蘇州中心城區(qū)空間開發(fā)邊界遙感研究

王 躍，陳德超，伍燕南

（蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州215009）

蘇州具有城市化發(fā)展良好的自然與人文條件，近幾十年隨著開放政策閘門逐漸打開，社會(huì)資本迅速聚集，同時(shí)大量城鎮(zhèn)和農(nóng)村勞動(dòng)力涌向資本聚集區(qū)尋找就業(yè)機(jī)會(huì)，區(qū)位因素疊加政策、資本、人口因素，使蘇州進(jìn)入城市化快速發(fā)展期。在經(jīng)濟(jì)與人口總量快速增長(zhǎng)的同時(shí)，蘇州建成區(qū)快速擴(kuò)張成為城市化在這一地區(qū)的空間特征。經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，如今蘇州中心城區(qū)建成區(qū)面積已達(dá)948 km2，已是護(hù)城河所圍老蘇州城面積的65 倍。

在蘇州城市化快速推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上取得卓越成績(jī)的光環(huán)下，應(yīng)該看到建成區(qū)的擴(kuò)張是由農(nóng)業(yè)和生態(tài)用地的減少為代價(jià)的。如今許多城市建成區(qū)過(guò)度擴(kuò)張所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)越來(lái)越顯現(xiàn)，特別是在生態(tài)環(huán)境方面，諸如空氣、噪音、水質(zhì)、土壤方面污染加劇，生物多樣性減少、垃圾圍城以及城市災(zāi)害增加等，這些已是當(dāng)前中國(guó)快速發(fā)展城市出現(xiàn)的通病，蘇州也不例外[1－2]。面對(duì)這些問(wèn)題，人們意識(shí)到建成區(qū)應(yīng)該存在擴(kuò)張極限，城建、農(nóng)業(yè)、生態(tài)三者在用地面積上應(yīng)保持合理比例，在空間關(guān)系上應(yīng)形成科學(xué)搭配。為控制城市攤大餅式過(guò)快擴(kuò)張的普遍現(xiàn)象，保護(hù)日益減少的耕地和生態(tài)用地，防治各種城市病蔓延，2013 年以來(lái)中央政府多次要求各地開展城市開發(fā)邊界的科學(xué)劃定，在黨的“十九大”報(bào)告中對(duì)城鎮(zhèn)開發(fā)邊界劃定工作再次做了強(qiáng)調(diào)。如今許多專家學(xué)者從各自專業(yè)角度對(duì)各地城市特別是大中型城市的空間增長(zhǎng)邊界開展了研究[3－4]。

為滿足蘇州市民充足安全的糧食、蔬菜、瓜果需求，城市周邊應(yīng)保留足夠的基本農(nóng)田和“菜籃子”用地；為滿足蘇州市民休閑和記憶鄉(xiāng)愁精神所需，城郊應(yīng)具有優(yōu)美的田園風(fēng)光和傳統(tǒng)的農(nóng)耕文化；為了市民的健康宜居，城市周邊的環(huán)境應(yīng)該是空氣清新、綠水青山。以農(nóng)業(yè)和生態(tài)安全為目的，進(jìn)行蘇州城市空間合理開發(fā)邊界研究，避免城市無(wú)節(jié)制擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)城市化與農(nóng)業(yè)、生態(tài)三者效益的協(xié)調(diào)是蘇州社會(huì)、經(jīng)濟(jì)持久平穩(wěn)發(fā)展的前提，是蘇州歷史文化城市特色傳承、市民健康宜居的保證，是新時(shí)代用生態(tài)文明理念治市理政的新起點(diǎn)。為此目的，該研究依據(jù)地理學(xué)、生態(tài)學(xué)理論，以遙感影像為基本資料，使用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，并借鑒他人相關(guān)研究[5-7]，對(duì)蘇州中心城區(qū)空間開發(fā)邊界進(jìn)行了確定。

