張掖市1985—2020 年城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展時(shí)空演變研究

張曉山，張旺鋒，高新宇，韋建芳，劉影

（1.蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，蘭州 730000；2.蘭州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，蘭州 730000）

0 引言

自1978 年改革開放以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，到2020 年底城市化水平已超過(guò)60%[1]。城市化水平的快速發(fā)展，提升了居民生活水平，但也帶來(lái)了諸多問題，越來(lái)越多的人口涌入城市，城市空間日漸不足，導(dǎo)致城市開始“攤大餅式”無(wú)序蔓延，大量的耕地及生態(tài)用地被城市吞噬，人地矛盾愈加尖銳。因此，對(duì)城市擴(kuò)展的研究越來(lái)越成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)，學(xué)者們希望通過(guò)對(duì)城市擴(kuò)展的分析研究，能夠促進(jìn)城市土地利用的集約節(jié)約化發(fā)展、人居環(huán)境改善及城市空間治理水平和空間品質(zhì)的提升。

快速的城市化，較為直接的表現(xiàn)是城區(qū)建設(shè)用地的擴(kuò)展和空間形態(tài)的演變。國(guó)外學(xué)者對(duì)城市擴(kuò)展的研究起步較早，主要從幾何形態(tài)、地域結(jié)構(gòu)、類型形態(tài)等角度對(duì)城市空間形態(tài)進(jìn)行分析[2]，并提出了緊湊度指數(shù)[3]、分形維數(shù)及形狀指數(shù)等一系列定量化指標(biāo)[4]。20世紀(jì)80 年代后期，我國(guó)對(duì)于城市擴(kuò)展的研究也逐漸興起，并且伴隨著RS 和GIS 分析技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)學(xué)者對(duì)城市擴(kuò)展的研究愈加關(guān)注，研究多是基于遙感影像，應(yīng)用定量化指標(biāo)，對(duì)城市空間擴(kuò)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究[5]，在此基礎(chǔ)上揭示其影響因素及機(jī)制[5-8]，另外選擇合適的模型對(duì)城市未來(lái)的擴(kuò)展進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)[7]。還有學(xué)者結(jié)合實(shí)際情況，構(gòu)建城市擴(kuò)展合理性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)城市擴(kuò)展的合理性進(jìn)行評(píng)估[8-9]。

張掖市是西北干旱區(qū)典型的中小型綠洲城市，自國(guó)家西部大開發(fā)實(shí)施以來(lái)，城市化進(jìn)程加快，城區(qū)建設(shè)用地明顯擴(kuò)展[10]。在本研究之前，已經(jīng)有學(xué)者對(duì)張掖市城市擴(kuò)展進(jìn)行過(guò)研究，如黎浩許等[11]基于遙感影像，利用一系列指標(biāo)，分析了1959—2009 年張掖市城市土地利用擴(kuò)張的空間變化特征。但該研究之后的十年間張掖市發(fā)展迅速，城市建成環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了很大的改變。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，基于1985—2020 年張掖市甘州區(qū)Landsat 影像數(shù)據(jù)，利用GIS 分析技術(shù)，對(duì)張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展時(shí)空演變進(jìn)行定量化分析，并結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)對(duì)其擴(kuò)展進(jìn)行評(píng)價(jià)。望能一定程度上揭示張掖市這類干旱區(qū)中小型綠洲城市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展規(guī)律，為類似的城市在城市建設(shè)及規(guī)劃發(fā)展、城市形態(tài)變化、加強(qiáng)空間治理等方面提供一些參考。

