徐州城市空間擴展特征分析

薛麗芳，孟瑤瑤，江 燕，于紅學

（1.中國礦業大學 資源與地球科學學院, 江蘇 徐州 221116）

在全球城市化進程中，城市空間急劇擴張給城市發展帶來諸多問題，使得脆弱的城市生態環境承受巨大的壓力，對可持續發展構成了嚴峻的挑戰。對城市建設用地擴展進行及時的監測及模擬，并制定具有前瞻性、科學而連貫的城市擴展調控政策一直是國內外城市發展研究的熱點[1-4]。國內的相關研究開始于1990年代，側重于城鎮用地擴展的時空過程、模式及其特征、影響因素與驅動機制、導致的資源環境問題、未來發展預測以及增長控制、保障研究等方面。實證研究一方面是全國尺度[5]以及京津冀、長三角、珠三角[6-9]等主要宏觀經濟區域尺度的城市建設用地增長；另一方面是對經濟較發達城市和大城市的研究較多[10-13]。相對而言，欠發達區域和低等級城市的研究較少。

徐州地處東部經濟發達地帶的相對低谷區，但作為全國重要的水陸交通樞紐和淮海經濟區的核心城市，1980年以來經濟和城市建設發展迅速。同時，徐州有百余年的煤炭開采史，隨著資源的枯竭，由典型的礦業城市向多樣化與綜合化職能城市轉型。區域中心性城市建設和礦業城市發展轉型的背景對徐州空間擴張以及土地利用結構產生雙重而深刻的影響。本文探討1983年以來徐州空間發展以及城鎮建設用地擴展的時空變動趨勢和差異，可補充城市發展的實證研究，也為制定徐州城市化與可持續發展相關政策提供科學依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

徐州位于江蘇省西北部，蘇、魯、豫、皖4省交界處。徐州市區面積3 059 km2，轄鼓樓、云龍、泉山、銅山、賈汪5個區。1990年以來，江蘇省加大對蘇北老工業基地的投資建設力度，徐州的基礎設施和投資環境得以大幅改善，促進了經濟擴張和城市化快速發展。2013年，徐州市區總人口321萬人，非農人口250萬人，GDP 2 403億元，建城區面積253 km2。1983～2013 年，徐州市區GDP增加了2 395億元，非農人口增加189萬人，建成區擴展了212 km2。

1.2 數據源及處理

以1983、1993、2003、2013年4期Landsat TM/ETM+影像提取徐州土地利用變化以及建設用地的擴張信息。采用ENVI軟件對影像進行處理、解譯和精度評價，最終得到4期的土地利用分類數據以及建設用地擴展信息（圖1）。利用ArcGIS軟件對城鎮建設用地進行信息提取和空間統計分析。

圖1 1983～2013年徐州土地利用類型及城鎮建設用地擴展

徐州市土地利用結構以耕地、建設用地和林地為主，3種用地類型占比4期均在90%以上。1983～2013 年間占比變化增加的主要土地類型為建設用地、水域。建設用地從311.06 km2增加到755.51 km2，增加了1.4倍，水體增加了68 km2。建設用地的增加無疑源于城鎮化進程，結合土地利用變化的轉移矩陣，其用地來源主要為耕地（438 km2）、林地（59 km2）和草地（19 km2）。水體的增加主要源于東北賈汪和西北銅山的煤礦區內采空區和塌陷地的增加。減少的土地利用類型為耕地、林地和草地，分別減少了286 km2、174 km2、71 km2。

1.3 研究方法

1.3.1 空間形態指數

1）分形維數。分形可反映城市形態的復雜程度及土地利用受干擾的程度：

式中，St為第t年研究區域的分形維數；At、Pt分別為第t年城鎮建設用地的面積和周長。S值的理論范圍是1～2之間，S值越大表示圖形形狀越復雜。當S<1.5時，圖形趨于簡單；越接近1.5越不穩定；當S>1.5時，圖形更加復雜。

