沈陽城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張時空特征分析

雷國平，郭美佳

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030）

沈陽城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張時空特征分析

雷國平，郭美佳

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150030）

探討城鄉(xiāng)建設(shè)用地變化時空規(guī)律是優(yōu)化城鄉(xiāng)建設(shè)用地管理重要依據(jù)?；?986、2000和2015年3期TM/OLI遙感影像，采用GIS方法分析沈陽市城鄉(xiāng)建設(shè)用地變化時空特征。結(jié)果表明，①1986～2000年，城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加169.78 km2，其中城市、鄉(xiāng)村建設(shè)用地分別占28%、72%；2000～2015年，城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加151.63 km2，其中城市、鄉(xiāng)村建設(shè)用地分別占71%、29%，階段差異性顯著；②于洪區(qū)、蘇家屯區(qū)、渾南區(qū)和沈北新區(qū)分別在1986～2000年和2000～2015年城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展中具有異速性和區(qū)域差異性；③自城市中心向外圍，城鄉(xiāng)用地擴張強度指數(shù)先增后降，在12 km呈峰值。

城鄉(xiāng)建設(shè)用地；時空特征；用地擴張；沈陽市

我國城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，但農(nóng)村發(fā)展滯后，出現(xiàn)“半城鎮(zhèn)化”“農(nóng)村空心化”等現(xiàn)象。忽視城鄉(xiāng)用地協(xié)調(diào)發(fā)展，引發(fā)“城市病”[1]。國內(nèi)外關(guān)于城鄉(xiāng)建設(shè)用地變化研究較多，國外對城鄉(xiāng)用地研究較早，主要集中于城市土地利用方面，關(guān)注城市擴張與經(jīng)濟、人口、政策等要素關(guān)系[2]，理論相對成熟和完善。國內(nèi)研究大多側(cè)重城市建設(shè)用地發(fā)展變化，忽略城鄉(xiāng)建設(shè)用地轉(zhuǎn)變及城市用地規(guī)模擴張，研究成果時間尺度短，尚無長時間段城鄉(xiāng)建設(shè)用地發(fā)展演變規(guī)律分析[3]。國內(nèi)學(xué)者多開展建設(shè)用地市場指標交易[4]、優(yōu)化[5]、合理用地規(guī)模及用地平衡[6-7]等方面研究，但針對東北老工業(yè)基地城市建設(shè)用地擴張規(guī)律研究較少。城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張時空特征分析，對城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)籌規(guī)劃及城鄉(xiāng)社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義[8]。

本文以沈陽市為研究對象，利用遙感影像獲取城鄉(xiāng)建設(shè)用地信息，以地理信息系統(tǒng)為影像處理、顯示、分析工具，分析1986年至今沈陽城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張時空特征，對比1986～2000年和2000～2015年沈陽城鄉(xiāng)建設(shè)開發(fā)格局異同，為國土空間管控和城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展提供政策支持。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

沈陽市位于中國東北地區(qū)南部，土地面積為12 980 km2，城市用地面積3 495 km2。本文研究地域范圍主要是沈陽市轄區(qū)，包括沈河區(qū)、和平區(qū)、大東區(qū)、皇姑區(qū)、鐵西區(qū)、蘇家屯區(qū)、渾南區(qū)、沈北新區(qū)、于洪區(qū)。城鄉(xiāng)建設(shè)用地一般包括城市用地、農(nóng)村居民點用地和其他建設(shè)用地，其他建設(shè)用地數(shù)量較少不作分析，本文所指城鄉(xiāng)建設(shè)用地包括城市用地、農(nóng)村居民點兩部分。

研究區(qū)空間數(shù)據(jù)包括：沈陽市1986年1：10萬地形圖，遙感影像1986～2015年TM/OLI遙感影像對應(yīng)年份行政區(qū)劃圖；圖像和數(shù)據(jù)處理采用Erdas 8.7、 ArcView GIS 10.3、SPSS 17.0等軟件實現(xiàn)[9]。運用Erdas軟件幾何精校正圖像，矯正精度滿足要求；再對圖像裁剪和主成分分析等相關(guān)增強處理，利用人機交互方式對遙感影像監(jiān)督分類；將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，比較用地類型和矢量數(shù)據(jù)疊置分析、屬性數(shù)據(jù)提取和計算，得到完整遙感影像數(shù)據(jù)[10]。