1 研究區(qū)概況

張掖市地處甘肅省西北部，河西走廊中段，是典型的干旱區(qū)綠洲城市，綠洲城市作為一種特殊自然條件下形成的城市類型，是干旱區(qū)生產(chǎn)和生活的核心，是干旱區(qū)人地關(guān)系最為敏感的區(qū)域[12]。近年來(lái)，隨著甘肅省“一體兩翼”區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，張掖市在河西走廊居中四向的區(qū)位優(yōu)勢(shì)進(jìn)而加強(qiáng)，成為河西城鎮(zhèn)體系空間格局中重要的地區(qū)及中心城市，以及“新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”重要的交通、商貿(mào)節(jié)點(diǎn)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)用地迅速擴(kuò)張，嚴(yán)重?cái)D壓了周圍的農(nóng)業(yè)空間和生態(tài)空間，在如今“國(guó)土空間規(guī)劃”的大背景下，研究張掖市市區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的過(guò)程，厘清其發(fā)展脈絡(luò)，合理規(guī)劃其“三生空間”，對(duì)張掖市未來(lái)的發(fā)展具有重要意義。

2 研究方法與數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)資料

本次研究以從地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)下載的Landsat 遙感影像為基礎(chǔ)，選取了張掖市甘州區(qū)8 期影像，時(shí)間跨度為35年，除此之外所用到的經(jīng)濟(jì)、人口數(shù)據(jù)均來(lái)自《張掖市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《甘州區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.2 數(shù)據(jù)處理

本文采用ENVI 5.1 平臺(tái)進(jìn)行遙感影像處理，對(duì)不同時(shí)像的影像分別進(jìn)行幾何校正、輻射定標(biāo)及研究區(qū)裁剪等預(yù)處理，對(duì)影像進(jìn)行增強(qiáng)處理，選擇合適的波段組合以提高影像的視覺效果和可解譯性?；贏rcGIS 10.2，根據(jù)不同地物的影像特征，通過(guò)目視解譯，用人機(jī)交互的方式提取各個(gè)時(shí)期的城區(qū)建設(shè)用地（圖1）。為了使提取的城區(qū)建設(shè)用地更加準(zhǔn)確，將提取出的城區(qū)建設(shè)用地加載進(jìn)Google Earth 平臺(tái)，與同時(shí)期高分辨率影像進(jìn)行對(duì)比并修正，確保城區(qū)建設(shè)用地提取的準(zhǔn)確率達(dá)到90%以上。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算相應(yīng)時(shí)期的城區(qū)建設(shè)用地面積、周長(zhǎng)及重心等信息。

圖1 1985—2020 年張掖市各時(shí)期城區(qū)建設(shè)用地

2.3 研究方法

2.3.1 方位分析法。指對(duì)城市空間擴(kuò)展在不同方位上的面積、速度和強(qiáng)度變化進(jìn)行分析，揭示城市擴(kuò)展的各向異性[10]。

2.3.2 擴(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度。擴(kuò)展速度（年均擴(kuò)展面積）：

式中，V 表示擴(kuò)展速度；Us和Ue分別表示研究初期和末期的城區(qū)建設(shè)用地面積；△T 為時(shí)間間隔年。

擴(kuò)展動(dòng)態(tài)度（年均擴(kuò)展速率）：

式中，K 為擴(kuò)展動(dòng)態(tài)度；其余符號(hào)同公式（1）。

擴(kuò)展強(qiáng)度：

式中，AGR 為城市年均擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)；TLA 為研究區(qū)總面積；其余符號(hào)同公式（1）。

根據(jù)城市用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)的劃分標(biāo)準(zhǔn)[13]，可劃分為高速擴(kuò)展（＞1.92）、快速擴(kuò)展（1.05～1.92）、中速擴(kuò)展（0.59～1.05）、低速擴(kuò)展（0.28～0.59）、緩慢擴(kuò)展（0～0.28）。

2.3.3 重心轉(zhuǎn)移模型。重心坐標(biāo)：

式中，Xt、Yt為t 時(shí)刻城市建成區(qū)重心平面坐標(biāo)；Ci為第i 塊城市建成區(qū)面積；Xi、Yi為第i 塊城市建成區(qū)幾何中心坐標(biāo)。

重心轉(zhuǎn)移距離：

式中，D 為城市重心從t 時(shí)刻到t+n 時(shí)刻轉(zhuǎn)移距離；Xt、Yt和Xt+n、Yt+n分別表示城市在t 和t+n 時(shí)刻的重心坐標(biāo)。

