城市化進程中河南城市擴張的特征研究

□ 苗東利 楊肖月

1 引言

目前我國正處于城市發(fā)展的快速期，近階段城市在數(shù)量上幾乎沒有變化，但建設(shè)用地的面積和人口密度卻在迅速增長[1]。隨著城市化進程的加快，城市建設(shè)用地向外擴張的趨勢越來越明顯，這種擴張不但對城市經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生影響，還會對城市的生態(tài)環(huán)境造成很大的破壞，是引起城市熱島效應(yīng)的重要因素[2]。為了對城市建設(shè)用地發(fā)展規(guī)模進行合理的調(diào)控，應(yīng)該對城市的擴張進行動態(tài)監(jiān)測[3、4]。該研究可為今后城市的發(fā)展方向、規(guī)劃編制等提供理論指導，促進城市有序、高效、科學和可持續(xù)的發(fā)展。

本文以鄭州、洛陽、平頂山三座城市的中心城區(qū)作為研究區(qū)域，通過Landsat遙感影像提取城市建設(shè)用地的面積，運用建設(shè)用地擴張速率、建設(shè)用地緊湊度和象限分析法對城市建設(shè)用地擴張的數(shù)量特征和空間特征進行分析，進一步得出三座城市的擴張?zhí)卣鳌?/p>

2 研究區(qū)概況

本文參考2010—2018年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對比分析各地市GDP總量和人均GDP等參考指標，發(fā)現(xiàn)鄭州市經(jīng)濟發(fā)展狀況穩(wěn)居全省第一，洛陽市、南陽市、許昌市、信陽市、新鄉(xiāng)市和漯河市居于中等水平，駐馬店市、平頂山市、安陽市、焦作市、三門峽市、商丘市、周口市、開封市、濮陽市、鶴壁市和濟源市GDP總量相對較低。本文選取鄭州市、洛陽市、平頂山市為研究區(qū)，表1介紹研究區(qū)的經(jīng)濟和人口情況。

表1 2018年研究區(qū)經(jīng)濟和人口

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

研究選用2002年、2010年、2018年的landsat7TM和landsat8OLI-TIRS影像數(shù)據(jù)，為使研究結(jié)果更準確，選擇云量較少的10月數(shù)據(jù)。對比2002年、2010年、2018年鄭州市、洛陽市、平頂山市的谷歌歷史影像，同時參考鄭州市、洛陽市、平頂山市統(tǒng)計局官網(wǎng)以及2002—2018年《中國城市建筑統(tǒng)計年鑒》上的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 研究方法

本文主要運用建設(shè)用地的擴展速率（公式1）、建設(shè)用地的緊湊度（公式2）、象限分析法分別對城市擴張的數(shù)量特征、擴張的空間特征進行分析。

（1）建設(shè)用地的擴展速率

城市擴張的擴展速率（K）表示的是在單位時間內(nèi)建設(shè)用地變化的幅度[5、6]。

其中Ra是研究時段開始時的建設(shè)用地面積，Rb是研究時段結(jié)束時建設(shè)用地的面積，T是研究時段的時間跨度（單位為：年）。

（2）建設(shè)用地的緊湊度

建設(shè)用地的緊湊度是用來反映城市建設(shè)用地空間布局的一個重要指數(shù)，它可以用來衡量城市建設(shè)用地的豐盈程度，用來監(jiān)測城市擴張的范圍，防止城市建設(shè)用地的過度蔓延，以節(jié)約城市用地為最終目的。緊湊度通常使用Batty提出的計算公式，其計算公式為：

其中A表示建設(shè)用地的面積，P表示建設(shè)用地的輪廓周長（研究區(qū)的建設(shè)用地周長）。

（3）象限分析

以每個城市的市中心為原點，建立緩沖區(qū)，使用ArcGIS的疊加分析功能，將不同時期的建設(shè)用地分成八個區(qū)域，分析不同時間段城市建設(shè)用地的擴張方向。

4 結(jié)果與分析

4.1 提取建設(shè)用地

從影像中提取出來建設(shè)用地的圖層，計算建設(shè)用地的面積，鄭州市2002年、2010年、2018年建設(shè)用地的面積分別為165.4km2、335.1km2、626.5km2；洛陽市2002年、2010年、2018年建設(shè)用地的面積分別為160.2km2、203.6km2、279.6km2；平頂山市2002年、2010年、2018年建設(shè)用地的面積分別為62.3km2、96.5km2、137.5km2，建設(shè)用地的區(qū)域和面積分別見圖1和表2。

