東北地區城市用地擴張特征及驅動因子分析

李 會，王 利，任啟龍，趙 彪

（1.遼寧師范大學 城市與環境學院， 遼寧 大連 116029）

東北地區城市用地擴張特征及驅動因子分析

李 會1，王 利1，任啟龍1，趙 彪1

（1.遼寧師范大學 城市與環境學院， 遼寧 大連 116029）

以東北地區37個地級市為研究樣本，采用市轄區建成區面積表征城市用地規模，結合位序-規模法則和分形理論分析近20 a來東北地區城市用地規模擴張的整體趨勢，通過計算城市用地擴張幅度指數（UEI）來分析不同規模和不同城市之間的城市用地擴張差異程度。結果表明，城市用地規模總體均衡度下降，差距在不斷擴大，城市體系簡單；城市用地擴張速度呈現“特大城市〉中等城市〉小城市〉大城市”的特點，城市間用地擴張差異較大，且城市建成區的外延擴張、粗放利用狀況較嚴重。地形條件、資源分布、經濟發展、交通建設和政府政策是影響東北地區城市用地擴張的主要驅動因子。

城市用地擴張；位序-規模法則；分形理論；東北地區

城市建設用地的空間擴展是城市化進程的一個重要測度指標[1]。對于城市建設用地擴展的時空特征研究可加深對城市化本質的理解，并為區域可持續發展提供有效的空間決策依據[2]。探求城市擴張規律與城市用地之間的關系越來越引起各界學者的關注。

國內外學者對于城市用地擴張的時空特征及其影響因素的研究比較成熟，同時形成許多優秀成果。國外研究多側重于單個城市內部擴張機理的探討[3-5]。國內學者對于城市用地擴張的研究涉及多個尺度[1,6-29]，基于地市級及省級層面的研究較多，而對于特定地域單元的實證研究較少，尤其對于東北地區這類典型地理單元的研究更是匱乏。研究方法上比較成熟的有位序-規模法則、分形理論以及城市用地擴張指數。基于此，本研究綜合應用位序-規模法則、分形理論以及城市用地擴張指數，以東北地區地級市為研究樣本，分析東北地區城市用地的擴張特征，并探討城市用地擴張的驅動因素，以期能為東北地區的優化發展提供參考。

1 研究區域與方法

1.1 研究區與數據源

東北區位于我國東北部，狹義上包括我國東三省（黑龍江省、吉林省和遼寧省），廣義上包括東三省和內蒙古東五盟市（呼倫貝爾盟、通遼市、赤峰市、興安盟和錫林郭勒盟），全區土地面積125．18萬km2，約占全國土地總面積的13%，總人口1．2億人，占全國總人口的8．8%（2012年）。研究區域建成區面積共4 381 km2，占全國的12．29%[1]。

東北地區作為新中國的老工業基地，在20世紀80年代出現經濟衰退現象。2003年國家提出振興東北老工業基地，經濟呈現一定程度的復蘇和發展。城市建設用地規模隨經濟發展呈現相應擴展和變化。近20 a來，東北地區經歷衰退和振興，分析近20 a來東北地區城市用地擴張特征，并探討城市用地擴張的驅動因素，為區域可持續發展提供有效的空間決策依據。由于內蒙古的興安盟、錫林郭勒盟、大興安嶺地區以及延邊朝鮮自治州數據難以獲得，因此文中所指東北地區不包括這4個行政單元。選取東北地區37個地級市為研究對象，并用市轄區的建成區面積表征城市用地面積。數據主要來源于《中國城市統計年鑒》（1993、1998、2003、2008和2013年），包括遼寧省全部14個地級市、吉林省除去延邊朝鮮自治州外的8個地級市、黑龍江省除去大興安嶺地區外的12個地級市以及內蒙古的赤峰、通遼和呼倫貝爾，共37個研究單元。此外黑龍江所轄的綏化于2000年正式升級為地級市，內蒙古通遼于1999年撤盟建市、呼倫貝爾于2001年撤盟建市，因此缺失2000年之前的數據，這3個城市的城市用地擴張就為12 a的變化。

1.2 研究方法

位序-規模法則。最早由奧爾巴克（F．Aueibach）于1913年提出，后經羅特卡（A．J．Lotka）和辛格（H．W．Singer）進一步完善發展，以人口數量來表征城市規模和城市規模位序，并從二者的關系探討城市體系規模分布的特征。談明洪、呂昌河對中國城市規模的分布研究結果證明，用城市建成區面積表征的城市規模同樣符合位序-規模法則[6]：