重心轉(zhuǎn)移方向：

式中，θ 為城市重心轉(zhuǎn)移方向與正東方向的夾角；其余符號(hào)同公式（5）。

2.3.4 緊湊度指數(shù)。緊湊度是反映地物形狀的參數(shù)，用以測(cè)度城市實(shí)體用地的緊湊與飽滿程度，以防止城市蔓延、集約節(jié)約用地為目的[14]。本文使用Batty[3]提出的緊湊度計(jì)算公式：

式中，BCI 為城市形態(tài)的緊湊度；A 為城市建成區(qū)面積；P 為城市輪廓周長(zhǎng)。

其中，緊湊度的值介于0～1 之間，其值越大，城市形態(tài)越具有緊湊性，越接近于1，形態(tài)越接近于圓形；反之城市形態(tài)的緊湊性越差。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)城市處于快速向外擴(kuò)展階段，緊湊度下降；當(dāng)城市處于內(nèi)部填充階段時(shí)，緊湊度上升[10]。

2.3.5 分形維數(shù)。本文采用城市形態(tài)邊界維數(shù)來(lái)反映城市用地斑塊邊界的復(fù)雜性，其計(jì)算公式：

式中，D 為邊界維數(shù)；c 為截距；其余符號(hào)同公式（7）。

其中，D 值一般在1～2 之間，D 值越大表示圖形形狀越復(fù)雜，越小則表示城市形態(tài)趨于簡(jiǎn)單。當(dāng)D＜1.5時(shí)，說(shuō)明圖形趨向于簡(jiǎn)單；當(dāng)D=1.5時(shí)，說(shuō)明圖形處于隨機(jī)狀態(tài)，越接近該值，穩(wěn)定性越差；當(dāng)D＞1.5時(shí)，說(shuō)明圖形趨于復(fù)雜[10]。

2.3.6 城區(qū)人口彈性系數(shù)：

式中，UPEC 為城區(qū)人口彈性系數(shù)；A(i)為城區(qū)建設(shè)用地年均擴(kuò)展速率；Pop(i)為城市非農(nóng)人口年均增長(zhǎng)速率。

其中，根據(jù)國(guó)內(nèi)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)UPEC＞1.12時(shí)，城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展過(guò)快；當(dāng)UPEC＜1.12時(shí)，城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展不足；當(dāng)UPEC=1.12時(shí)，城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展較為合理[9]。

2.3.7 城區(qū)人均建設(shè)用地面積：

式中，SP為城區(qū)人均建設(shè)用地面積；A 為城區(qū)建設(shè)用地面積；Pop 為城市非農(nóng)人口數(shù)量。

2.3.8 城區(qū)GDP 彈性系數(shù)：

式中，UGEC為城區(qū)GDP 彈性系數(shù)；A(i)為城區(qū)建設(shè)用地年均擴(kuò)展速度；GDP(i)為城區(qū)經(jīng)濟(jì)年均增長(zhǎng)速率，在本文中為第二、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年均增長(zhǎng)速率[9]。

2.3.9 城區(qū)建設(shè)用地利用效益：

式中，U 為城區(qū)建設(shè)用地利用效益；GDP 為非農(nóng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，本文為第二、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值；A 為城區(qū)建設(shè)用地面積。

2.3.10 耦合協(xié)調(diào)模型：

式中，C 為張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建設(shè)用地?cái)U(kuò)展之間的耦合度，取值范圍[0,1]；Ai為城區(qū)建設(shè)用地增長(zhǎng)速率；Pi為城區(qū)人口增長(zhǎng)速率；Gi為城區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速率[15]。

為進(jìn)一步分析城區(qū)人口增長(zhǎng)-用地?cái)U(kuò)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展-用地?cái)U(kuò)展之間的耦合情況，耦合度模型可演化如下：