1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

城市空間開發(fā)邊界研究，需掌握城市建設(shè)用地分布現(xiàn)狀，清楚城市周邊植被、水體等空間開發(fā)邊界限制因素的類型與特點(diǎn)，遙感影像可為研究者提供所需信息。在進(jìn)行城鎮(zhèn)化及城市生態(tài)環(huán)境分析時(shí)，通常使用美國(guó)陸地衛(wèi)星（Landsat）影像，該影像波段較多、數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定、地物信息豐富，而且分辨率較適中，適合進(jìn)行大、中型城市中觀分析。通過(guò)長(zhǎng)期應(yīng)用研究，已總結(jié)出一系列由該影像提取植被、水體、地面溫度、城市范圍等不同地面信息的方法[8-10]。該影像另一優(yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)獲取容易，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可免費(fèi)下載到任何地區(qū)不同時(shí)期的影像數(shù)據(jù)。經(jīng)對(duì)Landsat 影像網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫(kù)查詢，下載了反映蘇州城市近況，無(wú)云霧遮擋的landsat 8 影像，此影像含11 個(gè)波段，成像時(shí)間為2017 年5 月27 日。在ArcGIS 平臺(tái)用影像第8 波段和第10 波段提取了蘇州建成區(qū)范圍，用植被指數(shù)（NDVI）法獲取了蘇州市植被分布圖，用水體指數(shù)（NDWI）法獲取蘇州市水體分布圖。研究中還使用到蘇州市行政邊界、水系、道路等地理信息系統(tǒng)（GIS）矢量數(shù)據(jù)，以及其他時(shí)段的Landsat影像。

由NDVI 提取的植被信息將植被分為山地林灌木、人工綠地以及農(nóng)作物。由NDWI 所提取的水體信息將水體分為湖泊、魚塘及蓄水農(nóng)田。對(duì)照分辨率較高的Landsat 第8 波段和谷歌影像，結(jié)合地面核查，表明由遙感影像提取的蘇州建成區(qū)、植被及水體類型與范圍基本正確。

2 蘇州中心城區(qū)開發(fā)邊界空間分析

2.1 蘇州中心城區(qū)開發(fā)邊界控制因素

城市經(jīng)濟(jì)與人口逐年增加對(duì)建設(shè)用地的需求是城市空間不斷增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，而抑制城市空間增長(zhǎng)的主要因素也有兩個(gè)，即農(nóng)業(yè)和生態(tài)用地需求，確保城市農(nóng)產(chǎn)品供給和城市生態(tài)環(huán)境安全需要有足夠的用地空間。面對(duì)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的強(qiáng)勢(shì)需求，農(nóng)業(yè)和生態(tài)用地往往處于弱勢(shì)地位，其原因主要是人們追求短期經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，對(duì)生態(tài)文明與糧食安全特別是食品提供當(dāng)?shù)鼗拈L(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)缺乏認(rèn)識(shí)；另一原因則是以往專業(yè)人士對(duì)城市開發(fā)邊界缺乏論證或呼聲微弱。近些年俞孔堅(jiān)教授的“反規(guī)劃”理論，強(qiáng)調(diào)城市開發(fā)應(yīng)以生態(tài)景觀安全優(yōu)先，以此前提再劃定城市增長(zhǎng)邊界，這一學(xué)說(shuō)和相關(guān)實(shí)踐開創(chuàng)了我國(guó)城市開發(fā)邊界科學(xué)劃定先河[11]。如今中央政府對(duì)生態(tài)文明建設(shè)和城市開發(fā)邊界重要性的再三強(qiáng)調(diào)，因此，我們對(duì)城市開發(fā)中的生態(tài)和農(nóng)業(yè)保護(hù)問(wèn)題可以理直氣壯地去堅(jiān)持和呼吁，城市空間擴(kuò)張必須由無(wú)節(jié)制轉(zhuǎn)為有限度、有理性，城市開發(fā)必須具有明確控制界線。

