太原市城市擴張的時空特征及動因分析

韓麗君　畢欣芮　劉晉紅　李雅琴　裴昕

摘要：近幾年來大量農村人口涌入城市，城市為了自身的發展，開始進行城市擴張。本文利用ArcGIS、Erdas軟件，以遙感、地理信息系統技術研究太原市近十年來的城市擴張的時空特征及其驅動因素，從多方面分析其擴張的原因，并從動因的角度掌握其變化規律：得到以下結論：（1）2005-2015年間，太原市城市迅速擴張，各種土地類型變化具有明顯的差異。（2）2005-2010年間，太原市城市擴張的方位變化大致為：東南-西南-南，總的來說，是向南發展。其中政治、自然、交通、經濟等因素起到了重要的作用。

關鍵詞：城市擴張；太原市；轉移矩陣

引言：當今社會是一個城市化進程飛速發展的時代，人類的社會發展導致大量城市迅速外建。如何快速準確地獲取城市擴張信息，并分析其驅動力機制，對于指導城市規劃，優化生態環境與可持續發展都具有十分重要的意義。本文主要以太原市城市擴張為研究對象，利用衛星遙感影像為數據源，運用ArcGIS、Erdas為處理方式，以遙感地理信息系統技術進行分析。研究太原市近十年來的城市的時空特征及其驅動因素，從多方面分析其擴張的原因，并從動因的角度掌握其變化規律，更好的認識和解釋城市擴張與耕地保護的決策驅動因素：理性的為城市發展、合理的城市空間規劃與布局以及城市可持續的、協調的發展政策，制定、提供建設性參考。

1研究區與數據處理

1.1研究區概況

太原市作為山西省的省會，太原市區面積6909平方千米，據2016年人口抽樣調查，年末全市常住人口434.44萬人，市區分為杏花嶺區、迎澤區、小店區、尖草坪區、萬柏林區和晉源區，形成了6區3縣l市的格局。太原市地理坐標為東經111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′，位于山西省境中央，太原盆地的北端，于華北地區黃河流域中部，西、北、東三面環山，中、南部為河谷平原，全市整個地形北高南低呈簸箕形。海拔最高點為2670米，最低點為760米，平均海拔約800米。區域輪廓呈蝙蝠形，東西橫距約144公里，南北縱約107公里。汾河，自北向南橫貫太原市全境，流經境內約100公里。市區東有太行山阻隔，西有呂梁山作屏障，坐落在兩大山脈間的河谷平原上。太原市屬溫帶季風性氣候，年平均降雨量456毫米，年平均氣溫9.5℃，一月份最冷，平均氣溫6.8℃：7月份最熱，平均氣溫23.5℃。全年日照時數2808小時。太原市三面環山，是中國北方軍事、文化重鎮，世界晉商都會，中國能源、重工業基地之一。大太原經濟圈的空間結構是以發展以現代服務業為重點的第三產業為核心，以發展成為核心城市的工業生產區、都市農業區和都市功能外延區為內層圈，以煤焦產業的疏散地，承擔經濟圈“全國能源基地”的生產運輸職能為外層圈。

1.2數據來源與處理

本文以每5年為間隔，分別選取2005年、2010年、2015年空間分辨率為30m的原始遙感影像圖，及太原市轄區行政矢量圖，繪制了2005-2015年太原市各土地類型的變化圖。具體處理過程如下：（1）在Geodatabase地理空間數據云的輔助下獲取2005、2010、2015年遙感影像（2）在ERDAsImage9.2中對原始影像進行幾何校正、邊界裁剪等處理后，利用監督分類結合歷史地圖、城市規劃圖，提取了2005、2010、2015年的土地分類數據，其中土地類型包括建設用地、耕地、水體、植被。（3）在ArcGISl0.0中以在ERDAsImage9.2中監督分類得到的影像圖為底圖，對其土地類型進行矢量化分析，得到土地類型分類圖，同時通過圖層的疊加得到不同年份建設用地和水域面積的變化，并分析出其面積增減的空間位置。（4）利用太原市近幾年的統計資料、影像數據以及《山西省統計年鑒》，結合城市發展的基本規律，探索近年來促使太原市擴張的主要驅動力因素。