耦合度雖然能反映張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建設(shè)用地?cái)U(kuò)展之間的相互作用程度，但不能表征它們之間是高水平上的相互促進(jìn)還是低水平上的相互制約，因此，進(jìn)一步引進(jìn)耦合協(xié)調(diào)度模型：

式中，T 為協(xié)調(diào)指數(shù)；α、β、γ 為待定系數(shù)；其余符號(hào)同公式（13）。

同理，可得出張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建設(shè)用地?cái)U(kuò)展兩兩之間的協(xié)調(diào)指數(shù)：

式中，D 為張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建設(shè)用地?cái)U(kuò)展之間的耦合協(xié)調(diào)度；C 為耦合度；T1、T2為協(xié)調(diào)指數(shù)。其中，耦合協(xié)調(diào)度分類標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 耦合協(xié)調(diào)度分類標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與分析

3.1 張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展時(shí)序變化分析

在提取的張掖市城區(qū)建設(shè)用地的基礎(chǔ)上，計(jì)算出城區(qū)建設(shè)用地在1985—2020 年的擴(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度等信息（表2）。張掖市城區(qū)建設(shè)用地面積從1985 年的803.28 公頃擴(kuò)展到2020 年的4 776.36 公頃，35 年間面積增長(zhǎng)5.95倍，年均增長(zhǎng)113.52 公頃，擴(kuò)展速度和強(qiáng)度都表現(xiàn)出在1985—2015 年持續(xù)增長(zhǎng)、在2015—2020 年開始回落的特征。

表2 1985—2020 年張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展情況

根據(jù)張掖市發(fā)展變化特征及各階段擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)，可將張掖市城區(qū)建設(shè)用地在1985—2020 年的擴(kuò)展劃分為以下幾個(gè)階段：1985—1995 年慢速擴(kuò)展階段、1995—2000 年中速擴(kuò)展階段、2000—2005 年快速擴(kuò)展階段、2005—2020 年高速擴(kuò)展階段。

3.1.1 慢速擴(kuò)展階段（1985—1995 年）。1985—1995年，張掖市城區(qū)建設(shè)用地面積從803.28 公頃擴(kuò)展到997.68 公頃，年均擴(kuò)展19.44 公頃，擴(kuò)展速度緩慢。1985年，張掖縣變更為縣級(jí)張掖市，張掖市開始步入城市化發(fā)展階段，正值起步階段的張掖市，因經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較為薄弱，加之這一階段張掖市發(fā)展的重點(diǎn)為農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)，因此發(fā)展較為緩慢，城市擴(kuò)展表現(xiàn)為在老城區(qū)及火車站周圍小規(guī)模的外延式擴(kuò)展。

3.1.2 中速擴(kuò)展階段（1995—2000 年）。1995—2000年，張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展明顯加快，這一階段張掖市城區(qū)建設(shè)用地規(guī)模擴(kuò)展了174.45 公頃，年均擴(kuò)展34.89 公頃。1994年，張掖工業(yè)園區(qū)創(chuàng)立并在這一時(shí)間段帶動(dòng)張掖市的城市發(fā)展，在火車站與市區(qū)的交通線張火公路兩側(cè)，建設(shè)用地也逐漸開始外延式擴(kuò)展。

3.1.3 快速擴(kuò)展階段（2000—2005 年）。2000—2005年，張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展進(jìn)一步加快，城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展面積389.18 公頃，年均增長(zhǎng)77.84 公頃。國(guó)家提出實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，同時(shí)甘肅省提出“再造河西”戰(zhàn)略，這給張掖市的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇。2002 年撤銷張掖地區(qū)和縣級(jí)張掖市成立地級(jí)張掖市，以此為契機(jī)張掖市城市化進(jìn)程進(jìn)一步加快。這一階段張掖市城區(qū)建設(shè)用地開始呈現(xiàn)出高強(qiáng)度的擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，外延式擴(kuò)展規(guī)模也開始擴(kuò)大。

