田菊娥

（長安大學，陜西 西安 710054）

0 引言

城市群和中心城市是承載發(fā)展要素的主要空間載體，各城市間相互融合、相互協(xié)調(diào)，形成強有力的集聚效應［1］，其可以成為引領(lǐng)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要動力。關(guān)中平原城市群地處我國內(nèi)陸中心，為亞歐大陸橋的重要支點，是西部地區(qū)面向東中部地區(qū)的重要門戶。對關(guān)中地區(qū)城市群的空間擴展動態(tài)監(jiān)測進行研究，不僅有助于優(yōu)化城市群的空間格局，而且能夠為關(guān)中地區(qū)城市群的發(fā)展規(guī)劃提供客觀的監(jiān)測信息，這對提高區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的意義。

就城市空間擴展的研究來看，國內(nèi)外主要集中在三個方面，一是研究城市擴展的規(guī)律及形式，熊國平歸納了90年代以來我國城市形態(tài)演變的總體特征［2］；高嘯峰等對比分析了1990—2010年長三角城市群城市擴展時空規(guī)律［3］。二是對城市擴展驅(qū)動力機制的研究，John對加拿大城市擴展現(xiàn)象研究發(fā)現(xiàn)，城市人口增長、地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平等成為城市擴展的動力［4］；車通等探討了揚州市城市化進程中地理空間、社會和經(jīng)濟因子對建設(shè)用地擴張的影響［5］。三是結(jié)合地理信息技術(shù)對城市空間擴展的動態(tài)監(jiān)測研究。賀振等基于遙感影像分析了近21年兩個時間段鄭州市建設(shè)用地空間分布的動態(tài)變化特征［6］；余琪等對廣州市的城市擴張的面積、速度與方向進行分析［7］。綜上，對于城市的空間擴展動態(tài)監(jiān)測研究已有了很多成果，但就城市群的研究相對較少，本研究運用城市群擴張數(shù)量分析和土地利用類型轉(zhuǎn)化分析等方法，對關(guān)中地區(qū)城市群近20年的空間擴展動態(tài)監(jiān)測進行研究，并分析城市擴張的驅(qū)動機制，可為關(guān)中地區(qū)城市群科學合理地實施城市發(fā)展規(guī)劃、保護土地資源等提供客觀數(shù)據(jù)。

1 研究區(qū)概況

關(guān)中平原是華夏文明的重要發(fā)源地、古絲綢之路的起點，關(guān)中地區(qū)城市群是指以西安—咸陽都市圈為中心，以隴海線陜西段向東西延伸，東至潼關(guān)，西抵寶雞市區(qū)，北達銅川市區(qū)的區(qū)域。其主要分布于渭河谷地，自然地理條件優(yōu)越，號稱“八百里秦川”。本研究以西安市、咸陽市、寶雞市、銅川市和渭南市為研究區(qū)域，其介于104°E—112°E，33°N—36°N之間，因受所選遙感影像的限制，鳳縣、太白縣、旬邑縣以及宜君縣不在此次研究范圍內(nèi)。

2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云和中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心，遙感數(shù)據(jù)選取Landsat5 TM和Landsat8 OLI影像數(shù)據(jù)，軌道號為128/36、127/36、126/36、126/35，采集時間為10月至次年2月，空間分辨率為30 m，云量＜1。其他數(shù)據(jù)主要包括關(guān)中地區(qū)城市群行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、相關(guān)的社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料。運用ENVI 5.3對研究區(qū)的影像進行配準、輻射定標、大氣校正、鑲嵌，給予5類訓練樣本，分別為植被、耕地、建設(shè)用地、水域和未利用土地，利用ENVI 5.3進行監(jiān)督分類并計算出分類精度的混淆矩陣。以2020年關(guān)中地區(qū)城市群的遙感影像為例，得到該監(jiān)督分類的Kappa系數(shù)為0.884 2，總體精度為93.086 9%。

