楊璟旎，方 然

（武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430079）

我國(guó)進(jìn)入快速城市化發(fā)展階段以來(lái)，城市用地盲目擴(kuò)張，不僅造成土地資源浪費(fèi)，而且造成城市及其周邊地區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞，如何科學(xué)合理地確定城鎮(zhèn)建設(shè)和保護(hù)范圍，成為土地學(xué)科研究的重點(diǎn)。我國(guó)在“十一五”規(guī)劃中提出了主體功能區(qū)劃，將區(qū)域空間劃分為重點(diǎn)開發(fā)區(qū)、優(yōu)化開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)和禁止開發(fā)區(qū);在城鎮(zhèn)區(qū)域總體規(guī)劃中，將土地空間劃分為已建區(qū)、適建區(qū)、限建區(qū)和禁建區(qū)［1］。而遙感技術(shù)宏觀、快速、準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，以及越來(lái)越高的分辨率和越來(lái)越短的重復(fù)觀測(cè)周期，正好適應(yīng)了城市變化快速、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)［2］。因此，利用遙感與GIS技術(shù)研究城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性時(shí)空演變特征，對(duì)提高土地利用綜合效益具有重要實(shí)用價(jià)值，其結(jié)果能為土地規(guī)劃、城市規(guī)劃等提供依據(jù)，尤其是在建設(shè)用地的布局與開發(fā)方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況 武漢是湖北省省會(huì)，地處我國(guó)腹地中心，江漢平原東部(113°41'～115°05'E、29°58'～31°22'N)。世界第三大河長(zhǎng)江及其最大支流漢水橫貫市境中央，將武漢一分為三，形成了武昌、漢口、漢陽(yáng)3鎮(zhèn)隔江鼎立的格局。武漢市幅員面積8 494.41 km2，下轄7個(gè)中心城區(qū)和6個(gè)遠(yuǎn)城區(qū)，2013年常住人口1 022萬(wàn)。武漢是中部6省唯一的副省級(jí)城市，也是國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的中部地區(qū)中心城市，按照城市常住人口、GDP總量、建成區(qū)面積等指標(biāo)，武漢均為中部第一、全國(guó)前十的特大城市，也是世界各大城市中人均擁有水量最多的城市。2014年武漢市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值10 069.48億元，位列全國(guó)所有城市的第八位［3］。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源 該研究數(shù)據(jù)主要來(lái)源于遙感影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)以及武漢市歷年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)。其中遙感影像數(shù)據(jù)分別選取2001、2007與2013年3期的30 m×30 m Landsat7 ETM數(shù)據(jù)，地形數(shù)據(jù)選取武漢市DEM數(shù)據(jù)與坡度數(shù)據(jù)，同時(shí)以武漢市歷年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)以及各級(jí)路網(wǎng)數(shù)據(jù)、城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)作為參考。3期Landsat7 ETM影像數(shù)據(jù)采用5、4、3三波段進(jìn)行假彩色合成，均轉(zhuǎn)換至西安80投影坐標(biāo)系。在Envi4.8中對(duì)3期遙感影像進(jìn)行空間校正、拼接、裁剪，采用統(tǒng)一的解譯標(biāo)志(Region of Interest)進(jìn)行分類，建立2001、2007、2013年3個(gè)時(shí)期的土地利用空間、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.3.1 評(píng)價(jià)因子的選取。根據(jù)武漢市的自然環(huán)境特點(diǎn)以及當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性評(píng)價(jià)領(lǐng)域的主要研究成果，將影響武漢市城鎮(zhèn)發(fā)展的因素分為自然環(huán)境因素、區(qū)位因素以及生態(tài)環(huán)境因素3大類，并在每一大類中細(xì)分若干因子，共同構(gòu)建武漢市城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

(1)自然環(huán)境因素。主要選取了坡度和高程2大因素。坡度和高程是土地資源固有的2個(gè)重要環(huán)境因子，對(duì)土地利用和土地生產(chǎn)力有直接作用。坡度和高程基本上決定了土地利用方向和利用方式，從而影響到經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展?jié)摿?。坡度的大小?duì)工程建設(shè)的投入、施工難度和城市供水等產(chǎn)生重要影響。因此，應(yīng)該盡量避免在較大坡度區(qū)域進(jìn)行城市建設(shè)。