3.1.4 高速擴(kuò)展階段（2005—2020 年）。2005—2000年，張掖市城市建設(shè)用地規(guī)模大幅度擴(kuò)展，從1561.31公頃持續(xù)擴(kuò)展到4 776.36 公頃，年均擴(kuò)展1 071.68 公頃。2006 年張掖工業(yè)園區(qū)被批復(fù)為省級(jí)開發(fā)區(qū)，工業(yè)園區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)轉(zhuǎn)型，使得張掖市東北部城區(qū)建設(shè)用地規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。2008 年提出了“濕地生態(tài)之城”的發(fā)展目標(biāo)，濱河新區(qū)的建設(shè)使得張掖市城市框架朝著西部拉開，城區(qū)建設(shè)用地在西部大規(guī)模擴(kuò)展。這一階段，張掖市城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展從以外延式擴(kuò)展為主向外延式擴(kuò)展和內(nèi)涵式提升并存轉(zhuǎn)變。

3.2 張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展空間演變分析

城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展不僅有時(shí)間序列上的變化，還有在空間上的演變，在不同的發(fā)展階段，城區(qū)建設(shè)用地在空間上表現(xiàn)出明顯的差異性。為了更好地掌握張掖市城區(qū)建設(shè)用地在空間上的演變特征，本文引入了重心轉(zhuǎn)移模型和方位分析法中的等扇形分析法。

其中，重心轉(zhuǎn)移模型是通過(guò)區(qū)建設(shè)用地面積分別計(jì)算出8 個(gè)時(shí)期城區(qū)建設(shè)用地的中心坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算出不同時(shí)段重心轉(zhuǎn)移的方向以及轉(zhuǎn)移距離，并繪制重心轉(zhuǎn)移圖（圖2）。

圖2 1985—2020 年張掖市城區(qū)重心轉(zhuǎn)移方向和距離

等扇形分析法，以張掖市老城區(qū)的鎮(zhèn)遠(yuǎn)樓為中心，半徑8.3 千米，按照22.5°將張掖市城區(qū)建設(shè)用地分成16 個(gè)等面積扇形，分別為N、NNE、NE、NEE、E、SEE、SE、SSE、S、SSW、SW、SWW、W、NWW、NW、NNW（圖3）。然后提取各時(shí)段在不同方位的城區(qū)建設(shè)用地面積，進(jìn)而計(jì)算各個(gè)方位的擴(kuò)展面積、擴(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度，并且繪制雷達(dá)圖，分析各時(shí)期各個(gè)方位的擴(kuò)展差異，得出城區(qū)建設(shè)用地在不同時(shí)期的主要擴(kuò)展方向。

圖3 各時(shí)段張掖市城區(qū)建設(shè)用地16 方位擴(kuò)展過(guò)程

空間上，1985—2020 年張掖市城區(qū)建設(shè)用地在各個(gè)方位上均有擴(kuò)展（圖4），各個(gè)方位上的擴(kuò)展強(qiáng)度差異性較大，擴(kuò)展指向性明顯，擴(kuò)展最明顯的是W、NE和NEE 三個(gè)方位（圖4h），表現(xiàn)為東北和西方向上大規(guī)模的擴(kuò)展，城區(qū)建設(shè)用地重心先向東北方向轉(zhuǎn)移繼而向西轉(zhuǎn)移。以2010 年為節(jié)點(diǎn)，可將張掖市城區(qū)建設(shè)用地在空間上的擴(kuò)展劃分為兩個(gè)階段：1985—2010年，向東北方向擴(kuò)展階段；2010—2020年，向西擴(kuò)展階段。

