李楣楣 胡寶清 凌子燕
近30年南寧市建成區(qū)時空擴張?zhí)卣鞣治?/p>
李楣楣1,2胡寶清2凌子燕1
(1.南寧師范大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院,廣西 武鳴 530100;2.南寧師范大學(xué)北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室,廣西 武鳴 530100)
為了解南寧市建成區(qū)的時空擴張?zhí)卣?,文章?990年、2000年、2010年和2019年Landsat TM/OLI系列遙感影像作為數(shù)據(jù),通過遙感解譯出南寧市建成區(qū)信息,應(yīng)用擴張速率和擴展強度、擴張方向等指標定量分析1990-2019年南寧市建成區(qū)時空轉(zhuǎn)移特征。結(jié)果表明:(1)南寧市區(qū)擴張明顯,擴展速度呈增強趨勢;(2)南寧市建成區(qū)形態(tài)主要是向外擴張和內(nèi)部填充,空間緊湊度不斷下降,空間形態(tài)趨于穩(wěn)定;(3)南寧市建成區(qū)的重心由西北向東南遷移,東南方向是南寧市建成區(qū)主導(dǎo)擴張方向。
城市建成區(qū);時空特征;遙感影像;南寧市
2020年4月國家發(fā)改委印發(fā)《2020年新型城鎮(zhèn)化建設(shè)和城鄉(xiāng)融合發(fā)展重點任務(wù)》,總體要求有“提高質(zhì)量為導(dǎo)向的新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略”“推進新型城鎮(zhèn)化建設(shè)”等。這意味著國家戰(zhàn)略對城市的發(fā)展規(guī)劃提出了更高的要求。準確認識城市建成區(qū)的空間擴張形態(tài)、方向和規(guī)律,能為以后城市規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考[1]。
城市建成區(qū)在研究中被廣泛使用,但是對于城市建成區(qū)邊界的界定沒有一個明確的定義,不少學(xué)者對建成區(qū)的理解存在差異。綜合《現(xiàn)代地理學(xué)詞典》《人文地理學(xué)詞典》《環(huán)境科學(xué)大辭典》對建成區(qū)的定義,均強調(diào)建成區(qū)的空間是連續(xù)的、分布是連片的,且存在比較完善的公用和公共設(shè)施。遙感技術(shù)結(jié)合GIS是提取城市建成區(qū)的主要技術(shù)手段[2]。因此根據(jù)遙感影像提取城市建成區(qū)信息時,行政區(qū)劃內(nèi)集中連片區(qū)域、實際已建或正在建設(shè)中包含公用及基礎(chǔ)設(shè)施的非農(nóng)業(yè)活動用地均屬于城市建成區(qū)[3]。
城市建成區(qū)的擴張問題受到國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注,國內(nèi)外學(xué)者對建成區(qū)的研究主要集中在三個方面:(1)城市建設(shè)用地擴展的形態(tài)特征;(2)城市建設(shè)用地擴展的驅(qū)動力和影響因素[4-6];(3)預(yù)測城市建成區(qū)的用地擴張趨勢[7,8];國內(nèi)學(xué)者主要研究大尺度的國家中部、東部、中西部城市建成區(qū)擴展特征;中等尺度,長江三角洲、珠江三角洲、京津唐等具有代表性的地區(qū);小尺度,北京、上海、廣州等大城市的研究[9-11]。對中小城市的建設(shè)用地擴展研究比較少[12]。
南寧市是廣西的首府,是廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)重要組成部分。認識南寧市建成區(qū)時空演變格局,能為南寧市的土地利用和管理提供借鑒,對今后南寧市進行合理的土地利用規(guī)劃具有一定價值。
南寧市(22°12′N-24°′N, 107°18′E-109°38′E)位于廣西壯族自治區(qū)南部,總面積為22112 km2,2020年總?cè)丝?74.15萬,下轄12個區(qū)[13]。研究區(qū)為南寧市的建成區(qū),包括西鄉(xiāng)塘區(qū)、興寧區(qū)、青秀區(qū)、江南區(qū)、邕寧區(qū)、良慶區(qū)等六區(qū),總面積為6559 km2[14],第七次人口普查建成區(qū)人口達529.33萬人[15]。研究區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),水熱條件良好,以丘陵和平原地貌為主,如圖1所示。
圖1 研究區(qū)位置