(2)區(qū)位因素。區(qū)位適宜度反映新布局建設(shè)用地的便利程度，新增建設(shè)用地具有向交通線路以及現(xiàn)狀城鎮(zhèn)等輻射效應(yīng)性強(qiáng)的地段集聚的態(tài)勢(shì)。城鎮(zhèn)的擴(kuò)張與現(xiàn)狀城鎮(zhèn)以及交通網(wǎng)絡(luò)的輻射效應(yīng)直接相關(guān)，因此社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素選取與現(xiàn)狀城鎮(zhèn)的距離、與城市軌道交通線路的距離、與國(guó)道的距離、與省道的距離以及與市內(nèi)主干道距離5大因素。

(3)生態(tài)環(huán)境因素。生態(tài)適宜度反映生態(tài)用地對(duì)城鎮(zhèn)建設(shè)用地的外部性環(huán)境影響程度，建設(shè)用地靠近生態(tài)用地能獲得更多的生態(tài)效益。評(píng)價(jià)中選取了與湖泊、水庫(kù)、林地、江河的距離等4個(gè)因子。但是，值得注意的是，生態(tài)因子對(duì)建設(shè)用地的布局也會(huì)起到限制性作用，布局新增建設(shè)用地不能損害生態(tài)效益，所以在水體保護(hù)區(qū)和自然與人文景觀保護(hù)區(qū)所在的區(qū)域，在分級(jí)指標(biāo)量化時(shí)將這些區(qū)域賦空值(NoData)，即作為城鎮(zhèn)發(fā)展用地適宜性的禁區(qū)而存在，以避免分析過(guò)程中出現(xiàn)因子疊加后這些區(qū)域適宜或部分適宜的現(xiàn)象，保證評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀現(xiàn)實(shí)性［4］。

1.3.2 權(quán)重的確定。城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性評(píng)價(jià)各因素因子的權(quán)重通過(guò)層次分析法(AHP)結(jié)合專家打分法(Delphi)確立。層次分析法是一種多目標(biāo)決策方法，基于系統(tǒng)的層次性原理，將復(fù)雜的問(wèn)題分成若干層次，逐步分解比較，把人的主觀判斷用數(shù)量的形式來(lái)表達(dá)和處理［5-7］。專家打分法是指彼此相互獨(dú)立的多名專家通過(guò)匿名的方式對(duì)同一目標(biāo)給出意見(jiàn)，經(jīng)過(guò)多輪的意見(jiàn)反饋與修正后綜合成基本一致的意見(jiàn)與決策，并以此作為最終的評(píng)價(jià)結(jié)果［8-11］。

根據(jù)各因素因子對(duì)于城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性的影響機(jī)理，對(duì)各因子在不同距離范圍的輻射作用進(jìn)行評(píng)分，各因子層適宜性分值介于0～100，分值越高，單因子在該輻射范圍內(nèi)的城鎮(zhèn)發(fā)展適宜度越高。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與各因子在不同范圍內(nèi)的得分及權(quán)重如表1所示。

1.4 模型構(gòu)建與評(píng)價(jià) 在ArcGIS9.3中通過(guò)武漢市數(shù)字高程模型(DEM)獲取高程數(shù)據(jù)，通過(guò)空間分析模塊中的坡度提取功能獲得坡度數(shù)據(jù);將區(qū)位因素與生態(tài)環(huán)境因素中的各因子按指標(biāo)體系中的距離進(jìn)行緩沖區(qū)分析，通過(guò)重分類功能將每一因子層的不同緩沖區(qū)域賦值，分別得到11個(gè)指標(biāo)的單因子適宜度評(píng)價(jià)圖層。

該研究使用多因子加權(quán)疊加的方式得到最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。以各單項(xiàng)因子的分析為基礎(chǔ)，結(jié)合權(quán)重值，計(jì)算各單項(xiàng)因子的適宜性得分，多因子加權(quán)疊加匯總確定城鎮(zhèn)發(fā)展用地適宜性級(jí)別，其綜合適宜性評(píng)價(jià)公式為［12-14］:

式中，Sij為第ij個(gè)格網(wǎng)的綜合適宜性分值;gij(m)表示第m個(gè)評(píng)價(jià)因子在第ij個(gè)格網(wǎng)的適宜性分值;wm為表示第m個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