圖4 張掖市各方位城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度雷達(dá)圖

1985—2010年，張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展集中在NE 和NEE 兩個(gè)方位上，表現(xiàn)為在東北方向的大規(guī)模擴(kuò)展，城區(qū)重心基本向東北和北方向轉(zhuǎn)移。1983年，張掖縣第一版縣城規(guī)劃出臺(tái)，在此規(guī)劃的指導(dǎo)下以向北、向東發(fā)展為重點(diǎn)，最初的擴(kuò)展重點(diǎn)是東北部火車站附近及城區(qū)東側(cè)312 國(guó)道兩側(cè)，隨著1994 年張掖市工業(yè)園區(qū)的建立加強(qiáng)了東北部的擴(kuò)展，張火公路兩側(cè)城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展逐步形成規(guī)模，2004 年《張掖市城市總體規(guī)劃（2004-2020）》中提出張掖市以向東北、向西發(fā)展為主，隨著“出城入園”“引強(qiáng)入張”等政策的實(shí)施，張掖工業(yè)園完成產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)轉(zhuǎn)型，逐步成熟，且2008 年提出“濕地生態(tài)之城”，張掖市面臨轉(zhuǎn)型發(fā)展，城市發(fā)展重點(diǎn)向西轉(zhuǎn)移。

2010—2020年，張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展主要方位轉(zhuǎn)移到W、NWW、SWW 等方位上，向西成為了城市擴(kuò)展的主要方向，城區(qū)建設(shè)用地重心也向西大幅度轉(zhuǎn)移。生態(tài)建設(shè)是這一階段的發(fā)展重點(diǎn)，以生態(tài)經(jīng)濟(jì)為主的濱河新區(qū)在這一時(shí)期開始了大規(guī)模的建設(shè)，甘州區(qū)政府等一系列職能部門向西轉(zhuǎn)移以及2012 年《張掖市城市總體規(guī)劃（2012-2020 年）》的出臺(tái)，強(qiáng)化了向西發(fā)展的趨勢(shì)；在2012 版城市規(guī)劃的指導(dǎo)下，張掖市城市建設(shè)以積極西進(jìn)、提升東部、向北抑制為發(fā)展目標(biāo)，西部濱河新區(qū)進(jìn)一步快速發(fā)展，張掖市逐步形成了以城市核心區(qū)為中心，連接?xùn)|北部產(chǎn)業(yè)園區(qū)、西部濱河新區(qū)、北部濕地生態(tài)區(qū)以及東南片區(qū)的“五區(qū)”城市功能布局。

3.3 張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展空間形態(tài)演變特征分析

應(yīng)用公式（7）和（8）分別計(jì)算出各個(gè)時(shí)期張掖市城區(qū)建設(shè)用地空間形態(tài)的緊湊度指數(shù)和分形維數(shù)并繪制變化圖（圖5）。

圖5 各時(shí)段張掖市城區(qū)建設(shè)用地緊湊度和分形維數(shù)變化圖

1985—2020 年張掖市城區(qū)建設(shè)用地緊湊度指數(shù)和分形維數(shù)呈相反的變化趨勢(shì)，以2010 年為節(jié)點(diǎn)，在此之前緊湊度和分形維數(shù)基本保持穩(wěn)定，2010 年之后，分形維數(shù)持續(xù)減小而緊湊度指數(shù)迅速增大。表明在2010 年之前，張掖市城區(qū)建設(shè)用地的空間形態(tài)復(fù)雜不規(guī)則且變化不大，2010 年之后，形態(tài)從較為不規(guī)則不穩(wěn)定的“條帶狀”轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為規(guī)則、簡(jiǎn)單的“團(tuán)塊形”。1985—2020 年張掖市城區(qū)建設(shè)用地空間格局變化顯著。1985 年張掖市城區(qū)建設(shè)用地呈現(xiàn)出兩部分分離發(fā)展的格局，中心城區(qū)與東北方向的火車站僅有張火公路作為連接，聯(lián)系并不緊密，到研究末期，整個(gè)城區(qū)建設(shè)用地已連成一片，形成一體化發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

3.4 張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展評(píng)價(jià)

城市作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的載體，城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展與人口和經(jīng)濟(jì)密不可分，因此本文從人口和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)角度對(duì)張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展進(jìn)行評(píng)價(jià)。