式中，Sr是按建成區面積排序后第R位城市的用地規模；S1是最大城市的城市用地面積的理論值；R是Sr城市的位序號；q是常數，q越大，表明城市用地規模分布越集中，相反，則城市用地規模趨于分散。

分形理論。分形是指部分與整體相似的幾何形態，或者是在一個比較大的尺度內，無特征尺度卻有自相似性和自放射性的一種現象[30]。對于城市結構和城市體系的特征分析，多將位序-規模法則和分形理論結合，通過計算城市用地規模的分維值來表征[6]。在分析城市規模時最常用的分維模型是盒子維數：

式中， N（r）為城市用地規模大于r的城市個數；r代表城市用地規模，那么分維值D表征的就是城市規模分布的特征。式（2）兩邊取對數，有：

式中，A為常數，表征的是城市結構容量，A越大表征城市體系內部結構越復雜；A越小城市體系內部結構越簡單[31]。D值反映了城鎮體系的等級規模結構，D值越大，城市規模分布越集中，分布比較均衡，此時城鎮體系發育步入成熟時期；D值越小，城市規模分布越分散，結構松散，城市間規模差距較大。

城市用地擴張幅度指數。城市用地擴張變化指數能夠有效地反映城市用地面積在一定時段內的變化幅度與變化速度，關注城市用地的面積變化結果。模型如下：

式中，UEI指研究時段內城市用地面積從基期到末期的變化指數；US,T和US,1分別表示基期和末期的市轄區建成區面積。UEI越大，表明城市用地擴張幅度越大。城市用地擴張指數與時間段的比值表示城市用地面積在某一研究時期內的動態變化度，即年變化率。

2 城市用地擴張特征分析

2.1 城市用地擴張的整體趨勢

分析東北地區的城市總體用地規模可以看到，1992～2012年，東北地區城市用地規模一直處于擴張的態勢，且近年擴張速度有增大的趨勢。1992～2002年城市建成區面積增長了561 km2，年均增長率為2．3%；2002～2012年城市建成區面積增長了1 433 km2，年平均增長率為4．5%，城市用地擴張速度有明顯加快。到2012年，研究區域的城市建成區面積達到4 381 km2，見圖1。

圖1 1992～2012年東北地區城市用地規模變化

用位序-規模法則和分形理論的公式（1）和公式（3）對所收集的37個地級市的建成區面積進行回歸分析，結果如表1所示。

表1 1992～2012年東北地區城市用地位序-規模分析表

由上表可以看出，q值一直在增大，從1992年的0．711增加到2012年的0．863；分維值D從1992年的1．505減小到2012年的1．032，表明東北地區37個城市之間用地規模的差距在擴大，城市總體的均衡度在下降。但是結構容量A在研究時段內表現為減小的趨勢，這一結果又表明城市體系趨于簡單，城市體系規模變小。首位城市用地面積理論值與實際值之間的比值有小幅擴大，也表明城市體系的首位度下降，總體規模變小。1997～2002年的結構容量A值呈增大的趨勢，且本時段首位城市用地比值增大明顯，出現研究時段內的最大值，表明本時段東北地區城市體系較為復雜，這與新晉級的地級市綏化、通遼、呼倫貝爾3市的劃入有關。用城市建成區面積表征的城市規模的判定系數R2都在0．9附近，回歸效果較理想。

2.2 不同規模的城市用地擴張比較

參考其他學者有關城市規模分類的研究成果[7]，以2012年我國各城市建成區面積為標準，建成區面積≥500 km2的為超大城市；200～500 km2之間的為特大城市；100～200 km2之間的為大城市；50～100 km2之間的為中等城市，建成區面積＜50 km2的為小城市。按此分類，2012年東北地區有特大城市5個、大城市8個、中等城市15個、小城市9個，缺失超大城市。