從美國地質(zhì)調(diào)查局(http://earthexplorer.usgs.gov/)下載空間分辨率為30 m,云量小于10%,選取1990年、2000年、2010年、2019年共4個時間節(jié)點的Landsat系列遙感影像作為數(shù)據(jù)來源。
城市建成區(qū)的時空擴張?zhí)卣魇侵冈谝欢〞r間間隔內(nèi),城市建成區(qū)在擴展速度和擴展強度、面積、方向等方面的信息發(fā)生變化。利用4個時間節(jié)點的遙感影像提取出建設(shè)用地的信息,從城市建成區(qū)的擴張速度和城市建成區(qū)空間形態(tài)變化來分析1990-2019年南寧市建成區(qū)的時空擴展特征。
2.2.1城市建成區(qū)擴張速率和擴張強度指數(shù)
擴張速度從速度層面衡量不同時期城市建城區(qū)擴張的快慢,擴張強度指數(shù)用來定量比較城市建成區(qū)的擴展強度,用來衡量不同時期城市建成區(qū)擴張強度程度。計算公式如下。
其中,1、2分別表示表示擴張速率和擴張強度,i、ij分別表示城市建成區(qū)研究期段內(nèi)初始面積和末期面積、N表示研究時間間隔,單位是年。擴張強度指數(shù)一般分為五個等級[16]:0<2<3,緩速擴張;3<2<6,低速擴張;6<2<9,中速擴張;6<2<12,快速擴張;12<2,高速擴張。
2.3.1緊湊度指數(shù)
緊湊度能反映地物形狀的參數(shù),體現(xiàn)一個區(qū)域建成區(qū)的開發(fā)強度與土地利用效率,緊湊度指標則主要用于分析城市建成區(qū)空間擴張形態(tài)的變化特征。緊湊度的值在0~1之間,其值越大,表示城市建成區(qū)形狀越緊湊,空間形態(tài)越飽滿,與之相反則城市建成區(qū)形狀的緊湊性則越差,空間形態(tài)趨于離散。計算公式如下。
其中,Q表示緊湊度;M表示城市建成區(qū)面積;C表示建成區(qū)的周長。
2.3.2重心轉(zhuǎn)移
重心轉(zhuǎn)移是因城市建成區(qū)在發(fā)展過程中是不平衡的,研究城市在發(fā)展過程中的重心變化,能為城市的動態(tài)規(guī)劃找到相關(guān)的理論依據(jù)。計算公式如下。
式中,、為時相城市建成區(qū)重心的經(jīng)、緯度坐標;M為第塊矢量圖斑的面積;X、Y為第塊圖斑的幾何中心坐標。
2.3.3象限分析法
把南寧市建成區(qū),按照北、東北、東、東南、南、西南、西和西北八個方向,將建成區(qū)的空間分割成八個象限,對提取南寧市建成區(qū)4個時間節(jié)點的建設(shè)用信息進行疊加分析,依次統(tǒng)計南寧市建成區(qū)分布在不同方向上的建成區(qū)面積,確定建成區(qū)在各個方向上建設(shè)用地的擴展形態(tài)。
南寧市建成區(qū)擴張呈現(xiàn)出差異性。1990-2000年,建成區(qū)面積增加29.94 km2,擴張速度為2.88 km2/a,擴張強度為6,城市建成區(qū)處于上升階段;2000-2010年,這時期的城市化進程速度加快,隨著房地產(chǎn)開發(fā)和城市功能配套的逐漸完善,建成區(qū)的面積增加了90.82 km2,擴張速度為9.10 km2/a,擴張速率加快,南寧市建成區(qū)進入快速擴張階段;2010-2019年,隨著五象新區(qū)和南寧地鐵基礎(chǔ)設(shè)施地不斷建設(shè),南寧市建成區(qū)面積增加到198.10 km2,擴張速度達22.12 km2/a,城市建成區(qū)擴張強烈,仍然處在快速發(fā)展的階段。
南寧市建成區(qū)擴張速度和擴張強度呈現(xiàn)出相似性(如表1所示)。1990-2000年處于發(fā)展開始階段,建成區(qū)擴張面積擴張小,擴張速率慢,擴張強度中等;2000-2010年,南寧市建成區(qū)處于上升階段,建成區(qū)面積增加快,擴張速度加快,擴張強度增強;2010-2019年,南寧市建成區(qū)仍然處在快速上升階段,該時期面積增長最大,擴張速度最快,擴張強度達最大。
表1 近30年南寧市建成區(qū)擴張情況
近三十年南寧市建成區(qū)的緊湊度呈現(xiàn)出不斷下降態(tài)勢,南寧市建成區(qū)大而分散的空間形態(tài)逐漸形成。如表2所示,1990年南寧市城鎮(zhèn)化水平低,人口主要集中在建成區(qū)中心,功能布局傾向于行政領(lǐng)域,建成區(qū)很少向周邊擴張延伸,此時緊湊度達最大值0.21;1990-2000年,建成區(qū)在原來的基礎(chǔ)上開始向周圍擴張,擴張幅度不大,在這階段南寧市建成區(qū)的緊湊度變小,建成區(qū)的空間格局小而緊湊,緊湊度值為0.16;2000-2010年,南寧市的房地產(chǎn)進入快速開發(fā)階段,西鄉(xiāng)塘區(qū)的商品房較為集中,建成區(qū)向西偏北擴張幅度強烈,2010年建成區(qū)的緊湊下降到0.09,南寧市空間分散,擴張形態(tài)復(fù)雜;2010-2019年,南寧市火車東站修建推動南寧市建成區(qū)向東擴張,南寧市建設(shè)規(guī)劃的引導(dǎo)南寧市建成區(qū)整體向東南擴張,建成區(qū)面積進一步擴大,2019年緊湊度為0.09,南寧市的空間結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出內(nèi)部緊湊、外部分散的形態(tài),如圖2所示。