1.2 建設(shè)用地擴展指數(shù)方法

擴展速率表示單位時間內(nèi)土地面積變化幅度，反映擴張空間變化，通過對擴展速率分析以定量比較城市擴展程度[11]，其表達式為：

式中，R-研究末期用地擴展強度；Ua-研究初期用地面積（km2）；Ub-研究末期用地面積（km2）；T-時間間隔（年）。

城鄉(xiāng)擴展強度指數(shù)是某空間單元在研究時期內(nèi)城鄉(xiāng)擴展面積占土地總面積百分比，比較不同研究時期城鄉(xiāng)土地利用擴展強弱或快慢[12]，實質(zhì)是用各空間單元土地面積對其平均擴展速度標準化處理，不同空間單元城鄉(xiāng)土地利用擴展速度具有可比性[13]，城市擴展強度指數(shù)表達式：

式中，U-區(qū)域城市化過程中非建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地面積；A-分析區(qū)域土地總面積；△t-變化時間（年）。城鄉(xiāng)擴展強度指數(shù)M即年均增加城市面積占所在區(qū)域土地總面積百分數(shù)值越大，說明該區(qū)域建設(shè)用地面積占總土地面積比重越大，擴展強度越大[14]。

2 用地擴展分析

2.1 1986～2015年沈陽城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展數(shù)量分析

分別提取1986年、2000年和2015年3個時期城鄉(xiāng)面積信息，計算不同年份城鄉(xiāng)面積，1986～2015年沈陽市城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積動態(tài)變化情況見表1。

表1 沈陽市1986～2015年城鄉(xiāng)用地面積變化統(tǒng)計Table 1Change of the land for urban and rural area in Shenyang city in 1986-2015

城市用地與農(nóng)村居民點用地擴張面積、比例等各時期數(shù)量特征差異顯著。其中，1986～2000年，城市建設(shè)用地增加50.11 km2，占此建設(shè)用地總面積7%，年均增加3.34 km2，年變化率為31%，占城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加面積比例28%；農(nóng)村居民點用地面積增加126.21 km2，占農(nóng)村居民點用地增加面積72%，年均增加8.41 km2，年變化率為41%，年均增加面積與年變化率均高于農(nóng)村居民點用地，占城鄉(xiāng)建設(shè)用地總面積比例為74%。

2000～2015年，城市建設(shè)用地面積增加107.27 km2，占建設(shè)用地總面積71%，年均增加7.66 km2，年變化率37%，占城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加面積比例71%；農(nóng)村居民點用地面積增加44.36 km2，占農(nóng)村居民點總增加面積26%，年均增加2.96 km2，年變化率為29%，占城鄉(xiāng)建設(shè)用地總面積比例為29%。隨著農(nóng)村居民點用地整治力度加大，整理零散、限制居民點，2000～2015年以農(nóng)村居民點用地為主建設(shè)用地呈衰減趨勢，而城市用地呈增長趨勢，沈陽地區(qū)建設(shè)以城市用地形式為主，是區(qū)域土地利用擴張主要因素。

2.2 1986～2015年各區(qū)域城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張?zhí)卣髋c區(qū)域?qū)Ρ确治?/p>

1986～2000年，各區(qū)域城鄉(xiāng)建設(shè)用地均有不同程度增加，其中于洪區(qū)城市用地面積變化最大，而農(nóng)村居民點面積變化較小，渾南區(qū)居民點面積變化最大。與城市用地變化面積相比，農(nóng)村居民點變化面積增大。蘇家屯區(qū)城鄉(xiāng)面積比率變化最大，農(nóng)村居民點變化面積為城市用地4.97倍，渾南區(qū)和沈北新區(qū)次之，城鄉(xiāng)用地比例約為2.77，于洪區(qū)城鄉(xiāng)用地比例最小，比值為1.41。