計算1992～2012年東北地區37個城市用地擴張變化指數（UEI），結果如表2所示（表中UEI是由該類規模所有城市建成區面積之和計算得到）。

表2的結果證明，東北地區三省份的城市用地擴張變化指數表現為：特大城市〉中等城市〉小城市〉大城市（城市擴張指數及等級分類見圖2）。高于平均增速的城市個數呈現出：特大城市〉小城市〉大城市〉中等城市的特點，與總體擴張速度差別較大。東北地區特大城市的城市用地擴張較快（擴張指數達到139．6），大城市擴張幅度最小，速度最慢。總體擴張速度方面中等城市超過了大城市，高于平均增速的城市數；中等城市所占比例最小，只有40%的中等城市的擴張速度超過其同等規模城市用地擴張的平均增速。而小城市的整體擴張幅度和高于平均增速的城市數均大于大城市，表明東三省的城市不均衡度加大，而城市體系總體規模趨于簡單。

表2 不同規模的城市用地擴張情況

2.3 不同城市間的擴張比較

研究區共有4個副省級市，分別是哈爾濱、長春、沈陽和大連，1992～2012年城市用地擴張速度最快的是長春市，城市用地擴張動態度達到56．14，其他分別為哈爾濱（29．10）、沈陽（28．15）和大連（19．5），城市用地都存在不同程度的擴張。而同時期這四城市的人口密度只有沈陽和大連的人口密度出現小幅度的增長，分別增長了0．14%和0．15%，而長春和哈爾濱的人口密度則出現負增長，分別為-0．61%和-0．62%，而且研究區域所有37個城市僅有17個城市的人口密度出現正增長，有一半以上的城市人口密度都是負增長。東三省人口總量步入下降區間，而從城市用地擴張動態值我們看到，只有4個城市的城市用地出現負增長（圖3），城市建成區的外延擴張、粗放利用狀況較嚴重，且城市間用地擴張差異較大。

圖2 東北地區城市等級及城市擴張指數（審圖號：GS（2011）540）

圖3 1992～2012年城市用地擴張動態度

東北地區37個城市1992～2012年城市用地擴張動態變化平均值為13．85，高于平均值的城市有17個，其中遼寧省有6個，占全省14個城市的42．86%，吉林省有5個，占全省的62．5%，黑龍江4個，占全省的25%，內蒙古赤峰市和通遼市均超過了平均動態值。表明吉林省城市用地面積擴張變化最大，其次是遼寧省，黑龍江省城市用地面積擴張變化最小，蒙東三市的城市用地擴張變化也比較大。

為更清楚準確地表示城市用地規模擴張的空間差異，特別引入城市擴張比例指數（UPI）、城市擴張速度指數（URI）、城市擴張強度指數（UII）和城市擴張綜合指數（UICI）[26]。其計算公式分別如下：

式中，UPI為城市擴張比例指數；S總為某一城市的土地總面積。

式中，URI為城市擴張速度指數，該指數著重強調土地變化遞變過程，解釋遞變規律。

式中，UII為城市擴張強度指數；CT，C1分別表示整個研究區域在T時段內末期和初期的城市建設用地總面積。該指數用于說明城市用地擴張的強弱，UII〉1表明局部變化較整體劇烈，反之亦然。

式中，UICI為城市擴張強度指數，此公式由城市擴張相關公式加權所得，能綜合反映城市用地擴張的空間特征，取值范圍為0～1，是標準化后的數值，越接近于1，表明城市用地變化越明顯。

用城市擴張幅度指數和上述各公式計算東北地區各城市用地擴張的各項指數和排名（表3）。由表3可知，各城市的城市用地擴張各不相同，其中UEI和UII指數變化的排序相一致，UPI和URI的變化則各有特點，城市用地擴張綜合指數（UICI）的引入避免了單一指標判定的缺陷。根據UICI得分特點規定：UICI≥0．8，城市擴張類型為Ⅰ級（劇變型）；0．5≤UICI＜0．8為Ⅱ級（速變型）；0．2≤UICI＜0．5為Ⅲ級（緩變性）；UICI＜0．2為Ⅳ級（穩定型）。研究表明，1992～2012年東北地區城市用地擴張差異明顯。其中長春為劇變型，但是擴張比例和擴張速度并不高，擴張幅度是其城市用地擴張綜合指數大的主要原因。擴張類型為速變型的有7個城市，分別為營口、沈陽、通遼、朝陽、哈爾濱、大連和通化（其中通遼市為10 a變化指數）。緩變型的城市有鞍山、丹東等16個，占全區43%。穩定型的有牡丹江、齊齊哈爾等13個城市，占全區35%。可知1992～2012年間，東北地區各城市用地擴張差異較大，整體處于相對緩慢的穩定期。

