河北省城市建設(shè)用地時空演變及機(jī)理分析

郭揚(yáng)揚(yáng)

(河北水文工程地質(zhì)勘察院有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050000)

1 概述

全球城市化進(jìn)程不斷加速,2018年全球55%的人口生活在城市地區(qū),據(jù)推測2050年,將有2/3的人口進(jìn)駐城市[1]。伴隨城市化浪潮,城市用地的增長也不斷加速,1970年—2000年,全球城市面積增長了近4倍[2],而2030年城市面積大約是2000年的3倍[3]。1978年～2016年,中國城市人口由17.92%增長到57%,百萬級人口的城市由29個增加至155個[4],城市規(guī)模不斷擴(kuò)大,人口持續(xù)增長,城市建設(shè)用地面積也不斷增加。土地是稀缺資源,節(jié)約使用土地應(yīng)當(dāng)是一項(xiàng)長期基本國策[5],雖然政策出臺了土地增減掛鉤等相關(guān)土地政策,但城市建設(shè)用地與其他類型土地利用的矛盾暫未解除,遠(yuǎn)未達(dá)到節(jié)約集約利用建設(shè)用地[6],如農(nóng)村居住用地并沒有隨農(nóng)村人口減少而減少[7-8]。

城市,特別是大城市,不僅有聚集資源激發(fā)創(chuàng)新的作用,而且可以帶動周邊經(jīng)濟(jì)，具有帶動作用,隨著城市化不斷推進(jìn),各種資源不斷向大的城市圈聚集,現(xiàn)在我國已形成了珠江三角洲、長江三角洲和京津冀地區(qū)三大城市群聚集[9],珠江三角洲[10-14]和長江三角洲[15-17]都已有豐富的研究成果,京津冀地區(qū)[18-21]研究相對較少,且側(cè)重整體研究,而河北省作為京津冀地區(qū)重要組成部分單獨(dú)的研究較少。

本文以河北省為研究區(qū)域,探索河北省城市建設(shè)用地的整體變化,和各個城市之間的差異性,并定量分析差異背后機(jī)理。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

河北省地處華北東南部,位于北緯36°03′～42°40′,東經(jīng)113 °27′～ 119°50′之間,居環(huán)渤海地區(qū)的中心地帶,內(nèi)環(huán)京、津,北與遼寧、內(nèi)蒙古為鄰,西與山西為鄰,南與河南、山東接壤,是我國東北、西北、華北地區(qū)的重要出海通道,是首都的生態(tài)屏障,京津冀都市圈的重要組成部分,具有獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢。2017年末河北省國內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)到35 964億元,總?cè)丝? 185.42萬人,城鎮(zhèn)化水平58.52%,下轄11個市,伴隨社會發(fā)展和政策引導(dǎo),河北省城鎮(zhèn)化步伐逐步加快。

2.2 數(shù)據(jù)來源與選擇

河北省城市建設(shè)用地及各城市人口數(shù)據(jù)來源于歷年的《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》,相關(guān)的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《河北省經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計年鑒》。

2011年以前城市建設(shè)用地統(tǒng)計執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB 137—90城市建設(shè)用地分類和建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)。2012年1月1日起實(shí)施新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50137—2011城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn),同時原標(biāo)準(zhǔn)廢止。新標(biāo)準(zhǔn)對城市建設(shè)用地分類做了調(diào)整,由于調(diào)整使得城市建設(shè)用地數(shù)據(jù)出現(xiàn)非連續(xù)性。

2014年—2016年河北省多城市進(jìn)行了城市區(qū)劃調(diào)整,石家莊、保定、張家口、衡水都進(jìn)行了撤縣設(shè)區(qū)。經(jīng)過調(diào)整之后,統(tǒng)計年鑒中由于統(tǒng)計口徑的改變,城市建設(shè)用地和城市人口都發(fā)生了很大的變化造成了相關(guān)指標(biāo)較大的波動。

