石河子城市空間形態與影響因素分析

孫晨

摘要：城市空間形態是城市的形式、布局的物態表現，是城市內部密集和空間布局的綜合反映，也是城市聚集地產生、成長、形式、結構、功能和發展的綜合反映。隨著社會經濟的發展，城市的空間形態也在不斷的發生著變化，通過對城市空間形態的演變特點以及影響因素的分析，有利于城市的可持續發展。

關鍵字：城市空間形態；城市化；形狀指數

由于石河子地處我國的西北內陸，氣候干旱，自然環境惡略，使得其城市的內部結構缺乏整體性。而城市的發展規模與速度與城市的空間形態有著密切的聯系，因此對石河子城市的空間形態進行研究在一定程度上可以改進石河子的城市發展方向，使其向著經濟最大化的方向發展，從而促進石河子城市化的深一步發展，提高石河子的綜合實力，保證石河子城市的可持續發展，有利于對城市未來發展提供有效的依據。

1、研究區域概況

石河子市位于新疆維吾爾自治區北部，84°58′-86°24′E，43°26′-45°20′N，地處天山北麓中段，準噶爾盆地南緣，南鄰天山山脈，北接古爾班通過特沙漠，東以瑪納斯河為界，與瑪納斯縣為鄰，石河子市位于墾區東南部，地處烏伊公里與瑪納斯河、烏奎高速形成的圍合范圍內。

2、國內外現狀分析

城市形態學自19世紀開始萌芽，相繼提出了同心圓模式（ Concentric Ring Model） 、扇形模式、多核心模式（ Multiple-nucle Model） 等[1]。1960 年代以來，西方城市形態先后經歷了由緊湊中心區與郊區的二元結構模式向蔓延的大都市轉變、由單一中心城市向多中心城市地區轉變和城市郊區化的進程，城市形態研究也從內部轉向外部，從單個城市轉向城市群體，先后出現了連綿城市、大都市帶、城鄉融合區、大都會區、多中心的城市區域、網絡城市等結構模式概念，反映出城市的群體化、區域的一體化的發展趨勢，大城市之間外部形態相互融合為城市外部形態研究提供了更為開闊的視野[2-4]。

1990 年代以來，國內對城市形態的研究廣泛開展，研究內容涉及城市空間形態的構成要素和整體模式研究[5]，城市內部空間模式研究[6]，城市社會空間形態[7]，以及城市空間形態演變歷程、機制與驅動力研究等[8-9]，并逐步向區域化、群體化研究發展，開始關注都市區（圈）及城市群（帶）。研究方法經歷了從定性描述到定量分析、從數理統計到 GIS、從靜態表述到動態模擬的演進，大量采用了分形[10]、形狀指數[11]、近鄰傳播聚類算法[12]、緊湊度指數[13]、景觀指數[14]、元胞自動機[15]等。目前，我國不少學者利用GIS技術相繼開展了一些城市的形態演變過程與特征等方面進行研究[16-18]，并對城市形態研究的理論與方法進行探討。

關于城市平面輪廓形狀的演化是城市空間形態研究的問題之一，城市形狀的是經濟、政治和社會因素相互作用的結果。但是，在我國城市研究中較少進行城市形狀的變化以及由此帶來的社會經濟環境變化方面的研究[19]。在研究方法上，常常采用定性描述方法來表達城市形狀，如方形城市、圓形城市或長條形城市等描述性語言，城市形狀對比研究也較多采用視覺區分的方法。目前，在地學領域中用于定量測度形狀的方法主要有兩類，有基于平均意義上的粗糙測度方法，如形狀率、圓形率、緊湊度、橢圓率指數和延伸率等[20]，也有基于圖形周界測度的較精確方法，如Bunge在1962年提出的基于間隔選取圖形周界上頂點或節點的方法，Boyce &Clark在1964年提出的半徑形狀指數[21]，利用傅里葉變換方法計算圖形的形狀指數[22]，Medda等的基于形狀要素功能（shape membership function）的形狀指數方法[23]等，這些方法各有特點，但據我們的計算分析，Boyce-Clark形狀指數方法更能反映形狀的一般特征。同樣，Lo在1980年曾利用Boyce-Clark形狀指數計算了我國29個城市在1934年和1974年的形狀指數，并分析了這個時間段的形狀變化[24]，程連生等也采用Boyce-Clark形狀指數計算了北京市20世紀50年代、60年代、70年代、80年代末的城市邊緣軌跡的形狀指數[25]。

