太原市城市擴張的時空特征及動因分析

韓麗君　畢欣芮　劉晉紅　李雅琴　裴昕

摘要：近幾年來大量農(nóng)村人口涌入城市，城市為了自身的發(fā)展，開始進行城市擴張。本文利用ArcGIS、Erdas軟件，以遙感、地理信息系統(tǒng)技術(shù)研究太原市近十年來的城市擴張的時空特征及其驅(qū)動因素，從多方面分析其擴張的原因，并從動因的角度掌握其變化規(guī)律：得到以下結(jié)論：（1）2005-2015年間，太原市城市迅速擴張，各種土地類型變化具有明顯的差異。（2）2005-2010年間，太原市城市擴張的方位變化大致為：東南-西南-南，總的來說，是向南發(fā)展。其中政治、自然、交通、經(jīng)濟等因素起到了重要的作用。

關(guān)鍵詞：城市擴張；太原市；轉(zhuǎn)移矩陣

引言：當今社會是一個城市化進程飛速發(fā)展的時代，人類的社會發(fā)展導(dǎo)致大量城市迅速外建。如何快速準確地獲取城市擴張信息，并分析其驅(qū)動力機制，對于指導(dǎo)城市規(guī)劃，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義。本文主要以太原市城市擴張為研究對象，利用衛(wèi)星遙感影像為數(shù)據(jù)源，運用ArcGIS、Erdas為處理方式，以遙感地理信息系統(tǒng)技術(shù)進行分析。研究太原市近十年來的城市的時空特征及其驅(qū)動因素，從多方面分析其擴張的原因，并從動因的角度掌握其變化規(guī)律，更好的認識和解釋城市擴張與耕地保護的決策驅(qū)動因素：理性的為城市發(fā)展、合理的城市空間規(guī)劃與布局以及城市可持續(xù)的、協(xié)調(diào)的發(fā)展政策，制定、提供建設(shè)性參考。

1研究區(qū)與數(shù)據(jù)處理

1.1研究區(qū)概況

太原市作為山西省的省會，太原市區(qū)面積6909平方千米，據(jù)2016年人口抽樣調(diào)查，年末全市常住人口434.44萬人，市區(qū)分為杏花嶺區(qū)、迎澤區(qū)、小店區(qū)、尖草坪區(qū)、萬柏林區(qū)和晉源區(qū)，形成了6區(qū)3縣l市的格局。太原市地理坐標為東經(jīng)111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′，位于山西省境中央，太原盆地的北端，于華北地區(qū)黃河流域中部，西、北、東三面環(huán)山，中、南部為河谷平原，全市整個地形北高南低呈簸箕形。海拔最高點為2670米，最低點為760米，平均海拔約800米。區(qū)域輪廓呈蝙蝠形，東西橫距約144公里，南北縱約107公里。汾河，自北向南橫貫太原市全境，流經(jīng)境內(nèi)約100公里。市區(qū)東有太行山阻隔，西有呂梁山作屏障，坐落在兩大山脈間的河谷平原上。太原市屬溫帶季風(fēng)性氣候，年平均降雨量456毫米，年平均氣溫9.5℃，一月份最冷，平均氣溫6.8℃：7月份最熱，平均氣溫23.5℃。全年日照時數(shù)2808小時。太原市三面環(huán)山，是中國北方軍事、文化重鎮(zhèn)，世界晉商都會，中國能源、重工業(yè)基地之一。大太原經(jīng)濟圈的空間結(jié)構(gòu)是以發(fā)展以現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為重點的第三產(chǎn)業(yè)為核心，以發(fā)展成為核心城市的工業(yè)生產(chǎn)區(qū)、都市農(nóng)業(yè)區(qū)和都市功能外延區(qū)為內(nèi)層圈，以煤焦產(chǎn)業(yè)的疏散地，承擔經(jīng)濟圈“全國能源基地”的生產(chǎn)運輸職能為外層圈。

1.2數(shù)據(jù)來源與處理

本文以每5年為間隔，分別選取2005年、2010年、2015年空間分辨率為30m的原始遙感影像圖，及太原市轄區(qū)行政矢量圖，繪制了2005-2015年太原市各土地類型的變化圖。具體處理過程如下：（1）在Geodatabase地理空間數(shù)據(jù)云的輔助下獲取2005、2010、2015年遙感影像（2）在ERDAsImage9.2中對原始影像進行幾何校正、邊界裁剪等處理后，利用監(jiān)督分類結(jié)合歷史地圖、城市規(guī)劃圖，提取了2005、2010、2015年的土地分類數(shù)據(jù)，其中土地類型包括建設(shè)用地、耕地、水體、植被。（3）在ArcGISl0.0中以在ERDAsImage9.2中監(jiān)督分類得到的影像圖為底圖，對其土地類型進行矢量化分析，得到土地類型分類圖，同時通過圖層的疊加得到不同年份建設(shè)用地和水域面積的變化，并分析出其面積增減的空間位置。（4）利用太原市近幾年的統(tǒng)計資料、影像數(shù)據(jù)以及《山西省統(tǒng)計年鑒》，結(jié)合城市發(fā)展的基本規(guī)律，探索近年來促使太原市擴張的主要驅(qū)動力因素。

