基于GIS的烏魯木齊市中心城區(qū)空間增長邊界研究*

穆飛翔，蒲春玲※，劉祥鑫

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，烏魯木齊 830052； 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展研究中心，烏魯木齊 830052)

0 引言

城市空間增長邊界的研究起源于西方國家，在20世紀(jì)60～70年代，西方國家城市規(guī)模擴(kuò)張迅速，無序蔓延問題嚴(yán)重，城市增長邊界的概念應(yīng)運(yùn)而生[1]。美國對城市空間擴(kuò)展邊界研究是隨著“新城市主義”“精明增長”等思潮的興起，最著名的是美國的馬里恩(Marion)和波爾克(Polk)兩縣，為解決邊界問題而劃定了世界上第一條城市擴(kuò)展邊界[2]。隨后，加拿大、歐洲國家等相繼開展了相關(guān)的研究，加拿大要求城市擴(kuò)展邊界寫入規(guī)劃并對實(shí)施效果進(jìn)行綜合評估[3]，Tannier等[4]以歐洲城市為例探討了分形幾何的方法在劃定UGB中的應(yīng)用。

從世界各國對城市擴(kuò)展邊界劃定研究的歷史演變來看，首先城市擴(kuò)展邊界隨著國家政治、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的不同而存在差異，并隨著時(shí)間動態(tài)變化。其次是世界各國普遍采取的措施是根據(jù)城市規(guī)模大小的不同具體實(shí)施更加適應(yīng)城市發(fā)展的城市擴(kuò)展邊界劃定，不僅限于限制邊界內(nèi)部的增長。最后各國在城市增長管理上都是根據(jù)自身的制度背景，規(guī)劃管控的強(qiáng)度趨向于多元。

國內(nèi)的相關(guān)研究起步相對較晚，進(jìn)入21世紀(jì)后國內(nèi)相關(guān)學(xué)者逐漸開始關(guān)注UGB的劃定問題， 2007年起各界學(xué)者開始給予廣泛關(guān)注。從2014年起，國內(nèi)開展了劃定城市開發(fā)邊界的試點(diǎn)工作，且首批的試點(diǎn)城市按照要求已經(jīng)采取一定的措施，紛紛在城市規(guī)劃中劃定了“開發(fā)邊界”。學(xué)者主要從生態(tài)安全[5]、城市綜合承載力[6]、土地存量或消費(fèi)[7-8]等角度進(jìn)行相關(guān)研究，采用的方法以GIS技術(shù)為主[9-10]。目前，國內(nèi)研究的區(qū)域主要集中在東中部地區(qū)，對于我國西部地區(qū)的相關(guān)研究較少。西部地區(qū)是我國“一帶一路”戰(zhàn)略的核心區(qū)域，城市合理、可持續(xù)發(fā)展對于區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會起到?jīng)Q定性的作用。

研究選擇烏魯木齊市為研究對象，首先考慮到烏魯木齊市特殊的地理位置和重要性，其次其作為西部重要的中心城市，對區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的帶動作用是無可替代的，最重要的是由于烏魯木齊市近幾年城市建設(shè)用地面積擴(kuò)展迅速，大量的農(nóng)用地及其他用地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，城市的發(fā)展存在一定無序擴(kuò)張的風(fēng)險(xiǎn)，土地利用效率不高，生態(tài)環(huán)境已經(jīng)開始惡化，以期研究的結(jié)果能夠?yàn)闉豸斈君R市的城市發(fā)展提供理論參考。

圖1 2000～2015年歷年建成區(qū)面積變化

1 烏魯木齊市建成區(qū)現(xiàn)狀

烏魯木齊市位于中國西北、新疆地區(qū)腹地，是連接亞歐大陸的核心，地處北天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣。行政區(qū)內(nèi)山地面積廣大，三面環(huán)山，北部為開闊平原，其地勢起伏較大，南部和東北部高，中部和北部相對較低。其自然資源豐富，礦產(chǎn)資源和土地資源豐富，水資源是限制其更好發(fā)展的最重要的自然資源因素。