經(jīng)濟(jì)、人口、生態(tài)、農(nóng)業(yè)是影響蘇州中心城區(qū)開發(fā)邊界的四個(gè)控制因素，在經(jīng)濟(jì)和人口因素為主的情況下城市邊界擴(kuò)張迅速，在提倡生態(tài)文明理念的今天，城市邊界擴(kuò)張須放慢腳步并要停止于某些部位，在蘇州城市化過(guò)程中經(jīng)濟(jì)、人口、生態(tài)、農(nóng)業(yè)四方面須達(dá)到平衡，而這種平衡的把握，須有科學(xué)研究來(lái)回答。

2.2 蘇州中心城區(qū)開發(fā)邊界現(xiàn)狀

蘇州中心城區(qū)開發(fā)邊界現(xiàn)狀可通過(guò)建成區(qū)遙感分析獲取，蘇州建成區(qū)包括各類建設(shè)用地所占范圍以及建成區(qū)邊緣正在進(jìn)行三通一平施工的準(zhǔn)建成區(qū)，建成區(qū)的圖斑輪廓線便是城鎮(zhèn)開發(fā)邊界。

為了了解蘇州中心城區(qū)開發(fā)邊界近年來(lái)的動(dòng)態(tài)變化，反映中心城區(qū)的擴(kuò)張速率，筆者使用了1995 年以來(lái)四期遙感影像，提取當(dāng)時(shí)主建成區(qū)輪廓進(jìn)行疊加制圖（如圖1所示）和面積統(tǒng)計(jì)（見表1）。由四期數(shù)據(jù)所繪柱狀圖及趨勢(shì)線反映，蘇州中心城區(qū)邊界擴(kuò)張有逐漸增速趨勢(shì)（如圖2所示）。

圖1 蘇州市不同時(shí)期主建成區(qū)范圍圖

表1 蘇州市不同時(shí)期主建成區(qū)面積與增長(zhǎng)比例

對(duì)比不同時(shí)期遙感影像及主建成區(qū)范圍可以發(fā)現(xiàn)，在主建成區(qū)加速擴(kuò)張的同時(shí)，陽(yáng)澄湖、太湖、靈巖山等楔型生態(tài)山水向主建成區(qū)插入的格局一直存在，這種格局使蘇州中心城區(qū)避免了許多大中城市建成區(qū)以近圓形向外擴(kuò)展的攤大餅式模式，使蘇州建成區(qū)有更多機(jī)會(huì)與生態(tài)資源接觸，這種空間格局在一定程度降低了蘇州主城區(qū)擴(kuò)張引起的生態(tài)環(huán)境退化速度，但近幾年蘇州四周山水楔因建成區(qū)蠶食，有減弱縮小趨勢(shì)。建成區(qū)與楔型山水之間的明確邊界劃定，也是蘇州中心城區(qū)空間增長(zhǎng)邊界劃定的重要任務(wù)。

圖2 蘇州市不同時(shí)期主建成區(qū)范圍增長(zhǎng)柱狀圖及趨勢(shì)線

2.3 城鎮(zhèn)不宜開發(fā)區(qū)

對(duì)蘇州中心城區(qū)擴(kuò)展范圍若不設(shè)限，結(jié)局是隨著時(shí)間的推移，行政區(qū)全部或大部都變?yōu)榻ǔ蓞^(qū)，這將會(huì)加劇蘇州目前存在的一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，城市霧霾、噪音、水體污染、熱島效應(yīng)將會(huì)進(jìn)一步凸顯，城市垃圾與污水處理能力將會(huì)嚴(yán)重不足，市民郊游休閑場(chǎng)地將會(huì)消失，市民寄托鄉(xiāng)愁的山水田園景觀會(huì)蕩然無(wú)存，撫育吳地飲食傳統(tǒng)文化的“水八仙”等食材及其他蔬菜、瓜果、糧食將無(wú)處生長(zhǎng)，吳文化的傳承也會(huì)因缺乏物質(zhì)支撐而逐漸萎縮消亡。因此，從生態(tài)環(huán)境安全、農(nóng)產(chǎn)品供給、景觀資源保護(hù)以及傳統(tǒng)文化保護(hù)方面考慮，蘇州都應(yīng)保留一定范圍的農(nóng)田與生態(tài)用地，主城區(qū)這張大餅應(yīng)該有擴(kuò)張極限。