3、數據來源和研究方法

3.1 圖形與數據采集

收集石河子城市的衛星圖像，運用GIS和RS軟件，得出石河子城市主要建成區的范圍。

3.2 研究方法

3.2.1 繪制城市主建成區輪廓形狀

選定特定年份作為試驗對象，城市矢量圖層來源于谷歌地圖截圖，以此為底圖運用ArcGIS進行配準，經過一定的圖形編輯，得出了城市主要建成區的空間范圍。

3.2.2 Boyce-Clark形狀指數（SBC）[24]

Boyce-Clark形狀指數也被稱為放射狀指數，是將標準圓形與研究形狀進行比較，從而得出一個相對指數，它是一個基于半徑的測度，故又稱半徑形狀指數。計算公式為：

式中：ri某個圖形的優勢點到圖形周界的半徑長度，n為具有相等角度差的輻射半徑的數量，可以取不同的數，數越大，形狀指數值精度越高，不同形狀的圖形有不同的形狀指數，圓形的形狀指數最小，形狀指數越大，表明相同面積情況下有更大的邊界長度。

4、石河子城市空間形態演變過程

4.1 20世紀50年代到70年代

1950年7月確定兵團在石河子建新城，草繪了《擬建新城及公路位置圖》為新城選址定點。1951年最早版《新疆維吾爾族自治區石河子城市計劃》確定用地規模14平方公里，人口4～5萬，為石河子市結構奠定了初步框架。1958年，《石河子市城市總體規劃方案》正式出臺，預測城市遠期人口40萬人[26]，用地56平方公里，并確定了道路骨架、功能分區、兩條防護林帶、火車站位置和基礎設施總體布局。城市發展為“雙核四軸”的城市空間格局。endprint

4.2 20世紀80年代到90年代

82版《石河子市城市總體規劃》的城市人口至2000年達到20萬人，用地25.11平方公里。總體布局為一塊四點，即中間一塊為主城區，東部為工業區，南部為鐵路及倉儲用地，西部為工業區和兵團汽車運輸二團，北部為化工廠、酒廠、污水處理廠。該規劃功能分區明晰，提出了東工業區發展框架，并在鐵路骨架上延續了早期規劃的方格網狀模式。

4.3 21世紀初至現在

98版《石河子市城市總體規劃》于2004年正式批準實施。規劃南起烏奎高速公路以南500米以及材料廠，東臨瑪納斯河西岸，西接一五二團七連，北至石河子總廠八一路口、山丹湖村，規劃區總面積150平方公里，其中城市建設總用地48.29平方公里，規劃城市人口40萬人（2015年）。遠景城市人口為55萬人，建設總用地66平方公里。城市發展為“團狀密實”的城市空間形態，城市現建成區為“團狀”結構和“密實”的用地布局，歷年拓展模式呈現連續、穩定、理性的擴張特征。

表1 1960年、1990年、2010年石河子的形狀指數

Table1 Shape indices of Shihezi at 1960，1990，2010

1960* 1970 1980 1990 2000 2010

— 18.470 33.482 25.350 22.659 17.476

*注：數據來自文獻（Lo 1980）（采用的半徑數量為20個），“—”表示無數據

圖1 石河子城市形狀指數的變化

Flg.1 Chenges of urben shape indices of Shihezi from 1960 to 2010

5、石河子城市空間形態演變因素分析

5.1 地形地貌

石河子墾區南北長約180公里，東西寬約99公里，面積7681平方公里，地勢平坦，平均海拔高度450.8米。自東南向西北傾斜，地處天山北麓中段，古爾班通古特大沙漠南緣。石河子墾區地形由南向北依次為天山山區、山前丘陵區、山前傾斜平原、洪水沖積平原、風成沙漠區。主要河流有瑪納斯河、寧家河、大南溝、巴音溝河等。

5.2 區位優勢

從區位地理位置來看，石河子位于新疆烏魯木齊城市群之中，是新疆維吾爾族自治區天山北坡經濟帶中的重要城市。這一地帶是新疆社會經濟發展的重要地區之一，也是西部大開發中新疆的重點開發地區。實力較強的區域條件，為石河子加強與周邊城鎮的經濟聯系、開拓市場、擴寬發張渠道提供了有利條件。同時，新疆的城市體系屬于典型的首位型規模等級結構，烏魯木齊市的輻射帶動作用十分突出，石河子市位于烏魯木齊2小時交通圈內，便于接受烏魯木齊市的經濟輻射和信息、技術擴散。

5.3 經濟發展

石河子在歷史發展中形成了以棉紡、化工、造紙為龍頭的工業，到現在已出具規模，為今后城市發展奠定了基礎。近年來隨著外部資金的引入，工業在整體效益水平和增長率方面已有明顯的改善和提高。在未來的發展中注重產業鏈的深度拓展，將對全市的產業發展增加持續的動力。

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