基于土地利用的港城關(guān)系時(shí)空演變研究

李照宇，王天旻，王文淵，馬 杰

（1.山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山東濟(jì)南 250031；2.大連理工大學(xué)，海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連 116024）

引言

港口是城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎，也是城市空間結(jié)構(gòu)塑造的重要力量[1]。我國(guó)是世界港口大國(guó)，近年來(lái)隨著港口和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張，港口和沿海城市在空間結(jié)構(gòu)與用地布局面臨著轉(zhuǎn)型發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。推動(dòng)港產(chǎn)城深度融合發(fā)展，加強(qiáng)港口與城鄉(xiāng)建設(shè)、產(chǎn)業(yè)布局的有效銜接[2]是建設(shè)世界一流強(qiáng)港的重要內(nèi)容。要實(shí)現(xiàn)港口大國(guó)向世界一流港口強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)型，推動(dòng)港口城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的全面發(fā)展，有必要加強(qiáng)港口和城市空間組織與布局內(nèi)在規(guī)律的研究。

針對(duì)港口與城市的時(shí)空演變，郭建科等[3]通過(guò)定性歸納，根據(jù)港城關(guān)系的發(fā)展階段總結(jié)為不同的發(fā)展時(shí)序。鄧星月[4]提出港口和城市的空間結(jié)構(gòu)的組成，并探討了港口城市臨港區(qū)域空間的形態(tài)演變。Hoyle[5]從港口和城市發(fā)展周期的角度，把港城演化關(guān)系歸納總結(jié)為港口形成階段、港口擴(kuò)張階段、港口工業(yè)化、港口用地退出城市濱水區(qū)、城市濱水區(qū)再?gòu)?fù)興、港口和城市恢復(fù)聯(lián)系6 個(gè)階段。在城市和港口相互作用方面，國(guó)內(nèi)外已取得較多研究成果[6-16]。在城市和港口規(guī)劃銜接方面，劉永滿等[17]通過(guò)對(duì)港城關(guān)系的發(fā)展規(guī)律分析，提出港口規(guī)劃與城市規(guī)劃銜接中的重點(diǎn)問(wèn)題。朱善慶等[18]以港口經(jīng)濟(jì)理論為基礎(chǔ)，論證以港、產(chǎn)、城協(xié)調(diào)發(fā)展為核心的臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃與相關(guān)規(guī)劃的關(guān)系。

目前已有研究從理論層面歸納港口與城市互動(dòng)關(guān)系，但對(duì)于臨港區(qū)域土地利用劃分和各功能區(qū)演變的研究不足。本文基于港口和城市土地利用時(shí)空演變，提出了定量研究港城空間演化關(guān)系的方法體系，并以日照市1995 年～2018 年港城空間演變?yōu)槔?，定量分析港口和城市的空間演化模式。

1 研究區(qū)域

日照市位于山東省東南沿海，是較為典型的港口城市，臨港產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)雄厚，近年來(lái)城市發(fā)展較為迅速，2019 年在山東省統(tǒng)計(jì)核減的背景下，GDP 增長(zhǎng)率高達(dá)7.2%。日照港現(xiàn)擁有石臼、嵐山兩港區(qū)，2019 年貨物吞吐量4.64 億t，位列全國(guó)沿海港口第8 位，山東省沿海港口第2 位。石臼、嵐山兩港區(qū)港城特征差異顯著，石臼港區(qū)背靠日照城市中心，臨港區(qū)域城市要素集聚；嵐山港區(qū)距離日照城市中心約40 公里，臨港區(qū)域城市功能相對(duì)較弱，臨港工業(yè)較為發(fā)達(dá)。通過(guò)石臼、嵐山兩港區(qū)港城發(fā)展的歷史演變情況，剖析、提煉兩港區(qū)港城時(shí)空演變規(guī)律特性，歸納港口建設(shè)與臨港區(qū)域土地利用變化關(guān)系，對(duì)于指導(dǎo)臨港區(qū)域土地合理開(kāi)發(fā)和日照港城協(xié)同發(fā)展具有一定意義。

2 研究方法

2.1 土地利用初始分類(lèi)

土地利用初始分類(lèi)的主要過(guò)程如下：

1）根據(jù)研究區(qū)域經(jīng)緯度獲取相應(yīng)的分辨率為30×30m 的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)。研究數(shù)據(jù)來(lái)源見(jiàn)表1。在進(jìn)行遙感影像選取時(shí)選擇研究區(qū)域?qū)?yīng)的條帶號(hào)，數(shù)據(jù)范圍覆蓋整個(gè)研究區(qū)域，同時(shí)盡量保證所選影像的含云量最?。?/p>

表1 研究數(shù)據(jù)來(lái)源

2）對(duì)衛(wèi)星圖像進(jìn)行幾何校正、圖像融合、圖像鑲嵌、圖像裁剪等預(yù)處理[19]；

3）研究區(qū)域衛(wèi)星圖像進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正，以實(shí)現(xiàn)DN 值與物理量的轉(zhuǎn)化以及消除大氣對(duì)遙感數(shù)據(jù)的影響；

