西安市城市擴(kuò)張及土地利用變化遙感監(jiān)測(cè)分析

許鵬 杜萍

[摘要]針對(duì)西安市作為新晉國(guó)家中心城市，城市發(fā)展與土地監(jiān)測(cè)信息不足的問(wèn)題，基于遙感方法，利用1993、2003、2013、2017年4期Landsat TM/ETM/OLI遙感影像為數(shù)據(jù)源，提取西安市4期建設(shè)用地和土地利用信息，通過(guò)擴(kuò)張指數(shù)、象限分析法、同心圓分析法、植被覆蓋度等方法分析西安市近年城市擴(kuò)張的時(shí)空特征，并對(duì)西安市城市擴(kuò)張和土地利用變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明，西安市在1993—2017年間城市擴(kuò)張明顯，擴(kuò)張速度經(jīng)歷了緩慢增長(zhǎng)階段、加速階段和穩(wěn)定增長(zhǎng)階段；擴(kuò)張方向整體經(jīng)歷了“向南—向北—向西”發(fā)展，擴(kuò)張范圍主要集中于以鐘樓為中心的6～20 km處，反映了城市區(qū)域發(fā)展的階段性差異和空間開(kāi)發(fā)受政策變動(dòng)的影響。城市擴(kuò)張規(guī)模影響因子主要為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人口增長(zhǎng)，擴(kuò)張方向主要受政府政策影響。由于城市的快速擴(kuò)張，西安市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)下降。因此，西安市后期應(yīng)嚴(yán)格控制建設(shè)用地增長(zhǎng)，促進(jìn)建設(shè)用地集約節(jié)約利用，加大耕地的保護(hù)力度以及對(duì)林地、水體、草地等生態(tài)用地的維護(hù)與改造，維持整個(gè)區(qū)域的生態(tài)平衡。

[關(guān)鍵詞]遙感監(jiān)測(cè)；城市擴(kuò)張；土地利用；時(shí)空分析；西安市

[中圖分類號(hào)]F 299.27[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A[文章編號(hào)]1005-0310（2018）03-0042-10

Abstract： As Xian becomes a newly-developed national center city， there is insufficient information on urban development and land monitoring， which is the problem this analysis aims at. Based on remote sensing methods， Landsat TM/ETM/OLI remote sensing images from 1993， 2003， 2013， and 2017 were used as data sources to extract information on construction lands and land use in four periods in Xian. Through the expansion index， quadrant analysis， concentric circle analysis， vegetation coverage and other indicators， we analyzed the expansion characteristics in Xian in recent years， as well as the urban expansion and land use changes in Xian. The result shows that the urban expansion was obvious during 1993-2017， and the expansion rate experienced from a slow growth phase， an acceleration phase， then finally to a steady growth phase. The direction of expansion has generally undergone the development of “south-north-west”. The scope of expansion has mainly focused on the 6-20km around the Clock Tower， which reflects the periodic differences in urban development and the impact of policy changes on spatial development. The main factors affecting the scale of urban expansion are economic development， industrial structure and population growth. The direction of expansion is mainly influenced by government policies. Due to the rapid expansion of the city， the value of ecosystem services in Xian continues to decline. Thus， it should strictly control the growth of land for construction， promote the intensive use of construction land， increase the protection for cultivated land， as well as maintain and transform ecological land such as forestland， water bodies and grasslands， so as to maintain the ecological balance of the entire region.

Keywords： Remote sensing technology； Urban expansion； Land use； Spatio-temporal analysis； Xian City

0引言

隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，城市不斷向外圍擴(kuò)張，其擴(kuò)張過(guò)程中又不斷加劇了城市內(nèi)部資源和生態(tài)環(huán)境等方面的壓力，致使城市化質(zhì)量不容樂(lè)觀[1]。截止2016年末，中國(guó)城市數(shù)量達(dá)到657個(gè)，常住人口城鎮(zhèn)化率已經(jīng)達(dá)到57.4%，城鎮(zhèn)用地的空間擴(kuò)張已經(jīng)成為現(xiàn)階段乃至未來(lái)城市發(fā)展土地利用的主要特征[2-3]。城市化的快速發(fā)展通常伴隨著城市土地利用急劇變化，而現(xiàn)階段中國(guó)的城市化發(fā)展已經(jīng)從量變走向了質(zhì)變的關(guān)鍵階段[4-5]。因此，及時(shí)掌握城市建成區(qū)的分布狀態(tài)和土地利用變化，了解城市擴(kuò)張的動(dòng)力因素，為城市發(fā)展、改善城市生態(tài)具有重要的意義。

