近20年来关中地区城市群空间扩展动态研究

田菊娥

（长安大学，陕西 西安 710054）

0 引言

城市群和中心城市是承载发展要素的主要空间载体，各城市间相互融合、相互协调，形成强有力的集聚效应［1］，其可以成为引领区域经济发展的重要动力。关中平原城市群地处我国内陆中心，为亚欧大陆桥的重要支点，是西部地区面向东中部地区的重要门户。对关中地区城市群的空间扩展动态监测进行研究，不仅有助于优化城市群的空间格局，而且能够为关中地区城市群的发展规划提供客观的监测信息，这对提高区域经济的发展具有重要的意义。

就城市空间扩展的研究来看，国内外主要集中在三个方面，一是研究城市扩展的规律及形式，熊国平归纳了90年代以来我国城市形态演变的总体特征［2］；高啸峰等对比分析了1990—2010年长三角城市群城市扩展时空规律［3］。二是对城市扩展驱动力机制的研究，John对加拿大城市扩展现象研究发现，城市人口增长、地区经济发展水平等成为城市扩展的动力［4］；车通等探讨了扬州市城市化进程中地理空间、社会和经济因子对建设用地扩张的影响［5］。三是结合地理信息技术对城市空间扩展的动态监测研究。贺振等基于遥感影像分析了近21年两个时间段郑州市建设用地空间分布的动态变化特征［6］；余琪等对广州市的城市扩张的面积、速度与方向进行分析［7］。综上，对于城市的空间扩展动态监测研究已有了很多成果，但就城市群的研究相对较少，本研究运用城市群扩张数量分析和土地利用类型转化分析等方法，对关中地区城市群近20年的空间扩展动态监测进行研究，并分析城市扩张的驱动机制，可为关中地区城市群科学合理地实施城市发展规划、保护土地资源等提供客观数据。

1 研究区概况

关中平原是华夏文明的重要发源地、古丝绸之路的起点，关中地区城市群是指以西安—咸阳都市圈为中心，以陇海线陕西段向东西延伸，东至潼关，西抵宝鸡市区，北达铜川市区的区域。其主要分布于渭河谷地，自然地理条件优越，号称“八百里秦川”。本研究以西安市、咸阳市、宝鸡市、铜川市和渭南市为研究区域，其介于104°E—112°E，33°N—36°N之间，因受所选遥感影像的限制，凤县、太白县、旬邑县以及宜君县不在此次研究范围内。

2 数据来源与处理

本研究数据来自地理空间数据云和中国科学院资源环境科学数据中心，遥感数据选取Landsat5 TM和Landsat8 OLI影像数据，轨道号为128/36、127/36、126/36、126/35，采集时间为10月至次年2月，空间分辨率为30 m，云量＜1。其他数据主要包括关中地区城市群行政区划数据、土地利用数据、相关的社会经济统计资料。运用ENVI 5.3对研究区的影像进行配准、辐射定标、大气校正、镶嵌，给予5类训练样本，分别为植被、耕地、建设用地、水域和未利用土地，利用ENVI 5.3进行监督分类并计算出分类精度的混淆矩阵。以2020年关中地区城市群的遥感影像为例，得到该监督分类的Kappa系数为0.884 2，总体精度为93.086 9%。

3 研究方法

3.1 城市群空间扩展速度与强度分析

城市群扩展速度表示在各时期城市空间扩展面积的增长速度，城市扩展强度是指在各时期城市空间扩展的强弱，两者表示城市群在各时期空间扩展的规模和趋势［8］，其计算公式分别为式（1）、式（2）。

式中：S a、Sb分别为a、b时期城市群的用地面积；T为时间间隔；V为城市群扩张速度；Q为城市群扩展强度。

3.2 城市群土地利用类型转化分析

土地利用转移矩阵不仅包括一定区域某时间点的各地类面积数据，而且还具有各地类面积转换的信息，它反映了区域某一时段各地类面积之间的相互转化［6］，计算公式如式（3）。

式中：A代表面积；n代表转移前后的土地利用类型数；i、j（i，j=1，2，...，n）分别代表转移前后的土地利用类型；Aij表示转移前的i地类转换成转移后的j地类的面积。矩阵中的每一行、列元素代表转移前的i、j地类向转移后的各地类的流向信息、来源信息。

4 关中地区城市群扩展动态分析

4.1 关中地区城市群扩张数量分析

通过对研究区进行监督分类，计算出关中地区城市群的面积，2000年、2010年、2020年的建成区面积分 别 为1 937.28 km2、5 102.4 km2、7 746.91 km2。2000—2010年、2010年—2020年、2010—2020年建成区面积分别扩展了3 165.12 km2、2 644.51 km2、5 809.63 km2（见表1）。整体来看，2000—2010年关中地区城市群扩展面积相对较大，其面积增长率达到1.633 8%；2010—2020年扩展面积较前10年相对较小，面积增长率为0.518 3%。2020年关中地区城市群的建成区面积约为2000年的4倍，20年间城市群的面积实现了快速增长，其面积增长率为2.998 9%。

