城市群城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)演變關(guān)聯(lián)分析
——以成都城市群發(fā)展為例

賈 洋，張 衡，陳詩一，李 妍，倪 愿，劉霜辰

(1.四川省公路規(guī)劃勘察設計研究院有限公司，四川成都 610041;2.中國科學院水利部成都山地災害與環(huán)境研究所，四川成都 610041;3.樂山高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)不動產(chǎn)登記中心，四川樂山 614099;4.武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北武漢 430072)

0 引言

20世紀80年代以來，中國城鎮(zhèn)發(fā)展步入快速期，同時也逐步形成了在一定地域內(nèi)具有層級結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡化組織和相互聯(lián)系的城市群[1].交通路網(wǎng)作為社會經(jīng)濟發(fā)展的紐帶，連通了城鎮(zhèn)內(nèi)部功能運轉(zhuǎn)及城鎮(zhèn)間互動交流，是影響城鎮(zhèn)及城市群發(fā)展的重要因子之一[2-3].在城鎮(zhèn)擴張及城市群發(fā)展進程中，交通路網(wǎng)起著重要的驅(qū)動及刺激作用[4].隨著城鎮(zhèn)不斷擴張，與之相關(guān)的城鎮(zhèn)化問題也日益突出，亂砍亂伐、過度開發(fā)導致用地浪費、生態(tài)環(huán)境被破壞及城市空間格局無序發(fā)展，大量人流、物流及車流涌入城市，導致交通擁堵，空氣污染問題日益嚴重[5-6].而要解決這些問題需要合理地規(guī)劃城市空間格局，優(yōu)化交通路網(wǎng)，并讓交通與城市發(fā)展相互引導.如何客觀有效地評價交通路網(wǎng)的空間特征、分析交通路網(wǎng)與城鎮(zhèn)發(fā)展的互動關(guān)系成為了首要問題.

當前圍繞城鎮(zhèn)用地變化研究、城鎮(zhèn)交通路網(wǎng)演變分析研究、城鎮(zhèn)擴張與城鎮(zhèn)交通路網(wǎng)協(xié)同演變關(guān)系研究總體可分為兩大塊：1、針對獨立城市進行城市內(nèi)部交通路網(wǎng)演變對城市城鎮(zhèn)用地擴張的影響，該類研究[7-10]往往聚焦于發(fā)展成熟的大型城市，所得結(jié)論對城市群(包含不同層級城市類型)對象來說適用性有限；2、現(xiàn)有針對城市群城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)演變關(guān)系的研究[11-16]多數(shù)停留在對城鎮(zhèn)用地及交通路網(wǎng)發(fā)展模式的宏觀描述層面，較少涉及對于二者協(xié)同演變關(guān)系的定量描述，缺乏挖掘城市群內(nèi)不同層級城市對象城鎮(zhèn)用地變化與交通路網(wǎng)協(xié)同演變的群體性規(guī)律.基于此，本文以典型城市群—成都城市群為研究對象，開展城市群內(nèi)不同層級城鎮(zhèn)擴張與交通路網(wǎng)關(guān)聯(lián)關(guān)系的研究，基于城市群體樣本統(tǒng)計分析方法，定量揭示城市群城鎮(zhèn)發(fā)展與綜合交通路網(wǎng)的耦合機制，研究成果能從綜合交通路網(wǎng)視角為城鎮(zhèn)及城市群可持續(xù)發(fā)展提供科學決策依據(jù).

1 研究區(qū)概況

成都市位于中國西南地區(qū)，是中國西部經(jīng)濟第一大省四川省的省會城市，簡稱“蓉”，全市覆蓋12個直屬管轄區(qū)、3個縣，同時代管5個縣級市，以成都市直轄的11個主城區(qū)為中心區(qū)域，依托四川平原，形成集7大地區(qū)、39縣域的成都城市群，總面積接近8萬km2，占成渝雙城經(jīng)濟圈37.9%.