2015年烏魯木齊市全市的地區(qū)生產(chǎn)總值為2 631.64億元，市轄區(qū)生產(chǎn)總值為2 610.12億元，占全市的99.18%，市轄區(qū)的三次產(chǎn)業(yè)比值為0.9： 30： 69.1。全市轄7區(qū)1縣，總面積為142.163萬hm2，中心城區(qū)行政轄區(qū)面積為30.191 1萬hm2，到2015年建成區(qū)規(guī)模達(dá)到4.299 6hm2。2000～2015年建成區(qū)面積變化如圖1。

2 研究方法

2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)源于腦神經(jīng)學(xué)，是由基本的神經(jīng)元組成的一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其原理就是模仿人腦的結(jié)構(gòu)，對于信息的處理具有明顯的優(yōu)勢。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由信息的正向傳播和誤差的反向傳播組成，主要分為3個層析，即輸入層、中間層和輸出層。信息由輸入層各神經(jīng)元接收進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，傳至中間層； 中間層主要是信息的處理和變換，可以設(shè)計(jì)為單隱層或者是多隱層的結(jié)構(gòu)； 最后信息經(jīng)由輸出層各神經(jīng)元的處理和輸出，完成的是一個正向傳播的過程； 輸出的結(jié)果與期望值不符時(shí)，進(jìn)入誤差反向傳播階段，通過修正各層權(quán)值，逐層反傳； 信息不斷的正向傳播和反傳的過程，也是網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)的過程，直到誤差減少到可以接受的程度[11-12]。

2.2 灰色GM(1， 1)模型

灰色模型可以通過少量的信息建立灰色微分預(yù)測模型，將原始數(shù)據(jù)經(jīng)過累加生成新的數(shù)據(jù)序列，這樣可以降低數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，能夠更加凸顯數(shù)據(jù)序列的特征規(guī)律，進(jìn)而根據(jù)有一定特征規(guī)律的數(shù)列預(yù)測未來某一時(shí)刻的特征量。其在預(yù)測中的優(yōu)點(diǎn)是不需要大量的樣本，用于短期或者中長期的預(yù)測具有準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)[12-14]。

為了保證模型的可行性，首先需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的檢驗(yàn)處理，通過計(jì)算數(shù)據(jù)序列的級比，如果所有的級比都落在可容覆蓋區(qū)間內(nèi)，則數(shù)據(jù)序列可以進(jìn)行灰色預(yù)測。數(shù)據(jù)序列的級比計(jì)算公式為：

(1)

可容覆蓋區(qū)間為：

(2)

灰色模型常用時(shí)間序列的預(yù)測，數(shù)據(jù)處理的方式主要有累加和累減兩種，該研究采用累加序列的方法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行累加生成新的數(shù)列，具體運(yùn)算規(guī)則：

記原始數(shù)列為：

X(0)={X(0)(1)，X(0)(2)，…，X(0)(n)}

(3)

(4)

通過1次累加生成新序列：

X(1)={X(1)(1)，X(1)(2)，…，X(1)(n)}

(5)

同理，經(jīng)過r次累加：

(6)

GM(1， 1)模型是表示一階的、1個變量的微分方程模型，經(jīng)過1次累加生成新的數(shù)列，相應(yīng)的灰微分方程為：

d(k)+az(1)(k)=b

(7)

式(7)中，a為發(fā)展系數(shù);z(1)(k)為白化背景值;b為灰作用量。

所對應(yīng)的白微分方程為：

(8)

(9)

(10)

最終得到預(yù)測值：

(11)

2.3 GIS空間分析法

GIS空間分析方法是進(jìn)行土地適宜性評價(jià)的主要方法，基于建設(shè)用地適宜性評價(jià)進(jìn)行邊界的劃定分為幾個階段：選擇評價(jià)因子、劃分評價(jià)單元、確定評價(jià)因子的權(quán)值以及劃分土地適宜性等級[15-16]。

建設(shè)用地評價(jià)方法可以表示為：

(12)