2）緊湊度。緊湊度是衡量城市空間形態變化的重要指標：

式中，Ct為第t年研究區緊湊度；At為第t年研究區城鎮建設用地面積；Pt為第t年研究區內城鎮建設用地的周長。C值在0～1之間，其值越大緊湊性越好。城市形態分形維數的倒數與緊湊度之間服從指數關系[14]。

1.3.2 空間擴展指數

1）擴展強度指數。城市擴展強度用以比較不同時期城市土地利用擴展的強度和空間差異：

式中，Et為研究區域的城市擴展強度指數；Ft為研究區域的城市擴展速度指數；ΔA為研究時段內非城鎮建設用地轉化為城鎮建設用地的面積；A為研究區總面積；Ai為研究時段初期研究區內城鎮建設用地的面積；T為研究時段的時間跨度。根據年均擴展強度指數，劃分為緩慢（<0.28）、低速（0.28～0.56）、中速（0.56～1.05）、快速（1.05～1.95）、高速擴展（>1.95）[10]。

2）城市建設密度，指某區域范圍內建設用地面積占總土地面積的比例：

式中，Iti為t時間i區域城鎮建設用地的建設密度；Abti為t時間i區域城鎮建設用地的面積；At為t時間i區域的總面積。

陳少平：2019年，廣東墾區上下將全面貫徹黨的十九大和十九屆二中、三中全會精神，以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，深入貫徹習近平總書記對農墾和廣東重要講話精神，高舉新時代改革開放旗幟，抓住粵港澳大灣區建設這一大機遇、大文章，立足農墾定位，發揮墾區優勢，持續推進“走出去”發展，讓廣東農墾的發展搭上新一輪改革發展的快車，為實施鄉村振興戰略、質量興農戰略、健康中國戰略做出廣墾貢獻。

1.3.3 空間擴展分析方法

1）象限方位分析。以1983年建設用地的中心為原點、東西方向為橫軸、南北方向為縱軸，將研究區劃分為8個象限，與各時期城鎮建設用地分布圖疊加，以定量分析城鎮建設用地的時空方位變化。

2）緩沖區分析。以1983年建設用地的中心為基準點向外作4 km等間距多環緩沖區，將各緩沖區與建設用地圖疊加，以分析城鎮建設用地隨中心城市距離的變化。

2 結果與分析

2.1 城市空間擴展及形態變化特征

根據影像特征和空間形態指數的計算結果（表1），將研究期內城鎮空間擴展及其形態特征分為3個階段。

“星形結構”及其內部充填時期（1983～1993年）。城鎮用地沿城北、城西、城南呈星狀內部填充擴展，分維數下降而緊湊度上升。建設用地增加了144 km2，年平均增加14.4 km2，擴展強度（0.47）為低速擴展。

“蔓延擴展”期（1994～2003年）。徐州城東北、城西北和城南不同級別的經濟技術開發區建成，表現為外部擴張發展。分維數上升而緊湊度下降，空間形態變得復雜。建設用地擴展了214.9 km2，年均增加21.49 km2，擴展強度（0.70）為中速。

表1 1983～2013年各時間段城鎮建設用地擴展強度和速度

“雙核+組團”城市起步期（2004～2013年）。隨著新城區和高鐵商務區的建設，“雙核（老中心區和新城區）五組團（金山橋、壩山、九里、銅山、高鐵新區）”的城市空間結構初步形成。建設用地在區域范圍內進一步擴張，分形維數上升而緊湊度下降。建設用地增加85.6 km2，年均增加8.56 km2，擴展強度（0.28）為低速。

2.2 各象限城鎮建設用地變化的時空特征

表2 1983～2013年各時期各象限城鎮建設密度變化/%

1983～1993年，新增加的工業用地集中在Ⅴ、Ⅵ象限的段莊、余窯、礦山路、八里屯等地。城北的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限是傳統的工業、對外交通、倉儲以及軍事用地的集聚區，建設用地的發展方向延續了這一趨勢。