1.3研究方法

1.3.1監(jiān)督分類法

監(jiān)督分類法是獲取土地利用信息最常見的方法。從研究區(qū)域中選擇有代表性的訓(xùn)練場地作為樣本。本文對影像分為建設(shè)用地、耕地、水體、植被、道路五類，這樣有利于觀察城市擴張變化。

在分類精度評價中，制圖精度和用戶精度都達到95%以上，符合要求，可以進行以后的繼續(xù)研究。

1.3.2土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析中對系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述.將2005、2010、2015年的土地利用現(xiàn)狀圖（shp格式）中每一個土地類型圖加標屬性。在ArcMap里分別打開每兩個時相的圖層，打開ArcToolbox，用DataManagementToolslGeneral～ationlDlssovlve工具。InputFeature選擇要融合的圖層，DissolveField（s）選擇土地利用類型字段，進行圖像融合。在屬性表中利用CalculaleGeometr，完成圖斑面積計算，最后把所得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel中進行分析。如下表：

從表2來看，大量的耕地面積轉(zhuǎn)換成了建設(shè)用地，耕地轉(zhuǎn)換成建設(shè)用地體現(xiàn)在是：各個工程的新建：如萬家寨引黃工程、汾河二庫工程、汾河三庫工程的興建和部分冶金、化工工程的擴建，高新技術(shù)開發(fā)區(qū)等經(jīng)濟區(qū)的開發(fā)。同期大量的植被轉(zhuǎn)換成了耕地，多為偏遠地區(qū)土壤肥力低、水資源條件差的坡地。水體和建設(shè)用地的變化并不是特別明顯。

從表3來看，大量的植被被轉(zhuǎn)移成了耕地，導(dǎo)致耕地面積增加，建設(shè)用地轉(zhuǎn)換成了耕地。其他土地類型沒有較大的變化。

1.3.3圖層疊加

將在Arcgis中矢量化2005、2010、2015年建設(shè)用地和水體的兩種土地類型圖分別進行疊加，得到如下幾幅圖

從圖1可以看出，太原市在2005年到2010年東建成區(qū)范圍向中心靠攏。從圖2可以看出，2015年比2010年建成區(qū)面積在西南部有顯著的增加。綜合從圖1、2幅圖可以看出太原市城市建設(shè)用地的擴張在近十年來主要表現(xiàn)在集中向南部發(fā)展，北部面積有減少的趨勢。

從圖3可以明顯的看出2010年與2005年相比汾河向南北兩側(cè)擴張，從圖4、圖5可看出2015年汾河繼續(xù)向南擴張，但晉陽湖面積有所減少，但整體水體有所增加。這主要與晉陽湖周邊土地的規(guī)劃與整理有關(guān)，因為太原市政府決定新建晉陽湖公園，晉陽湖隨著太原市發(fā)展中心的不斷南移，區(qū)位優(yōu)勢逐漸的顯現(xiàn)出來，大多房地產(chǎn)在此落戶，不斷減少了晉陽湖的水體面積。汾河南移也與太原市政府的有關(guān)政策有關(guān)。汾河太原城區(qū)段治理美化三期工程將實施，汾河景區(qū)向南延伸12公里，打造汾河生態(tài)走廊。

2.結(jié)果與分析

太原市城市擴張的時空特征

從表4和圖6可以看出，在這10年內(nèi)太原市擴張十分迅速，2005年太原市的城市用地面積為276.56平方千米，2010年太原市的城市用地面積為329.52平方千米，增加了52.96平方千米：2015年太原市的城市用地面積為436.98平方千米，比2010年增加了107.46平方千米。同時，耕地面積卻在持續(xù)減少。2005年太原市的耕地面積為812.95平方千米，2010年為596.50平方千米，減少了216.45平方千米：2015年太原市的耕地面積為463.47平方千米，比2010年減少了133.03平方千米。同時，耕地面積卻在持續(xù)減少。但是在近十年來，太原市的水體和植被卻有明顯的增加，水體從的8.03平方千米（2005）增加至10.75平方千米（2010），增加了2.71平方千米，在2015年達到了11.73平方千米，增加了0.98平方千米。增加面積越來越大。植被從330.66（2005）平方千米增加到491.42平方千米（2010），增加了160.76平方千米，在2015年達到了516.02平方千米，增加了24.60平方千米。這說明近十年來，太原市主要集中發(fā)展水體和植被的建設(shè)，注重生態(tài)環(huán)境。總體來說，太原市的城市擴張是向東南、南部擴張，主要集中于南部地區(qū)，其他地區(qū)僅有輕微變化.

