粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地演變特征與動態(tài)模擬

袁澤棋 王志遠(yuǎn),2

（1.南華大學(xué)松霖建筑與設(shè)計藝術(shù)學(xué)院,湖南 衡陽 421001；2.湖南省健康城市營造工程技術(shù)研究中心,湖南 衡陽 421001）

國土空間規(guī)劃作為國家空間發(fā)展指南，是各類開發(fā)保護(hù)建設(shè)活動的基本依據(jù)。保障國土空間高質(zhì)量發(fā)展是當(dāng)前編制國土空間總體規(guī)劃的重要課題。

國內(nèi)外對城市相關(guān)用地擴(kuò)張演變的研究成果相對豐富，不同研究尺度對擴(kuò)張?zhí)卣餮芯康姆椒ň哂忻黠@差異。區(qū)域?qū)用?，廖建軍等?021）、張晨晨等（2020）側(cè)重時空分布規(guī)律，運(yùn)用驅(qū)動機(jī)制、演變規(guī)律總結(jié)等方式，基于較長時空維度視角對城市建設(shè)用地變化進(jìn)行分析[1-2]；吳金穩(wěn)等（2020）基于碳效應(yīng)、空間溢出效應(yīng)等，對城市建設(shè)用地進(jìn)行特異性分析[3]。

綜上所述，可以看出現(xiàn)有研究多側(cè)重于建設(shè)用地驅(qū)動因素探究，以區(qū)域為對象的研究更多聚焦經(jīng)濟(jì)規(guī)模體系特征分析，缺乏對區(qū)域建設(shè)用地以統(tǒng)籌變化視角分析問題；區(qū)域建設(shè)用地擴(kuò)張的長期時效性變化及驅(qū)動因素鮮有研究考量；利用元胞自動機(jī)對區(qū)域用地擴(kuò)張趨勢進(jìn)行預(yù)測進(jìn)而探究演變形式的相關(guān)研究相對較少。

鑒于此，本研究立足城市建設(shè)用地特征，主要探究粵港澳大灣區(qū)城市用地的供需關(guān)系與演變情況，對粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地的時空演變進(jìn)行分析，并以此為支撐，利用元胞自動機(jī)模型對建設(shè)用地進(jìn)行演變模擬預(yù)測，總結(jié)城市群用地擴(kuò)張演變規(guī)律，并在當(dāng)下城鎮(zhèn)一體化的大背景下，提出城市群建設(shè)用地擴(kuò)張?zhí)卣髋c規(guī)律，以期為后續(xù)建設(shè)用地研究及城鎮(zhèn)化規(guī)劃引導(dǎo)提供參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

研究選取中國城市化最活躍區(qū)域之一粵港澳大灣區(qū)為研究對象，區(qū)域范圍由香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)和廣東省廣州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、東莞市、中山市、江門市及肇慶市9市組成。其整體城市規(guī)模發(fā)展均衡，在一定程度上揭示了良性城市群未來發(fā)展趨勢，是研究城市建設(shè)用地分布及演變趨勢的典型案例。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

對粵港澳大灣區(qū)1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年、2020年七個時期的建設(shè)用地擴(kuò)張進(jìn)行監(jiān)測，以Landsat TM/ETM遙感影像為數(shù)據(jù)源。隨機(jī)選取200個樣本點在ENVI 5.1上進(jìn)行解譯精度驗證，驗證結(jié)果顯示精度達(dá)90.3%，可用于建設(shè)用地擴(kuò)張研究。

2 研究方法

2.1 建設(shè)用地擴(kuò)張?zhí)卣鞣治?/h3>

2.2 建設(shè)用地重心變動與擴(kuò)張方向分析

2.3 空間聚集情況——空間自相關(guān)分析

2.4 約束性因子選取及適宜性評價

圖1 影響因子作用流程圖

2.5 元胞自動機(jī)模型（CA）

根據(jù)公式以及分析地方經(jīng)濟(jì)狀況、宏觀政策等限制性因素，同時，為了突出城市發(fā)展的隨機(jī)性，加入隨機(jī)項，則元胞從非建設(shè)用地狀態(tài)轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地狀態(tài)的最終轉(zhuǎn)換概率可以表達(dá)為

3 粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地演變特征

3.1 建設(shè)用地擴(kuò)張時序演化特征

以1990—2020年為跨度提取粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地擴(kuò)張情況為例進(jìn)行分析，可以得出粵港澳大灣區(qū)呈現(xiàn)明顯擴(kuò)張趨勢，同時擴(kuò)張形式在不同時期存在集聚東擴(kuò)的顯著特點。90年代初，現(xiàn)狀建設(shè)用地特征呈一個中心分布其余分散布置的特點，建設(shè)用地主要集中在廣州佛山及深圳部分城區(qū)。1990—2000年，建設(shè)用地擴(kuò)張存在顯著東擴(kuò)趨勢并呈線性拓展，以廣州為起始點向東經(jīng)東莞向深圳南部及中部延伸。2000—2010年，建設(shè)用地擴(kuò)張呈現(xiàn)外延式擴(kuò)張的特點，以面狀發(fā)散模式向外擴(kuò)張，廣州、東莞、深圳三大地區(qū)為中心的片區(qū)特征顯現(xiàn)。2010—2020年，整體建設(shè)用地呈現(xiàn)圈層向外擴(kuò)張模式，廣州、佛山、中山一體化趨勢明顯，飛地式建設(shè)用地擴(kuò)張形勢顯著。