2 研究方法

2.1 城鎮(zhèn)分級

為了客觀描述城鎮(zhèn)用地變化規(guī)律，根據(jù)城市的城鎮(zhèn)用地規(guī)模及行政級別差異，將成都城市群范圍內(nèi)的城市劃分為以下兩個層次，并從城市群全局視角及不同層級城市的視角進行2005年至今的成都城市群城鎮(zhèn)用地變化分析.

2.1.1 中心城市 成都市(成華區(qū)、金牛區(qū)、錦江區(qū)、龍泉區(qū)、青白江區(qū)、青羊區(qū)、溫江區(qū)、武侯區(qū)、新都區(qū)、雙流區(qū)、郫都區(qū))、綿陽市、遂寧市、樂山市(市中區(qū)、沙灣區(qū)、五通橋區(qū)、金口河區(qū))、雅安市、眉山市、資陽市、德陽市.

2.1.2 一般縣市 平武縣、北川縣、崇州市、江油市、安縣、梓潼縣、綿竹市、什邡縣、三臺縣、鹽亭縣、中江縣、廣漢縣、都江堰市、彭縣、金堂縣、大邑縣、邛崍縣、寶興縣、蒲江縣、彭山縣、簡陽縣、樂至縣、安岳縣、射洪市、蓬溪縣、蘆山縣、名山縣、丹棱縣、仁壽縣、天全縣、洪雅縣、夾江縣、青神縣、峨眉山市、滎經(jīng)縣、漢源縣、石棉縣、大英縣、羅江縣.

2.2 基礎數(shù)據(jù)收集與處理

收集2005年至2020年覆蓋成都城市群空間范圍的時間序列遙感影像和交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)；利用ENVI遙感數(shù)據(jù)處理軟件，通過監(jiān)督分類及人工交互修正的方法，提取研究區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)用地數(shù)據(jù)；利用ArcGIS，完成交通路網(wǎng)時間序列差異信息提取及線性要素空間分析操作.

2.3 城鎮(zhèn)擴張與交通路網(wǎng)關(guān)聯(lián)分析

利用SPSS統(tǒng)計分析軟件，基于城市群樣本運用回歸統(tǒng)計計算方法，對不同時期城市群交通路網(wǎng)密度和里程增量分別與城市擴張的耦合性進行分析，建立不同級別城鎮(zhèn)交通路網(wǎng)與城鎮(zhèn)用地變化的定量關(guān)系.

3 結(jié)果分析

論文分別提取2005—2020年，成都城市群三階段(2005—2010年、2010—2015年、2015—2020年)城鎮(zhèn)用地(建成區(qū)、其他建設用地)面積變化、交通路網(wǎng)密度增量、交通路網(wǎng)總里程增量及高速、國道、省道、縣道、鐵路等交通線路里程增量，并對城鎮(zhèn)用地和交通路網(wǎng)進行相關(guān)性建模.

3.1 交通路網(wǎng)與城鎮(zhèn)用地變化分析

2005—2020年，成都城市群城鎮(zhèn)用地面積在空間分布(圖1)和體量(表1)方面呈現(xiàn)不同程度的擴增.2005—2010年，城鎮(zhèn)建成區(qū)用地面積擴增256.23 km2，其他建設用地面積擴增218.23 km2，集中分布在成都市主城區(qū)臨近區(qū)域；2010—2015年，城鎮(zhèn)用地變化主要體現(xiàn)為其他建設用地面積擴增(擴增390.70 km2)，建成區(qū)用地面積在該時間段僅擴增37.95 km2，表現(xiàn)為成都市、綿陽市、遂寧市等城市群中心城市主城區(qū)外圍新增大量零散建設用地；2015—2020年，鎮(zhèn)建成區(qū)面積和其他建設用地面積均明顯擴增，其中，建成區(qū)面積擴增238.60 km2，其他建設用地面積擴增219.66 km2.