1.3研究方法

1.3.1監督分類法

監督分類法是獲取土地利用信息最常見的方法。從研究區域中選擇有代表性的訓練場地作為樣本。本文對影像分為建設用地、耕地、水體、植被、道路五類，這樣有利于觀察城市擴張變化。

在分類精度評價中，制圖精度和用戶精度都達到95%以上，符合要求，可以進行以后的繼續研究。

1.3.2土地利用類型轉移矩陣

土地利用類型轉移矩陣來源于系統分析中對系統狀態與狀態轉移的定量描述.將2005、2010、2015年的土地利用現狀圖（shp格式）中每一個土地類型圖加標屬性。在ArcMap里分別打開每兩個時相的圖層，打開ArcToolbox，用DataManagementToolslGeneral～ationlDlssovlve工具。InputFeature選擇要融合的圖層，DissolveField（s）選擇土地利用類型字段，進行圖像融合。在屬性表中利用CalculaleGeometr，完成圖斑面積計算，最后把所得的數據導入到Excel中進行分析。如下表：

從表2來看，大量的耕地面積轉換成了建設用地，耕地轉換成建設用地體現在是：各個工程的新建：如萬家寨引黃工程、汾河二庫工程、汾河三庫工程的興建和部分冶金、化工工程的擴建，高新技術開發區等經濟區的開發。同期大量的植被轉換成了耕地，多為偏遠地區土壤肥力低、水資源條件差的坡地。水體和建設用地的變化并不是特別明顯。

從表3來看，大量的植被被轉移成了耕地，導致耕地面積增加，建設用地轉換成了耕地。其他土地類型沒有較大的變化。

1.3.3圖層疊加

將在Arcgis中矢量化2005、2010、2015年建設用地和水體的兩種土地類型圖分別進行疊加，得到如下幾幅圖

從圖1可以看出，太原市在2005年到2010年東建成區范圍向中心靠攏。從圖2可以看出，2015年比2010年建成區面積在西南部有顯著的增加。綜合從圖1、2幅圖可以看出太原市城市建設用地的擴張在近十年來主要表現在集中向南部發展，北部面積有減少的趨勢。

從圖3可以明顯的看出2010年與2005年相比汾河向南北兩側擴張，從圖4、圖5可看出2015年汾河繼續向南擴張，但晉陽湖面積有所減少，但整體水體有所增加。這主要與晉陽湖周邊土地的規劃與整理有關，因為太原市政府決定新建晉陽湖公園，晉陽湖隨著太原市發展中心的不斷南移，區位優勢逐漸的顯現出來，大多房地產在此落戶，不斷減少了晉陽湖的水體面積。汾河南移也與太原市政府的有關政策有關。汾河太原城區段治理美化三期工程將實施，汾河景區向南延伸12公里，打造汾河生態走廊。

2.結果與分析

太原市城市擴張的時空特征

從表4和圖6可以看出，在這10年內太原市擴張十分迅速，2005年太原市的城市用地面積為276.56平方千米，2010年太原市的城市用地面積為329.52平方千米，增加了52.96平方千米：2015年太原市的城市用地面積為436.98平方千米，比2010年增加了107.46平方千米。同時，耕地面積卻在持續減少。2005年太原市的耕地面積為812.95平方千米，2010年為596.50平方千米，減少了216.45平方千米：2015年太原市的耕地面積為463.47平方千米，比2010年減少了133.03平方千米。同時，耕地面積卻在持續減少。但是在近十年來，太原市的水體和植被卻有明顯的增加，水體從的8.03平方千米（2005）增加至10.75平方千米（2010），增加了2.71平方千米，在2015年達到了11.73平方千米，增加了0.98平方千米。增加面積越來越大。植被從330.66（2005）平方千米增加到491.42平方千米（2010），增加了160.76平方千米，在2015年達到了516.02平方千米，增加了24.60平方千米。這說明近十年來，太原市主要集中發展水體和植被的建設，注重生態環境?？傮w來說，太原市的城市擴張是向東南、南部擴張，主要集中于南部地區，其他地區僅有輕微變化.