在2000～2015年，各區(qū)域城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積均呈持續(xù)增加趨勢，但不同區(qū)域變化面積差異顯著。蘇家屯區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)用地變化面積持平，于洪區(qū)城鄉(xiāng)用地面積變化幅度最大，農(nóng)村居民點用地面積變化是城市用地的4.21倍，建設(shè)用地擴張主要表現(xiàn)在大中型城市擴張，建設(shè)用地面積增加主要源于城市建設(shè)用地占用城市周邊耕地；渾南區(qū)城鄉(xiāng)用地面積增加，城市用地較農(nóng)村居民點用地面積增加18.37 km2，而沈北新區(qū)農(nóng)村居民點用地面積變化較城市增加9.83 km2，該區(qū)農(nóng)村居民點擴展占比較大，建設(shè)用地擴展主要源于農(nóng)村居民點擴張（見表2）。

1986～2000年，于洪區(qū)、渾南區(qū)城市用地擴展面積較大，但城市擴展強度指數(shù)相對較低，分別為3.32%和3.84%，因為兩個區(qū)域相對應(yīng)空間單元面積較大，城市建設(shè)用地擴展速率較低。沈陽于洪區(qū)、渾南區(qū)城市用地擴展?jié)摿^高，成為沈陽市未來城市擴展主要方向；渾南區(qū)農(nóng)村居民點用地擴展速率最高，為3.77%，沈北新區(qū)最低，為2.27%，但其他兩區(qū)域擴展速率差異顯著。

2000～2015年，于洪區(qū)城市用地擴展面積最大，擴展強度指數(shù)最高，為7.34%，于洪區(qū)作為統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展綜合配套改革示范區(qū)建設(shè)以來，用地面積加大，城市擴展速率較大；蘇家屯區(qū)農(nóng)村居民點用地擴展速率僅0.21%，說明農(nóng)村居民點用地可利用面積已達最大限度（見圖1）。

2.3 城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張?zhí)荻确治?/p>

文中運用ArcGIS軟件buffer功能，以沈陽市中心城區(qū)幾何中心為基準點，向外建立間距為3 km緩沖帶13個，使整個緩沖區(qū)域包括各時期沈陽市城鄉(xiāng)建設(shè)用地主體部分，獲得沈陽建設(shè)用地擴張時空變化特征（見圖2）。

表2 沈陽市各區(qū)域城鄉(xiāng)用地面積變化情況Table 2Change of suburb land for urban and rural area in Shenyang city

圖1 沈陽市1986～2015年城鄉(xiāng)用地擴展速率變化情況Fig.1Change of suburb urban and rural land use change extension rate changes in Shenyang city from 1986 to 2015

圖2 緩沖區(qū)Fig.2Buffer schemes

從空間分布可見，各時期城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展部分呈圈層狀分布于中心城區(qū)外緣，其中，1986～2000年擴展圈層較靠近內(nèi)側(cè)，2000～2015年擴展圈層則相對分布于外圍；另外前期形成擴展圈分布較集中，而后期形成則較松散，分布幅度廣。沈陽城鄉(xiāng)擴展模式在不同時期變化較大，以中心市區(qū)及周邊區(qū)域為主“單核擴展”為主模式，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘ㄖ行某菂^(qū)、開發(fā)區(qū)、交通干道等周邊區(qū)域“多核擴展”和“點-軸擴展”模式。

由圖3分析可見，1986～2000年沈陽城市用地和鄉(xiāng)村用地面積曲線呈下降趨勢，但局部地區(qū)存在明顯差別。其中，城市用地，擴展面積在半徑為12 km時達高峰，開發(fā)區(qū)建設(shè)促進該區(qū)域城市建設(shè)用地擴展。在緩沖區(qū)半徑為12～18 km時，城市擴展呈下降趨勢。18～21 km時城市建設(shè)用地呈增加趨勢，在緩沖區(qū)半徑為21 km時達第二高峰，這一區(qū)域沈陽工業(yè)區(qū)較集中。在緩沖區(qū)半徑為21 km后區(qū)域基本接近城市邊緣化，建設(shè)用地擴展面積略上浮。滿足房屋建設(shè)需求的居民建設(shè)用地逐漸增加。居住用地擴展面積在緩沖區(qū)半徑為30 km時達高峰，緩沖區(qū)半徑為30 km后，擴展曲線呈下降趨勢。該地區(qū)基本接近城區(qū)邊緣，因此居住用地擴展較緩慢，擴展面積呈下降趨勢。

