太原市土地?cái)U(kuò)展彈性分析

李冰++孫秀恒++魏海寧++邢剛++崔耀鵬

摘要 本文利用太原遙感圖像數(shù)據(jù)，結(jié)合1∶10萬(wàn)土地利用圖研究了太原市土地利用變化類(lèi)型，并著重分析市區(qū)建筑用地的擴(kuò)展情況。根據(jù)研究區(qū)域城鎮(zhèn)建成區(qū)用地?cái)U(kuò)展特征分析和彈性分析得出，太原市城市發(fā)展先后經(jīng)歷了準(zhǔn)備階段—快速擴(kuò)展階段—成熟期階段，而由此得到的結(jié)果是研究區(qū)域城鎮(zhèn)建成區(qū)域面積發(fā)展與研究區(qū)域人口增長(zhǎng)的關(guān)系不甚協(xié)調(diào)，縱向分析有逐漸改善的良性發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞 土地利用；城市擴(kuò)展；彈性；山西太原

中圖分類(lèi)號(hào) F293.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）02-0233-02

Elasticity Analysis of Land Expansion in Taiyuan City

LI Bing SUN Xiu-heng WEI Hai-ning XING Gang CUI Yao-peng

（Benxi Meteorological Bureau in Liaoning Province，Benxi Liaoning 117000）

Abstract Using remote sensing image data，combined with 1∶10 0000 land use map of Taiyuan City，the land use change types were studied in this paper，and urban construction land expansion was focused on. According to the analysis on the urban land expansion characteristics and elastic of the research area in Taiyuan City，it′s concluded that Taiyuan City experienced the following developing process：preparation stage-rapid growth stage-mature stage. Which resulted in a disharmonious relationship between the development of regional urban built-up area and its population growth. The vertical analysis showed that there was an increasingly improved development trend.

Key words land use；urban expansion；elasticity；Taiyuan Shanxi

城市土地利用變化是一個(gè)廣受關(guān)注的研究方向，目前在對(duì)其研究時(shí)，多利用“3S”技術(shù)進(jìn)行分析，所謂的“3S”即為GPS（全球定位系統(tǒng)）、RS（遙感技術(shù)）和GIS（地理信息系統(tǒng)）3種研究技術(shù)的應(yīng)用來(lái)分析城市土地利用變化。目前已經(jīng)有多個(gè)報(bào)道闡述其優(yōu)越性[1-3]，如劉盛和[3]利用地理信息系統(tǒng)對(duì)北京不同時(shí)期的城市變化進(jìn)行分析，建立北京市土地利用和城市擴(kuò)展的變化模型，可以較直觀地分析城市土地利用變化，為未來(lái)城市發(fā)展和城市化進(jìn)程提供了客觀有效的決策方式，同時(shí)也為城市規(guī)劃者、資源管理者等提供一種重要的決策工具[4]。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

利用太原市1980年、1990年、2000年和2010年4個(gè)節(jié)點(diǎn)年的動(dòng)態(tài)遙感數(shù)據(jù)，使用ArcMap平臺(tái)將這4期矢量格式的土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，求出土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)移矩陣，從而分析太原市土地利用變化的過(guò)程。

2 土地分類(lèi)

土地利用分類(lèi)的主要依據(jù)是土地用途、土地經(jīng)營(yíng)方式、土地利用方式和土地覆蓋特征等，強(qiáng)調(diào)的是表示與土地相結(jié)合的人類(lèi)活動(dòng)而產(chǎn)生的不同利用方式[5]。分類(lèi)系統(tǒng)與中國(guó)科學(xué)院全國(guó)資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)一致[6]，依據(jù)中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心制定的土地覆蓋分類(lèi)系統(tǒng)[7]，同時(shí)根據(jù)遙感圖像解譯的要求，以及考慮遙感影像的可判讀性和研究區(qū)土地利用的實(shí)際情況，主要使用土地資源類(lèi)型的一級(jí)分類(lèi)，將土地分為耕地、林地、草地、水域、建筑用地、未利用土地。

3 城鎮(zhèn)建成區(qū)用地?cái)U(kuò)展特征分析

眾所周知，目前城市擴(kuò)展主要分為軸間填充擴(kuò)展、軸向擴(kuò)展、跳躍擴(kuò)展和環(huán)狀推進(jìn)擴(kuò)展4種擴(kuò)展模式[8]。基于這個(gè)原因，通過(guò)分析擴(kuò)展數(shù)量時(shí)采用擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)、擴(kuò)展面積和年擴(kuò)展速度，分析城鎮(zhèn)擴(kuò)展的時(shí)間變化特征。擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)[9]公式如下：

M=U×100/（A×？駐t）（1）

式（1）中，M為擴(kuò)展強(qiáng)度，U為不同年份建成區(qū)的擴(kuò)展面積，A表示分析區(qū)域的總面積，？駐t表示變化的時(shí)間，取年為單位。

城市擴(kuò)展速度可用年擴(kuò)展率來(lái)表示[10]。計(jì)算公式為：

ES（%）=[（Lb /La）1/n-1]×100（2）

式（2）中，ES為城市年擴(kuò)展率，La為研究期初土地面積，Lb為研究期末土地面積，n為研究時(shí)段，以年為單位。經(jīng)過(guò)相關(guān)運(yùn)算得到結(jié)果如表1所示。