為避免城市建設(shè)用地和相關(guān)社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不連續(xù)的影響,本文選擇2002年—2011年為研究時段。

2.3 研究方法

2.3.1 土地利用變化速率

單一土地利用的變化速率反映了用地面積變化的基本情況和強(qiáng)度[22]。計算方法為研究時段內(nèi)土地利用面積的變化與基期土地利用面積的比值,公式如下：

(1)

其中，Ua為研究初期土地利用面積;Ub為研究末期土地利用面積;Δt為研究時段；K為單一土地利用變化率。

2.3.2 建設(shè)用地變化彈性系數(shù)

城市建設(shè)用地的變化彈性系數(shù)用來表征城市建設(shè)用地變化速率與人口變化速率之間的協(xié)調(diào)關(guān)系,評價建設(shè)用地變化的合理性。公式如下:

Ei=Mi/Pi

(2)

其中，Mi為i時段內(nèi)的城市建設(shè)用地變化率;Pi為i時段內(nèi)城市人口的變化率;Ei為i時段內(nèi)城市建設(shè)用地的變化彈性系數(shù)。

2.3.3 土地利用結(jié)構(gòu)信息熵

信息熵可以反映城市建設(shè)用地的結(jié)構(gòu)變化情況[23-24]。信息熵值越大說明城市建設(shè)用地各職能用地類型面積相差越小,用地分布越均衡。計算模型如下:

(3)

(4)

(5)

其中，Ai為各種土地利用類型的面積；N為土地的種類;Pi為某一土地利用類型面積與該區(qū)域土地面積的百分比,具有歸一性;H為土地利用結(jié)構(gòu)信息熵。

2.3.4 地理探測器

地理探測器是由中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所王勁峰團(tuán)隊(duì)開發(fā)的探索空間分異性,揭示背后驅(qū)動力的一組統(tǒng)計學(xué)方法,由4個探測器組成:風(fēng)險探測器、因子探測器、生態(tài)探測器和交互作用探測器[25-27]。本文應(yīng)用因子探測器來研究城市建設(shè)用地空間分異性背后的驅(qū)動力,應(yīng)用交互作用探測器來研究各影響因子之間的相互作用。因子探測器模型如下:

(6)

其中，D為影響因子；H為城市建設(shè)用地指標(biāo);SSW為分區(qū)方差之和;SST為全區(qū)總方差。

交互探測器的判斷公式如下:

非線性增強(qiáng)PD,H(X1∩X2)>PD,H(X1)+PD,H(X2);

獨(dú)立PD,H(X1∩X2)=PD,H(X1)+PD,H(X2);

雙因子增強(qiáng)PD,H(X1∩X2)>Max(PD,H(X1),PD,H(X2));

單因子非線性減弱Min(PD,H(X1),PD,H(X2))

非線性減弱PD,H(X1∩X2)

3 河北省城市建設(shè)用地變化分析

3.1 城市建設(shè)用地時序變化特征

3.1.1 河北省整體變化情況

計算2002年—2011年河北省城市建設(shè)用地變化速率、城市人口變化速率及城市用地增長彈性系數(shù),對河北省城市建設(shè)用地的時序變化特征進(jìn)行分析。

河北城市建設(shè)用地總量不斷增加,增加速率整體上呈下降趨勢,局部有所波動,平均增長率為5.06%。2003年—2007年城市建設(shè)用地增長速率持續(xù)下降, 2003年、2004年雖然城市建設(shè)用地增長速率均大于平均值,但是下降速率很大,由8.27%下降至5.82%;2007年增長率達(dá)到最低點(diǎn)3.35%。2008年增長率觸底反彈,達(dá)到5.44%。經(jīng)過2009年與2010年平穩(wěn)增長,2011年建設(shè)用地增長率再次下跌,下跌至3.40%(見表1)。

表1 2002年—2003年河北省用地變化速率、人口變化速率與用地變化彈性系數(shù)

