珠三角城市群建設用地擴張與空間格局變化研究

王得文

(甘肅省地礦局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 天水 741020)

隨著我國城市化進程的加快，城市空間格局變化信息及其時空演變規(guī)律，是城市科學規(guī)劃與可持續(xù)發(fā)展的決策基礎[1]。城市建設用地的迅速擴張，是影響城市發(fā)展、城市人居環(huán)境的關(guān)鍵因素之一[2]。基于衛(wèi)星遙感影像和基礎地理信息數(shù)據(jù)對各地級城市空間格局變化進行分析，是目前城市空間格局變化檢測最主要技術(shù)手段[3]。本文基于GIS與RS技術(shù)，對珠三角2000、2005、2010、2015、2019年的9個地級市的建設用地進行邊界提取，分析珠三角地級城市的建設用地擴張、空間結(jié)構(gòu)和布局演變過程。對改善珠三角地區(qū)生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)城市化的健康發(fā)展，具有重要的指導意義和研究價值。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究中珠三角9個地級市包含廣州、深圳、珠海、佛山、中山、東莞、肇慶、江門、惠州，是粵港澳大灣區(qū)的重要組成部分。該區(qū)域位于21°33′53″～24°23′35″ N、111°21′08″～115°25′09″ E，覆蓋面積約5.49萬km2，位置與范圍如圖1所示。該地區(qū)屬熱帶和亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，是中國光、熱和水資源最豐富的地區(qū)之一[4]。改革開放以來經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，城市迅速擴張，珠江三角洲成為“一帶一路”的戰(zhàn)略支點和制造業(yè)的核心區(qū)域[5]。

如圖1所示，121/44、121/45、122/43、122/44、122/45、123/43、123/44、123/45分別為覆蓋珠三角9市的8幅Landsat影像行列號。

圖1 研究區(qū)位置與范圍

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)源為Landsat系列遙感衛(wèi)星影像，其中2000、2005、2010年選取30 m分辨率Landsat 5 TM數(shù)據(jù)，2015、2019年選取30 m分辨率Landsat 8 OLI數(shù)據(jù)。于USGS網(wǎng)站下載(https://landsatlook.usgs.gov/)，具體遙感影像資料情況如表1所示，云量為0%。

表1 Landsat影像資料情況

將不同時期的Landsat分別進行如下處理：

(1)基于ENVI對原始影像進行輻射定標，消除傳感器誤差，并基于FLAASH模塊對定標后的影像進行大氣校正[6]；

(2)基于易康(eCogntion)軟件建立分類規(guī)則集，進行監(jiān)督分類[7]，提取出建設用地矢量邊界；

(3)以人機交互的方式對分類的結(jié)果進行修正，分類精度達到95%以上。

基于ArcGIS 10.2平臺，對提取出的建設用地依據(jù)地級市行政區(qū)劃進行裁剪、合并、空間分析與可視化處理，獲得珠三角9市2000、2005、2010和2015、2019年的建設用地數(shù)據(jù)。

2 建設用地擴張

2.1 建設用地面積及其擴張

本文對建設用地面積擴張的研究，是以5年的變化為一階段。建設用地占地比率是指特定行政區(qū)劃內(nèi)的建設用地面積與其陸地總面積的比值[8]，建設用地擴張速度指的是某一階段內(nèi)建設用地面積的年增長速率。

建設用地占地比率的計算公式為：

Pi=(Sij/Si0)×100%

(1)

式中，Pi為行政區(qū)劃i的建設用地占地比率；Sij為第j個階段區(qū)域i的建設用地面積；Si0為區(qū)域i的陸地總面積。

建設用地擴張速度的計算公式為：

Vi=ΔUij/Δtj

(2)

式中，Vi為建設用地擴張速度，km2/a；ΔUij為第j個階段與后邊相鄰階段之間，區(qū)域i的建設用地擴張的面積；Δtj為j階段的時間跨度，年。

2.2 珠三角整體建設用地擴張

基于文中1.2提取的建設用地分類數(shù)據(jù)，分別對珠三角2000～2005、2005～2010、2010～2015、2015～2019年4個時期的建設用地面積及其擴張情況進行計算，計算結(jié)果如表2所示。

