張宗函 李 帥 黃惠南 錢文浩 姜 慧 方武生

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128；2.北京佰信藍(lán)圖科技有限公司，河北石家莊 050000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)體量增大，人口增長(zhǎng)同有限的自然資源特別是土地資源間可能產(chǎn)生矛盾。土地資源有限，建設(shè)用地增加可能導(dǎo)致其他非建設(shè)用地尤其是農(nóng)用地減少，農(nóng)用地組成成分中，耕地占據(jù)絕大部分。因此，人口增長(zhǎng)與城市擴(kuò)張可能直接或間接導(dǎo)致耕地面積的減少。

1 研究區(qū)概況

寧晉縣隸屬于河北省邢臺(tái)市，位于河北省中南部，寧晉縣下轄13個(gè)鎮(zhèn)、3個(gè)鄉(xiāng)、1個(gè)街道辦事處、1個(gè)省級(jí)開發(fā)區(qū)、364個(gè)行政村，總面積1 110.9 km2。研究選取寧晉縣2010、2015、2020年BIGEMAP的航空拍攝影像，人口、經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)資料在河北省統(tǒng)計(jì)年鑒和寧晉縣人民政府門戶網(wǎng)址獲取[1]。

2 影像分析與建設(shè)用地提取

研究采用迭代自組織的數(shù)據(jù)，使用動(dòng)態(tài)聚類分析法對(duì)影像進(jìn)行非監(jiān)督分類，結(jié)合目視解譯法對(duì)影像進(jìn)行判讀。非監(jiān)督分類時(shí)，迭代分析過程的最大迭代次數(shù)為5[2]。

根據(jù)聚類分析成果進(jìn)行目視解譯、矢量化處理、疊加分析與擦除操作，得到研究區(qū)2015年和2020年的新增建設(shè)用地情況[3]。為了保證新增建設(shè)用地情況準(zhǔn)確，利用研究區(qū)矢量道路網(wǎng)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，得出研究區(qū)矢量道路面數(shù)據(jù)，針對(duì)2010年建設(shè)用地和2015年、2020年新增建設(shè)用地分別擦除矢量道路數(shù)據(jù)，打散地塊后對(duì)地塊面積進(jìn)行幾何計(jì)算和統(tǒng)計(jì)匯總，得到研究區(qū)內(nèi)原有建設(shè)用地及新增建設(shè)用地分布情況。2010、2015、2020 年寧晉縣的建設(shè)用地面積為1 772.36、2 081.29、2 321.19 hm2。

研究區(qū)2010、2015、2020年聚類分析結(jié)果如圖1～圖3所示。

圖1 研究區(qū)2010年聚類分析結(jié)果

圖2 研究區(qū)2015年聚類分析結(jié)果

圖3 研究區(qū)2020年聚類分析結(jié)果

3 城市擴(kuò)張時(shí)空分析

3.1 城市擴(kuò)張的空間特征分析

（1）新增建設(shè)用地地理中心偏移。

2010—2020年，研究區(qū)擴(kuò)張的整體方向?yàn)橛蓶|南向西北。2010—2015年，城市擴(kuò)張中心偏移幅度較?。?015—2020年城市擴(kuò)張中心偏移幅度較大。

（2）建設(shè)用地緩沖區(qū)分析。

以研究區(qū)2010年建設(shè)用地地理中心為基點(diǎn)，針對(duì)研究區(qū)建設(shè)用地建立7個(gè)1 km的多環(huán)緩沖區(qū)[4]，與3個(gè)時(shí)間段的研究區(qū)建設(shè)用地進(jìn)行矢量疊加分析，得出3個(gè)時(shí)間段內(nèi)研究區(qū)建設(shè)用地距地理中心點(diǎn)不同區(qū)域范圍內(nèi)的空間分布情況。

