.成都城市群交通路网区域平均密度从23.34 km/km2提升至35.92 km/km2，且2015—2020年增幅最大，区域路网平均密度整体提高11.30 km/km2.

3.2 城镇用地变化与路网的相关性分析

3.2.1 中心城市主城区与交通路网相关性分析 为了消除由于行政区域范围过大，环境背景区域差异性明显，对研究分析城镇用地与交通路网相关性具有直接影响，论文对城镇用地变化较为明显且分布集中的中心城市主城区进行城镇用地变化与交通路网变化的相关性分析.

由表3可以看出，成都城市群中心城市主城区城镇建成区用地变化与交通路网密度增量的相关系数为0.86(通过1%置信度检验)，二者存在显著正相关，表明主城区交通路网加密程度越高，则城镇建成区用地扩张速度最快，值得提出的是，中心城市主城区城镇用地扩张幅度与交通路网总里程增量及高速公路、国道、省道的增量呈现一定负相关，表明仅单一新增长距离交通路线，无法实现建成区用地的大面积扩张，只会新增零星小面积的建筑群落，这些建筑群落主要分布在主城区外延交通线路沿线，而主城区范围的城镇其他建设用地与交通路网增量相关性较低，且相关系数未通过5%置信度检验.

3.2.2 其他一般县市城镇用地与交通路网相关性分析 对其他一般县市的城镇用地与交通路网进行相关性分析，由表3可以看出，一般县市的城镇建成区用地变化与交通路网密度增量相关系数为0.89(通过1%置信度检验)，呈现显著正相关，与交通路网及线路里程增量相关性较差；城镇其他建设用地变化与交通路网密度及交通路网、线路里程增量相关性不明显.

3.2.3 城镇建成区与其他建设用地相关性分析 由表3结果可以可知，城镇其他建设用地变化与交通路网密度及里程均无明显相关性，通过分析城镇用地面积变化规律得知，城镇其他建设用地大面积新增主要出现在成都市主城区外围，即城镇建成区扩张方向.通过计算成都市主城区城镇建成区变化与城镇其他建设用地变化相关性指数，结果表明(表4)，城镇其他建设用地扩张与城镇建成区用地扩张在特定时间周期内，存在显著负相关，城镇面积空间变化数据表明，城镇其他建设用地与城镇建成区在时间周期前后存在一定转换现象，部分其他建设用地开发成熟会成为下一阶段城镇建成区扩张的土地储备来源之一，通过完成此消彼长转换后，即出现二者在表4中不同时间阶段的负相关关系.

3.3 城镇用地扩张与交通路网关联模型构建

3.3.1 中心城市主城区城镇用地与交通路网密度关联建模 基于成都城市群中心城市主城区城镇建成区扩张与交通路网密度间存在显著正相关关系(表3)，将成都市成华区、成都市金牛区等中心城市主城区的2005年至2020年城镇建成区扩张面积与交通路网密度增量进行线性拟合关系建模(图3)，计算得到成都城市群中心城市主城区城镇建成区扩张与交通路网密度增量的定量关系模型(公式1).

y=0.602 2x+11.538

(公式1)

式中，y为交通路网密度增量，x为城市群中心城市主城区城镇建成区扩张面积.

图3 2005—2020年成都城市群中心城市建成区扩张与交通路网密度增量拟合建模Fig.3 Fitting modeling of built-up areaexpansion and traffic network density increment of central cities of Chengdu urban agglomeration from 2005 to 2020

由关系模型可知，中心城市主城区城镇建成区面积扩张与交通路网密度增量呈现较好的正相关线性协同发展关系，即描述了一种主城区城镇建成区外部“圈层式加密扩充”的城镇用地发展模式.