在ArcGIS9.3中分別對(duì)11個(gè)因子層進(jìn)行緩沖區(qū)分析，根據(jù)指標(biāo)體系中各評(píng)價(jià)因子所處區(qū)域范圍的不同分別賦予0～100的分值，生成11個(gè)單因子評(píng)價(jià)層，利用柵格計(jì)算器(raster calculator)加權(quán)疊加各單因子適宜性分級(jí)圖層，得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，并將其按照適宜性分值劃分為4個(gè)等級(jí):高適宜區(qū)、中適宜區(qū)、低適宜區(qū)、不適宜區(qū)。最后將生態(tài)與水體保護(hù)區(qū)嵌入綜合評(píng)價(jià)圖層作為禁止建設(shè)的區(qū)域，得到2001、2007、2013年3期武漢市城鎮(zhèn)發(fā)展用地適宜性評(píng)價(jià)的最終結(jié)果(圖1)以及不同級(jí)別城鎮(zhèn)發(fā)展適宜區(qū)面積統(tǒng)計(jì)表(表2)。

表1 城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性評(píng)價(jià)因素因子體系

表2 2001、2007、2013年城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性分級(jí)面積統(tǒng)計(jì)

2.1 時(shí)間演變特征分析 從表2可以看出，伴隨著近十年來(lái)武漢市的城市建設(shè)和擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)，2001～2013年武漢市城鎮(zhèn)發(fā)展高、中適宜區(qū)土地面積總體呈遞增趨勢(shì)，其中高適宜區(qū)的面積由2001年的117 087.84 hm2上升到2013年的204 999.75 hm2，增加了75%。新一輪的城市化以及城市人口的爆炸式增長(zhǎng)帶來(lái)了一系列用地需求的增長(zhǎng)，特別是帶來(lái)了交通便利程度的增加，因而低適宜區(qū)以及不適宜區(qū)總體呈下降趨勢(shì)，其中低適宜區(qū)由2001年的307 028.79 hm2下降到2013年的214 777.98 hm2，下降了30%。同時(shí)，2001～2013年中適宜發(fā)展地區(qū)占總面積的比重并未發(fā)生大的改變，僅從23.79%變化到25.52%;而所占比例變化最為明顯的就是高適宜區(qū)，由15.09%增長(zhǎng)到26.83%;低適宜區(qū)所占比例則由39.57%大幅下降到28.11%。2001～2013年武漢市城鎮(zhèn)土地發(fā)展適宜區(qū)各類土地面積的變化側(cè)面反映了城市發(fā)展所帶來(lái)的自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境特別是某些地區(qū)區(qū)位條件的改善，因而使得城鎮(zhèn)總體適宜發(fā)展的土地面積增加［15］。

2.2 空間演變特征分析 從圖1可以看出，2001年武漢市發(fā)展高適宜區(qū)主要集中在中心城區(qū)以及黃陂和新洲等少數(shù)遠(yuǎn)城區(qū)地區(qū)。伴隨著接下來(lái)幾年中東湖高新技術(shù)開發(fā)區(qū)以及吳家山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的成立、武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的發(fā)展，到了2007和2013年，武漢市發(fā)展高適宜區(qū)擴(kuò)展到了蔡甸區(qū)、漢南區(qū)、東西湖區(qū)以及江夏區(qū)的部分地區(qū)，總體分布呈擴(kuò)張趨勢(shì)。而由于城市邊緣的生態(tài)環(huán)境和自然環(huán)境的低水平，特別是交通和區(qū)位條件的低水平，武漢市城市發(fā)展不適宜區(qū)主要分布在新洲區(qū)的東端、蔡甸區(qū)的西端、江夏區(qū)的南端以及最黃陂區(qū)靠北段。

3 結(jié)論與討論

該研究以武漢市為例，基于2001、2007與2013年3時(shí)期遙感數(shù)據(jù)，從城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性時(shí)空演變特征角度進(jìn)行分析，旨在為城市合理發(fā)展提供科學(xué)的依據(jù)。研究過(guò)程中，選擇了城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性評(píng)價(jià)的多個(gè)指標(biāo)，利用GIS技術(shù)進(jìn)行疊加分析，較客觀地實(shí)現(xiàn)了城鎮(zhèn)發(fā)展的適宜性評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，2001～2013年武漢市城市化進(jìn)程發(fā)展十分迅速。由于武漢市特殊的地理位置以及多水域的城市城市特征，城鎮(zhèn)發(fā)展高適宜性地區(qū)主要集中在中心城區(qū)以及大型水域附近。同時(shí)伴隨著武漢大舉造城，蔡甸區(qū)等幾個(gè)遠(yuǎn)城區(qū)的城鎮(zhèn)發(fā)展高適宜性地區(qū)面積有所增加。