3 研究方法

3.1 城市群空間擴展速度與強度分析

城市群擴展速度表示在各時期城市空間擴展面積的增長速度，城市擴展強度是指在各時期城市空間擴展的強弱，兩者表示城市群在各時期空間擴展的規(guī)模和趨勢［8］，其計算公式分別為式（1）、式（2）。

式中：S a、Sb分別為a、b時期城市群的用地面積；T為時間間隔；V為城市群擴張速度；Q為城市群擴展強度。

3.2 城市群土地利用類型轉(zhuǎn)化分析

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣不僅包括一定區(qū)域某時間點的各地類面積數(shù)據(jù)，而且還具有各地類面積轉(zhuǎn)換的信息，它反映了區(qū)域某一時段各地類面積之間的相互轉(zhuǎn)化［6］，計算公式如式（3）。

式中：A代表面積；n代表轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型數(shù)；i、j（i，j=1，2，...，n）分別代表轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型；Aij表示轉(zhuǎn)移前的i地類轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)移后的j地類的面積。矩陣中的每一行、列元素代表轉(zhuǎn)移前的i、j地類向轉(zhuǎn)移后的各地類的流向信息、來源信息。

4 關(guān)中地區(qū)城市群擴展動態(tài)分析

4.1 關(guān)中地區(qū)城市群擴張數(shù)量分析

通過對研究區(qū)進行監(jiān)督分類，計算出關(guān)中地區(qū)城市群的面積，2000年、2010年、2020年的建成區(qū)面積分 別 為1 937.28 km2、5 102.4 km2、7 746.91 km2。2000—2010年、2010年—2020年、2010—2020年建成區(qū)面積分別擴展了3 165.12 km2、2 644.51 km2、5 809.63 km2（見表1）。整體來看，2000—2010年關(guān)中地區(qū)城市群擴展面積相對較大，其面積增長率達到1.633 8%；2010—2020年擴展面積較前10年相對較小，面積增長率為0.518 3%。2020年關(guān)中地區(qū)城市群的建成區(qū)面積約為2000年的4倍，20年間城市群的面積實現(xiàn)了快速增長，其面積增長率為2.998 9%。

表1 2000—2020年關(guān)中地區(qū)城市群擴展變化量

2000—2010年、2010—2020年、2000—2020年關(guān)中地區(qū)城市群的擴展強度分別為0.163 4%、0.051 8%、0.299 9%，可以看出前10年關(guān)中地區(qū)城市群的擴展強度較后10年小，20年間擴展強度在不斷增大。就擴展速率來看，2000—2010年擴展速率相對較快，達到了316.512 km2·a-1，2010—2020年擴展速率相對較小，從前10年的316.512 km2減少到264.451 km2，整體上來看，20年間關(guān)中地區(qū)城市群的擴展速率明顯上升。2000—2010年由于經(jīng)濟發(fā)展迅速，關(guān)中地區(qū)城市群的面積、強度和速率迅速增長，2010—2020年因城市面積在前期已經(jīng)達到較大基數(shù)，其面積、強度和速率又表現(xiàn)出下降趨勢，2000—2020年關(guān)中地區(qū)城市群面積不斷擴展，建成區(qū)之間的聯(lián)系越來越緊密。

4.2 關(guān)中地區(qū)城市群擴張模式分析

2000年關(guān)中地區(qū)城市分布較為零散，還未形成城市群，城市主要分布在渭河沿線，2010年城市數(shù)量明顯增多，建成區(qū)面積明顯擴大，并且有了城市群的雛形。2000—2010年關(guān)中地區(qū)以西安為基準，建成區(qū)向西部、北部和東部三個方向向外擴張，在此期間西安市老城區(qū)不斷進行改造，城市面積相應不斷增大。與2000—2010年建成區(qū)四周呈碎片化式擴展不同，2020年關(guān)中地區(qū)建成區(qū)的面積進一步增大，城市用地規(guī)劃變得較為規(guī)則，總體上呈片狀式向外擴展，逐步在向由西安、咸陽主城區(qū)及西咸新區(qū)為主組成的大西安都市圈趨勢發(fā)展。2013年“一帶一路”倡議相關(guān)政策被提出并實施，2014年國務院批復設(shè)立西咸新區(qū)以推動區(qū)域經(jīng)濟增長，2018年國家發(fā)展改革委提出《關(guān)中平原城市群發(fā)展規(guī)劃》。在國家政策的引領(lǐng)下，2010—2020年，關(guān)中地區(qū)城市化進程不斷加快，城市結(jié)構(gòu)和功能不斷完善，并形成了關(guān)中地區(qū)城市群。從擴張速度來看，關(guān)中平原城市群2000—2020年建成區(qū)擴張呈現(xiàn)平緩—快速—平緩的過程，前10年擴展速度較快，后10年相對較慢。從擴張形式來看，主要是以西安為基準，呈扇形向外擴張，且逐漸連成片狀。