圖1 成都城市群城鎮(zhèn)用地變化Fig.1 Urban land use change in Chengdu Urban Agglomeration

從成都城市群區(qū)域路網(wǎng)密度增量來看(圖2)，2005—2010年，路網(wǎng)密度變化最大的區(qū)域主要集中在成都市主城區(qū)、遂寧市南部及樂山市東部，路網(wǎng)密度增量超過10 km/km2，其中，成都市主城區(qū)路網(wǎng)密度增量20～30 km/km2；2010—2015年，成都市主城區(qū)、都江堰市、綿陽市南部、遂寧市主城區(qū)、雅安市東部等區(qū)域路網(wǎng)密度增量為10～20 km/km2，成都市主城區(qū)南部局部區(qū)域路網(wǎng)密度增量為20～30 km/km2；2015—2020年，成都城市群交通路網(wǎng)密度增量顯著，主要表現(xiàn)為成都市主城區(qū)及周邊區(qū)域、資陽市主城區(qū)、眉山市中心等局部區(qū)域路網(wǎng)密度增量超過30 km/km2，成都市南部及東部、資陽市中心區(qū)域、樂山市中心區(qū)域等部分區(qū)域路網(wǎng)密度增量達到20～30 km/km2.

圖2 成都城市群路網(wǎng)密度變化Fig.2 Changes in road network density of Chengdu Urban Agglomeration

從成都城市群2005—2020年交通里程及路網(wǎng)密度統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看(表2)，過去15年，成都城市群交通路網(wǎng)總里程從16 776.75 km提高至26 450.86 km，交通總里程凈增長9 674.11 km，且2015年—2020年增幅最大(增長5 358.36 km)，城市群各級交通線路均呈現(xiàn)不同程度增長趨勢，其中，高速公路里程在過去15年間提升比例最大，里程提升比例高達51%.成都城市群交通路網(wǎng)區(qū)域平均密度從23.34 km/km2提升至35.92 km/km2，且2015—2020年增幅最大，區(qū)域路網(wǎng)平均密度整體提高11.30 km/km2.

3.2 城鎮(zhèn)用地變化與路網(wǎng)的相關(guān)性分析

3.2.1 中心城市主城區(qū)與交通路網(wǎng)相關(guān)性分析 為了消除由于行政區(qū)域范圍過大，環(huán)境背景區(qū)域差異性明顯，對研究分析城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)相關(guān)性具有直接影響，論文對城鎮(zhèn)用地變化較為明顯且分布集中的中心城市主城區(qū)進行城鎮(zhèn)用地變化與交通路網(wǎng)變化的相關(guān)性分析.

由表3可以看出，成都城市群中心城市主城區(qū)城鎮(zhèn)建成區(qū)用地變化與交通路網(wǎng)密度增量的相關(guān)系數(shù)為0.86(通過1%置信度檢驗)，二者存在顯著正相關(guān)，表明主城區(qū)交通路網(wǎng)加密程度越高，則城鎮(zhèn)建成區(qū)用地擴張速度最快，值得提出的是，中心城市主城區(qū)城鎮(zhèn)用地擴張幅度與交通路網(wǎng)總里程增量及高速公路、國道、省道的增量呈現(xiàn)一定負相關(guān)，表明僅單一新增長距離交通路線，無法實現(xiàn)建成區(qū)用地的大面積擴張，只會新增零星小面積的建筑群落，這些建筑群落主要分布在主城區(qū)外延交通線路沿線，而主城區(qū)范圍的城鎮(zhèn)其他建設用地與交通路網(wǎng)增量相關(guān)性較低，且相關(guān)系數(shù)未通過5%置信度檢驗.

3.2.2 其他一般縣市城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)相關(guān)性分析 對其他一般縣市的城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)進行相關(guān)性分析，由表3可以看出，一般縣市的城鎮(zhèn)建成區(qū)用地變化與交通路網(wǎng)密度增量相關(guān)系數(shù)為0.89(通過1%置信度檢驗)，呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，與交通路網(wǎng)及線路里程增量相關(guān)性較差；城鎮(zhèn)其他建設用地變化與交通路網(wǎng)密度及交通路網(wǎng)、線路里程增量相關(guān)性不明顯.