式(12)中，S表示建設(shè)用地適宜性綜合分值；wi表示指標(biāo)權(quán)重;xi表示指標(biāo)分值，i=1， 2， 3，…，n。

研究根據(jù)烏魯木齊市的土地利用現(xiàn)狀圖件資料，將限制建設(shè)區(qū)域、適宜建設(shè)區(qū)域進(jìn)行劃分，并將烏魯木齊市市轄區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格化分，以每個格網(wǎng)作為評價(jià)單元，根據(jù)每個單元的地類進(jìn)行賦值，加入屬性值。運(yùn)用GIS的空間分析功能對烏魯木齊市的交通可通達(dá)性、距商業(yè)中心和市中心的距離、坡度等進(jìn)行分析，進(jìn)一步獲取城市周邊土地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換概率，依據(jù)預(yù)測的建設(shè)用地規(guī)模進(jìn)行劃定城市擴(kuò)展邊界。

2.4 技術(shù)路線

研究依據(jù)建設(shè)用地規(guī)模的預(yù)測結(jié)果和建設(shè)用地適宜性評價(jià)結(jié)果劃定建設(shè)用地?cái)U(kuò)展邊界，并進(jìn)行合理性分析。首先構(gòu)建建設(shè)用地預(yù)測模型，建立評價(jià)指標(biāo)體系，依托數(shù)據(jù)分析軟件平臺，獲取未來建設(shè)用地規(guī)模的預(yù)測值。然后構(gòu)建建設(shè)用地適宜性評價(jià)模型，建立評價(jià)指標(biāo)體系，依托空間數(shù)據(jù)處理平臺，獲取研究區(qū)的建設(shè)用地適宜性綜合評價(jià)值。最后根據(jù)建設(shè)用地預(yù)測規(guī)模以及適宜性評價(jià)的綜合評價(jià)值，按照評價(jià)值從大到小進(jìn)行劃定，進(jìn)一步獲取城區(qū)空間增長邊界，并根據(jù)2015年城區(qū)實(shí)際建成區(qū)與預(yù)測值進(jìn)行對比分析其合理性。

2.5 研究范圍及數(shù)據(jù)來源

(1)研究范圍

考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性以及處理的有效性，由于烏魯木齊市轄區(qū)范圍較廣，山地面積占50%以上，所以大部分土地不能夠滿足建設(shè)用地的要求。結(jié)合土地利用的現(xiàn)狀，該研究所選擇的范圍限定在烏魯木齊市中心城區(qū)行政范圍。

(2)數(shù)據(jù)來源

該文涉及的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要是從烏魯木齊市2001～2015年統(tǒng)計(jì)年鑒獲取，由于烏魯木齊市中心城區(qū)的范圍不包括烏魯木齊縣和達(dá)坂城區(qū)，考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性，研究選用的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)包括天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、頭屯河區(qū)、新市區(qū)、米東區(qū)以及水磨溝區(qū)。相關(guān)圖件資料主要來源于2012年烏魯木齊市中心城區(qū)規(guī)劃以及遙感圖像。

表1 建設(shè)用地適宜性評價(jià)指標(biāo)體系及等級劃分——自然因子

一級指標(biāo)二級指標(biāo)三級指標(biāo)分類條件評價(jià)分值自然因子地形坡度<858～15415～252>251水文水系>100m緩沖區(qū)570～100m緩沖區(qū)450～70m緩沖區(qū)330～50m緩沖區(qū)2<30m緩沖區(qū)1坑塘、湖泊水面>2km緩沖區(qū)51～2km緩沖區(qū)3<1km緩沖區(qū)1

3 構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系

3.1 指標(biāo)的選取

(1)建成區(qū)規(guī)模預(yù)測指標(biāo)的選取

考慮到數(shù)據(jù)的相關(guān)性、重要性以及可獲得性，首先選取12個相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行篩選，即常住人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、第一、二、三產(chǎn)業(yè)值、固定資產(chǎn)投資總額、房地產(chǎn)開發(fā)投資總額、地方財(cái)政收入、地方財(cái)政支出、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、農(nóng)村居民人均可支配收入、年末實(shí)有道路長度等，通過相關(guān)性分析、數(shù)據(jù)的完整性分析及數(shù)據(jù)的共線性分析，將相關(guān)性較弱、不完整和存在多重共線性的數(shù)據(jù)剔除，并綜合各項(xiàng)條件，最終該研究對于建成區(qū)規(guī)模預(yù)測的指標(biāo)選取常住人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資總額、房地產(chǎn)開發(fā)投資總額、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入及地方財(cái)政一般收入等6項(xiàng)指標(biāo)。