2000～2015年沈陽城市擴展面積整體大于鄉(xiāng)村。隨城區(qū)經(jīng)濟擴速發(fā)展，城市建設(shè)需求用地增加。城市擴展面積在緩沖區(qū)半徑為9 km時達高峰，緩沖區(qū)半徑為9～15 km時，城市擴展曲線呈下降趨勢，隨城市中心區(qū)域快速發(fā)展，該區(qū)域用于建設(shè)土地減少。而城市工業(yè)企業(yè)壯大及城市內(nèi)部交通等整修擴建，城市建設(shè)用地擴展增加，在緩沖區(qū)半徑為24 km后區(qū)域，基本接近城區(qū)邊緣，建設(shè)用地擴展緩慢，擴展強度呈下降趨勢。

1986～2015年沈陽市城鄉(xiāng)用地擴展強度保持較高水平。1986～2000年，在緩沖區(qū)半徑為12 km時，城鄉(xiāng)用地擴展強度指數(shù)達最大值0.98，在緩沖區(qū)半徑為9 km時，城鄉(xiāng)用地擴展強度指數(shù)為0.72，主要原因是1988年創(chuàng)建的沈陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、南湖科技開發(fā)區(qū)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)等占用大量土地，建設(shè)用地擴張強度較大；2000～2015年，用地擴展強度指數(shù)隨緩沖區(qū)半徑變化較平緩，在緩沖區(qū)半徑為12 km時達最大值，主要因渾南新區(qū)開發(fā)和鐵西工業(yè)區(qū)整體改造同時，城市北部輝山、道義、虎石臺開發(fā)區(qū)已建立，沈陽市開始形成軸向擴展多中心發(fā)展開放式空間擴展新格局。

圖3 1986～2015年沈陽市城鄉(xiāng)擴展相關(guān)指標變化情況Fig.3Change of urban and rural land extension related area changes in Shenyang city from 1986 to 2015

由圖4可知，各緩沖區(qū)不同時期擴展面積不同，其擴張速率不同。1986～2000年，沈陽市城市用地擴展速率在緩沖區(qū)半徑為15、21 km時較大，分別為9.83%和9.2%，原因是沈陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、南湖科技開發(fā)區(qū)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)建立使城市用地擴展顯著，規(guī)模增大；農(nóng)村居民點用地擴展速率峰值出現(xiàn)在緩沖區(qū)半徑為18 km時，該區(qū)域公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用地大量增加。

2000～2015年，沈陽城市用地各緩沖區(qū)擴展速率差異不明顯，但與前期相比，擴展速率較大，峰值出現(xiàn)在緩沖區(qū)半徑為15 km時，原因是在城市北部輝山、道義、虎臺山開發(fā)區(qū)建設(shè)帶動下，大量建設(shè)用地增加，而在緩沖區(qū)半徑為36、39 km時，城市面積無增長，擴展速率為0；農(nóng)村居民點用地擴展速率峰值出現(xiàn)在緩沖區(qū)半徑為18 km時，其他各個緩沖區(qū)擴展速率差異不明顯，隨著居民生活水平改善，住房用地需求增強，擴展速率增大。

圖4 1986～2015年沈陽市用地擴展速率隨緩沖區(qū)半徑變化Fig.4Extension of urban and rural land-use rate change with buffer radius in Shenyang city from 1986 to 2015

3 討論與結(jié)論

本文利用多源遙感數(shù)據(jù)獲得沈陽城鄉(xiāng)建設(shè)用地變化數(shù)據(jù)，分析1986～2000年與2000～2015年城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張空間格局與時空特征，通過對比分析建設(shè)用地變化面積、變化強度、空間變化格局等，揭示沈陽城鄉(xiāng)建設(shè)用地變化特征及原因。