人口增長(zhǎng)促進(jìn)城市擴(kuò)展，1985—2020年，張掖市城區(qū)人口從6.9 萬(wàn)人增加到21 萬(wàn)人，人口增長(zhǎng)了約3.1倍，而城區(qū)建設(shè)用地面積擴(kuò)張約6 倍。從增長(zhǎng)速率來(lái)看（圖6），整個(gè)研究期，張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)速度先增后降，而城區(qū)建設(shè)用地面積擴(kuò)展速度基本保持持續(xù)上升，在此基礎(chǔ)上對(duì)張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)和建設(shè)用地面積擴(kuò)展之間做協(xié)調(diào)耦合性分析，結(jié)果表明（表3）：1985—2020 年張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)與建設(shè)用地?cái)U(kuò)展之間耦合協(xié)調(diào)水平較低，基本處于失調(diào)階段，說(shuō)明張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)與建設(shè)用地?cái)U(kuò)展速度不匹配。

表3 1985—2020 年張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建設(shè)用地?cái)U(kuò)展耦合協(xié)調(diào)度及類型

圖6 各時(shí)間段張掖市城區(qū)人口、經(jīng)濟(jì)、建設(shè)用地面積增長(zhǎng)速率

具體來(lái)看（表4），以2005 年為節(jié)點(diǎn)，在此之前張掖市UPEC 均小于1.12，說(shuō)明在此階段張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)領(lǐng)先于建設(shè)用地?cái)U(kuò)展，城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展規(guī)模小，速度慢，人均建設(shè)用地面積由1985 年的117.03 m2/人持續(xù)減少到2005 年的87.09 m2/人，表現(xiàn)為“人多地少”，城區(qū)建設(shè)用地不足，在這一階段，張掖市城市發(fā)展的重心為經(jīng)濟(jì)建設(shè)，城市擴(kuò)展主要集中在城市東北部工業(yè)園區(qū)，因此人均建設(shè)用地逐漸緊張，老城區(qū)開始出現(xiàn)交通擁擠、基礎(chǔ)設(shè)施落后，住房緊張、人居環(huán)境質(zhì)量下降等一系列城市問題；2005 年之后，張掖市UPEC 均遠(yuǎn)大于1.12，張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)開始滯后于建設(shè)用地?cái)U(kuò)展，城區(qū)建設(shè)用地的大規(guī)?？焖贁U(kuò)展，人均建設(shè)用地面積增加到227.60 m2/人，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)最大值150 m2/人，“人少地多”現(xiàn)象明顯，土地城市化冒進(jìn)，這一階段為了緩解老城區(qū)面臨的壓力，西部濱河新區(qū)大面積建設(shè)，城市擴(kuò)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人口的增長(zhǎng)速度，人口增長(zhǎng)的滯后造成了土地的閑置浪費(fèi)等問題。

表4 1985—2020 年張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展和理性評(píng)價(jià)指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)城市擴(kuò)展，1985—2020年，張掖市城區(qū)GDP（第二、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值）從1.36 億元增加到157.58 億元，增長(zhǎng)約116 倍。從增長(zhǎng)速率上看，除2015—2020 年外，張掖市城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)用地面積擴(kuò)展速度之間呈相反趨勢(shì)。1985—2020年，張掖市城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與建設(shè)用地?cái)U(kuò)展之間耦合水平相對(duì)較高，基本處于協(xié)調(diào)階段。