(2)建設(shè)用地適宜性評價(jià)指標(biāo)的選取

參考相關(guān)文獻(xiàn)指標(biāo)選取的方法和體系，按照可量化、主導(dǎo)性、適宜性等的原則，根據(jù)烏魯木齊市實(shí)際情況構(gòu)建“生態(tài)—社會經(jīng)濟(jì)—自然”評價(jià)指標(biāo)體系。指標(biāo)體系中緩沖區(qū)分析占據(jù)重要的部分，主要是考慮到相關(guān)指標(biāo)的特殊性和重要性，比如道路和中心對城市規(guī)模擴(kuò)張有著重要的影響，并且城市建設(shè)情況隨著距離這些道路或者中心的遠(yuǎn)近有著明顯的區(qū)別。另外，根據(jù)研究區(qū)的土地利用現(xiàn)狀以及地形條件進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性和完整性進(jìn)行進(jìn)一步的篩選，最終確定指標(biāo)體系。

評價(jià)指標(biāo)體系主要分為3個一級指標(biāo)和6個二級指標(biāo)，最終確定三級指標(biāo)11個，其中包括正向指標(biāo)、負(fù)向指標(biāo)以及限制性指標(biāo)。“生態(tài)—社會經(jīng)濟(jì)—自然”評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建，其中生態(tài)環(huán)境指標(biāo)主要是包括各個保護(hù)區(qū)，即生態(tài)保護(hù)區(qū)、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)及其他保護(hù)區(qū)等，屬于限制性指標(biāo)； 社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要包括交通可達(dá)性、增長極和土地利用現(xiàn)狀類型，交通可達(dá)性主要分為城市快速路和國道或省道，增長極主要分為行政中心和商業(yè)中心，土地利用現(xiàn)狀類型主要分為農(nóng)用地、建設(shè)用地和未利用地，其中現(xiàn)狀農(nóng)用地指標(biāo)屬于負(fù)向指標(biāo)，其余為正向指標(biāo)； 自然指標(biāo)主要包括地形坡度和水文，屬于正向指標(biāo)。

采用德爾菲法對各個指標(biāo)進(jìn)行打分，共有15位專家參與指標(biāo)的評價(jià)打分，根據(jù)指標(biāo)的性質(zhì)和對建設(shè)用地變化的作用，綜合專家的意見，將指標(biāo)的打分的范圍確定為[-5， 5]，其正向指標(biāo)為正值，負(fù)向指標(biāo)為負(fù)值，根據(jù)各位專家經(jīng)過兩輪打分的最終結(jié)果取平均值作為最終得分。其中限制性指標(biāo)不參與評價(jià)指標(biāo)的綜合評分，為禁止建設(shè)區(qū)域，應(yīng)禁止一切建設(shè)行為(表1、2、3)。

表2 建設(shè)用地適宜性評價(jià)指標(biāo)體系及等級劃分——社會經(jīng)濟(jì)因子

一級指標(biāo)二級指標(biāo)三級指標(biāo)分類條件評價(jià)分值社會經(jīng)濟(jì)因子交通可達(dá)性城市快速路1km緩沖區(qū)51～2km緩沖區(qū)42～3km緩沖區(qū)33～5km緩沖區(qū)2>5km緩沖區(qū)1國道、省道1km緩沖區(qū)51～2km緩沖區(qū)42～3km緩沖區(qū)33～5km緩沖區(qū)2>5km緩沖區(qū)1增長極行政中心1km緩沖區(qū)51～2km緩沖區(qū)42～3km緩沖區(qū)33～4km緩沖區(qū)2>4km緩沖區(qū)1商業(yè)中心1km緩沖區(qū)51～2km緩沖區(qū)42～3km緩沖區(qū)33～4km緩沖區(qū)2>4km緩沖區(qū)1水域保護(hù)區(qū)—生態(tài)保護(hù)區(qū)—其他保護(hù)區(qū)—