3討論

考察太原市近年來出臺的相關(guān)政策，結(jié)合太原市近幾年來的統(tǒng)計年鑒，認為太原市擴張的驅(qū)動力主要包括以下幾個方面：

1.政治因素

現(xiàn)代城市的發(fā)展在很大程度上由政府決策和城市規(guī)劃控制著。山西省建設(shè)廳等部門編制了《山西城鎮(zhèn)化推進戰(zhàn)略研究》。研究結(jié)果認為：太原要實現(xiàn)大發(fā)展，必須打破現(xiàn)有太原市區(qū)劃的約束，擴大現(xiàn)有太原市發(fā)展的“城圈”，建設(shè)太原經(jīng)濟圈，擴大經(jīng)濟發(fā)展空間，在更廣闊的地域和空間中謀取發(fā)展。太原市集中力量開展“一核一圈三群”的規(guī)劃編制工作，力爭年內(nèi)完成“一核”（太原都市區(qū)）、“一圈”（太原都市圈）規(guī)劃編制，實現(xiàn)太榆同城化。

2.自然因素

自然條件對城市擴張的影響巨大，影響著城市的擴展方向和城市的結(jié)構(gòu)。太原市位于山西省太原盆地的中部，東部、西部和北部群山圍繞，可利用土地有限，大大制約了太原市的經(jīng)濟社會的發(fā)展。太原市南部屬于晉中平原，地勢平坦，為太原市的向南擴展提供有利的地形條件。

3.經(jīng)濟因素

城市經(jīng)濟發(fā)展是城市空間擴展的根本動力，城市空間發(fā)展又是城市經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。城市經(jīng)濟的發(fā)展影響著城市空間拓展的速度、方向、特征。近幾年來，太原第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，特別是加快發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、房地產(chǎn)、科教文化事業(yè)。太原原有的老城區(qū)已經(jīng)遠遠不能滿足這樣的需求。

通過查閱《山西省統(tǒng)計年鑒》，對建筑業(yè)企業(yè)房屋建筑面積（Y，平方千米）與總?cè)丝冢╔₁，萬人），第一產(chǎn)業(yè)（X₂，萬元），第二產(chǎn)業(yè)（X₃，萬元），城鎮(zhèn)居民消費（X₄，萬元），農(nóng)村居民消費（X₅，萬元），第三產(chǎn)業(yè)（X₆，萬元），公路里程（X₇，公里）做回歸分析，建立的多元線性回歸方程為：Y=-14.311-0.008X₁+1.392E5X₂-1.616E-6X₃-2.253E-6X₄+0.020X₅-0.003X₆+0.004X₇

根據(jù)以上方程可知：農(nóng)村居民消費和公路里程與房屋建筑面積存在正相關(guān)關(guān)系。

根據(jù)回歸方程得出圖7，從中可以明顯看出隨著城市面積的增加，農(nóng)村居民消費和公路里程都表現(xiàn)出增加的趨勢。由此說明建設(shè)用地的擴大與農(nóng)村城市化發(fā)展和城市公路擴建有直接影響，這也符合太原市從市中心向周邊擴展，開發(fā)城中村，農(nóng)村城鎮(zhèn)化的動態(tài)發(fā)展，尤其是向南向西的擴展。

4.交通因素

城市交通的發(fā)展對城市擴張的作用不可小覷。開辟鐵路、公路，提高交通運輸?shù)乃俣?，都會對城市的擴張產(chǎn)生重大的影響。在十三五規(guī)劃《綱要（草案）》中出現(xiàn)的一則內(nèi)容：構(gòu)建“三環(huán)十線七放射、一網(wǎng)兩縱四橫兩樞紐”的現(xiàn)代綜合交通網(wǎng)絡(luò)。在過去的幾年內(nèi)，最南部的小店區(qū)發(fā)展尤其迅速，建成了多條次干道為主體的方形閉合式交通網(wǎng)，由此出現(xiàn)了飛地式的城市拓展模式。2014年山西省發(fā)改委最新發(fā)布，太原榆次城際鐵路線項目開通，此條捷徑道路位于太榆文化軸線上，加強汾東中心、榆次中心這兩個副中心與中部科技城中心的聯(lián)系。軸線向西經(jīng)過汾東商務(wù)區(qū)跨越汾河，形成與大晉陽文化休閑旅游區(qū)的休閑文化的滲透，向東加強與山西大學(xué)城的教育創(chuàng)新文化聯(lián)系，全面促進太榆一體化發(fā)展。

4.結(jié)論

本文分析了太原市建設(shè)用地擴張的時空特征及其擴張模式，得出以下結(jié)論：

（1）2005-2015年間，太原市城市迅速擴張，各種土地類型變化具有明顯的差異。

從中可以看出，2010-2015年的年增長率要比2005-2010年的增長率大。

（2）2005～2010年間，太原市城市擴張的方位變化大致為：東南-西南-南，總的來說，是向南發(fā)展。