表1 2000—2020年关中地区城市群扩展变化量

2000—2010年、2010—2020年、2000—2020年关中地区城市群的扩展强度分别为0.163 4%、0.051 8%、0.299 9%，可以看出前10年关中地区城市群的扩展强度较后10年小，20年间扩展强度在不断增大。就扩展速率来看，2000—2010年扩展速率相对较快，达到了316.512 km2·a-1，2010—2020年扩展速率相对较小，从前10年的316.512 km2减少到264.451 km2，整体上来看，20年间关中地区城市群的扩展速率明显上升。2000—2010年由于经济发展迅速，关中地区城市群的面积、强度和速率迅速增长，2010—2020年因城市面积在前期已经达到较大基数，其面积、强度和速率又表现出下降趋势，2000—2020年关中地区城市群面积不断扩展，建成区之间的联系越来越紧密。

4.2 关中地区城市群扩张模式分析

2000年关中地区城市分布较为零散，还未形成城市群，城市主要分布在渭河沿线，2010年城市数量明显增多，建成区面积明显扩大，并且有了城市群的雏形。2000—2010年关中地区以西安为基准，建成区向西部、北部和东部三个方向向外扩张，在此期间西安市老城区不断进行改造，城市面积相应不断增大。与2000—2010年建成区四周呈碎片化式扩展不同，2020年关中地区建成区的面积进一步增大，城市用地规划变得较为规则，总体上呈片状式向外扩展，逐步在向由西安、咸阳主城区及西咸新区为主组成的大西安都市圈趋势发展。2013年“一带一路”倡议相关政策被提出并实施，2014年国务院批复设立西咸新区以推动区域经济增长，2018年国家发展改革委提出《关中平原城市群发展规划》。在国家政策的引领下，2010—2020年，关中地区城市化进程不断加快，城市结构和功能不断完善，并形成了关中地区城市群。从扩张速度来看，关中平原城市群2000—2020年建成区扩张呈现平缓—快速—平缓的过程，前10年扩展速度较快，后10年相对较慢。从扩张形式来看，主要是以西安为基准，呈扇形向外扩张，且逐渐连成片状。

4.3 关中地区城市群土地利用类型转化分析

根据2000年和2010年的土地利用类型面积变化，计算出土地利用类型之间的变化关系（见表2）。2000—2010关中地区城市群植被面积最大，占土地总面积的39.81%，其次是耕地和建筑用地，分别占39.74%和10.56%，水域和未利用土地相对较小，分别占到2.52%和3.21%。2000—2010年土地类型间很多都发生转化，其中转入最多的是建设用地，转入面积达到了3 164.89 km2，其次是水域和未利用地，面积分别为601.1 km2和168.77 km2，转入面积较少的是耕地和植被用地，转出面积较多的主要是耕地和植被用地，主要转向的用地类型是建设用地。

表2 关中地区城市群2000—2010年土地利用转移矩阵单位：km2

根据2010年和2020年两期土地利用类型面积变化，计算得出土地利用类型之间的变化关系（见表3）。2010—2020关中地区城市群植被的面积依旧最大，占土地总面积的44.31%，其次是耕地和建筑用地，分别占34.11%和16.04%，水域和未利用土地较前10年减小。2010—2020年转入最多的依然是建设用地，转入面积达到了2 644.51 km2，其次是植被，面积为2 178.17 km2，转入面积较少的是耕地、水域和未利用土地，转出面积较多的主要是耕地和植被用地，耕地在20年间大幅减少。

表3 关中地区城市群2010—2020年土地利用转移矩阵单位：km2

5 关中地区城市群扩展驱动力分析

5.1 城市人口快速增长

关中地区城市群人口数量逐年增加，从2010年的2 338.217 4万人增加到2019年的2 498.38万人。建成区人口不断增长需要更多的生活空间作为保障，客观上要求城市面积不断扩大，具体表现为住宅用地、工业用地、商业用地的增加，从而加大了城市扩张速度。

5.2 经济的快速发展

近几十年经济发展较快，关中城市群人均国民生产总值不断增加，产值结构和就业结构向第二和第三产业转变。2000—2020年近20年间，关中地区城市群的GDP产值从1 282.15亿元增长到16 090.29亿元，第三产业的发展带动了基础设施建设、房地产业等快速发展，使得城区面积得到了迅速扩张。

5.3 国家政策的实施

为强化面向西北地区的综合服务和对外交往门户功能，打造西部地区重要的经济中心，西部大开发、“一带一路”倡议、《关中平原城市群发展规划》等政策相继被提出并实施，这些政策的实施加快了城市化的进程，加速了关中平原城市群的建设和发展。