表3 建設(shè)用地適宜性評價(jià)指標(biāo)體系及等級劃分——土地利用現(xiàn)狀及限制因子

3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

在評價(jià)體系中，不同的指標(biāo)對建設(shè)用地的適宜性的影響是不同的，研究考慮到三級指標(biāo)之間相互重要性基本一致，對評價(jià)的影響已經(jīng)按照不同的值進(jìn)行劃分，所以按照二級指標(biāo)確定各指標(biāo)確定權(quán)重值。

研究運(yùn)用層次分析法確定指標(biāo)的相對權(quán)重值[17-18]，通過對指標(biāo)相互之間的重要性進(jìn)行了比較、計(jì)算，得出CR值為0.003 1<0.1，數(shù)據(jù)矩陣通過一致性檢驗(yàn)，最終得出指標(biāo)的權(quán)重值(表4)。

4 中心城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展邊界的劃定

4.1 建設(shè)用地規(guī)模的預(yù)測

4.1.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型

研究以Matlab 2013為平臺運(yùn)行Bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模型預(yù)測過程主要分為3個階段，即：數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型的構(gòu)建及訓(xùn)練和驗(yàn)證，最終進(jìn)行預(yù)測。

數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要是將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化或歸一化，該文運(yùn)用mapminmax函數(shù)進(jìn)行歸一化處理，主要目的是消除不同神經(jīng)元之間量綱的差異，使網(wǎng)絡(luò)樣本數(shù)據(jù)都處于[-1，+1]之間，加快模型收斂速度。

模型的結(jié)構(gòu)分為輸入層、隱含層及輸出層，以烏魯木齊市轄區(qū)建成區(qū)規(guī)模變化6個驅(qū)動因子作為輸入神經(jīng)元，隱含層按照逐步實(shí)驗(yàn)法確定節(jié)點(diǎn)數(shù)，將建成區(qū)面積作為輸出層神經(jīng)元。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置：最小訓(xùn)練速率為0.1，網(wǎng)絡(luò)最大的訓(xùn)練次數(shù)為5 000，允許誤差為0.000 001。

(13)

式(13)中，m表示隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)；n表示輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)；k表示輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)；α表示1～10之間的常數(shù)。

模型的訓(xùn)練和檢驗(yàn)是根據(jù)訓(xùn)練樣本和檢驗(yàn)樣本進(jìn)行，以2000～2010年的數(shù)據(jù)為訓(xùn)練樣本，以2011～2015年的數(shù)據(jù)為檢驗(yàn)樣本，通過對網(wǎng)絡(luò)反復(fù)訓(xùn)練，在防止訓(xùn)練過程的“過學(xué)習(xí)”現(xiàn)象的同時(shí)經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，最終確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為6-6-1，由于篇幅限制，暫不列出詳細(xì)過程。

4.1.2 灰色預(yù)測模型

研究以Matlab 2013軟件為平臺運(yùn)行灰色GM(1， 1)預(yù)測模型，以2000～2015年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)處理，通過計(jì)算數(shù)列的級比，結(jié)果顯示，原始數(shù)列的級比范圍為0.748 0～0.999 5，數(shù)列包含16個數(shù)據(jù)，所以可容覆蓋區(qū)間應(yīng)為0.889 0～1.124 8，已經(jīng)超出可容覆蓋區(qū)間，因此需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q處理。為了提高預(yù)測的精度，選擇數(shù)據(jù)變化較為平穩(wěn)的2008～2015年的數(shù)據(jù)作為預(yù)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)的級比都落在可容覆蓋區(qū)間內(nèi)。

經(jīng)過數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)及處理，運(yùn)用Matlab 2013軟件運(yùn)行灰色預(yù)測模型代碼，輸出結(jié)果顯示，a=-0.038 9，b=321.644 5，由此預(yù)測方程為：

(14)

最終得到預(yù)測值：

(15)