如今專家學(xué)者進(jìn)行城市空間增長(zhǎng)邊界的研究視角各有不同，有從城市人口容量或經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模確定城市邊界，有從水資源量和水文安全方面考慮，但更多學(xué)者從生態(tài)安全和土地適宜性著眼進(jìn)行研究[12-15]。筆者認(rèn)為第三種視角最適合蘇州城市目前存在的主要問(wèn)題，正對(duì)蘇州城市空間增長(zhǎng)邊界劃定需解決的核心問(wèn)題，體現(xiàn)了直面新舊時(shí)代生態(tài)理念在城市建設(shè)領(lǐng)域的主要沖突。該研究也是以生態(tài)和土地適宜性為主要因子，進(jìn)行蘇州中心城區(qū)空間增長(zhǎng)邊界的研究。

蘇州市需要保護(hù)的生態(tài)和農(nóng)業(yè)用地主要是水體、林地和農(nóng)田，蘇州市的水體除太湖以外還有陽(yáng)澄湖、金雞湖等湖泊和大運(yùn)河等眾多河流，蘇州市在以往的城鎮(zhèn)化過(guò)程中已有許多河段、湖泊被填埋。如今所剩水體在本區(qū)生態(tài)環(huán)境、生物多樣性以及江南水鄉(xiāng)景觀保護(hù)方面有重要作用，不宜再被填埋轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。本區(qū)陽(yáng)澄湖、渭塘洼地區(qū)和平望、同里洼地是蘇州市主要水田濕地分布區(qū)，也是本區(qū)基本農(nóng)田分布區(qū)，是蘇州水生食材主要產(chǎn)地及田園水鄉(xiāng)濕地景觀、古村鎮(zhèn)主要分布區(qū)，有極高的生態(tài)、文化價(jià)值，所以屬不宜進(jìn)行城市開發(fā)的區(qū)域。市區(qū)西部山地丘陵包括東山、西山、靈巖山等植被分布密集，以自然林、經(jīng)濟(jì)林為主，是蘇州市主要生態(tài)林地、果園及茶園分布區(qū)，也是著名的自然資源旅游區(qū)。這里的茶葉、水果及梅花、紅楓等，以及眾多石刻、古跡、廟宇與傳說(shuō)是構(gòu)成吳文化的重要元素，所以需保護(hù)，不宜受到城市建設(shè)的侵?jǐn)_。其他地區(qū)植被較分散、零星，主要由人工綠地和農(nóng)田組成，個(gè)別植被斑塊例如古典園林范圍的綠地和村落周圍的綠地，它們也具一定生態(tài)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能，并有文化基因傳承功能，也屬城鎮(zhèn)不宜開發(fā)區(qū)。

由于城市空間邊界研究有明顯的空間分析特點(diǎn)，所以在研究中使用了衛(wèi)星遙感影像，也采用了專門進(jìn)行空間問(wèn)題分析的地理信息系統(tǒng)技術(shù)[16－17]。通過(guò)GIS 的疊置處理，將由遙感影像分類提取的具重要生態(tài)、景觀、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、傳統(tǒng)文化基因傳承、寄托鄉(xiāng)愁的水體和綠地圖斑合并到一個(gè)圖上。利用GIS 的制圖綜合工具對(duì)該圖圖斑進(jìn)行處理，合并相近圖斑，刪除零星小圖斑，對(duì)大圖斑進(jìn)行一定程度平滑，獲得本區(qū)水體、植被及農(nóng)田主要分布區(qū)圖，它們是蘇州市具生態(tài)服務(wù)功能、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、傳統(tǒng)文化傳承功能的精華區(qū)，因此，是城鎮(zhèn)不宜開發(fā)區(qū)，亦稱為禁止建設(shè)區(qū)（如圖3所示）。

2.4 城鎮(zhèn)適宜開發(fā)區(qū)