4）進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)、目視解譯和分類(lèi)后處理等流程，完成對(duì)研究區(qū)域的土地利用初始分類(lèi)。

參照LUCC 分類(lèi)體系，結(jié)合港城關(guān)系實(shí)際研究需求，將研究區(qū)域土地分類(lèi)初始分為耕地、林地、草地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)、其他建設(shè)用地、未利用地、水域八類(lèi)[20]。

2.2 臨港土地利用分類(lèi)

王文淵等[21]通過(guò)對(duì)比研究臨港土地分類(lèi)和城鄉(xiāng)用地分類(lèi)，構(gòu)建了港口及臨港土地利用分類(lèi)體系。本文參考其分類(lèi)體系，并根據(jù)日照市實(shí)際情況進(jìn)行了調(diào)整，將港口用地和臨港用地定義為港城經(jīng)濟(jì)區(qū)，并將其劃分為港區(qū)用地、臨港商務(wù)用地、臨港物流和倉(cāng)儲(chǔ)用地、臨港工業(yè)用地、臨港旅游用地、臨港生活和公共服務(wù)用地6 類(lèi)。根據(jù)土地利用初始分類(lèi)和臨港土地利用分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)遙感衛(wèi)星圖像監(jiān)督分類(lèi)、目視解譯和實(shí)地勘探，分別得到日照市1995 年、2000 年、2005 年、2010 年和2018 年土地分類(lèi)。

2.3 臨港用地演化研究

石臼港區(qū)和嵐山港區(qū)1995 年、2000 年、2005年、2010 年和2018 年港城經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用演變情況見(jiàn)圖1。

圖1 石臼、嵐山港區(qū)港城經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用演變情況

提取港城經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)各土地利用分類(lèi)的30×30 m柵格數(shù)量，計(jì)算得到日照港各土地利用分類(lèi)的面積演變情況，見(jiàn)圖2 所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，1995 年日照港城經(jīng)濟(jì)區(qū)以港區(qū)用地、臨港生活和公共服務(wù)用地為主，其中臨港生活和公共服務(wù)用地占比達(dá)到90.9 %，臨港工業(yè)、物流倉(cāng)儲(chǔ)、商務(wù)用地基本處于缺失狀態(tài)。1995 年以后臨港用地類(lèi)型逐漸豐富，2005 年臨港工業(yè)用地達(dá)到7.9 km2，占比達(dá)到 11.9 %；臨港物流倉(cāng)儲(chǔ)、商務(wù)、旅游功能得到一定發(fā)展，但發(fā)展較為緩慢。2005 年以后，港區(qū)用地增長(zhǎng)迅速，同時(shí)臨港工業(yè)、物流倉(cāng)儲(chǔ)、商務(wù)、旅游等得到了較大程度的發(fā)展，尤其是臨港工業(yè)發(fā)展最為迅速。2010 年臨港工業(yè)用地為22.5 km2，2018 年臨港工業(yè)用地增長(zhǎng)至59.0 km2，占比達(dá)到25.5 %。1995年～2018 年港城經(jīng)濟(jì)區(qū)整體發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)為，港區(qū)用地、臨港工業(yè)、物流倉(cāng)儲(chǔ)、商務(wù)、旅游、生活和公共服務(wù)用地等均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，2005 年～2010 年臨港生活和公共服務(wù)用地增速最快，2010年～2018 年臨港工業(yè)和物流倉(cāng)儲(chǔ)用地增加最為迅猛。

圖2 日照市港城經(jīng)濟(jì)區(qū)用地面積

2.4 港城關(guān)系宏觀分析

2.4 港城融合演化研究

為定量研究港城融合過(guò)程，定義港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心，通過(guò)對(duì)不同歷史時(shí)期港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心的轉(zhuǎn)移，分析臨港土地利用的變遷情況。將港口空間區(qū)域分為30×30 m 的柵格為單位像元，并以柵格中心點(diǎn)坐標(biāo)作為單位像元位置坐標(biāo)。通過(guò)對(duì)研究區(qū)域歷史年份土地利用分類(lèi)演變進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)石臼港區(qū)臨港區(qū)域外存在與港城經(jīng)濟(jì)區(qū)相臨近，但又與港口空間有一定空間隔絕的城鎮(zhèn)用地，定義其為城鎮(zhèn)空間中心。港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心和城鎮(zhèn)空間中心分別通過(guò)式（1）、（2）進(jìn)行計(jì)算。得到港城融合演化情況見(jiàn)表2。

