石河子城市空間形態(tài)與影響因素分析

孫晨

摘要：城市空間形態(tài)是城市的形式、布局的物態(tài)表現(xiàn)，是城市內(nèi)部密集和空間布局的綜合反映，也是城市聚集地產(chǎn)生、成長、形式、結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)展的綜合反映。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市的空間形態(tài)也在不斷的發(fā)生著變化，通過對城市空間形態(tài)的演變特點以及影響因素的分析，有利于城市的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵字：城市空間形態(tài)；城市化；形狀指數(shù)

由于石河子地處我國的西北內(nèi)陸，氣候干旱，自然環(huán)境惡略，使得其城市的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺乏整體性。而城市的發(fā)展規(guī)模與速度與城市的空間形態(tài)有著密切的聯(lián)系，因此對石河子城市的空間形態(tài)進行研究在一定程度上可以改進石河子的城市發(fā)展方向，使其向著經(jīng)濟最大化的方向發(fā)展，從而促進石河子城市化的深一步發(fā)展，提高石河子的綜合實力，保證石河子城市的可持續(xù)發(fā)展，有利于對城市未來發(fā)展提供有效的依據(jù)。

1、研究區(qū)域概況

石河子市位于新疆維吾爾自治區(qū)北部，84°58′-86°24′E，43°26′-45°20′N，地處天山北麓中段，準噶爾盆地南緣，南鄰天山山脈，北接古爾班通過特沙漠，東以瑪納斯河為界，與瑪納斯縣為鄰，石河子市位于墾區(qū)東南部，地處烏伊公里與瑪納斯河、烏奎高速形成的圍合范圍內(nèi)。

2、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

城市形態(tài)學(xué)自19世紀開始萌芽，相繼提出了同心圓模式（ Concentric Ring Model） 、扇形模式、多核心模式（ Multiple-nucle Model） 等[1]。1960 年代以來，西方城市形態(tài)先后經(jīng)歷了由緊湊中心區(qū)與郊區(qū)的二元結(jié)構(gòu)模式向蔓延的大都市轉(zhuǎn)變、由單一中心城市向多中心城市地區(qū)轉(zhuǎn)變和城市郊區(qū)化的進程，城市形態(tài)研究也從內(nèi)部轉(zhuǎn)向外部，從單個城市轉(zhuǎn)向城市群體，先后出現(xiàn)了連綿城市、大都市帶、城鄉(xiāng)融合區(qū)、大都會區(qū)、多中心的城市區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)城市等結(jié)構(gòu)模式概念，反映出城市的群體化、區(qū)域的一體化的發(fā)展趨勢，大城市之間外部形態(tài)相互融合為城市外部形態(tài)研究提供了更為開闊的視野[2-4]。

1990 年代以來，國內(nèi)對城市形態(tài)的研究廣泛開展，研究內(nèi)容涉及城市空間形態(tài)的構(gòu)成要素和整體模式研究[5]，城市內(nèi)部空間模式研究[6]，城市社會空間形態(tài)[7]，以及城市空間形態(tài)演變歷程、機制與驅(qū)動力研究等[8-9]，并逐步向區(qū)域化、群體化研究發(fā)展，開始關(guān)注都市區(qū)（圈）及城市群（帶）。研究方法經(jīng)歷了從定性描述到定量分析、從數(shù)理統(tǒng)計到 GIS、從靜態(tài)表述到動態(tài)模擬的演進，大量采用了分形[10]、形狀指數(shù)[11]、近鄰傳播聚類算法[12]、緊湊度指數(shù)[13]、景觀指數(shù)[14]、元胞自動機[15]等。目前，我國不少學(xué)者利用GIS技術(shù)相繼開展了一些城市的形態(tài)演變過程與特征等方面進行研究[16-18]，并對城市形態(tài)研究的理論與方法進行探討。

關(guān)于城市平面輪廓形狀的演化是城市空間形態(tài)研究的問題之一，城市形狀的是經(jīng)濟、政治和社會因素相互作用的結(jié)果。但是，在我國城市研究中較少進行城市形狀的變化以及由此帶來的社會經(jīng)濟環(huán)境變化方面的研究[19]。在研究方法上，常常采用定性描述方法來表達城市形狀，如方形城市、圓形城市或長條形城市等描述性語言，城市形狀對比研究也較多采用視覺區(qū)分的方法。目前，在地學(xué)領(lǐng)域中用于定量測度形狀的方法主要有兩類，有基于平均意義上的粗糙測度方法，如形狀率、圓形率、緊湊度、橢圓率指數(shù)和延伸率等[20]，也有基于圖形周界測度的較精確方法，如Bunge在1962年提出的基于間隔選取圖形周界上頂點或節(jié)點的方法，Boyce &Clark在1964年提出的半徑形狀指數(shù)[21]，利用傅里葉變換方法計算圖形的形狀指數(shù)[22]，Medda等的基于形狀要素功能（shape membership function）的形狀指數(shù)方法[23]等，這些方法各有特點，但據(jù)我們的計算分析，Boyce-Clark形狀指數(shù)方法更能反映形狀的一般特征。同樣，Lo在1980年曾利用Boyce-Clark形狀指數(shù)計算了我國29個城市在1934年和1974年的形狀指數(shù)，并分析了這個時間段的形狀變化[24]，程連生等也采用Boyce-Clark形狀指數(shù)計算了北京市20世紀50年代、60年代、70年代、80年代末的城市邊緣軌跡的形狀指數(shù)[25]。