從城市用地擴(kuò)展彈性系數(shù)Ei來進(jìn)行分析。擴(kuò)展彈性系數(shù)總體上呈平穩(wěn)波動態(tài)勢,平均值為2.95,遠(yuǎn)高于國際公認(rèn)的合理值1.21[28],說明城市建設(shè)用地粗放增長,遠(yuǎn)未達(dá)到集約利用水平。城市建設(shè)用地變化速率與人口變化速率的變化情況基本一致,但是城市建設(shè)用地的增長速率遠(yuǎn)大于城市人口的增加速率,因此,用地彈性系數(shù)處于高位值(見圖1，圖2)。

3.1.2 各城市用地變化差異分析

河北省城市建設(shè)用地按用地規(guī)模可分為三種類型,石家莊、唐山城市建設(shè)用地規(guī)模較大且整體呈逐年上升趨勢;秦皇島、邯鄲、張家口、保定城市建設(shè)用地規(guī)模屬于中等水平,保定市2007年—2008年出現(xiàn)了較大增長,而其他城市增長緩慢。邢臺、承德、滄州、廊坊、衡水城市建設(shè)用地規(guī)模較小,衡水用地面積增長較小,邢臺用地面積增加較多(見圖3)。

計算研究時段內(nèi)各城市的建設(shè)用地相對變化速率,得到各城市相關(guān)數(shù)據(jù)的空間分布圖(見圖4)。城市建設(shè)用地相對變化速率用來分析各城市建設(shè)用地的擴(kuò)展速度,將其分為三個層次:遠(yuǎn)大于全省平均變化速率的為快速發(fā)展,相對變化速率大于1.4;與全省平均變化速率相差不大的為中速發(fā)展,相對變化速率為0.7～1.4;遠(yuǎn)低于全省平均變化速率的為低速發(fā)展,相對變化速率小于0.7。

城市建設(shè)用地相對變化速率空間分布可以看到明顯的空間分異性,河北省環(huán)京津城市大部分呈快速發(fā)展的態(tài)勢,東部的三個城市唐山、滄州、衡水中速發(fā)展,基本與全省的用地擴(kuò)展變化速率相當(dāng)。處于河北邊緣的城市秦皇島、張家口、邯鄲城市用地擴(kuò)展速率低于全省水平。

3.2 城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)變化

河北省城市建設(shè)用地總體趨勢上平穩(wěn),各職能用地占比變化較小。居住用地為31.42%,符合標(biāo)準(zhǔn)推薦的范圍(20%～32%),但是已很接近上限,研究時段內(nèi),居住用地占比穩(wěn)定。工業(yè)用地平均占比為20.99%,較好的符合標(biāo)準(zhǔn)范圍(15%～25%),基本處于中間水平,工業(yè)用地占比基本穩(wěn)定,只有2011年占比減少較多,占比為18.21%。道路與廣場用地平均占比為10.40%,標(biāo)準(zhǔn)范圍為8%～15%,符合標(biāo)準(zhǔn);道路與廣場用地逐年增加,說明城市道路系統(tǒng)逐步完善,2011年其占比已達(dá)到14.82%,接近標(biāo)準(zhǔn)上限。綠地占比為9.24%,雖符合標(biāo)準(zhǔn)范圍(8%～15%),但比較接近標(biāo)準(zhǔn)的下限;綠地占比也逐步增加,2011年已達(dá)到10.11%,但與上限還有一定的差距。河北省城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)變化見圖5。