表2 緊湊度年際變化
圖2 南寧市建成區(qū)年際變化
1990-2019年南寧市建成區(qū)重心總體呈現(xiàn)出東偏南轉(zhuǎn)移的趨勢,遷移距離為2873.32 m。1990-2000年,西鄉(xiāng)塘區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善,城市化進程加快,城市重心向東偏南遷移,遷移距離為1142.85 m;2000-2010年,隨著房地產(chǎn)開發(fā)推進,南寧市城市建成區(qū)由橫向擴張變成縱向發(fā)展,城市重心向北偏西遷移距較短,遷移距離為319.48 m;2010-2019年,隨著交通設(shè)施不斷完善及級五象新區(qū)的建設(shè),南寧市通過政策規(guī)劃的引導(dǎo),城市重心主要向東偏南遷移,遷移距離為2196.25 m。南寧市城市重心最終位于建成區(qū)的東南方向,如圖3所示。
圖3 南寧市建成區(qū)重心遷移
1990-2000年,南寧市建成區(qū)面積以單一方向擴張為主,在東、南方向上擴張,最大擴張面積分別為7.28 km2、5.52 km2,其他方向擴張比較緩慢;2000-2010年,南寧市建成區(qū)發(fā)展速度較快,建成區(qū)在八個方向上均有較大擴張,南寧市建成區(qū)的擴張格局由開始的單一方向擴張變?yōu)槎鄠€方向同時擴張的轉(zhuǎn)變;2010-2019年,南寧市建成區(qū)面積擴張劇烈,與上一階段相比,南寧市建成區(qū)在東南方向上擴張了7倍、東方向和西方向擴張了2倍。該時期南寧市建成區(qū)的空間形態(tài)以內(nèi)部填充和向外延伸為主,擴張強度與上一階段相同,說明南寧市建成區(qū)地空間形態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定,如圖4所示。
南寧市是廣西的首府,是北部灣城市群核心城市,更是東盟博覽會的永久舉辦地。南寧市建成區(qū)的擴張受到人文因素、經(jīng)濟因素的影響,自然因素的制約作用也不可忽略。本文結(jié)合已有研究,將南寧市建成區(qū)驅(qū)動因子歸納為以下四類。
南寧市平均海拔高程約為135 m,地形主要是以河谷為中心的盆地,邕江把南寧市建成區(qū)劃分為江南區(qū)和江北區(qū),因此南寧市建成區(qū)的擴張受到河流的抑制作用。建成區(qū)主要沿著河流擴張,早期南寧建成區(qū)以“攤大餅”的方式向外擴張,建成區(qū)縱向發(fā)展到一定程度,地形因素開始限制建成區(qū)的發(fā)展,導(dǎo)致2010-2019年南寧市建成區(qū)沿邕江兩岸擴張,可以預(yù)見未來南寧市建成區(qū)的東方向仍然是城市建成擴張的主導(dǎo)方向。
人口和經(jīng)濟是城市建成區(qū)擴張的重要驅(qū)動因子。第六次人口普查南寧市建成區(qū)的人口總數(shù)為343.43萬,第七次人口普查南寧市建成區(qū)人口總數(shù)為529.33萬,十年間總?cè)丝谠鲩L了1.54倍。各類城市基礎(chǔ)建設(shè)需求不斷增長,推動城市建成區(qū)不斷向外擴張,促進城市的發(fā)展。人口增加,各類經(jīng)濟活動增強,用地需求發(fā)生改變,空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
交通網(wǎng)結(jié)構(gòu)布局影響著城市建成區(qū)時空演變格局。南寧市建成區(qū)主要集中交通網(wǎng)密集的區(qū)域,建成區(qū)擴張方向與交通走向一致,交通網(wǎng)結(jié)構(gòu)的完善是建成區(qū)向周圍擴張延伸的基礎(chǔ)。
城市的發(fā)展受政府政策強制性的導(dǎo)向作用,《南寧市城市土地利用規(guī)劃(2006-2020)》中提出南寧市的發(fā)展方向是“整體向東,重點向南”,2010-2019年南寧市建成區(qū)重心向東南方向遷移,建成區(qū)突出“一軸兩帶多中心”發(fā)展模式,逐步形成沿邕江兩岸串珠式展開、沿其支流縱深發(fā)展的城市布局形態(tài)。1990-2019年,建成區(qū)的重心由東偏南、由西偏北、由東偏南遷移,遷移方向與土地利用規(guī)劃一致,如圖3所示。