由于城市監(jiān)測(cè)對(duì)城市發(fā)展的重要意義，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同方向?qū)Τ鞘袛U(kuò)張和發(fā)展進(jìn)行了研究[6-9]。與傳統(tǒng)城市監(jiān)測(cè)手段相比，遙感方式具有實(shí)時(shí)性、可靠性、高效性等優(yōu)點(diǎn)[10]，因此利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行城市擴(kuò)張及土地利用變化監(jiān)測(cè)就有了極其重要的價(jià)值。目前，利用遙感方式監(jiān)測(cè)城市發(fā)展的研究主要集中于東部城市，對(duì)西部城市的研究較少[11-12]。隨著國(guó)家中心城市戰(zhàn)略的新布局，國(guó)家發(fā)改委于2018年2月7日正式將西安市定位為國(guó)家中心城市，西安由此也成為中國(guó)第九座國(guó)家中心城市。因此，本文以城市擴(kuò)張顯著的西部國(guó)家級(jí)中心城市——西安市為例，選取數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定的1993、2003、2013、2017年4期遙感影像，分析西安市城市擴(kuò)張和土地利用的時(shí)空變化與影響因素，梳理城市擴(kuò)張對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)環(huán)境效益的影響。

1研究區(qū)與研究方法

1.1研究區(qū)概況

西安市地處陜西省中部，市域平均海拔424 m，位于東經(jīng)107°40′～109°49′，北緯 33°39′～34°45′，市域總面積10 108 km2。本文以西安市建成區(qū)為主要研究對(duì)象（圖1），研究區(qū)包括主城7區(qū)（未央?yún)^(qū)、灞橋區(qū)、蓮湖區(qū)、新城區(qū)、碑林區(qū)、雁塔區(qū)、長(zhǎng)安區(qū)），7區(qū)總面積2 420.703 km2。到2017年末，西安市戶籍總?cè)丝谶_(dá)845.09萬(wàn)，地區(qū)生產(chǎn)總值7 469.85億元，人均GDP為78 346元，城市發(fā)展呈現(xiàn)積極態(tài)勢(shì)。

隨著國(guó)家一系列政策的實(shí)施，西安市城市發(fā)展進(jìn)程明顯加快。因此，以西安市建成區(qū)為主要區(qū)域研究西安市城市擴(kuò)張和土地利用時(shí)空變化及其影響因素，對(duì)于促進(jìn)西安作為國(guó)家中心城市的合理發(fā)展具有重要的意義。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源與影像分類

本文研究中的相關(guān)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于1993—2017年的《西安統(tǒng)計(jì)年鑒》及其他統(tǒng)計(jì)資料；影像數(shù)據(jù)選用4期覆蓋西安市建成區(qū)范圍的Landsat數(shù)據(jù)，分別為1993年的TM影像、2003年的ETM影像以及2013年和2017年的OLI影像，分辨率均為30 m，軌道號(hào)為P127R36，成像時(shí)間主要集中在夏季，目標(biāo)區(qū)影像平均云覆蓋率4%；以及部分野外實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)。

北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)2018年7月

第32卷第3期許鵬等：西安市城市擴(kuò)張及土地利用變化遙感監(jiān)測(cè)分析

空間數(shù)據(jù)預(yù)處理在ArcGIS10.3和ENVI5.3軟件支持下進(jìn)行，包括幾何配準(zhǔn)、輻射定標(biāo)、大氣校正和影像裁剪等預(yù)處理操作。依據(jù)影像的實(shí)際解譯能力和國(guó)土資源部制定的土地利用分類體系及西安市當(dāng)前土地結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了分類的準(zhǔn)確性，本文將研究區(qū)土地類型分為城鄉(xiāng)、工礦居民用地（本文簡(jiǎn)稱城鎮(zhèn)），耕地，林地，草地，水域及未利用土地（本文簡(jiǎn)稱其他）共6類。采用基于樣本的面向?qū)ο蠓绞綄?duì)4期遙感影像進(jìn)行分類，其綜合分類精度均值達(dá)到85%以上，在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)地調(diào)查對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行人工局部修改，進(jìn)一步提高分類精度，得到西安市7區(qū)4期土地利用類型圖（圖2）。