3 城市用地規模擴張的驅動因子分析

城市用地規模的變化是城市人口變化、城鎮空間結構和布局變化的綜合反映，其變化受到產業、經濟、交通、政策以及自然條件等諸因素的影響，是各因素綜合作用的結果。

1）地形條件。城市的形成很大程度上受到地形的影響，科學技術的進步雖大大提升了人類對局部地形的改造，但大范圍地形地勢仍很大程度上影響城市用地的擴張。東北地區既坐擁我國最大的平原，為當地城市的形成和不斷發展提供了有利條件；又分布有大、小興安嶺、長白山脈以及遼東丘陵等地勢不利于城市發展的地形。伊春、雙鴨山、白山、通化、本溪、黑河、雞西、牡丹江等城市地處山區或山間盆地，這些城市20 a間城市用地擴張幅度除去通化市外其他均較小，伊春、雞西、牡丹江、本溪的城市用地規模雖有所擴張，但擴張幅度有限，均小于全區平均城市用地擴張指數，尤其是伊春、雞西擴張幅度未達到全區平均擴張幅度的半數值。而城市用地擴張較快、擴張幅度指數較大的城市，多是長春、營口、沈陽、哈爾濱等地勢相對平坦開闊的地區，此四城市平均用地擴張幅度達到175．4。在全區4個城市用地擴張指數為負值的城市中，“山地城市”占3個，其中黑河市1992年的城市建成區面積為21 km2，到2012年建成區面積為19 km2；白山市1992年城市建成區面積為51 km2，2012年減少到36 km2，城市用地減少明顯；雙鴨山市城市建成區面積由1992年的59 km2減少為2012年的51 km2。地形的差異是東北地區城市用地擴張規模和速度不同的重要原因。

2）資源條件。東北地區作為新中國首批興起的老工業區，區內煤炭、鐵礦、石油、有色金屬等資源豐富，在此基礎上發展起一批資源型城市，如大慶、撫順、鶴崗、遼源、松原、雙鴨山、七臺河、雞西、阜新、鞍山等。這些城市依托于當地礦產資源，經濟發展迅速，資源開采帶動的人口集聚和基礎設施的完善，使得城市用地規模得到迅速擴張，諸如大慶這座石油城，因開采需要帶動工業園區建設，城市用地持續擴展，擴張速度也不斷加快（表4），但隨著當地資源開采殆盡，城市用地規模增長緩慢甚至呈下降趨勢，如阜新、雙鴨山、雞西。資源型城市的城市用地擴張與資源的有限性和三次產業的調整有關，在資源開采初期，當地資源豐富且以第二產業為主的大環境，城市發展處于高速擴張時期，后期資源的減少、產業工人的轉移限制了城市用地的擴張速度。因此資源條件也是影響城市用地擴展的重要因素之一。

表4 分時段資源型城市用地擴張指數

3）經濟發展。經濟發展的最大特點就是GDP的增長。研究發現，城市用地擴張與GDP呈正相關關系[6,11]，即隨著GDP的增長，城市用地也呈不斷增長態勢，二者線性擬合度較高，R2在0．9以上。1992 年研究區域生產總值為3 224．86億元；2012年達到40 292．34 億元；相應的城市用地由1992年的2 387 km2增長到2012年的4 381 km2，平均每增加510萬元相應增加1 km2的城市用地。2009年遼寧沿海經濟帶的確立，推動了沿海城市用地的擴張，營口市的進出口總額由2007年的188 763萬元增長到2012年的549 197萬元，增長了1．91倍，同時期營口城市用地擴張指數是18．28，是此時段全區平均擴張指數的1．13倍，此外大連、丹東、葫蘆島、錦州和盤錦的城市用地也有大幅度增長，而白山、鶴崗、雙鴨山和黑河市在經濟發展的同時出現城市用地的負增長，主要與當地地形、資源和政策有關。