河北省各城市的城市建設(shè)用地信息熵變化情況可分為三種。石家莊、秦皇島、邯鄲、張家口的城市建設(shè)用地信息熵變化比較小,各職能城市建設(shè)用地占比變化較小,石家莊、秦皇島用地信息熵較大,說明這兩個城市各職能用地相對均衡;邢臺、保定、廊坊、承德的城市建設(shè)用地信息熵呈現(xiàn)臺階式變化,分為明顯的兩個階段,兩階段之間某一種或幾種職能用地占比明顯的不同,邢臺市居住用地占比變化突出,保定市工業(yè)用地增加明顯而綠地減少較多,廊坊市政用地和綠地變化明顯;唐山、滄州、衡水整體呈平穩(wěn)變化,唐山、滄州土地信息熵逐漸變大,用地類型有序程度逐漸加強(qiáng),衡水整體呈下降趨勢。

4 河北省城市建設(shè)用地變化的機(jī)理分析

4.1 影響因子選取

河北省各城市建設(shè)用地不同，與自然區(qū)位、社會因素、經(jīng)濟(jì)因素相關(guān)。本節(jié)結(jié)合城市各自的特點(diǎn),結(jié)合理論分析,對城市建設(shè)用地產(chǎn)生影響的因素進(jìn)行篩選。

4.1.1 自然區(qū)位因素

河北省根據(jù)各地土地利用現(xiàn)狀、資源環(huán)境承載能力、開發(fā)強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平和未來發(fā)展需要,將全省劃分為冀東、冀中、冀南、冀北四個區(qū)域,按照不同主體功能區(qū)的功能定位和發(fā)展方向,實(shí)施差別化土地利用政策,加強(qiáng)區(qū)域土地利用調(diào)控。

冀東地區(qū)包括秦皇島、唐山、滄州,位于渤海之濱,區(qū)位優(yōu)勢明顯,工業(yè)基礎(chǔ)雄厚。集中地區(qū)包括石家莊、保定、廊坊,位于河北省中部,環(huán)京津地區(qū)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。冀北地區(qū)包含承德、張家口兩個城市,以生態(tài)保護(hù)為重點(diǎn),加大生態(tài)用地。冀南地區(qū)包括邯鄲、邢臺、衡水三市,重點(diǎn)保障國家核準(zhǔn)的工業(yè)用地和保護(hù)耕地及基本農(nóng)田發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。

4.1.2 經(jīng)濟(jì)因素

土地是社會生產(chǎn)的第一要素,承載著人類大部分的社會經(jīng)濟(jì)活動。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷改變著土地的利用情況。隨著生產(chǎn)總值的不斷提高，城市的區(qū)域聚集性逐漸凸顯,人口與人民生活直接相關(guān)的二三產(chǎn)業(yè)也不斷發(fā)展,為滿足不斷提升的生活和生產(chǎn)需求,完善城市的各種基礎(chǔ)設(shè)施,政府也需要不斷加大城市的固定資產(chǎn)投資,導(dǎo)致城市建設(shè)用地不斷增長,以滿足經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。因此選擇城市的生產(chǎn)總值、二三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值、城市固定資產(chǎn)投資的變化率作為衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展的因子。

4.1.3 社會因素

社會是由人構(gòu)成的,而隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展,人口不斷從農(nóng)村流向城市,改變社會的結(jié)構(gòu),人民不斷提高的生活水平和生產(chǎn)力,對生活條件的要求也不斷提高,這些都不斷催生新的城市用地需求。因此選取人口、人均可支配收入的變化率為影響城市建設(shè)用地的社會因子。