從圖3 可直觀看到石臼港區(qū)和嵐山港區(qū)港城關(guān)系的時(shí)空演化趨勢(shì)，石臼港區(qū)港城演化關(guān)系為港城分離-融合-擴(kuò)張型發(fā)展模式，嵐山港區(qū)港城演化關(guān)系為港口支點(diǎn)發(fā)散型發(fā)展模式。1995 年，石臼港區(qū)港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心，與城鎮(zhèn)中心呈相對(duì)分離狀態(tài)，中間由耕地和農(nóng)村居民點(diǎn)間隔。但經(jīng)過(guò)港口的發(fā)展和城市的不斷擴(kuò)張，2018 年兩者已完全融合并向四周進(jìn)行發(fā)散式發(fā)展，屬于從港城分離逐漸融合，最后向四周擴(kuò)張的發(fā)展模式。嵐山港區(qū)的港城發(fā)展模式與石臼港區(qū)不同，從發(fā)展初期城鎮(zhèn)環(huán)海而建，之后以港口為支點(diǎn)，繞阿掖山向東西兩側(cè)擴(kuò)張，其中西部以臨港生活和公共服務(wù)、旅游用地為主，西北外圍逐漸發(fā)展工業(yè)；而東部港區(qū)后方以臨港工業(yè)和物流倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)為主，兼顧臨港生活和公共服務(wù)功能，港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心逐步向內(nèi)陸遷移。

圖3 石臼、嵐山港-城發(fā)展模式

為直觀對(duì)比港城經(jīng)濟(jì)區(qū)歷史演變情況，根據(jù)不同年份港城經(jīng)濟(jì)區(qū)用地面積和類(lèi)型分布，計(jì)算港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心的遷移情況，見(jiàn)圖4。圖中①-⑤分別為兩地1995 年、2000 年、2005 年、2010 年和2018 年港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心。各時(shí)期嵐山、石臼區(qū)港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心遷移情況見(jiàn)表2、表3。從圖表中可得，嵐山港區(qū)1995 年～2018 年港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心一直從沿海向內(nèi)陸移動(dòng)，移動(dòng)幅度最大同樣發(fā)生在2005 年～2010 年間，中心移動(dòng)直線距離為1.93km，主要是由于臨港生活和公共服務(wù)、臨港工業(yè)、物流倉(cāng)儲(chǔ)用地等向內(nèi)陸延伸趨勢(shì)明顯。石臼港區(qū)在1995 年～2010 年的發(fā)展階段中，雖然港口用地和臨港其他功能用地均逐步增加，但是港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心從沿海地區(qū)逐漸向內(nèi)陸移動(dòng)，尤其在③至④即2005 年～2010 年間移動(dòng)幅度最大，中心移動(dòng)直線距離達(dá)到2.3km。近幾年隨著石臼港區(qū)南作業(yè)區(qū)的建設(shè)以及周邊臨港區(qū)域土地的開(kāi)發(fā)，2018年較2010 年港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心向南發(fā)生偏移。預(yù)計(jì)未來(lái)隨著日照港東煤南移的實(shí)施和南作業(yè)區(qū)的持續(xù)開(kāi)發(fā)，石臼港區(qū)港城經(jīng)濟(jì)區(qū)重心將繼續(xù)南移，將呈現(xiàn)生活和公共服務(wù)用地、旅游、商務(wù)用地等城市功能為主的土地利用，與工業(yè)用地、倉(cāng)儲(chǔ)物流用地等臨港產(chǎn)業(yè)功能為主的土地利用相對(duì)分離的發(fā)展趨勢(shì)。

圖4 日照市港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心變遷過(guò)程

表2 嵐山港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心遷移

表3 石臼港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心遷移

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于臨港土地利用分類(lèi)體系，運(yùn)用遙感圖像處理技術(shù)和地理信息分析方法，分析不同發(fā)展時(shí)期土地利用面積的變化和分布，得出港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心位置的遷徙，歸納港城發(fā)展模式的特點(diǎn)。研究過(guò)程可作為分析港城空間演化的方法。本文以日照港石臼港區(qū)和嵐山港區(qū)為研究對(duì)象，得出結(jié)論如下：

1）隨著港口和城市的發(fā)展，日照港臨港地區(qū)土地功能由單一逐漸豐富，臨港工業(yè)、物流倉(cāng)儲(chǔ)、商務(wù)、旅游功能得以發(fā)展。

2）日照港的發(fā)展與港城擴(kuò)張相輔相成，港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心整體上由沿海地區(qū)逐漸向內(nèi)陸移動(dòng)，但近幾年隨著石臼港區(qū)南作業(yè)區(qū)的建設(shè)以及周邊臨港區(qū)域土地的開(kāi)發(fā)，石臼港區(qū)港城經(jīng)濟(jì)區(qū)空間中心向南發(fā)生偏移。

3）通過(guò)對(duì)日照港港城關(guān)系的時(shí)空演化趨勢(shì)分析可知，石臼港區(qū)為港城分離-融合-擴(kuò)張型發(fā)展模式，嵐山港區(qū)為港口支點(diǎn)發(fā)散型發(fā)展模式。

4）根據(jù)日照港城關(guān)系演變以及港區(qū)規(guī)劃，預(yù)計(jì)未來(lái)石臼港區(qū)港城經(jīng)濟(jì)區(qū)重心將繼續(xù)逐步南移，嵐山港區(qū)港城經(jīng)濟(jì)區(qū)重心逐步北移，兩港區(qū)臨港工業(yè)要素與城市生活要素之間的緩沖將進(jìn)一步擴(kuò)大。