1993～2003年，傳統的建材、煤電、冶金等工業集中于Ⅳ象限的九里山經濟技術開發區；裝備制造、新能源、新材料以及現代服務業聚于Ⅱ象限的金山橋高新技術產業開發園；城南銅山經濟開發區和城東南徐州新區位于Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ象限，其建設密度的增加值超過8%。

2003～2013年，高鐵商務經濟區的形成、新城區成為新的行政、商務中心區以及2010年銅山縣撤縣建區，共同推動了Ⅴ、Ⅵ象限建設用地的快速擴展。

2.3 各緩沖區城鎮建設用地變化的時空特征

圖2、3顯示了徐州城鎮建設用地密度和擴展強度在各緩沖帶的空間分異。

1983～2013年，建設用地的密度隨著時間推移在各緩沖區內都表現為增加趨勢。其空間分異特點為：①距中心點0～8 km內為中心城市建設的核心區，建設密度不斷加強；②8 km之外，建設密度隨著與中心城區距離的增加呈逐漸降低的梯度變化；③中心城區的吸引力和輻射范圍到24 km處達到最低點，24 km以外，小城鎮成為建設用地擴展的主要核心區。

圖2 各時期建設用地密度隨距中心城區距離的變化

圖3 各時間段各緩沖區城鎮建設用地擴展的空間分異

建設用地的擴展強度亦呈現從中心向外圍的“圈層式”擴展趨勢，擴展活躍地域從4 km以內向4～8 km再向8～20 km緩沖帶處推移，城市空間格局從內圈聚集向外圈擴散發展。1983～1993年間，4 km以內建設用地為中速擴展，4～8 km處建設用地快速擴展，城市處于集聚發展階段。1993～2003年間8 km以內為快速擴展區，以外由于各類工業區的建設普遍為中速擴展。2003～2013年間， 4～8 km、12～20 km由于新區和高鐵經濟區的建設為中速擴展。

3 徐州城市擴展的影響因素分析

1）自然條件的約束。徐州市區以平原為主，北面的九里山和京杭大運河成為城市拓展的自然屏障；西部、西北部和東北部有較大面積的煤炭塌陷地，短期內不宜進行大規模的城市建設；南部是云龍湖、云龍山風景區，作為城市休閑場所和生態屏障，需限制發展；而城東部和東南部，地質條件較好，地勢平坦適合作為城市的主要發展方向。

2）經濟發展和人口增長的促動。選取1983～2013 年徐州城市社會經濟指標與城市建設用地面積進行相關性分析，得出GDP、城市人口、第二產業增加值、社會固定資產投資、第三產業增加值與城市用地面積具有較強的相關性。30 a間，以工業和房地產為主的用地擴展導向是城市擴展的主要驅動力。

3）交通的牽引。交通作為城市發展的基礎動脈，成為城市用地規模擴展的主要引導因素之一。1993年前，市內主要道路的鋪設奠定了市區發展的主體框架。1993年以后，外環路、國道、高速公路以及高鐵等對外交通網絡的建設，推動了徐州城市空間多方向和圈層式擴展的動力。

4）規劃與政策的引導。徐州城市1984、2003年城市總體規劃、1994年修編規劃以及徐州都市圈規劃等都對城市空間擴展起到了較好的引導作用。此外，城市土地政策、住房制度、戶籍制度的改革也推動了城市空間擴展。

4 結 語

1）1983～2013年，徐州城鎮建設用地311.06 km2增加到755.51 km2，增加了1.4倍。

2）城鎮建設用地在空間象限和距離緩沖區內呈現明顯的空間分異特征。建設用地的密度和擴展強度均呈現從中心向外圍的“圈層式”擴展趨勢。

3）徐州城市用地擴展的速度遠遠超過人口增長的速度，城市擴展占用大量近郊優質土地，部分近郊農民存在“被城市化”現象，城市擴張與耕地保護、農民利益保障、環境保護之間的諸多利益的協調，從可持續發展的角度，構建科學而合理的緊湊型城市空間發展模式，是擺在城市決策和研究者面前亟待解決的重大課題。

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