4.2 城市建設(shè)用地空間分異的機(jī)理分析

運(yùn)用地理探測器對城市建設(shè)用地的各影響因子的解釋力進(jìn)行探測,結(jié)果如表2所示。從探測結(jié)果來看,社會因素中城鎮(zhèn)人均可支配收入對城市建設(shè)用地的影響因素最大,解釋力為0.69,這與其他人的研究成果相似,因?yàn)殡S著城市人民收入的提高,對生活質(zhì)量的要求也會提高,這會刺激包括房地產(chǎn)、消費(fèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。城市人口的增長率對城市建設(shè)用地的增加也有較大的影響,城市人口的增加,導(dǎo)致城市規(guī)模為適應(yīng)相應(yīng)的城市人口必然會增加其建設(shè)用地來保證城市住房、交通等公共設(shè)施。而經(jīng)濟(jì)因素的三個因子城市生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資、二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的增長率相似影響力相似,都在0.5左右。這三個因子說明隨著城市生產(chǎn)力的增加,城市對基礎(chǔ)設(shè)施的改善會促進(jìn)人口的流通,增加城市的吸引力,二三產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展?jié)M足人們增長的消費(fèi)需求的同時也創(chuàng)造了更多的就業(yè)機(jī)會吸引了更多的人口來城市發(fā)展。區(qū)位因子影響力比較小,相同區(qū)位的城市發(fā)展并不是特別均衡,存在比較大的差異。

表2 河北城市建設(shè)用地變化地理探測影響因子及探測結(jié)果

利用交互探測器對2種因子之間的相互作用進(jìn)行探測,探測結(jié)果發(fā)現(xiàn)城市區(qū)位雖然單因子對城市建設(shè)用地的影響很小,但是與其他5個因子的相互作用都為非線性增強(qiáng),說明經(jīng)濟(jì)要素和社會要素對城市建設(shè)用地的影響受到城市區(qū)位相關(guān)政策的影響。而其余因子間為相互增強(qiáng)作用(見表3)。

表3 兩種影響因子對河北省城市建設(shè)用地的交互作用

5 結(jié)論和討論

本文采用土地利用動態(tài)變化模型對河北省城市建設(shè)用地的變化規(guī)律、用地結(jié)構(gòu)、各城市間的差異性進(jìn)行了分析,運(yùn)用地理探測器方法對河北省城市建設(shè)用地變化機(jī)理進(jìn)行了研究。得出如下主要結(jié)論：

1)2002年—2011年河北省城市建設(shè)用地增加了582.29 km2,年平均增長率為5.06%,總體上增長率呈下降趨勢,局部有所波動。從城市建設(shè)用地協(xié)調(diào)性來看,擴(kuò)展彈性系數(shù)Ei遠(yuǎn)高于國際標(biāo)準(zhǔn),城市建設(shè)用地增長速率遠(yuǎn)大于城市人口的增長速率,城市用地粗放增長,遠(yuǎn)未達(dá)到集約利用水平。從建設(shè)用地的結(jié)構(gòu)來看,居住用地和工業(yè)用地占據(jù)主導(dǎo)地位,工業(yè)用地占比有所下降,道路廣場用地占比逐步增加。

2)河北省城市建設(shè)用地空間分異性明顯。西部城市用地變化速率高速變化,東部城市中速變化,周邊城市低速變化。各城市城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)變化方式分為三種:穩(wěn)定型、臺階型、平穩(wěn)改變型。

3)利用地理探測器對城市建設(shè)用地變化的空間分異性進(jìn)行了機(jī)理分析,通過對選取的三方面六個因素的探測揭示了河北省城市建設(shè)用地的主要影響因子為城市人均可支配收入。城市區(qū)位因素的解釋力最低,但是區(qū)位因素與其他社會經(jīng)濟(jì)因素相關(guān)關(guān)系呈非線性增強(qiáng)。

4)本文從城市建設(shè)用地面積和結(jié)構(gòu)動態(tài)變化及空間差異性的角度對河北省城市建設(shè)用地進(jìn)行了綜合測度和定量研究,揭示了河北省城市建設(shè)用地時空變化特征和變化機(jī)理,為科學(xué)規(guī)劃城市建設(shè)用地提供了理論依據(jù)和決策參考,為其他區(qū)域或土地類型的演化規(guī)律提供了思路。

5)本文由于資料限制分析采用的數(shù)據(jù)為2002年—2011年的,對最近幾年的變化趨勢有所欠缺;采用的研究時間段較短,可對城市建設(shè)用地變化的長時序規(guī)律進(jìn)一步研究。