對建設(shè)用地擴(kuò)張規(guī)模進(jìn)一步探究分析，在10年建設(shè)用地擴(kuò)張演變的基礎(chǔ)上，以5年為間隔選取七個時期建設(shè)用地數(shù)據(jù)，對城市群擴(kuò)張面積、擴(kuò)張速度、擴(kuò)張強(qiáng)度進(jìn)行分析。通過擴(kuò)張統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)合建設(shè)用地分布情況可以看出建設(shè)用地擴(kuò)張強(qiáng)度呈現(xiàn)減緩趨勢，1990—1995年為粵港澳大灣區(qū)用地增長迅速期，擴(kuò)張強(qiáng)度達(dá)到0.07，擴(kuò)張速度達(dá)3 363.44，結(jié)合建設(shè)用地擴(kuò)張情況圖說明粵港澳大灣區(qū)處于發(fā)展機(jī)遇期；1995—2000年建設(shè)用地擴(kuò)張減弱，結(jié)合歷史事件考慮是受相關(guān)政策影響；2000—2020年建設(shè)用地強(qiáng)度持續(xù)下降，擴(kuò)張面積持續(xù)減少，擴(kuò)張強(qiáng)度由2000—2005年的0.07降至2015—2020年的0.01，考慮是受到戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型等政策要求及自然資源限制等條件影響。

表1 粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地擴(kuò)張統(tǒng)計

3.2 建設(shè)用地擴(kuò)張空間演化特征

3.2.1 建設(shè)用地重心變動與擴(kuò)張方向

如圖2所示，粵港澳大灣區(qū)1990—2020年建設(shè)用地重心由佛山市轉(zhuǎn)向廣州市，城市發(fā)展前期重心基本處于佛山市并逐漸向東部移動，同時1995—2000年及2010—2015年出現(xiàn)向西移動現(xiàn)象。進(jìn)入2000年偏移速度加快，說明整體東部建設(shè)用地擴(kuò)張增大導(dǎo)致重心偏移速度變快，結(jié)合重心偏移方向可以看出重心偏移存在一定波動性（見表2）。

圖2 粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地重心變化

表2 1990—2020年粵港澳大灣區(qū)城市群建設(shè)用地重心偏移軌跡

3.2.2 建設(shè)用地擴(kuò)張空間格局

以10年建設(shè)用地擴(kuò)張?zhí)卣鳛榛A(chǔ)，進(jìn)一步探究其空間聚集程度，以10年為間隔通過空間自相關(guān)分析對空間全局自相關(guān)進(jìn)行分析，Moran’s I指數(shù)均大于0，同時偏向1，可以看出粵港澳大灣區(qū)城市群整體呈現(xiàn)空間集聚態(tài)勢。隨著時序演化，1990—2000年Moran’s I指數(shù)存在明顯下降，同時2000—2020年Moran’s I指數(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)定上升態(tài)勢，可以得出粵港澳大灣區(qū)城市群空間集聚特征存在先增強(qiáng)后減弱再增強(qiáng)的趨勢。

圖3 粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地擴(kuò)張 Moran’s I 指數(shù)

通過GIS熱點分析對粵港澳地區(qū)空間局部自相關(guān)情況進(jìn)行分析，根據(jù)熱點數(shù)值高低可知建設(shè)用地?zé)狳c主要集中在廣州、東莞、深圳、香港，隨著時間發(fā)展熱點發(fā)生部分偏移及集聚情況變化。1990年高熱點區(qū)主要集中在佛山南海區(qū)及深圳、香港；2000年高熱點區(qū)向中部聚集至東莞區(qū)域，同時香港仍保持高聚集態(tài)勢；2010年廣州、佛山區(qū)域建設(shè)用地變化差異不大，空間集聚區(qū)持續(xù)東移；2020年熱點區(qū)持續(xù)擴(kuò)大，相比1990年基礎(chǔ)新增佛山順德區(qū)，同時部分地區(qū)由中熱點區(qū)轉(zhuǎn)為高熱點區(qū)，呈現(xiàn)高集聚態(tài)勢。

4 粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地動態(tài)模擬

4.1 基于馬爾科夫鏈的城市建設(shè)用地需求量預(yù)測

以1990—2020年建設(shè)用地數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用馬爾科夫鏈對粵港澳大灣區(qū)城市群建設(shè)用地需求進(jìn)行預(yù)測。對模型精度進(jìn)行檢驗，以1990—2018年數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測2020年城市群建設(shè)用地，得出結(jié)果發(fā)現(xiàn)與真實情況接近，如表2所示。