3、數(shù)據(jù)來源和研究方法

3.1 圖形與數(shù)據(jù)采集

收集石河子城市的衛(wèi)星圖像，運用GIS和RS軟件，得出石河子城市主要建成區(qū)的范圍。

3.2 研究方法

3.2.1 繪制城市主建成區(qū)輪廓形狀

選定特定年份作為試驗對象，城市矢量圖層來源于谷歌地圖截圖，以此為底圖運用ArcGIS進行配準，經(jīng)過一定的圖形編輯，得出了城市主要建成區(qū)的空間范圍。

3.2.2 Boyce-Clark形狀指數(shù)（SBC）[24]

Boyce-Clark形狀指數(shù)也被稱為放射狀指數(shù)，是將標準圓形與研究形狀進行比較，從而得出一個相對指數(shù)，它是一個基于半徑的測度，故又稱半徑形狀指數(shù)。計算公式為：

式中：ri某個圖形的優(yōu)勢點到圖形周界的半徑長度，n為具有相等角度差的輻射半徑的數(shù)量，可以取不同的數(shù)，數(shù)越大，形狀指數(shù)值精度越高，不同形狀的圖形有不同的形狀指數(shù)，圓形的形狀指數(shù)最小，形狀指數(shù)越大，表明相同面積情況下有更大的邊界長度。

4、石河子城市空間形態(tài)演變過程

4.1 20世紀50年代到70年代

1950年7月確定兵團在石河子建新城，草繪了《擬建新城及公路位置圖》為新城選址定點。1951年最早版《新疆維吾爾族自治區(qū)石河子城市計劃》確定用地規(guī)模14平方公里，人口4～5萬，為石河子市結(jié)構(gòu)奠定了初步框架。1958年，《石河子市城市總體規(guī)劃方案》正式出臺，預(yù)測城市遠期人口40萬人[26]，用地56平方公里，并確定了道路骨架、功能分區(qū)、兩條防護林帶、火車站位置和基礎(chǔ)設(shè)施總體布局。城市發(fā)展為“雙核四軸”的城市空間格局。endprint

4.2 20世紀80年代到90年代

82版《石河子市城市總體規(guī)劃》的城市人口至2000年達到20萬人，用地25.11平方公里?？傮w布局為一塊四點，即中間一塊為主城區(qū)，東部為工業(yè)區(qū)，南部為鐵路及倉儲用地，西部為工業(yè)區(qū)和兵團汽車運輸二團，北部為化工廠、酒廠、污水處理廠。該規(guī)劃功能分區(qū)明晰，提出了東工業(yè)區(qū)發(fā)展框架，并在鐵路骨架上延續(xù)了早期規(guī)劃的方格網(wǎng)狀模式。

4.3 21世紀初至現(xiàn)在

98版《石河子市城市總體規(guī)劃》于2004年正式批準實施。規(guī)劃南起烏奎高速公路以南500米以及材料廠，東臨瑪納斯河西岸，西接一五二團七連，北至石河子總廠八一路口、山丹湖村，規(guī)劃區(qū)總面積150平方公里，其中城市建設(shè)總用地48.29平方公里，規(guī)劃城市人口40萬人（2015年）。遠景城市人口為55萬人，建設(shè)總用地66平方公里。城市發(fā)展為“團狀密實”的城市空間形態(tài)，城市現(xiàn)建成區(qū)為“團狀”結(jié)構(gòu)和“密實”的用地布局，歷年拓展模式呈現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、理性的擴張?zhí)卣鳌?/p>

表1 1960年、1990年、2010年石河子的形狀指數(shù)

Table1 Shape indices of Shihezi at 1960，1990，2010

1960* 1970 1980 1990 2000 2010

— 18.470 33.482 25.350 22.659 17.476

*注：數(shù)據(jù)來自文獻（Lo 1980）（采用的半徑數(shù)量為20個），“—”表示無數(shù)據(jù)

圖1 石河子城市形狀指數(shù)的變化

Flg.1 Chenges of urben shape indices of Shihezi from 1960 to 2010

5、石河子城市空間形態(tài)演變因素分析

5.1 地形地貌

石河子墾區(qū)南北長約180公里，東西寬約99公里，面積7681平方公里，地勢平坦，平均海拔高度450.8米。自東南向西北傾斜，地處天山北麓中段，古爾班通古特大沙漠南緣。石河子墾區(qū)地形由南向北依次為天山山區(qū)、山前丘陵區(qū)、山前傾斜平原、洪水沖積平原、風(fēng)成沙漠區(qū)。主要河流有瑪納斯河、寧家河、大南溝、巴音溝河等。

5.2 區(qū)位優(yōu)勢

從區(qū)位地理位置來看，石河子位于新疆烏魯木齊城市群之中，是新疆維吾爾族自治區(qū)天山北坡經(jīng)濟帶中的重要城市。這一地帶是新疆社會經(jīng)濟發(fā)展的重要地區(qū)之一，也是西部大開發(fā)中新疆的重點開發(fā)地區(qū)。實力較強的區(qū)域條件，為石河子加強與周邊城鎮(zhèn)的經(jīng)濟聯(lián)系、開拓市場、擴寬發(fā)張渠道提供了有利條件。同時，新疆的城市體系屬于典型的首位型規(guī)模等級結(jié)構(gòu)，烏魯木齊市的輻射帶動作用十分突出，石河子市位于烏魯木齊2小時交通圈內(nèi)，便于接受烏魯木齊市的經(jīng)濟輻射和信息、技術(shù)擴散。

5.3 經(jīng)濟發(fā)展

石河子在歷史發(fā)展中形成了以棉紡、化工、造紙為龍頭的工業(yè)，到現(xiàn)在已出具規(guī)模，為今后城市發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。近年來隨著外部資金的引入，工業(yè)在整體效益水平和增長率方面已有明顯的改善和提高。在未來的發(fā)展中注重產(chǎn)業(yè)鏈的深度拓展，將對全市的產(chǎn)業(yè)發(fā)展增加持續(xù)的動力。

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