1.3研究方法

1.3.1擴(kuò)張指數(shù)

城市面積增長(zhǎng)指數(shù)（Urbanization Growth Index，UGI）和城市擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)（Urbanization Intensive Index，UII）是研究城市擴(kuò)張的重要指標(biāo)之一[12]。UGI和UII的計(jì)算公式如下：

UGI=S′-SΔT；UII=S′-SS×1ΔT×100%。（1）

其中，S為前一時(shí)期建設(shè)用地面積，S′為后一時(shí)期建設(shè)用地面積，ΔT為時(shí)間間隔，單位為a。

1.3.2象限分析法

象限分析法是一種能直觀反映城市在不同方位擴(kuò)張和演化的手段[13]。本文以西安市鐘樓為中心，以現(xiàn)階段剛好囊括西安市主城區(qū)的20 km為半徑，以正北為方向，將研究區(qū)分為8個(gè)象限。分別統(tǒng)計(jì)不同時(shí)期各個(gè)方向城鎮(zhèn)用地圖斑面積，分析西安市階段性城市用地的擴(kuò)張方向特征。

1.3.3同心圓分析法

同心圓分析法尤其能夠反映平原型城市發(fā)展過(guò)程中的空間格局和圈層擴(kuò)張?zhí)攸c(diǎn)[14]。本文以西安市鐘樓為圓心，以2 km為間隔，構(gòu)成4個(gè)時(shí)期覆蓋城區(qū)影像的緩沖環(huán)，分析其城市建設(shè)與距離之間的擴(kuò)張?zhí)卣鳌?/p>

1.3.4植被覆蓋指數(shù)分析

植被覆蓋指數(shù)是指評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)、耕地、林地、草地和其他5種土地類型面積占研究區(qū)面積比重[15]，可以一定程度上反映區(qū)域現(xiàn)階段生態(tài)質(zhì)量。

2結(jié)果分析

根據(jù)遙感解譯結(jié)果，西安市在1993—2017年間的城市擴(kuò)張、土地利用情況及比重如表1所示。可以看出，林地、耕地和城鎮(zhèn)用地在所有時(shí)間段內(nèi)占研究區(qū)面積比重最大，土地利用主要在城鎮(zhèn)用地和耕地間劇烈變化，研究區(qū)內(nèi)的其他土地類型只是小范圍變化。由表1可以得出，西安市從1993—2017年24年間耕地面積減少了520.21 km2，比重減少了21.49%，城鎮(zhèn)用地面積增加了451.94 km2，比重增加了18.67%。

2.1擴(kuò)張指數(shù)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，西安市1993—2017年各時(shí)間段內(nèi)的擴(kuò)張速度和強(qiáng)度如表2所示，可以看出，西安城市建設(shè)面積在2003—2013年經(jīng)歷了較高速度的擴(kuò)張，在此之后西安市的城市擴(kuò)張仍然處于高速擴(kuò)張，但已明顯低于前期擴(kuò)張速度和強(qiáng)度。城鎮(zhèn)用地24年間共擴(kuò)張了451.94 km2，年均擴(kuò)張速度18.83 km2/a，擴(kuò)張強(qiáng)度為4.62%。

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析3個(gè)階段的西安市城市擴(kuò)張情況，結(jié)果顯示：1993—2003年西安市建設(shè)用地面積從1993年的407.65 km2增加到2003年的490.92 km2，凈增約83.27 km2；凈增率為20.43%，年均擴(kuò)張速率為8.33 km2/a；2003—2013年建設(shè)用地凈增約271.60 km2，凈增率為55.32%，年均擴(kuò)張速率為27.16 km2/a；2013—2017年建設(shè)用地凈增約97.07 km2，凈增率為12.73%，年均擴(kuò)張速率為24.27 km2/a，表現(xiàn)出“緩慢增長(zhǎng)期—高速增長(zhǎng)期—穩(wěn)定增長(zhǎng)期”的特征。

2.2方向分析

對(duì)西安市城市用地格局進(jìn)行象限分析（圖3a）），顯示西安市城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張具有明顯的方向特征。在1993—2017年的24年間，城市整體集中向南方、北方和西方擴(kuò)張。其中1993—2003年，城市集中向西南和南方方向擴(kuò)張，擴(kuò)張速度分別為3.29 km2/a、2.26 km2/a；在2003—2013年，城市整體擴(kuò)張速度最快，集中在西方、西北、西南和北方4個(gè)方向，擴(kuò)張速度分別為3.69 km2/a、3.64 km2/a、3.44 km2/a、3.42 km2/a；在2013—2017年，整體擴(kuò)張幅度相對(duì)放緩，但局部仍處于較強(qiáng)強(qiáng)度擴(kuò)張，其擴(kuò)張主要集中向東北和東南方向，擴(kuò)張速度分別為6.46 km2/a和5.24 km2/a。