3.2.3 城鎮(zhèn)建成區(qū)與其他建設用地相關(guān)性分析 由表3結(jié)果可以可知，城鎮(zhèn)其他建設用地變化與交通路網(wǎng)密度及里程均無明顯相關(guān)性，通過分析城鎮(zhèn)用地面積變化規(guī)律得知，城鎮(zhèn)其他建設用地大面積新增主要出現(xiàn)在成都市主城區(qū)外圍，即城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張方向.通過計算成都市主城區(qū)城鎮(zhèn)建成區(qū)變化與城鎮(zhèn)其他建設用地變化相關(guān)性指數(shù)，結(jié)果表明(表4)，城鎮(zhèn)其他建設用地擴張與城鎮(zhèn)建成區(qū)用地擴張在特定時間周期內(nèi)，存在顯著負相關(guān)，城鎮(zhèn)面積空間變化數(shù)據(jù)表明，城鎮(zhèn)其他建設用地與城鎮(zhèn)建成區(qū)在時間周期前后存在一定轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，部分其他建設用地開發(fā)成熟會成為下一階段城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張的土地儲備來源之一，通過完成此消彼長轉(zhuǎn)換后，即出現(xiàn)二者在表4中不同時間階段的負相關(guān)關(guān)系.

3.3 城鎮(zhèn)用地擴張與交通路網(wǎng)關(guān)聯(lián)模型構(gòu)建

3.3.1 中心城市主城區(qū)城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)密度關(guān)聯(lián)建模 基于成都城市群中心城市主城區(qū)城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張與交通路網(wǎng)密度間存在顯著正相關(guān)關(guān)系(表3)，將成都市成華區(qū)、成都市金牛區(qū)等中心城市主城區(qū)的2005年至2020年城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張面積與交通路網(wǎng)密度增量進行線性擬合關(guān)系建模(圖3)，計算得到成都城市群中心城市主城區(qū)城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張與交通路網(wǎng)密度增量的定量關(guān)系模型(公式1).

y=0.602 2x+11.538

(公式1)

式中，y為交通路網(wǎng)密度增量，x為城市群中心城市主城區(qū)城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張面積.

圖3 2005—2020年成都城市群中心城市建成區(qū)擴張與交通路網(wǎng)密度增量擬合建模Fig.3 Fitting modeling of built-up areaexpansion and traffic network density increment of central cities of Chengdu urban agglomeration from 2005 to 2020

由關(guān)系模型可知，中心城市主城區(qū)城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴張與交通路網(wǎng)密度增量呈現(xiàn)較好的正相關(guān)線性協(xié)同發(fā)展關(guān)系，即描述了一種主城區(qū)城鎮(zhèn)建成區(qū)外部“圈層式加密擴充”的城鎮(zhèn)用地發(fā)展模式.

3.3.2 一般縣市城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)密度關(guān)聯(lián)建模 一般縣市城鎮(zhèn)用地擴張與交通路網(wǎng)密度同樣呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系(表3)，由于一般縣市城鎮(zhèn)用地面積變化幅度相比中心城市主城區(qū)面積擴張幅度要小，如果直接從一般縣市行政區(qū)域范圍直接統(tǒng)計分析，很難刻畫城鎮(zhèn)用地擴張與交通路網(wǎng)密度的定量關(guān)系，因此，以行政區(qū)域幾何中心，按照北、東北、東、東南、南、西南、西、西北八個方向?qū)⒁话憧h市進行單元劃分，在此基礎上，對成都城市群一般縣市城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)密度進行關(guān)聯(lián)分析建模.通過提取縣域范圍內(nèi)八個不同方向城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張面積及交通路網(wǎng)密度增量，并擬合分析，計算得到一般縣市城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張與交通路網(wǎng)密度增量的定量關(guān)系模型(圖4、公式2).

y=11.451ln(x)-0.469 8

(公式2)

公式2中，y為交通路網(wǎng)密度增量，x為城市群一般縣市城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張面積.