4.1.3 預(yù)測結(jié)果分析

從預(yù)測結(jié)果來看(表5)，預(yù)測的誤差都小于5%，所以模型的精度達(dá)到了較高的水平，且兩個模型的結(jié)果相近，則說明預(yù)測結(jié)果具有較高的可信度。研究以兩個模型預(yù)測結(jié)果的平均值作為最終結(jié)果，即到2020年烏魯木齊市中心城區(qū)建成區(qū)面積將達(dá)到5.227 6萬hm2。

表4 建設(shè)用地適宜性評價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

二級指標(biāo)土地利用現(xiàn)狀地形交通可達(dá)性增長極水文權(quán)重0338602506018550124301011

表5 模型預(yù)測結(jié)果對比

4.2 建設(shè)用地適宜性評價(jià)

根據(jù)獲取的烏魯木齊市90m分辨率的DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)作為分析區(qū)域地形坡度的底圖和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并通過ArcGIS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和重分類，最終獲得高程和坡度分等數(shù)據(jù)。以烏魯木齊市中心城區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖為底圖，進(jìn)一步篩選出中心城區(qū)行政范圍的水系及坑塘湖泊圖層、交通道路網(wǎng)圖層、增長極圖層以及耕地和生態(tài)景觀等保護(hù)區(qū)圖層，通過緩沖區(qū)分析，獲取研究區(qū)范圍內(nèi)相關(guān)指標(biāo)的距離分級圖，根據(jù)相關(guān)指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行賦值。另外，根據(jù)圖斑土地用途現(xiàn)狀和土地利用現(xiàn)狀評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行賦值，獲取不同土地用途的評價(jià)分級圖。

評價(jià)過程以現(xiàn)狀土地圖斑為評價(jià)單元，共有3.107 2萬塊，將評價(jià)指標(biāo)的各個屬性值全部疊加到圖斑屬性表中。綜合適宜性評價(jià)值由多指標(biāo)加權(quán)疊加獲得，即根據(jù)通過層次分析法確定單指標(biāo)的權(quán)重，將單個指標(biāo)的評價(jià)值按權(quán)重進(jìn)行空間疊加運(yùn)算，最終得到烏魯木齊市中心城區(qū)建設(shè)用地適宜性綜合評價(jià)分值的屬性字段。按照自然斷點(diǎn)法將評價(jià)結(jié)果分為5個等級，分別為一等、二等、三等、四等和五等，一等地為最適宜建設(shè)用地，具體評價(jià)結(jié)果如圖2。

4.3 邊界的劃定及合理性分析

4.3.1 城市擴(kuò)展邊界的劃定

城市擴(kuò)展邊界的劃定主要包括彈性邊界和剛性邊界，其中彈性邊界主要是指城市發(fā)展過程中根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)狀要求可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)整，但是調(diào)整也是在符合區(qū)域總體規(guī)劃以及國家政策要求的前提下，不等同于任意開發(fā)建設(shè)。剛性邊界主要是指禁止建設(shè)區(qū)，包括基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、景觀生態(tài)保護(hù)區(qū)等，是城市發(fā)展的“生態(tài)安全紅線”，按照相關(guān)規(guī)定嚴(yán)禁一切建設(shè)行為。

研究劃定彈性城市擴(kuò)展邊界的方法主要是根據(jù)預(yù)測的建成區(qū)規(guī)模大小按照建設(shè)用地適宜性評價(jià)結(jié)果進(jìn)行劃定。劃定的原則主要是根據(jù)建設(shè)用地適宜性評價(jià)結(jié)果，按照適宜性程度的高低和預(yù)測的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張規(guī)模的大小，從高適宜性到低適宜性進(jìn)行劃分，以此來得出未來城市規(guī)模擴(kuò)張的邊界。在劃定邊界過程中，首先將禁止建設(shè)區(qū)篩選出，作為烏魯木齊市中心城區(qū)的剛性邊界，作為生態(tài)隔離帶進(jìn)行保護(hù)和控制(圖3)。