通過(guò)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)與分析西安主城各區(qū)4期建設(shè)用地?cái)U(kuò)張速度，能較好地揭示各區(qū)城市開(kāi)發(fā)強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，體現(xiàn)城市發(fā)展格局。根據(jù)建設(shè)用地在各區(qū)統(tǒng)計(jì)情況（圖3b）），可以看出，2003—2017年西安市城市擴(kuò)張總體處于較快時(shí)期，擴(kuò)張強(qiáng)度大，城區(qū)建設(shè)用地向周邊擴(kuò)張較為明顯。蓮湖區(qū)、新城區(qū)、碑林區(qū)由于開(kāi)發(fā)較早，在1993年以前已經(jīng)完成城市擴(kuò)張，因此建設(shè)用地比重長(zhǎng)期處于高位狀態(tài)，反映出早期中心城區(qū)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)優(yōu)化和用地結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化階段；雁塔區(qū)在1993—2003年擴(kuò)張速度顯著，年均擴(kuò)張4.97 km2/a；長(zhǎng)安區(qū)、未央?yún)^(qū)在2003—2013年城市擴(kuò)張明顯加快， 擴(kuò)張速度分別為13.46 km2/a、 7.35 km2/a，長(zhǎng)安區(qū)由于行政區(qū)域面積較大，故統(tǒng)計(jì)圖上造成城鎮(zhèn)面積占比較小，但實(shí)際城市擴(kuò)張進(jìn)程顯著；灞橋區(qū)在2003—2017年一直處于高速擴(kuò)張期，擴(kuò)張速度為5.30 km2/a。由此可見(jiàn)，在1993—2017年近24年間西安市城鎮(zhèn)擴(kuò)張行政區(qū)劃主要集中在雁塔區(qū)、未央?yún)^(qū)、長(zhǎng)安區(qū)和灞橋區(qū)。

結(jié)合總體分析和實(shí)地調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，1993—2003年城市主要擴(kuò)張方向?yàn)橄蚰涎由欤鴸|邊擴(kuò)張空間得到一定的限制。2003—2013年西安市城市擴(kuò)張過(guò)程劇烈，向各個(gè)方向均有不同程度擴(kuò)張，其中主要擴(kuò)張方向?yàn)槲髂喜亢捅辈浚晃鞑恳灿忻黠@的擴(kuò)張，揭示了西安市建成區(qū)重心正在不斷向西南方向轉(zhuǎn)移。2013—2017年西安城市擴(kuò)張開(kāi)始放緩，主要擴(kuò)張為東北和東南方向。

2.3模式分析

由于特殊的平原地形，利用同心圓方法分析西安市不同時(shí)期城市擴(kuò)張。從結(jié)果可以看出（圖4a）），西安市城市擴(kuò)張存在明顯的圈層結(jié)構(gòu)特征，且在1993年就基本完成了以鐘樓為中心方圓6 km內(nèi)的城市用地?cái)U(kuò)張。在1993—2017年間，城市擴(kuò)張集中體現(xiàn)在6～20 km處，并在12～14 km處形成一個(gè)峰值，環(huán)帶擴(kuò)張強(qiáng)度隨距離鐘樓呈現(xiàn)倒U型曲線變化。在1993—2003年間，城市擴(kuò)張主要集中在6～12 km處，擴(kuò)張幅度較小并集中在城市外圍，年均擴(kuò)張為8.33 km2/a；在2003—2013年間，城市擴(kuò)張速度最快，擴(kuò)張幅度也最大，其主要擴(kuò)張移至10～20 km處， 年均擴(kuò)張為27.16 km2/a；在2013—2017年間，擴(kuò)張?bào)w現(xiàn)在內(nèi)部填充與外圍擴(kuò)張共存，其12～16 km處擴(kuò)張明顯， 年均擴(kuò)張為24.27 km2/a。截止2017年，規(guī)劃上西安市城市整體擴(kuò)張?bào)w現(xiàn)在三環(huán)以內(nèi)并伴隨南北方向的擴(kuò)張。