1980年以前，太原市以其地處南北同蒲和石太鐵路線(xiàn)的交匯處的先天優(yōu)勢(shì)，以汾河流域?yàn)橐劳?，向四周填充式擴(kuò)展。1980—1990年的10年中，建筑面積從318.72 km2增加到321.76 km2，面積凈增3.04 km2，年平均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)為0.02，年擴(kuò)展速度為0.095%。從圖1中可以看出，在這段時(shí)間里研究區(qū)域南部城鎮(zhèn)擴(kuò)展比較明顯，建筑面積有所增加。1990—2000年的10年中，建筑面積從321.76 km2增加到339.04 km2，面積凈增17.28 km2，年平均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)為0.13，年擴(kuò)展速度為0.524 5%。從圖1中可以看出，在這段時(shí)間里研究區(qū)域內(nèi)建筑面積主要圍繞市區(qū)周?chē)黾?，而且增加程度十分劇烈，增加面積十分廣泛，是整個(gè)研究時(shí)段中面積增加最多的時(shí)段，面積增加是以大量占用耕地為代價(jià)的。2000—2010年的10年中，建筑面積從339.04 km2增加到345.96 km2，面積凈增6.92 km2，年平均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)為0.05，年擴(kuò)展速度為0.202 3%。從圖1中可以看出，在這段時(shí)間里研究區(qū)域的建筑面積增加比較適中，主要是在建成區(qū)內(nèi)部增加，這段時(shí)間建筑面積的增加是以建成區(qū)內(nèi)部林地、草地面積的減少為代價(jià)。

4 城鎮(zhèn)建成區(qū)用地?cái)U(kuò)展彈性分析

通常城市人口增長(zhǎng)速度和城市擴(kuò)展速度的關(guān)系利用城市面積-人口彈性系數(shù)來(lái)代表，目前研究者認(rèn)為中國(guó)的R（i）系數(shù)應(yīng)該為1.12時(shí)，城市擴(kuò)展和人口增加最合適。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

R（i）=■（3）

式（3）中，R（i）為第i時(shí)段建成區(qū)擴(kuò)展彈性系數(shù)，Pop（i）為第i時(shí)段市區(qū)人口平均增長(zhǎng)率，A（i）為第i時(shí)段建成區(qū)面積平均增長(zhǎng)率。本論文分析中的城市面積采用遙感監(jiān)測(cè)的城市建成區(qū)面積，城市人口采用城市市區(qū)范圍內(nèi)人口數(shù)。

根據(jù)已知年份研究區(qū)域人口數(shù)量（表2），采用線(xiàn)性?xún)?nèi)插法和外插法得出所要研究年份1980年和2010年人口數(shù)量：1980年190.29萬(wàn)人；1990年236萬(wàn)人；2000年334萬(wàn)人；2010年353.22萬(wàn)人。

根據(jù)（3）式計(jì)算出太原市1980—2010年各年代城鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)展彈性系數(shù)（表3）?？梢钥闯?，研究區(qū)域城鎮(zhèn)建成區(qū)域面積與研究區(qū)域人口增長(zhǎng)的關(guān)系不甚協(xié)調(diào)。在1980—1990年、1990—2000年和2000—2010年間，城市面積的擴(kuò)展趕不上城市人口增長(zhǎng)對(duì)建設(shè)用地的需求，尤其是1980—1990年間矛盾比較突出，2000—2010年間相對(duì)要好一些。

5 結(jié)論

結(jié)果表明：本文研究區(qū)域的總面積為1 358.65 km2。根據(jù)遙感圖像的解譯結(jié)果，所研究區(qū)域內(nèi)主要土地利用類(lèi)型為耕地、林地、草地、建筑用地，水體和未利用土地相對(duì)很少。根據(jù)研究區(qū)域城鎮(zhèn)建成區(qū)用地?cái)U(kuò)展特征分析和彈性分析得出，太原市城市發(fā)展先后經(jīng)歷了準(zhǔn)備階段—快速擴(kuò)展階段—成熟期階段，而由此發(fā)展得到的結(jié)果是研究區(qū)域城鎮(zhèn)建成區(qū)域面積與研究區(qū)域人口增長(zhǎng)的關(guān)系不甚協(xié)調(diào)。其中以1980—1990年間矛盾尤為突出，建成區(qū)彈性系數(shù)達(dá)到研究時(shí)段最低值0.043 655。但縱向來(lái)看，城鎮(zhèn)建成區(qū)域面積與人口增長(zhǎng)的關(guān)系正在趨于合理化，彈性系數(shù)已由原來(lái)的0.043 655增加到2000—2010年間的0.360 562，但是總體還是比合理值偏低，彈性系數(shù)相差0.750 438之多。這就說(shuō)明一方面太原市城市發(fā)展的思路、理念正在得以推行，目前已經(jīng)初有成效；另一方面城市的編制規(guī)劃和審批周期過(guò)長(zhǎng)，因此時(shí)效性差、改善緩慢，有待于快速制定科學(xué)合理的法律規(guī)范以保證真正實(shí)現(xiàn)城市規(guī)劃的健康發(fā)展。此外，從太原市歷年城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展變化圖（圖1），并結(jié)合太原市獨(dú)特的地理環(huán)境，可以發(fā)現(xiàn)不能像平原城市那樣以“攤大餅”的形式沿不同方向連續(xù)擴(kuò)展，而只能以老城區(qū)為核心，在建成區(qū)周邊無(wú)方向性地?cái)U(kuò)展，或者是以占有市區(qū)內(nèi)部綠地面積為代價(jià)的城市內(nèi)部填補(bǔ)式地?cái)U(kuò)展。

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