4）政策因素。東北地區作為我國一個比較完整的地理單元，具有重要的地理意義。地處國土邊疆，與俄羅斯、蒙古國、朝鮮接壤，其城市發展受到國家和地方政策的影響。為擴大省會城市的綜合凝聚力和影響力，會擴張城市用地來擴大城市對外輻射力。城市用地擴張指數分布圖顯示，省會城市長春、哈爾濱、沈陽的城市用地面積20 a間都有特別大的增長，加上這些城市平坦的地形優勢，城市用地擴張指數分別高達280．7、145．5和140．7。另外，城市政策和城市規劃的制定同樣影響城市用地規模變化。例如朝陽和赤峰兩城市的發展跟政府規劃有重要關系。《赤峰市城市總體規劃（2002～2020）》提出建設新城區，赤峰城市建設用地在2002～2007年增長迅速，年均增長率達到13%；朝陽地處遼寧省西北部，經濟社會發展都比較落后，為平衡區域差異，近年來遼寧省著力發展朝陽市，作為遼寧北部新興城市，其城市用地面積由1992年的21 km2增長到2012年的58 km2，擴張幅度達176．19。大連市在2003年以前的發展思路是“不求最大，只求最好”，2003年之后的發展目標是到2020年實現“大大連”，相應的城市用地擴展也出現階段性不同，1992～1997年擴張幅度是13．5，1997～2002年減小到9．25，2007～2012年出現峰值，城市用地擴張指數達到53．1。

5）交通影響。城市的發展離不開交通的支撐，尤其在信息、技術、人流、物流交往更加頻繁的今天，交通成為一個城市發展的重要動力。如沿哈大鐵路線的哈爾濱、長春、四平、沈陽、鞍山和大連，沿濱州-濱綏線的大慶、牡丹江、齊齊哈爾、呼倫貝爾，交通線的建設帶動了這些城市的發展，進而帶動了城市用地的不斷擴張。哈大沿線除四平和鞍山外，其余4個城市用地綜合擴張指數均在0．5以上，城市擴張規模和速度均較快。近年來濱州-濱綏鐵路線復線建設帶動了沿線城市的高速擴張，濱州線的齊齊哈爾在2002～2007年城市擴張幅度達到31．07，遠遠高于研究時段的平均增速8．94。現代化鐵路站點的建設帶動的郊區城市化，對城市用地擴張的貢獻率也很大。2010年大連北站的建設，對大連市區北郊南關嶺地區的開發起到重要推動作用，大連市2007～2012年城市用地擴張幅度達到53．1，雖然經濟發展和政策導向起主要作用，但大連北站的建設對此也有很大關系。

4 結 語

1）選取東北地區37個地級市為研究樣本，運用分形理論和位序規模法則分析了近20 a間東北地區城市用地規模擴張的整體特征。結果顯示，用城市建成區面積表征的城市用地變化模型回歸結果較理想，計算的q值在研究時段內一直在增加，相應的分維值D則在持續減小，表明東北地區37個城市之間的用地規模差距在擴大，城市總體均衡度在下降；但結構容量A逐漸減小、首位城市用地面積理論值與實際值的比值小幅增大，表明城市體系趨于簡單，城市總體規模變小。

2）不同規模的城市用地擴張的比較發現，近20 a東北地區城市用地擴張呈現“特大城市〉中等城市〉小城市〉大城市”的特征。平均增速方面，高于平均增速的城市個數呈現“特大城市〉小城市〉大城市〉中等城市”的特點，與總體擴張速度差別較大。特大城市的擴張速度最快，而小城市的整體擴張速度和高于平均增速城市數均超過大城市，表明東三省的城市不均衡度加大，而城市體系總體規模趨于簡單。

3）不同城市間的擴張比較結果顯示，城市用地規模變化動態值最高的是長春，達到56．14；最低的是白山市，城市用地規模不增反降，動態值為-5．9。表明城市間用地擴張差異較大。而城市用地面積的增加與城市人口密度的增長不成正比，研究時段有33個研究單元的城市用地面積存在不同程度的增加，但同時期的人口密度卻有一半以上的城市是負增長，表明城市建成區的外延擴張、粗放利用狀況較嚴重。城市擴張類型的比較表明，在1992～2012年間，東北地區各城市用地擴張差異較大，整體處于相對緩慢的穩定期。

4）城市用地擴張是多因素驅動的結果。研究發現，近20 a東北地區城市用地擴張主要受來自地形因素、資源條件、經濟發展、政策驅動和交通條件等方面的影響。在經濟技術等不斷發展的今天，地形、資源等自然因素對城市用地擴張的影響越來越小，而社會經濟因素的影響將更加深刻。

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1672-4623（2016）04-0084-06

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.027

李會，碩士，主要從事城市與區域規劃研究。

2015-05-04。

項目來源：國家科技支撐計劃資助項目（2008BAH31B06）。