由圖4b）得，西安市耕地面積減少量與城鎮(zhèn)面積增加量存在一定的關(guān)聯(lián)。在1993—2017年耕地面積的減少量在6～20 km之間較大，表明城市的空間擴(kuò)張是導(dǎo)致耕地面積減少的主要原因。其中，1993—2003年城鎮(zhèn)擴(kuò)張和耕地減少均在6～12 km處較強(qiáng)烈；2003—2013年城鎮(zhèn)擴(kuò)張和耕地減少在10～20 km處強(qiáng)烈；2013—2017年城鎮(zhèn)擴(kuò)張和耕地減少處于穩(wěn)定波動(dòng)。說(shuō)明了西安市核心城區(qū)邊緣處建設(shè)用地的擴(kuò)張強(qiáng)度較大，城鎮(zhèn)擴(kuò)張用地主要來(lái)源于耕地，而中心區(qū)域擴(kuò)張強(qiáng)度相對(duì)較弱。

2.4植被覆蓋指數(shù)分析

植被覆蓋指數(shù)可用于評(píng)價(jià)區(qū)域植被覆蓋和生態(tài)質(zhì)量狀況，其公式為

Q=Aveg×（0.38×A+0.34×B+0.19×C+0.07×D+0.02×E）/F。（2）

式中，Q為植被覆蓋指數(shù)；Aveg為植被覆蓋指數(shù)的歸一化系數(shù)，省（地市）級(jí)取值為588.260 76，面積單位為km2；A為林地面積；B為草地面積；C為耕地面積；D為城鎮(zhèn)面積；E為其他用地面積；F為研究區(qū)總面積。

將各區(qū)域面積代入計(jì)算公式，得到西安市1993年、2003年、2013年和2017年的植被覆蓋指數(shù)分別為136.95、135.94、129.22和125.51。經(jīng)分析可知，雖然研究區(qū)林地面積有緩慢增長(zhǎng)，但研究區(qū)生態(tài)用地持續(xù)下降，這些土地類型面積的減少最終導(dǎo)致植被覆蓋指數(shù)持續(xù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，區(qū)域生態(tài)質(zhì)量持續(xù)降低。

2.5土地利用變化分析

城市格局時(shí)空演變基于土地利用變化，通過(guò)表1可以看出研究區(qū)各類型用地在1993—2017年的比例變化。24年間城鎮(zhèn)用地比例呈顯著增長(zhǎng)，由1993年的16.84%增長(zhǎng)為2017年的35.51%；同時(shí)耕地比重劇烈減退，占比由1993年的47.81%下降為2017年的26.32%，耕地面積的持續(xù)下降也與西安市統(tǒng)計(jì)局關(guān)于西安市糧食播種面積和糧食產(chǎn)量持續(xù)減少相吻合。空間上主要表現(xiàn)為耕地隨城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張而急劇減少，耕地與建設(shè)用地之間的矛盾是本階段城市格局變化的主要特征。其中以 2003—2013 年間減少最為嚴(yán)重，隨著西安市城市建設(shè)逐步飽和，西安市耕地持續(xù)減少才有所放緩。從分布來(lái)看，在城鎮(zhèn)擴(kuò)張過(guò)程中郊區(qū)村鎮(zhèn)也存在一定程度的低密度蔓延空間擴(kuò)張?zhí)卣鳎捎谂c主城區(qū)較遠(yuǎn)且均為自發(fā)擴(kuò)張，擴(kuò)張強(qiáng)度不大。隨著生態(tài)文明的建設(shè)，在1993—2017年間林地在東南區(qū)域有一定程度的緩慢增長(zhǎng)，表明西安市退耕還林工作得到了穩(wěn)步落實(shí)。同時(shí)，隨著東部地區(qū)大量生態(tài)用地建設(shè)和浐灞流域河漫灘的綜合治理，水體所占比例增長(zhǎng)明顯，水體比例由 1993 年的0.8%增加為 2013 年的1.31%，增長(zhǎng)主要體現(xiàn)在生態(tài)園儲(chǔ)水和浐灞河流治理造成蓄水河流段面積的增長(zhǎng)。隨著西安市城市的擴(kuò)張，城郊一部分土地荒置而演變?yōu)椴莸兀?993—2013年以來(lái)，草地比例由2.69%增加為4.82%，增長(zhǎng)體現(xiàn)在東部地區(qū)和西部漢宮殿遺址等一批文物保護(hù)區(qū)保護(hù)措施的增強(qiáng)，從而造成土地利用發(fā)生變化。研究區(qū)其他用地類型主要為裸地，其占研究區(qū)比重較小，在研究期內(nèi)先增加后減少。