表2 珠三角2000～2019年建設用地擴張情況

2000～2019年，珠三角建設用地面積從5 920.08 km2增加到8 210.94 km2，研究時期內(nèi)建設用地面積增加的現(xiàn)象顯著，年均擴張速度為116.545 km2/a。2000～2005年，珠三角建設用地增加較多，面積從5920.08 km2增加到6 690.37 km2，擴張了770.29 km2，這一階段的年平均擴張速度為154.06 km2/a，在本研究的4個時期中處于中等擴張速度。2005～2010年，建設用地面積從6 690.37 km2增加到7 646.76 km2，擴張了956.39 km2，此階段是研究期內(nèi)擴張速度最快時期，年平均擴張速度為191.28 km2/a。2010～2015年，與前兩個階段相比，珠三角建設用地擴張速度較為緩慢，建設用地面積從7 646.76 km2增加到8 050.86 km2，擴張了404.09 km2，年平均擴張速度僅80.82 km2/a。2015～2019年，擴張面積僅160.08 km2，年平均擴張速度40.02 km2/a，低于整個研究期內(nèi)的年平均擴張速度。

2.3 各地級市建設用地擴張

分別統(tǒng)計珠三角2000年、2005年、2010年、2015年和2019年5個時間9個地級市的建設用地面積，計算其建設用地面積與各市陸地總面積的比值，得到建設用地占地比率，如表3所示。然后，計算其擴張速度，繪制珠三角9市建設用地擴張速度折線圖，如圖2所示。

表3 珠三角9市2000、2005、2010、2015、2019年建設用地面積及占地比率

圖2 珠三角9市2000～2019年建設用地擴張速度折線圖

珠三角9市在2000～2019年間，建設用地持續(xù)擴張。如表3所示，東莞市的建設用地比率最高，2000～2019年從38.51%增加到了51.51%，占據(jù)了東莞市陸地總面積的一半；其次是深圳市、佛山市和中山市，至2019年，建設用地比率分別為43.76%、36.22%和33.62%。廣州市的建設用地面積最大，但建設用地比率的大小處于中等水平，2019年為21.57%，和珠海市相近，為23.44%。惠州市、江門市和肇慶市建設用地比率較低，均小于10%，其中肇慶市建設用地比率最低，至2019年僅占3.6%。結(jié)合圖2建設用地擴張速度折線圖，肇慶市建設用地比率雖極低，但建設用地擴張速度始終表現(xiàn)為逐年增快的趨勢，城市化開發(fā)潛力巨大；相反，中山市和珠海市在2000～2019年間建設用地擴張速度逐年減慢，建設用地比率又均處于中等水平，說明其20年間城市化發(fā)展較為緩慢平穩(wěn)；其他6市建設用地擴張速度均表現(xiàn)為前期擴張明顯增快，后期又迅速減慢的趨勢，這也是珠三角城市群20年間整體的城市化發(fā)展趨勢。

從4個階段分別看，2000～2005年間，擴張速度較快的城市從快到慢排列分別有佛山市、中山市、廣州市、東莞市、珠海市和江門市，擴張速度>15 km2/a。2005～2010年間，擴張速度較快的從快到慢排列變?yōu)閺V州市、惠州市、佛山市、江門市、深圳市和東莞市，變化最大的是惠州市，從前一階段僅5 km2/a左右增快到35 km2/a。2010～2015年間，除了肇慶市，各市的建設用地擴張速度呈現(xiàn)相似比率的下滑趨勢，深圳市擴張速度變化最為明顯，降為區(qū)域最慢(≈0 km2/a)。2015～2019年間，珠三角9市的建設用地擴張速度增加或減慢程度都不大，說明城市化發(fā)展趨于穩(wěn)定增長的階段。至2019年，深圳市成為了我國第一個百分之百城市化的城市。特別的，肇慶市建設用地擴張速度始終表現(xiàn)為增加趨勢，最高未超過20 km2/a。這體現(xiàn)了珠三角9市建設用地擴張一定程度的區(qū)域不同步特點。

3 建設用地空間格局變化

3.1 珠三角建設用地空間分布

珠三角9市2000年、2005年、2010年、2015年和2019年的建設用地空間分布如圖3所示。

圖3 2000～2019年珠三角9市建設用地空間分布

在2000年，珠三角城市群的建設用地在廣州市和佛山市存在集聚分布現(xiàn)象，形成的廣州-佛山聚集區(qū)跨越了行政邊界的界限。珠三角外圍城市(肇慶市、江門市、惠州市)，建設用地區(qū)域較少，分布不顯著。至2019年，珠江入海口區(qū)域的建設用地大幅度擴張，已經(jīng)形成了覆蓋中山、佛山、廣州、東莞以及深圳等城市的建設用地連片區(qū)；其余區(qū)域(肇慶市、江門市、惠州市)的建設用地面積也在持續(xù)擴張中。2000～2019年，珠三角建設用地擴張明顯；珠江入海口區(qū)域的建設用地呈現(xiàn)為由點到線，由線到面的變化[9]。