本文采用Landsat系列遙感數(shù)據(jù)提取南寧市建成區(qū)信息,采用GIS空間分析方法和測度指標研究南寧市建成區(qū)的時空變化特征和空間擴張格局,研究表明:
(1)自1990年以來,近30年來南寧市建成區(qū)擴張趨勢明顯加快,南寧市建成區(qū)從1990年49.88 km2擴張到2019年368.74 km2,面積增加了318.86 km2,擴張面積為原來的7倍。
(2)南寧市建成區(qū)擴張存在明顯的差異。1990-2000年,南寧市建成區(qū)東方向和南方向擴張顯著;2000-2010年,南寧市建成區(qū)在各個方向均存在不同程度的擴張,城市擴張以內(nèi)部填充為主;2010-2019年,南寧市建成區(qū)發(fā)展速度快,城市建成區(qū)向東、東南方向擴張最突出。
(3)近30年南寧市建成區(qū)的緊湊度不斷下降、擴張強度不斷減小,說明南寧市建成區(qū)的空間形態(tài)呈現(xiàn)大而分散態(tài)勢,空間形態(tài)復(fù)雜,城市空間格局趨于穩(wěn)定。
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Analysis of Spatial and Temporal Expansion Characteristics of Built-Up Area in Nanning City in Recent 30 Years
In order to understand the spatial and temporal expansion characteristics of built-up area in Nanning city, this paper takes Landsat TM/OLI series remote sensing images in 1990, 2000, 2010 and 2019 as data, interprets the information of built-up area in Nanning city through remote sensing, and quantitatively analyzes the spatial and temporal transfer characteristics of built-up area in Nanning city from 1990 to 2019 by using indicators such as expansion rate, expansion intensity and expansion direction. The results show that: (1) the urban expansion of Nanning is obvious, and the expansion speed shows an increasing trend; (2) the form of built-up area in Nanning city is mainly outward expansion and internal filling, the spatial compactness continues to decline, and the spatial form tends to be stable; (3) the center of gravity of the built-up area of Nanning city moves from northwest to southeast, and southeast is the dominant expansion direction of the built-up area of Nanning city.
urban built-up area; temporal and spatial characteristics; remote sening images; Nanning city
TU984
A
1008-1151(2022)02-0022-04
2021-12-05
北部灣海陸交互關(guān)鍵帶演變機制與陸海統(tǒng)籌發(fā)展研究(2016JJF15001)。
李楣楣(1998-),女,廣西北流人,南寧師范大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院在讀碩士研究生,研究方向為地理信息技術(shù)。
胡寶清(1966-),男,江西臨川人,南寧師范大學(xué)北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室教授,博士,研究方向為脆弱環(huán)境演變與整治。