3驅(qū)動(dòng)力分析

通過(guò)對(duì)影響城市擴(kuò)張的動(dòng)力因素分析，可以更好地對(duì)城市內(nèi)在發(fā)展機(jī)理進(jìn)行深入分析，從而有利于對(duì)城市未來(lái)發(fā)展的預(yù)判，進(jìn)而合理推動(dòng)城市可持續(xù)健康發(fā)展。因此本文綜合西安市城市發(fā)展與影響因子之間的機(jī)理研究，分析西安市城市擴(kuò)張及土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素如下：

3.1經(jīng)濟(jì)方面

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值是衡量一個(gè)城市發(fā)展最為重要的指標(biāo)之一。通過(guò)統(tǒng)計(jì)，近24年間西安市國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值從229.56億元增長(zhǎng)到7 469.85億元，增幅約32.5倍；人均生產(chǎn)總值從3 661元增長(zhǎng)到78 346元，增幅約21.4倍。表明西安市在1993—2017年間城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，城市活力不斷增強(qiáng)。其中，2003—2013年，西安經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快，這也與西安城市加速擴(kuò)張時(shí)間相一致。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上，從1993—2017年，正是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的高速期，經(jīng)濟(jì)的繁榮也進(jìn)一步促進(jìn)了對(duì)城市的開(kāi)發(fā)。分析發(fā)現(xiàn)，西安市城市規(guī)模與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值和第三產(chǎn)業(yè)呈顯著線性正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.98和0.96；同時(shí)顯示與第一和第二產(chǎn)業(yè)占比呈負(fù)相關(guān)，即第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展顯著促進(jìn)了城市擴(kuò)張。

由圖5分析得知，將1993年第三產(chǎn)業(yè)、城鎮(zhèn)面積和耕地面積量化為“1”后，進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)24年經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率與土地利用變化率發(fā)現(xiàn)：經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)促進(jìn)了城鎮(zhèn)的擴(kuò)張和耕地的減少，但城鎮(zhèn)的擴(kuò)張率明顯高于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率和耕地減少率。表明24年間西安市的城鎮(zhèn)面積在經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)下高速擴(kuò)張，城鎮(zhèn)面積擴(kuò)張強(qiáng)度為0.05/a。

由表3對(duì)比西安市GDP和土地利用變化特點(diǎn)也可以看出，隨著第三產(chǎn)業(yè)和GDP總量的增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)面積不斷擴(kuò)大，而耕地面積逐步減小，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與西安市土地利用存在明顯的關(guān)聯(lián)效應(yīng)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)城市擴(kuò)張作用明顯。

3.2人口因素

一個(gè)城市內(nèi)在人口的增加必然會(huì)促進(jìn)城市活力的提升，因此城鎮(zhèn)人口的增長(zhǎng)對(duì)于城市的擴(kuò)張必定會(huì)起到推動(dòng)作用。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，1993—2017年西安市的戶籍人口從630.91萬(wàn)增長(zhǎng)到845.09萬(wàn)，城鎮(zhèn)人口由1993年的240.85萬(wàn)增加到2016年的552.21萬(wàn)，增長(zhǎng)了129.28%，而1993—2017年西安市的城鎮(zhèn)面積增長(zhǎng)110.84%。因此，西安市的戶籍人口城鎮(zhèn)化和城鎮(zhèn)人口快速增加，顯著促進(jìn)了城市建設(shè)用地的增加，而建設(shè)用地的迅速擴(kuò)張又導(dǎo)致主城區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化。