在武漢市的城市建設(shè)用地規(guī)劃過(guò)程中應(yīng)合理考慮該地區(qū)的生態(tài)適宜性，規(guī)劃布局應(yīng)順應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)的自然規(guī)律，用地應(yīng)盡量選擇適宜度高的區(qū)域，這樣才能最大程度地保證城市優(yōu)良的自然生態(tài)環(huán)境。在規(guī)劃城市用地的使用上應(yīng)將市域內(nèi)生態(tài)敏感區(qū)和重點(diǎn)保護(hù)的土地作為禁建區(qū)，同時(shí)應(yīng)注重保護(hù)濕地、植被等自然因子。

該研究選擇多個(gè)影響因子并利用GIS技術(shù)分析了武漢市土地資源的城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性，研究結(jié)果具有現(xiàn)實(shí)意義。但由于影響城鎮(zhèn)發(fā)展適宜性評(píng)價(jià)的因子較多而且地區(qū)間差異較大，因此在確定評(píng)價(jià)因子和權(quán)重等方面可能還不夠全面和準(zhǔn)確。在以后的研究中應(yīng)進(jìn)一步完善，以得到更精確的結(jié)果。

［1］李亞奇，席廣亮，秦天.基于GIS技術(shù)的城鎮(zhèn)建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)研究——以嘉興市鳳橋鎮(zhèn)為例［J］.海南科學(xué)，2010(28):105 -107.

［2］林恒章.遙感與祖國(guó)改革開放同行——中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所成立與發(fā)展回顧［M］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2004:231.

［3］武漢市資料.百度百科.［EB/OL］.(2015)(2015-02-25)http://baike.baidu.com/link?url=8x1SlwB4yjM7sgjc - UCP3U0fraqZo Wvem3zLrZb9b6Jy314jARw3NMLYiUn1iwKiB7XZ8YfLKaGDwkdubsVDM Pre79UuCB6YoAH-6yl-xRF44gNgqLlDlxUExLQ7yiHok_B-vwl41lRmw MW9lUtCvjJiMtEHqTJsC59a1ZKf-uclCo6rvE3do_GVc_NlqpA_.

［4］張浩，趙智杰.基于GIS的城市建設(shè)用地生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)研究——綜合生態(tài)足跡分析與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，47(3):531 -538.

［5］AZADNIA A H，SAMAN M Z M，WONG K Y.Sustainable supplier selection and order lot-sizing:an integrated multi-objective decision-making process［J］.International Journal of Production Research，2015，53(2):383-408.

［6］鄭宇，胡業(yè)翠，劉彥隨，等.山東省土地適宜性空間分析及其優(yōu)化配置研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005(2):60-65.

［7］郭金玉，張忠彬，孫慶云.層次分析法的研究與應(yīng)用［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2008(5):148-153.

［8］徐永輝，陳文瑞.土地適宜性評(píng)價(jià)關(guān)鍵問(wèn)題探討［J］.莆田高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2000(3):23 -25.

［9］YEH D，CHENG C.Recommendation system for popular tourist attractions in Taiwan using Delphi panel and repertory grid techniques［J］.Tourism Management，2015，46:164 -176.

［10］曹雋雋，周勇，葉青清，等.基于模糊灰色物元與克里格插值的縣級(jí)耕地質(zhì)量分等更新方法研究［J］.經(jīng)濟(jì)地理，2012(11):131-137.

［11］鄭宇，胡業(yè)翠，劉彥隨，等.山東省土地適宜性空間分析及其優(yōu)化配置研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21(2):60 -65.

［12］陳然.基于GIS的農(nóng)村土地生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)及應(yīng)用研究［D］.南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

［13］王翠萍，劉寶軍，孫景梅，等.基于GIS的臨澤縣土地生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)［J］.林業(yè)資源管理，2011(3):78-82.

［14］陳燕飛，杜鵬飛，鄭筱津.基于GIS的南寧市建設(shè)用地生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，46(6):801 -804.

［15］肖捷穎.基于GIS和Landsat TM/ETM+遙感資料分析的城市土地利用/覆蓋變化研究——以石家莊為例［D］.石家莊:河北師范大學(xué)，2002.