3.3.2 一般县市城镇用地与交通路网密度关联建模 一般县市城镇用地扩张与交通路网密度同样呈现显著的正相关关系(表3)，由于一般县市城镇用地面积变化幅度相比中心城市主城区面积扩张幅度要小，如果直接从一般县市行政区域范围直接统计分析，很难刻画城镇用地扩张与交通路网密度的定量关系，因此，以行政区域几何中心，按照北、东北、东、东南、南、西南、西、西北八个方向将一般县市进行单元划分，在此基础上，对成都城市群一般县市城镇用地与交通路网密度进行关联分析建模.通过提取县域范围内八个不同方向城镇建成区扩张面积及交通路网密度增量，并拟合分析，计算得到一般县市城镇建成区扩张与交通路网密度增量的定量关系模型(图4、公式2).

y=11.451ln(x)-0.469 8

(公式2)

公式2中，y为交通路网密度增量，x为城市群一般县市城镇建成区扩张面积.

图4 2005—2020年成都城市群一般县市建成区扩张与交通路网密度增量拟合建模Fig.4 Fitting modeling of the expansion of general counties and cities in Chengdu Urban Agglomeration and the density increment of traffic network from 2005 to 2020

由关系模型可知，成都城市群一般县市城镇建成区面积扩张与交通路网密度增量呈现较好的对数关系(R2=0.735 9).由于一般县市建成区面积拓展速率有限，对于规模较小的县市，初始阶段，由于城市交通路网尚未构建成熟，交通路网的发育速率要高于城镇建成区扩建速率.随着城市规模不断扩张，城市交通路网趋于完善，路网发育相对成熟，城镇建成区扩张速率逐渐赶超交通路网发育速率，形成从城市“内部逐步填充”到“外部快速扩张”的城镇用地转型.对于一般县市而言，城市对外扩张具有显著的方向性特征.

4 结论与讨论

4.1 结论

通过ArcGIS分别提取成都城市群三阶段(2005—2010年、2010—2015年、2015—2020年)城镇用地(建成区、其他建设用地)面积变化、交通路网密度增量、交通路网总里程增量及高速、国道、省道、县道、铁路等交通线路里程增量，利用SPSS统计软件对各因子进行Pearson相关性分析，并构建了面向中心城市主城区城镇用地与交通路网密度的关系模型：y=0.602 2x+11.538(R2=0.975 8)，定量描述了城市群中心城市主城区城镇建成区外部“圈层式加密扩充”的城镇用地发展模式.同时针对一般县市城镇用地分布特点，以八方向区域划分基本单元，分析构建了面向一般县市城镇用地与交通路网密度的关系模型：y=11.451ln(x)-0.469 8(R2=0.735 9)，定量刻画了规模较小县市在规模发展及城镇发育过程中，城镇用地从城市“内部逐步填充”到“外部快速扩张”的转型过程.

基于文章构建的城市群城镇用地与交通路网演变关系模型，总结关于成都城市群城镇用地发展的两种模式：1、以成都、德阳、绵阳等中心城市主城区为代表的“圈层式加密扩充”城镇用地发展模式.由于这些大型中心城市主城区城镇用地发展较为成熟，所以表现为以外部扩充为主，且表现为路网加密区域优先布局扩充；2、以中心城市辖区内主城区以外的其他一般县市为代表的“前期内部填充”到“后期外部扩张”的城镇用地发展模式.由于一般县市城镇发育尚未成熟，城镇规模相对较小，城镇发展过程主要分为两个阶段：第一阶段主要表现为放射性新增交通线路且既有城镇内部逐步充实；第二阶段，待城镇内部填充结束后，城镇扩张主要表现为放射性交通线路沿线延展扩充.由于受地形地势影响，西南山区城镇规模发育有限，特别是地处山区的一般县市，绝大多数城镇不会步入如中心城市主城区的圈层式发展模式阶段.

4.2 讨论

本研究针对典型城市群发展，构建了面向中心城市和一般县市的城镇用地与路网发展定量模型，研究结论主要基于以城市为单元主体的分析得到，尚未细化至城镇内外不同层级交通路网与城镇扩张的分析研究，需要在今后的研究中进一步分析补充.