4.3 關(guān)中地區(qū)城市群土地利用類型轉(zhuǎn)化分析

根據(jù)2000年和2010年的土地利用類型面積變化，計算出土地利用類型之間的變化關(guān)系（見表2）。2000—2010關(guān)中地區(qū)城市群植被面積最大，占土地總面積的39.81%，其次是耕地和建筑用地，分別占39.74%和10.56%，水域和未利用土地相對較小，分別占到2.52%和3.21%。2000—2010年土地類型間很多都發(fā)生轉(zhuǎn)化，其中轉(zhuǎn)入最多的是建設(shè)用地，轉(zhuǎn)入面積達到了3 164.89 km2，其次是水域和未利用地，面積分別為601.1 km2和168.77 km2，轉(zhuǎn)入面積較少的是耕地和植被用地，轉(zhuǎn)出面積較多的主要是耕地和植被用地，主要轉(zhuǎn)向的用地類型是建設(shè)用地。

表2 關(guān)中地區(qū)城市群2000—2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣單位：km2

根據(jù)2010年和2020年兩期土地利用類型面積變化，計算得出土地利用類型之間的變化關(guān)系（見表3）。2010—2020關(guān)中地區(qū)城市群植被的面積依舊最大，占土地總面積的44.31%，其次是耕地和建筑用地，分別占34.11%和16.04%，水域和未利用土地較前10年減小。2010—2020年轉(zhuǎn)入最多的依然是建設(shè)用地，轉(zhuǎn)入面積達到了2 644.51 km2，其次是植被，面積為2 178.17 km2，轉(zhuǎn)入面積較少的是耕地、水域和未利用土地，轉(zhuǎn)出面積較多的主要是耕地和植被用地，耕地在20年間大幅減少。

表3 關(guān)中地區(qū)城市群2010—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣單位：km2

5 關(guān)中地區(qū)城市群擴展驅(qū)動力分析

5.1 城市人口快速增長

關(guān)中地區(qū)城市群人口數(shù)量逐年增加，從2010年的2 338.217 4萬人增加到2019年的2 498.38萬人。建成區(qū)人口不斷增長需要更多的生活空間作為保障，客觀上要求城市面積不斷擴大，具體表現(xiàn)為住宅用地、工業(yè)用地、商業(yè)用地的增加，從而加大了城市擴張速度。

5.2 經(jīng)濟的快速發(fā)展

近幾十年經(jīng)濟發(fā)展較快，關(guān)中城市群人均國民生產(chǎn)總值不斷增加，產(chǎn)值結(jié)構(gòu)和就業(yè)結(jié)構(gòu)向第二和第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變。2000—2020年近20年間，關(guān)中地區(qū)城市群的GDP產(chǎn)值從1 282.15億元增長到16 090.29億元，第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、房地產(chǎn)業(yè)等快速發(fā)展，使得城區(qū)面積得到了迅速擴張。

5.3 國家政策的實施

為強化面向西北地區(qū)的綜合服務和對外交往門戶功能，打造西部地區(qū)重要的經(jīng)濟中心，西部大開發(fā)、“一帶一路”倡議、《關(guān)中平原城市群發(fā)展規(guī)劃》等政策相繼被提出并實施，這些政策的實施加快了城市化的進程，加速了關(guān)中平原城市群的建設(shè)和發(fā)展。