以2015 年為節(jié)點(diǎn)，2015 年之前張掖市城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展-用地?cái)U(kuò)展耦合協(xié)調(diào)度持續(xù)增長(zhǎng)，耦合水平從初級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展到良好協(xié)調(diào)，城區(qū)GDP 彈性系數(shù)持續(xù)減小，說(shuō)明張掖市城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度一直領(lǐng)先于建設(shè)用地?cái)U(kuò)展速度，伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城區(qū)建設(shè)用地效益持續(xù)增加，從初期的0.09 億元/km2增加到2015 年3.17 億元/km2，但是增長(zhǎng)速度持續(xù)下降；2015 年之后，張掖市城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與建設(shè)用地?cái)U(kuò)展耦合度迅速降低，處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)階段，說(shuō)明張掖市城區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與建設(shè)用地?cái)U(kuò)展之間良好的協(xié)調(diào)狀態(tài)已被打破，這一階段，張掖市城區(qū)GDP 從121.2 億元增長(zhǎng)到157.6 億元，其中第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值下降4.4 億元，第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)40.8 億元，高質(zhì)量發(fā)展的背景下，張掖市發(fā)展開始轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)有所降速，但城區(qū)建設(shè)用地依然快速大規(guī)模擴(kuò)展，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市擴(kuò)展之間不平衡。經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市擴(kuò)展之間失衡，就會(huì)致使城市“攤大餅式”盲目擴(kuò)張，不利于土地的集約節(jié)約化利用，造成土地利用價(jià)值降低，土地資源浪費(fèi)等問題。

綜合來(lái)看，張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建設(shè)用地?cái)U(kuò)展三者之間耦合協(xié)調(diào)度較為一般，在2015 年前基本協(xié)調(diào)，2015 年后輕度失調(diào)。究其失調(diào)原因：近五年張掖市人口自然增長(zhǎng)率逐漸降低，且存在人口外流現(xiàn)象；另外經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度放緩，而城區(qū)建設(shè)用地依然以較快的速度大規(guī)模擴(kuò)展，這就導(dǎo)致三者之間失調(diào)，城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展不合理。結(jié)合張掖市城市擴(kuò)展四面受限的現(xiàn)狀，目前張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展明顯過(guò)快，因此在未來(lái)張掖市應(yīng)控制城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展速度，防止“攤大餅式”盲目擴(kuò)展，持續(xù)優(yōu)化城區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)，提升土地利用效益，提高土地利用節(jié)約集約化水平。

4 結(jié)論

本文以張掖市城區(qū)建設(shè)用地為研究對(duì)象，基于1985—2020 年Landsat 遙感影像，借助RS 與GIS 分析等手段，從時(shí)間和空間兩個(gè)維度著手，對(duì)其城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的時(shí)序過(guò)程、空間演變、形態(tài)變換進(jìn)行分析，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)、人口等面板數(shù)據(jù)，對(duì)其城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要結(jié)論如下：

（1）時(shí)間上，張掖市城區(qū)建設(shè)用地規(guī)模擴(kuò)展迅速，將其擴(kuò)展劃分為以下幾個(gè)階段：1985—1995年，張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展處于慢速擴(kuò)展階段；1995—2000年中速擴(kuò)展階段；2000—2005 年快速擴(kuò)展階段；2005年之后高速擴(kuò)展階段。

（2）空間上，張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展方向指向性顯著，以2010 年為節(jié)點(diǎn)，可將張掖市城區(qū)建設(shè)用地在空間上的擴(kuò)展劃分為兩個(gè)階段：1985—2010年，向東北方向擴(kuò)展階段；2010—2020年，向西擴(kuò)展階段。

（3）形態(tài)上，張掖市城區(qū)建設(shè)用地空間形態(tài)變換明顯，1985—2020年，張掖市城區(qū)建設(shè)用地格局從初期的主城區(qū)與火車站分離，到中期的主城區(qū)與東北工業(yè)園區(qū)一體化，再到末期的“東北-中心-新區(qū)”組合發(fā)展，空間形態(tài)也從較為不規(guī)則、不穩(wěn)定的“條帶狀”轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單、穩(wěn)定的“團(tuán)塊形”。

（4）合理性上，張掖市城區(qū)人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及建設(shè)用地?cái)U(kuò)展之間耦合度不高，增長(zhǎng)速度協(xié)調(diào)性較差，目前張掖市城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展顯然過(guò)快，存在土地浪費(fèi)，因此應(yīng)該控制城市擴(kuò)展速度，不搞大開發(fā)，優(yōu)化存量用地。