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《西北师范大学》 2015年
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绿洲型城市空间扩展特征、机制、模拟预测及管治研究

李骞国  
【摘要】:改革开放以来,中国的社会经济发展取得了巨大的成就,尤其是八十年代末、九十年代初户籍制度和土地使用制度的改革,进一步加快了城市人口和城市用地的增长步伐,各地的城市化水平得到了迅速提升,被认为是影响21世纪人类发展的两大主题之一。与此同时,大量农用地丧失、生态环境恶化、水资源遭到破坏、大气污染严重等一系列“城市病”伴随而生,严重影响着我们的生活。当前,中国正处于全面深化改革的攻坚阶段,各行各业更加重视“提质增效”式发展,社会经济已进入“稳增长、调结构”优化升级的新常态。如何做到“在发展中保护、在保护中发展”成为各级政府关心的重要话题。城市空间扩展是城市化在空间上表现最为显著的特征,也是衡量一个地区城市化水平的重要指标。由于绿洲城市具有严重的水土资源限制性、生态环境脆弱性等特点,不合理的空间发展将导致更为严峻城市生态问题。因此,本文以典型的西北干旱半干旱区绿洲城市——张掖市为实证区域,通过对其城市空间扩展过程进行系统化研究,为绿洲城市空间提供科学的发展策略。论文选择张掖城市规划区为研究对象,依照“特征—机制—预测—管治”的研究思路,在梳理国内外研究进展及相关理论的基础上,利用多期遥感影像数据和社会经济统计数据,借助Arcgis、Envi、Sleuth模型、AI CS6等软件平台,综合运用GIS空间分析、网格分析、扇形分析、圈层分析、元胞自动机等研究方法,对近半个世纪以来,张掖城市空间扩展的时空演变特征、城市空间形态与扩展模式、城市空间扩展过程中的土地利用变化进行分析;然后,在综合分析影响张掖城市空间扩展的因素基础上,从“力的相互作用”角度出发,分析了城市空间扩展动力机制作用;最后,基于元胞自动机的SLEUTH模型,设置四种情景预案,对2020、2030年张掖城市空间扩展进行预测,并提出未来城市空间发展的管治策略。论文的主要研究结论如下:(1)城市空间扩展时空演变特征研究。张掖古城修建于西夏,距今已有两千一百多年的历史。此后,城垣形态不断演变,但以方城、十字街的城市轮廓格局为主体。古城内部以钟鼓楼为中心,形成四条主要大街,构成“井”字形式布局,将城区划分为西关、东关、南关、北关四个主要区块。近半个世纪以来,张掖城市用地面积从3.3km2增加到31.12km2,增加了9倍,城市空间扩展速度经历了缓慢扩展—低速扩展—中速扩展—快速扩展—高速扩展的变化过程。对张掖城市空间扩展强度扇形分析和重心转移分析,发现九十年代以前,城市正东、东北、西北方向扩展较快,东南、正南、西南、正西、正北方向扩展较慢,引起城市空间重心向东北方向偏移,且偏移距离较大;九十年代以后,除正南、西南、东南方向扩展较慢之外,其他方向城市扩展均较快,引起城市空间重心先向东北方向、后向西北方向偏移。对张掖城市空间扩展强度圈层分析,发现随着与老城区距离的增加,都经历了一个大致相同的变化趋势。即呈现出“逐级下降”的空间分布特征,在距老城区约7km处达到最小,但在距老城区14-17km处,城市用地扩展强度出现上升。总体上,八十年代以前,由第1、2圈层向第5、6圈层跳跃式向外扩展;八十年代以后,城市用地扩展由内部圈层向外部圈层逐级演变,不同圈层扩展强度差异明显。进一步对其网格分析。发现张掖城市用地扩展经历了零星式缓慢扩展阶段—零星式低速扩展阶段—外延式低速扩展阶段—飞地式中速扩展阶段—外延式快速扩展阶段—组团式高速扩展阶段六个变化过程。(2)城市空间形态演变及扩展模式研究。张掖城市空间形态趋于复杂,城市边界不规则性逐渐增大,城市空间形态的紧凑度指数和分形维数呈相反的变化趋势,紧凑度指数呈下降趋势,分形维数呈上升趋势。“跳跃式”、“填充式”、“外延式”三种扩展模式并存于张掖城市空间扩展中。其中,1982-2000年扩展模式以外延式为主;2000-2006年扩展模式以填充式为主;2006-2014年扩展模式以外延式和跳跃式为主。(3)城市用地扩展过程中的土地利用变化研究。城市空间扩展主要占用了周边大面积的农用地,其中水浇地占到90%;其次是具有较高生态服务价值的草地、林地;沙地、裸土地等未利用地逐渐被开发为城市建设用地。城市内部居住用地和公共设施用地面积占城市建设用地面积比重增加,工业与仓储用地面积占城市建设用地面积比重下降。其中,居住用地和公共设施用地由老城区集中分布向城区外围扩散,是张掖城市空间发展的“助推器”;工业与仓储用地由早期零散分布于老城区内部向园区集中分布,形成城市新的“增长极”,是引导张掖城市空间发展的“驱动器”。(4)城市空间扩展的影响因素与驱动机制研究。自然地理环境、交通组织条件、社会经济发展、城市发展政策与规划引导四者共同构成了张掖城市空间扩展的主要影响因素。其中,流域地貌条件奠定了城镇发展的总体格局、水资源制约着城镇发展规模;交通道路是城市空间扩展的主要牵引力;城市人口的增加是城市空间扩展的直接动力;经济的快速发展和产业结构的调整是城市空间扩展的主要推动力;区域发展政策、城市总体规划、行政区划调整在城市空间扩展中发挥着“指南针”作用。以上几种影响因素可以归纳为由社会经济推动力、交通牵引力、自然环境约束力、政府调控力四者形成循环往复的动力系统,且不同阶段的主要驱动力不同。(5)基于元胞自动机的SLEUTH模型城市空间扩展模拟预测研究。张掖城市空间未来发展,应该以生态保护预案为主,注重发展紧凑型城市,并对现有城市规划进行调整。北部湿地自然保护区、湖泊、黑河及两岸予以重点保护,禁止城市向北发展;提升城市周边耕地资源保护力度,限制城市向东、向南发展;探索未利用地开发发展模式,引导城市向西跨河去发展;并且积极盘活已有城市用地存量,提高城市土地节约集约利用效率。即形成“东限、西进、南控、北禁、内挖”的城市用地发展方向。(6)城市空间扩展管治策略分析。随着张掖城市空间扩展的不断加剧,导致城市周边大量农用地丧失、城市用地功能空间分布不均衡、城市用地节约集约化程度不高、城市生态环境质量差等问题越演越烈。提出实施“多规合一”制度,引导城市空间合理增长;优化城市空间布局结构,提高城市用地节约集约利用水平;挖掘城市内部用地,促进城市空间形态紧凑化发展;鼓励城市空间向生态保护模式转变,打造“宜居宜游”的生态城市四个方面的管治策略,为科学调控干旱区绿洲城市发展提供依据。
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