據(jù)此，認(rèn)為馬爾科夫鏈預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確，可用于后續(xù)未來城市建設(shè)用地需求預(yù)測。基于大灣區(qū)現(xiàn)狀建設(shè)用地情況，預(yù)測至2025年建設(shè)用地需求的動態(tài)變化如表4所示。

根據(jù)馬爾科夫鏈預(yù)測結(jié)果，可以看出未來建設(shè)用地需求呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢，根據(jù)城市用地規(guī)模需求，結(jié)合用地規(guī)模演變，可進(jìn)行適度城市擴(kuò)張。

4.2 基于元胞自動機(jī)的建設(shè)用地動態(tài)模擬

以2020年為基期年份，以城市發(fā)展驅(qū)動因子評價為依據(jù)，利用CA模型對粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地擴(kuò)張狀況進(jìn)行模擬，模擬以年為單位，將迭代次數(shù)設(shè)為5得到粵港澳大灣區(qū)2025年用地擴(kuò)張情況，并基于模型演變對用地擴(kuò)張結(jié)果進(jìn)行分析統(tǒng)計。

表3 用地情況推演與實際對比情況

表4 未來用地需求總量預(yù)測

表5 2021—2025 年粵港澳大灣區(qū)城市群建設(shè)用地數(shù)量變化數(shù)據(jù)表

結(jié)合用地擴(kuò)張情況可以看出，粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地擴(kuò)張規(guī)律整體呈現(xiàn)先飛地式擴(kuò)展對周邊小城鎮(zhèn)進(jìn)行建設(shè)用地開發(fā)，再以外延發(fā)展式以中部主城區(qū)為核心向外擴(kuò)張，最后以填補(bǔ)式利用內(nèi)部部分建設(shè)用地。

根據(jù)現(xiàn)狀與用地擴(kuò)張數(shù)據(jù)比對可以看出，城市發(fā)展方向向南部港澳地區(qū)發(fā)展，呈現(xiàn)邊緣擴(kuò)散和軸向發(fā)展的趨勢?；浉郯拇鬄硡^(qū)建設(shè)用地也從“分散—耦合”型升級為“中心—邊緣”型結(jié)構(gòu)。廣州、佛山、東莞、深圳一體化趨勢明顯。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

本研究以粵港澳大灣區(qū)為例，利用建設(shè)用地擴(kuò)張規(guī)模分析、重心變動與擴(kuò)張方向分析、空間自相關(guān)分析、基于元胞自動機(jī)的用地擴(kuò)張模擬等方法，分析其1990—2020年建設(shè)用地的時空演變格局，并基于城市建設(shè)用地發(fā)展要素對建設(shè)用地擴(kuò)張進(jìn)行模擬預(yù)測以分析其發(fā)展趨勢。主要結(jié)論如下：

（1）建設(shè)用地時序擴(kuò)張?zhí)卣鳛?990—2000年向東呈線性發(fā)展；2000—2010年外延式面狀發(fā)散擴(kuò)張，部分建設(shè)用地以飛地形式擴(kuò)張；2010—2020年以圈層向外擴(kuò)張模式，廣州、佛山、中山一體化趨勢明顯。

（2）粵港澳大灣區(qū)擴(kuò)張重心由佛山市轉(zhuǎn)向廣州市，整體擴(kuò)張方向向東移動，隨城市發(fā)展產(chǎn)生一定變化并具有一定周期性。

（3）粵港澳大灣區(qū)空間集聚特征存在先增強(qiáng)后減弱再增強(qiáng)的趨勢。建設(shè)用地?zé)狳c主要集中在廣州、東莞、深圳、香港，整體呈現(xiàn)集聚區(qū)域增加、集聚等級增強(qiáng)的特點。

（4）基于元胞自動機(jī)對建設(shè)用地擴(kuò)張模式進(jìn)行探究發(fā)現(xiàn)，城市主要呈現(xiàn)中部填補(bǔ)適宜建設(shè)用地、周邊飛地式建設(shè)用地擴(kuò)張、邊緣式用地擴(kuò)張三種形式，城市群整體呈現(xiàn)“中心—邊緣”的梯度擴(kuò)張模式。

5.2 討論

用地擴(kuò)張演變特征對于國土空間開發(fā)控制具有顯著影響力，使土地高效利用探求緊湊高效空間是當(dāng)下國土空間規(guī)劃關(guān)注的重點。本研究利用元胞自動機(jī)原理，并結(jié)合時空序列下空間格局演變規(guī)律，總結(jié)粵港澳大灣區(qū)建設(shè)用地演變規(guī)律，利于判斷現(xiàn)勢狀況用地擴(kuò)張形式，能較真實地反映未來城鎮(zhèn)空間布局，可納入國土空間規(guī)劃前期分析體系。

關(guān)于演變模型約束性因子的考量，仍是未來研究的重點，土地擴(kuò)張作為復(fù)雜演變系統(tǒng)受多方面因素影響，對于模型約束條件因子考慮要素越豐富將使模擬結(jié)果更穩(wěn)定，如何篩選約束性因子并量化相關(guān)指標(biāo)是日后研究的方向之一。