3討論

考察太原市近年來出臺的相關政策，結合太原市近幾年來的統計年鑒，認為太原市擴張的驅動力主要包括以下幾個方面：

1.政治因素

現代城市的發展在很大程度上由政府決策和城市規劃控制著。山西省建設廳等部門編制了《山西城鎮化推進戰略研究》。研究結果認為：太原要實現大發展，必須打破現有太原市區劃的約束，擴大現有太原市發展的“城圈”，建設太原經濟圈，擴大經濟發展空間，在更廣闊的地域和空間中謀取發展。太原市集中力量開展“一核一圈三群”的規劃編制工作，力爭年內完成“一核”（太原都市區）、“一圈”（太原都市圈）規劃編制，實現太榆同城化。

2.自然因素

自然條件對城市擴張的影響巨大，影響著城市的擴展方向和城市的結構。太原市位于山西省太原盆地的中部，東部、西部和北部群山圍繞，可利用土地有限，大大制約了太原市的經濟社會的發展。太原市南部屬于晉中平原，地勢平坦，為太原市的向南擴展提供有利的地形條件。

3.經濟因素

城市經濟發展是城市空間擴展的根本動力，城市空間發展又是城市經濟發展的物質基礎。城市經濟的發展影響著城市空間拓展的速度、方向、特征。近幾年來，太原第三產業發展迅速，特別是加快發展高新技術產業、房地產、科教文化事業。太原原有的老城區已經遠遠不能滿足這樣的需求。

通過查閱《山西省統計年鑒》，對建筑業企業房屋建筑面積（Y，平方千米）與總人口（X₁，萬人），第一產業（X₂，萬元），第二產業（X₃，萬元），城鎮居民消費（X₄，萬元），農村居民消費（X₅，萬元），第三產業（X₆，萬元），公路里程（X₇，公里）做回歸分析，建立的多元線性回歸方程為：Y=-14.311-0.008X₁+1.392E5X₂-1.616E-6X₃-2.253E-6X₄+0.020X₅-0.003X₆+0.004X₇

根據以上方程可知：農村居民消費和公路里程與房屋建筑面積存在正相關關系。

根據回歸方程得出圖7，從中可以明顯看出隨著城市面積的增加，農村居民消費和公路里程都表現出增加的趨勢。由此說明建設用地的擴大與農村城市化發展和城市公路擴建有直接影響，這也符合太原市從市中心向周邊擴展，開發城中村，農村城鎮化的動態發展，尤其是向南向西的擴展。

4.交通因素

城市交通的發展對城市擴張的作用不可小覷。開辟鐵路、公路，提高交通運輸的速度，都會對城市的擴張產生重大的影響。在十三五規劃《綱要（草案）》中出現的一則內容：構建“三環十線七放射、一網兩縱四橫兩樞紐”的現代綜合交通網絡。在過去的幾年內，最南部的小店區發展尤其迅速，建成了多條次干道為主體的方形閉合式交通網，由此出現了飛地式的城市拓展模式。2014年山西省發改委最新發布，太原榆次城際鐵路線項目開通，此條捷徑道路位于太榆文化軸線上，加強汾東中心、榆次中心這兩個副中心與中部科技城中心的聯系。軸線向西經過汾東商務區跨越汾河，形成與大晉陽文化休閑旅游區的休閑文化的滲透，向東加強與山西大學城的教育創新文化聯系，全面促進太榆一體化發展。

4.結論

本文分析了太原市建設用地擴張的時空特征及其擴張模式，得出以下結論：

（1）2005-2015年間，太原市城市迅速擴張，各種土地類型變化具有明顯的差異。

從中可以看出，2010-2015年的年增長率要比2005-2010年的增長率大。

（2）2005～2010年間，太原市城市擴張的方位變化大致為：東南-西南-南，總的來說，是向南發展。