3.3地理環(huán)境

區(qū)域地理環(huán)境是影響城市發(fā)展的先天基礎(chǔ)條件，在一定程度上會(huì)顯著影響城市發(fā)展的格局和土地利用在空間上的演變。由于特殊的地理環(huán)境，西安市中部地勢(shì)平坦，北部為渭河，南部為秦嶺，整體地勢(shì)有利于城鎮(zhèn)建設(shè)和向各個(gè)方向大規(guī)模開(kāi)發(fā)。但地理環(huán)境也在一定程度上影響了土地利用的分布，受地理因素的影響，西安市林地主要集中在南部山區(qū)，并在東部地區(qū)有緩慢增長(zhǎng)；水域面積的增減主要體現(xiàn)在浐河、灞河和灃河的變化；城鎮(zhèn)擴(kuò)張由于受東部灞河和驪山地勢(shì)影響，建成區(qū)范圍蔓延方向整體以向南、北、西為主，也客觀揭示了西安市建成區(qū)重心的不斷西移；而特殊的地形也造成了西安市城區(qū)待開(kāi)發(fā)耕地已經(jīng)枯竭，耕地面積隨著城鎮(zhèn)的擴(kuò)張大幅度減少。

3.4政策因素

由于西安市不同時(shí)期發(fā)展和建設(shè)任務(wù)的變化，使得城市擴(kuò)張和土地利用也呈現(xiàn)出階段性特點(diǎn)。其中，除了城市自身體系運(yùn)動(dòng)發(fā)展以外，政府的規(guī)劃也對(duì)城市發(fā)展起到了顯著的影響，政府政策的引導(dǎo)顯著影響了城市空間擴(kuò)張的方向和強(qiáng)度。政府的權(quán)利驅(qū)動(dòng)使得其在土地轉(zhuǎn)化中扮演著積極的角色，新區(qū)建設(shè)、住宅區(qū)規(guī)劃、生態(tài)遺址保護(hù)區(qū)的劃定、公共和服務(wù)設(shè)施的布局均會(huì)引發(fā)區(qū)域空間上土地利用格局發(fā)生明顯變化。政策的規(guī)劃和修訂在空間上對(duì)區(qū)域的建設(shè)起到了重要的指引和控制作用，控制了建設(shè)用地的方向、規(guī)模和類型。

國(guó)家級(jí)、省級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)的迅速發(fā)展，在很大程度上影響了西安市的城市擴(kuò)張和土地利用方向與強(qiáng)度。自1999年國(guó)家實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略以來(lái)，西安市城市擴(kuò)張及周邊建設(shè)速度明顯加快。西安市主城區(qū)現(xiàn)有5個(gè)國(guó)家級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)和6個(gè)省級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)，即 1991 年成立的位于中心城區(qū)西南部的西安高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)（國(guó)家級(jí)），1993年成立的位于中心城區(qū)北部的西安經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)（國(guó)家級(jí)），1996年成立的位于中心城區(qū)東南方向的曲江新區(qū)（國(guó)家級(jí)文化產(chǎn)業(yè)示范區(qū)），2006年成立的位于中心城區(qū)東南方向的西安國(guó)家民用航天產(chǎn)業(yè)基地（國(guó)家級(jí)），2014年成立的位于中心城區(qū)西北方向的西咸新區(qū)（國(guó)家級(jí)），以及西安未央工業(yè)園、西安浐河經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、西安郭杜教育科技產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)、西安灞橋科技工業(yè)園區(qū)、西安浐灞生態(tài)區(qū)、西安國(guó)際港務(wù)區(qū)等6個(gè)省級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)。由1993—2017年城市新增建設(shè)用地的空間分布來(lái)看，11個(gè)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)新增建設(shè)用地的面積直接促進(jìn)了城市的擴(kuò)張，說(shuō)明西安市各開(kāi)發(fā)區(qū)的快速發(fā)展成為主城區(qū)向外拓展的主導(dǎo)力量。隨著西安市各種遺址公園保護(hù)區(qū)范圍的規(guī)劃以及地鐵設(shè)施的建設(shè)，“米”字型高鐵網(wǎng)的完善和2006年西安市政府北遷的契機(jī)，西安市的城市發(fā)展仍將長(zhǎng)期處于活躍狀態(tài)。

近年來(lái)，西安市的城市擴(kuò)張趨于放緩，但隨著西安市作為國(guó)家中心城市戰(zhàn)略的實(shí)施，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，西安市的建設(shè)用地?cái)U(kuò)張仍將會(huì)繼續(xù)保持較高水平狀態(tài)。

4結(jié)論與啟示

本文以Landsat影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，收集了西安市主城7區(qū)4期遙感數(shù)據(jù)，較好地還原了1993—2017年間西安市城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張和土地利用變化情況。作為中國(guó)西北地區(qū)唯一的國(guó)家級(jí)中心城市，西安市的城市發(fā)展仍與東部城市存在顯著的地域差異。總體來(lái)說(shuō)，西安市的城市擴(kuò)張速度和強(qiáng)度較東南沿海城市整體偏小，這與西北地區(qū)人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模及社會(huì)發(fā)展等因素有直接關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)西安市城市發(fā)展深入分析，得出以下結(jié)論：