圖1 不同城市建設(shè)用地提取

4.2 城市擴張速度分析

城市擴張首先會表現(xiàn)在建設(shè)用地數(shù)量上的增加，根據(jù)提取出來的不同監(jiān)測年份的建設(shè)用地的面積，計算出建設(shè)用地的年擴張量，并根據(jù)公式1計算出城市擴張速率，見表3。

從城市擴張的速率方面來看，鄭州市的擴張速率最快，兩個監(jiān)測時段建設(shè)用地的擴張速率分別為12.8%、10.9%，擴張速度都比較快；洛陽市的擴張速率由3.7%上升至4.7%，建設(shè)用地的擴張速率在不斷地上升；平頂山市第一個監(jiān)測時段的擴張速率為6.9%，第二個監(jiān)測時段的擴張速率變?yōu)?.3%，造成這個變化的原因主要是由于第一個監(jiān)測時段平頂山市的建設(shè)用地基數(shù)相對較少。

4.3 建設(shè)用地的緊湊度分析

表2 建設(shè)用地的面積

表3 城市擴張數(shù)量特征

城市建設(shè)用地的緊湊度是用來反映城市空間布局的一個重要指數(shù)，可以用來衡量城市建設(shè)用地的豐盈程度，用來監(jiān)測城市擴張的范圍，防止城市建設(shè)用地的過度蔓延，以節(jié)約城市用地為最終目的。由公式2可以計算出不同時間段建設(shè)用地的緊湊度BCI指數(shù)，見表4。

緊湊度指數(shù)的數(shù)值越大表示該城市的緊湊度越高，城市的緊湊度越高說明城市土地的利用率越高，越節(jié)約土地成本。由計算出的BCI指數(shù)可以看出鄭州市在這三個城市中屬于緊湊度最高的，而且隨著城市建設(shè)用地的不斷增加，城市緊湊度數(shù)值呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，且上升趨勢越來越明顯。洛陽市的城市緊湊度一直呈現(xiàn)一個穩(wěn)定增長的趨勢，而平頂山市的城市緊湊度則在不斷地下降，這表明平頂山市的城市建設(shè)用地分布越來越分散。

表4 BCI指數(shù)

4.4 不同城市擴張的方向性分析

上面分析了城市擴張速度和緊湊度，可以看出城市擴張的整體數(shù)值與趨勢，想要得到不同城市擴張的具體方位信息必須進行城市擴張的方向性分析。本文分別以鄭州市、洛陽市、平頂山市的中心點為原點，分析建設(shè)用地在八個方向上的擴張，進而分析城市擴張的方向性，見圖2。

圖2 城市建設(shè)用地擴張方向分析

5 結(jié)語

本文運用建設(shè)用地擴張速率、建設(shè)用地緊湊度和象限分析法對城市建設(shè)用地擴張的數(shù)量特征和空間特征進行分析，得出三座城市的擴張?zhí)卣鳎?/p>

（1）鄭州市的建設(shè)用地的擴張呈現(xiàn)“點—軸—波式循環(huán)”的模式，城市擴張的主要方向是鄭州市的東部地區(qū)，城市擴張緊湊度較高；洛陽市的建設(shè)用地擴張呈現(xiàn)沿“點—軸—網(wǎng)”的模式，整體上是沿兩條橫跨洛陽市的河流的兩岸向四周擴張；平頂山市以“點—軸—面”的模式由市中心向西部擴張，整體呈枝葉狀向外擴張。

（2）鄭州市的建設(shè)用地緊湊度不斷升高，在2018年城市緊湊度達到0.647，接近于圓形；洛陽市的城市緊湊度呈現(xiàn)增長的趨勢；而平頂山市的城市緊湊度在不斷地下降，表明平頂山市建設(shè)用地的空間布局越來越分散。

（3）鄭州市的建設(shè)用地擴張速度一直是高速增長型；洛陽市建設(shè)用地擴張速度是中速增長型城市；平頂山市在2002—2010年屬于低速增長型城市，在2010—2018年變成了中速增長型城市。