建設(shè)用地多環(huán)緩沖區(qū)空間分布如圖4所示。

圖4 建設(shè)用地多環(huán)緩沖區(qū)空間分布

由圖4可知，距離城市地理中心3 000 m范圍內(nèi)，建設(shè)用地面積量達(dá)到最大值，且每個(gè)緩沖區(qū)范圍內(nèi)，每個(gè)年份的建設(shè)用地面積均增長(zhǎng)。1 000～3 000 m范圍內(nèi)，建設(shè)用地面積不斷增長(zhǎng)；3 000～7 000 m范圍內(nèi)，建設(shè)用地面積開始下降；7 000 m處，2015—2020年新增建設(shè)用地面積幾乎為0。結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)建設(shè)用地面積的擴(kuò)張速度逐步減慢，總體仍有向外擴(kuò)張趨勢(shì)。

3.2 城市擴(kuò)張時(shí)間特征分析

城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度指城市擴(kuò)展或收縮時(shí)的總體變化速率，消除了建設(shè)用地的初始規(guī)模對(duì)擴(kuò)張?zhí)卣鞯挠绊慬5]。

式中：UII——建設(shè)用地的擴(kuò)展強(qiáng)度；S'——后一時(shí)期的建設(shè)用地面積（hm2）；S——前一時(shí)期的建設(shè)用地面積（hm2）；ΔT——時(shí)間間隔（年）[6]。

研究區(qū)2010—2020年建設(shè)用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度和擴(kuò)展速度如表1所示。

表1 研究區(qū)2010—2020年建設(shè)用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度和擴(kuò)展速度

由表2可知，研究區(qū)2010—2015年建設(shè)用地?cái)U(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度較大，2015—2020年建設(shè)用地?cái)U(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度較小。

3.3 城市擴(kuò)張社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素灰色關(guān)聯(lián)度分析

本研究采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對(duì)驅(qū)動(dòng)力因子進(jìn)行分析，將9項(xiàng)指標(biāo)分別以X1～X9進(jìn)行排序，利用各驅(qū)動(dòng)力因子的均值對(duì)驅(qū)動(dòng)力因子進(jìn)行無量綱化處理。

計(jì)算灰度關(guān)聯(lián)系數(shù)：

各項(xiàng)驅(qū)動(dòng)力數(shù)據(jù)無量綱化匯總?cè)绫?所示。

表2 各項(xiàng)驅(qū)動(dòng)力數(shù)據(jù)無量綱化匯總

各驅(qū)動(dòng)力因子的關(guān)聯(lián)系數(shù)（ρ=0.5）如表3所示。

表3 各驅(qū)動(dòng)力因子關(guān)聯(lián)系數(shù)（ρ=0.5）

如表3所示，各驅(qū)動(dòng)力因子的關(guān)聯(lián)度排序?yàn)閄5＞X7＞X8＞X2＞X9＞X1＞X6＞X4＞X3，表明影響寧晉縣主城區(qū)城市擴(kuò)張的主要因素為社會(huì)驅(qū)動(dòng)力，包括年末人口數(shù)量（X5=0.881）、糧食總產(chǎn)量（X7=0.853）、中學(xué)在校人口數(shù)（X8=0.808）、小學(xué)在校人口數(shù)（X9=0.743）。

4 結(jié)語

從城市擴(kuò)張的空間角度分析，寧晉縣主城區(qū)城市擴(kuò)張的整體方向?yàn)橛蓶|南向西北，以向外擴(kuò)張為主。距城市地理中心3 000 m處，城市擴(kuò)張量及城市擴(kuò)張速度達(dá)到最大。從城市擴(kuò)張的時(shí)間角度分析，寧晉縣主城區(qū)建設(shè)用地的面積逐年增加，擴(kuò)張速度逐年減慢。城市擴(kuò)張是各項(xiàng)驅(qū)動(dòng)力因子相互作用的結(jié)果，寧晉縣主城區(qū)城市擴(kuò)張過程中，社會(huì)因素占主導(dǎo)地位，經(jīng)濟(jì)、政策因素起推動(dòng)和促進(jìn)作用，人口數(shù)量和中學(xué)在校學(xué)生數(shù)量是研究區(qū)城市擴(kuò)張的核心驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是研究區(qū)城市擴(kuò)張的強(qiáng)力催化劑，交通指標(biāo)為研究區(qū)內(nèi)城市擴(kuò)張?zhí)峁┗A(chǔ)保障。