蘇州現(xiàn)有建成區(qū)和不適宜開發(fā)區(qū)以外的區(qū)域便是城鎮(zhèn)適宜開發(fā)區(qū)，即圖3 空白區(qū)。適宜開發(fā)區(qū)由于植被指數(shù)和水體指數(shù)都較低，生態(tài)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能較弱，在這些范圍進(jìn)行城市建設(shè)，對(duì)本區(qū)的生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響不大，可作為今后蘇州城市開發(fā)拓展空間，這些可拓展空間主要位于吳中區(qū)東部及相城區(qū)北部。

因蘇州市緊鄰太湖，出于太湖水質(zhì)保護(hù)目的，《太湖流域管理?xiàng)l例》第30 條規(guī)定，太湖岸線外圍5 000 m及主要入湖河流望虞河岸線兩側(cè)各1 000 m 范圍，屬水質(zhì)保護(hù)區(qū)。保護(hù)區(qū)內(nèi)不允許建設(shè)可產(chǎn)生污染的危廢儲(chǔ)存場(chǎng)、垃圾場(chǎng)、高爾夫球場(chǎng)、畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)、沿岸水上餐飲點(diǎn)等項(xiàng)目。利用GIS 緩沖區(qū)工具，按以上要求在主建成區(qū)中劃出水質(zhì)保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)范圍只能進(jìn)行有嚴(yán)格環(huán)境條件限制的城市土地開發(fā)。建成區(qū)內(nèi)位于園林外圍、河道兩岸、山地周邊等部位起生態(tài)環(huán)境保護(hù)作用的受限建成區(qū)，因規(guī)模小、數(shù)量多、分布較零星，它們的范圍尚待稍后分析劃出。

因此，蘇州主建成區(qū)又可劃分為正常建成區(qū)與受限建成區(qū)，它們與未來(lái)可作為城市空間增長(zhǎng)范圍的適宜建設(shè)區(qū)一起，合并而成的公共輪廓線便是蘇州中心城區(qū)空間增長(zhǎng)邊界（如圖4所示）。通過(guò)GIS 統(tǒng)計(jì)，中心城區(qū)未來(lái)可擴(kuò)張的適建區(qū)面積為141 km2。增長(zhǎng)邊界以外則是有重要生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作用的禁建區(qū)和村鎮(zhèn)級(jí)建成區(qū)，以及待開發(fā)的村鎮(zhèn)級(jí)適宜開發(fā)區(qū)。

圖3 蘇州市城鎮(zhèn)不宜開發(fā)區(qū)范圍圖

圖4 蘇州中心城區(qū)空間增長(zhǎng)邊界圖

3 結(jié)語(yǔ)

利用近期遙感影像和GIS 軟件，分析提取了蘇州市中心城區(qū)即主建成區(qū)范圍，圈定出了重要生態(tài)區(qū)、重要農(nóng)田區(qū)為城鎮(zhèn)不適宜開發(fā)區(qū)，剩下的區(qū)域?yàn)檫m宜開發(fā)區(qū)，主建成區(qū)與相鄰的適宜開發(fā)區(qū)外圍輪廓線構(gòu)成蘇州中心城區(qū)空間增長(zhǎng)邊界。蘇州近十幾年來(lái)主城區(qū)范圍快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)必須有所改變，以蘇州生態(tài)環(huán)境安全和農(nóng)業(yè)保障安全為前提，分析結(jié)果顯示蘇州中心城區(qū)未來(lái)可開發(fā)利用面積還有141 km2。參照《太湖流域管理?xiàng)l例》在建成區(qū)中劃出正常建成區(qū)和受限建成區(qū)。蘇州中心城區(qū)未來(lái)新增人口數(shù)量、產(chǎn)業(yè)類型與規(guī)模以及生態(tài)環(huán)境建設(shè)格局也應(yīng)參考以上增長(zhǎng)范圍和限制條件考慮。由于蘇州中心城區(qū)擴(kuò)張已接近極限，蘇州若要進(jìn)一步拓展城市空間，今后只能采取建衛(wèi)星城的方式。