由于珠三角地區(qū)除南部向海，其余三面皆為山地、丘陵，這使得城市擴張過程不可避免地在中心平原區(qū)域進行。在研究時間內(nèi)，建設用地面積大幅度增加。其中在東莞、佛山等市的增加幅度最為明顯；中部區(qū)域原先較為破碎的分布狀態(tài)，逐漸的相互延伸，在珠江口兩岸形成了連接中山-佛山-廣州-東莞-深圳大范圍分布的傾斜“n”形條帶。

3.2 珠三角建設用地空間形態(tài)演變

空間形態(tài)的演化能夠綜合反映建設用地空間布局和結(jié)構(gòu)變化[10]，據(jù)此可以分析珠三角地區(qū)建設用地的發(fā)展過程，揭示其擴張規(guī)律。本文通過分析計算得到珠三角地區(qū)2000、2005、2010、2015和2019年5個時間的建設用地分形維數(shù)、緊湊度指數(shù)，如表4所示。其中，“緊湊度”是反映空間形態(tài)和功能布局的一個主要指標，用以測度城市建成區(qū)用地的緊湊與飽滿程度的一個十分重要的概念[11]。

表4 珠三角2000～2019年建設用地分形維數(shù)和緊湊度

由表4可知，珠三角在整個時期的建設用地緊湊度都較高，空間離散程度很小。從2000年的0.417 9逐漸增加到2019年的0.537 7，表現(xiàn)出不斷增加的趨勢，建設用地空間形態(tài)越來越緊湊。說明在該時期珠三角是以內(nèi)部填充、改造發(fā)展為主進行城市建設的。結(jié)合圖3可以得出，該時期建設用地圍繞珠江入海口的片區(qū)、圍繞佛山-廣州兩個主要的中心，還有四散分布的多個小中心，多方向的向周邊區(qū)域發(fā)展、集中、融合。

3.3 珠三角建設用地空間擴張趨勢預測

綜上所述，珠三角在2000～2019年間，建設用地不斷擴張，且擴張速度以2005～2010年為轉(zhuǎn)折點，擴張速率先增加后減小。空間形態(tài)特征則表現(xiàn)為“單一中心”、“單一中心主導，多個次中心環(huán)繞”形式，逐漸發(fā)展、集中與融合，形成緊湊程度較高的分布形態(tài)。隨著我國區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略的規(guī)劃與實施，建設珠三角9市+“香港”、“澳門”成為充滿活力的世界級城市群——粵港澳大灣區(qū)，成為珠三角地區(qū)發(fā)展的主要任務。未來將形成極點帶動、軸帶支撐、輻射周邊、城市功能互補的發(fā)展格局[12]，提高區(qū)域發(fā)展的協(xié)調(diào)性。以香港、澳門、廣州、深圳四大中心城市作為區(qū)域發(fā)展的核心引擎，繼續(xù)提升對其他區(qū)域發(fā)展的輻射帶動作用，實現(xiàn)擴大開放。建設高水平參與國際經(jīng)濟合作新平臺，推進“一帶一路”建設，通過區(qū)域雙向開放，筑建絲綢之路經(jīng)濟帶和21世紀海上絲綢之路對接融會的重要支撐區(qū)。

4 結(jié) 論

本文基于GIS與RS技術(shù)，對珠三角9市建設用地的擴張及其空間格局進行了分析研究，得出如下結(jié)論：(1)2000～2019年間珠三角9市建設用地面積整體表現(xiàn)為不斷增加的趨勢，但擴張速度具有較為明顯的區(qū)域不同步現(xiàn)象；(2)研究時期內(nèi)建設用地空間格局變化主要表現(xiàn)為圍繞珠江入海口的片區(qū)、圍繞佛山-廣州兩個主要的中心，還有四散分布的多個小中心，多方向的向周邊區(qū)域發(fā)展、集中、融合；(3)打造區(qū)域發(fā)展核心城市，將中心城市做優(yōu)做強，輻射帶動周邊區(qū)域，增強區(qū)域發(fā)展協(xié)調(diào)性，是未來發(fā)展的主要方向。