圖4 2005—2020年成都城市群一般縣市建成區(qū)擴張與交通路網(wǎng)密度增量擬合建模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

由關(guān)系模型可知，成都城市群一般縣市城鎮(zhèn)建成區(qū)面積擴張與交通路網(wǎng)密度增量呈現(xiàn)較好的對數(shù)關(guān)系(R2=0.735 9).由于一般縣市建成區(qū)面積拓展速率有限，對于規(guī)模較小的縣市，初始階段，由于城市交通路網(wǎng)尚未構(gòu)建成熟，交通路網(wǎng)的發(fā)育速率要高于城鎮(zhèn)建成區(qū)擴建速率.隨著城市規(guī)模不斷擴張，城市交通路網(wǎng)趨于完善，路網(wǎng)發(fā)育相對成熟，城鎮(zhèn)建成區(qū)擴張速率逐漸趕超交通路網(wǎng)發(fā)育速率，形成從城市“內(nèi)部逐步填充”到“外部快速擴張”的城鎮(zhèn)用地轉(zhuǎn)型.對于一般縣市而言，城市對外擴張具有顯著的方向性特征.

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

通過ArcGIS分別提取成都城市群三階段(2005—2010年、2010—2015年、2015—2020年)城鎮(zhèn)用地(建成區(qū)、其他建設用地)面積變化、交通路網(wǎng)密度增量、交通路網(wǎng)總里程增量及高速、國道、省道、縣道、鐵路等交通線路里程增量，利用SPSS統(tǒng)計軟件對各因子進行Pearson相關(guān)性分析，并構(gòu)建了面向中心城市主城區(qū)城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)密度的關(guān)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區(qū)城鎮(zhèn)建成區(qū)外部“圈層式加密擴充”的城鎮(zhèn)用地發(fā)展模式.同時針對一般縣市城鎮(zhèn)用地分布特點，以八方向區(qū)域劃分基本單元，分析構(gòu)建了面向一般縣市城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)密度的關(guān)系模型：y=11.451ln(x)-0.469 8(R2=0.735 9)，定量刻畫了規(guī)模較小縣市在規(guī)模發(fā)展及城鎮(zhèn)發(fā)育過程中，城鎮(zhèn)用地從城市“內(nèi)部逐步填充”到“外部快速擴張”的轉(zhuǎn)型過程.

基于文章構(gòu)建的城市群城鎮(zhèn)用地與交通路網(wǎng)演變關(guān)系模型，總結(jié)關(guān)于成都城市群城鎮(zhèn)用地發(fā)展的兩種模式：1、以成都、德陽、綿陽等中心城市主城區(qū)為代表的“圈層式加密擴充”城鎮(zhèn)用地發(fā)展模式.由于這些大型中心城市主城區(qū)城鎮(zhèn)用地發(fā)展較為成熟，所以表現(xiàn)為以外部擴充為主，且表現(xiàn)為路網(wǎng)加密區(qū)域優(yōu)先布局擴充；2、以中心城市轄區(qū)內(nèi)主城區(qū)以外的其他一般縣市為代表的“前期內(nèi)部填充”到“后期外部擴張”的城鎮(zhèn)用地發(fā)展模式.由于一般縣市城鎮(zhèn)發(fā)育尚未成熟，城鎮(zhèn)規(guī)模相對較小，城鎮(zhèn)發(fā)展過程主要分為兩個階段：第一階段主要表現(xiàn)為放射性新增交通線路且既有城鎮(zhèn)內(nèi)部逐步充實；第二階段，待城鎮(zhèn)內(nèi)部填充結(jié)束后，城鎮(zhèn)擴張主要表現(xiàn)為放射性交通線路沿線延展擴充.由于受地形地勢影響，西南山區(qū)城鎮(zhèn)規(guī)模發(fā)育有限，特別是地處山區(qū)的一般縣市，絕大多數(shù)城鎮(zhèn)不會步入如中心城市主城區(qū)的圈層式發(fā)展模式階段.

4.2 討論

本研究針對典型城市群發(fā)展，構(gòu)建了面向中心城市和一般縣市的城鎮(zhèn)用地與路網(wǎng)發(fā)展定量模型，研究結(jié)論主要基于以城市為單元主體的分析得到，尚未細化至城鎮(zhèn)內(nèi)外不同層級交通路網(wǎng)與城鎮(zhèn)擴張的分析研究，需要在今后的研究中進一步分析補充.