沈陽市城市建設(shè)用地在兩個時段表現(xiàn)階段性變化特征，具體表現(xiàn)為前一時段城市建設(shè)用地變化強度明顯弱于后一時段，而農(nóng)村居民點面積增加速度強于后一時段。

前一時段城市建設(shè)用地和農(nóng)村居民點增長速度相對比例顯著小于后一時段。伴隨城市化進程，大量農(nóng)民進城務(wù)工導(dǎo)致農(nóng)村建設(shè)開發(fā)乏力，城市建設(shè)需求加大，沈陽市城市擴展現(xiàn)象明顯；沈陽市在不同時段同一地區(qū)城市建設(shè)用地擴張?zhí)攸c不一致，前一時段于洪區(qū)、蘇家屯、渾南區(qū)城市建設(shè)擴張最明顯，農(nóng)村居民點用地上渾南區(qū)擴張最明顯。

后一時段，于洪區(qū)城市建設(shè)進程加快，蘇家屯地區(qū)由于距沈陽市中心較遠，發(fā)展較慢；城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展呈圈層狀分布于中心城區(qū)外緣地帶特點，城鄉(xiāng)擴展模式在不同時期發(fā)生較大變化，從以中心市區(qū)及周邊區(qū)域為主“單核擴展”模式，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘ㄖ行某菂^(qū)、開發(fā)區(qū)、交通干道等周邊區(qū)域“多核擴展”和“點-軸擴展”模式。城鄉(xiāng)用地形態(tài)逐漸變?yōu)樾螒B(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、沿城市擴展軸和主要干線輻射延伸形態(tài)，整個城市網(wǎng)絡(luò)體系發(fā)展完善，呈明顯梯度發(fā)展。作為東北老工業(yè)基地中心城市之一，沈陽市城市蔓延現(xiàn)象突出，城市發(fā)展過渡帶是城市核心區(qū)四倍[15]。分析沈陽市城市建設(shè)用地擴張規(guī)律，對沈陽城市合理發(fā)展和科學(xué)規(guī)劃具有指導(dǎo)作用，本文研究時點為1986、2000和2015年，研究時限可能影響分析結(jié)果，未來應(yīng)細化研究時點。

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Urban and rural construction land expansion analysis of characteris-

tics of time and space in Shenyang/

LEI Guoping,GUO Meijia(School of Resources

and Environmental Sciences,NortheastAgricultural University,Harbin 150030,China)

To investigate the space-time regularities of the variation of the urban and rural construction land is the important basis of optimization of the urban and rural construction land management.In this paper,based on the 1986,2000,2015,3 TM/OLI remote sensing image,using GIS analysis method analyzed the change pattern of space and time in shenyang urban and rural construction land,etc.The results showed that:①From 1986 to 2000,urban and rural construction land increase 169.78 km2,including urban and rural construction land accounted for 28%and 72%,respectively;From 2000 to 2015,urban and rural construction land increase 151.63 km2,including urban and rural construction land accounted for 71% and 29%,respectively,showing a significant phase difference;②Yuhong district,Sujiatun district,Hunnan district,and Shenbei New Area in 1986-2000 and 2000-2015 in the urban and rural construction land expansion with different speed and regional differences.③From the city center to the periphery,urban and rural land expansion intensity index lower after increase first,about 12 km from peak.

urban and rural construction land;characteristics of time and space,land expansion; Shenyang city

F301.23

A

1005-9369（2017）01-0073-06

2016-10-11

黑龍江省國土資源科研項目（黑國土科研201411）

雷國平（1963-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向為土地利用與規(guī)劃。E-mail:guopinglei@126.com

時間2017-1-11 15:57:48[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170111.1557.002.html

雷國平,郭美佳.沈陽城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張時空特征分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2017,48(1):73-78.

Lei Guoping,Guo Meijia.Urban and rural construction land expansion analysis of characteristics of time and space in Shenyang[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(1):73-78.(in Chinese with English abstract)