4.3.2 城市擴(kuò)展邊界的合理性分析

根據(jù)城市建設(shè)用地適宜性的評價(jià)結(jié)果以及2015年實(shí)際建成區(qū)規(guī)模，劃定2015年城市擴(kuò)展邊界，對比烏魯木齊市中心城區(qū)當(dāng)年實(shí)際建成區(qū)規(guī)模邊界。結(jié)果顯示，該方法所確定的城市邊界與烏魯木齊市中心城區(qū)實(shí)際建成區(qū)規(guī)模基本吻合(圖4)，說明該方法在確定城市擴(kuò)展邊界的應(yīng)用中具有一定的實(shí)用價(jià)值，可以進(jìn)行預(yù)測。

圖2 烏魯木齊市中心城區(qū)建設(shè)用地適宜性評價(jià)分等結(jié)果 圖3 2020年城市擴(kuò)展彈性邊界和剛性邊界示意圖

圖4 2015年烏魯木齊市中心城區(qū)建成區(qū)規(guī)模對比圖 圖5 2015～2020年建成區(qū)規(guī)模對比圖

5 結(jié)論

由圖5可知，2015～2020年烏魯木齊市中心城區(qū)建設(shè)用擴(kuò)張的空間特征表現(xiàn)為南部新增建設(shè)用地呈片狀，相對集中，主要分布在南部城區(qū)邊緣以及西南方向，主要屬于沙依巴克區(qū)、沙依巴克區(qū)以及天山區(qū)的行政范圍，新增的建成區(qū)主要占用的土地類型為自然保留地，從衛(wèi)星圖片上看新增區(qū)域地勢較為平坦，交通條件較為便利。但是由于地形條件的限制，南部區(qū)域發(fā)展?jié)摿Σ淮蟆?/p>

中部地區(qū)也有部分新增建設(shè)用地，主要分布在城區(qū)中部的東西兩側(cè)，主要屬于沙依巴克區(qū)兵團(tuán)和水磨溝區(qū)的行政范圍，新增的建成區(qū)占用的土地類型以自然保留地為主，由于地形條件的限制，城區(qū)向東西兩側(cè)大面積發(fā)展的趨勢近期不可能發(fā)生，土地開發(fā)成本相對較高。

北部新增的建設(shè)用地分布較為分散，新增的建設(shè)用地主要城區(qū)邊緣交通便利區(qū)域以及綜合條件較為適宜的離城區(qū)較遠(yuǎn)區(qū)域。出現(xiàn)這種情況的原因主要是因?yàn)楸辈康貏萜教梗嬖诖竺娣e的耕地及其他農(nóng)用地，所以綜合評價(jià)結(jié)果顯示建設(shè)用地適宜性較弱，另外國家政策對農(nóng)用地用途轉(zhuǎn)為建設(shè)用地用途有嚴(yán)格的條件和限制，所以新增建設(shè)用地分布較為分散，主要占用的土地類型以采礦用地和自然保留地為主。但是該區(qū)域是烏魯木齊市中心城區(qū)發(fā)展最優(yōu)的方向，土地開發(fā)成本相對較低，發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆?/p>

烏魯木齊市中心城區(qū)向北發(fā)展的趨勢是必然，未來烏魯木齊市將建設(shè)城北新區(qū)，有利于未來以烏魯木齊為核心形成北接五家渠、西接昌吉、東接阜康的區(qū)域同城一體化發(fā)展格局。但是根據(jù)目前城區(qū)北部的土地利用現(xiàn)狀分析，將會有大量的耕地及其他農(nóng)用地被占用，甚至影響基本農(nóng)田的保護(hù)和布局，將面臨的是建設(shè)用地開發(fā)與耕地保護(hù)之間的矛盾。保護(hù)耕地的措施不僅是為了糧食安全，更重要的是其承載的生態(tài)功能，城區(qū)向北擴(kuò)張必然導(dǎo)致原有的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，耕地在生態(tài)系統(tǒng)中的作用也是無可替代的。所以，如何平衡區(qū)域基本農(nóng)田及其他農(nóng)用地的保護(hù)和城市建設(shè)之間的關(guān)系，構(gòu)建生態(tài)城市和可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)前政府管理中應(yīng)該著重考慮的問題，也是今后對烏魯木齊市城市發(fā)展研究的重要內(nèi)容。

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