1） 西安市在這24年間城市建設(shè)用地始終保持著擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，其城市擴(kuò)張經(jīng)歷了“緩慢增長(zhǎng)期—高速增長(zhǎng)期—穩(wěn)定增長(zhǎng)期”，土地利用時(shí)空演變速度加快，建設(shè)用地急劇擴(kuò)張及大量耕地被占用為這一時(shí)期西安土地利用變化的主要特征。

2） 由于西安市地形平坦，城市擴(kuò)張受到地理約束條件較少，城市空間的擴(kuò)展方向表現(xiàn)出了階段性的特征：1993—2003年，城市空間集中向南方和西南方向擴(kuò)張；2003—2013年，城市空間集中向北方、西南、西方和西北方向擴(kuò)張；2013—2017年，城市空間集中向東北和東南方向擴(kuò)張。城市擴(kuò)張整體呈現(xiàn)出“南—北—西”的片狀擴(kuò)張模式，其擴(kuò)張地區(qū)集中在距鐘樓6～20 km范圍內(nèi)。

3） 綜合分析影響因素，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致西安市土地利用變化的主要外在驅(qū)動(dòng)力為地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人口增長(zhǎng)

。但城市擴(kuò)張是多重因素驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，城市擴(kuò)張的方向性主要受制于政府對(duì)城市發(fā)展的規(guī)劃政策，實(shí)質(zhì)驅(qū)動(dòng)力是在政策導(dǎo)向下的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，人口增長(zhǎng)等。其中，不同時(shí)期城市區(qū)域重點(diǎn)開(kāi)發(fā)政策的演變是造成城市擴(kuò)張方向發(fā)生變化的主要因素。

4） 西安市城市擴(kuò)張?jiān)斐沙鞘袃?nèi)部現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)破碎、功能日趨單調(diào)，擴(kuò)張過(guò)程中土地利用和生態(tài)環(huán)境效益不高。城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與城市的合理規(guī)劃密切相關(guān)，因此城市規(guī)劃中應(yīng)注重對(duì)生態(tài)用地的規(guī)劃與保護(hù)。西安市下一步發(fā)展應(yīng)加強(qiáng)拓展生態(tài)資產(chǎn)發(fā)展空間，加強(qiáng)對(duì)非農(nóng)建設(shè)占用耕地的控制，引導(dǎo)土地利用向符合西安市整體發(fā)展目標(biāo)的方向發(fā)展。

5） 結(jié)合城市格局時(shí)空演變機(jī)理和相關(guān)政策，可以預(yù)測(cè)未來(lái)幾年西安市城市擴(kuò)張主要以外延型為主，空間上仍然存在“攤大餅”的方式。擴(kuò)張方向主要向西、南、西南和東北4個(gè)方向，擴(kuò)張面積集中在由郊區(qū)耕地轉(zhuǎn)化，用地效率不高，土地利用結(jié)構(gòu)不盡合理。因此，未來(lái)城市發(fā)展應(yīng)提高土地集約利用效率，協(xié)調(diào)政府城市建設(shè)的政策，加強(qiáng)城市規(guī)劃的科學(xué)性及合理性，積極調(diào)控城市用地格局，避免城市粗放式擴(kuò)張，減小城市擴(kuò)張進(jìn)程中的土地和生態(tài)壓力，實(shí)現(xiàn)西安市城市化升級(jí)發(fā)展。

隨著國(guó)家中心城市的進(jìn)一步發(fā)展，西安市建設(shè)用地的比例將會(huì)進(jìn)一步提高，然而與其他國(guó)家中心城市橫向?qū)Ρ劝l(fā)展仍處于較低水平。通過(guò)對(duì)西安市城市擴(kuò)張和土地利用相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展（人口）和政府政策對(duì)西安市土地利用分別起著基礎(chǔ)性、決定性和控制性的作用，但政府政策和規(guī)劃起著主導(dǎo)作用。這對(duì)于有關(guān)部門制定合理的土地利用布局管理方法，協(xié)調(diào)人地矛盾和促進(jìn)西安市城市建設(shè)合理升級(jí)等問(wèn)題具有重要的參考價(jià)值。

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（責(zé)任編輯李亞青）