區域性中心城市蔓延趨勢測度與控制策略
——以山東省臨沂市為例

徐向華，陳 臻，丁曉東

（1.臨沂大學商學院，山東 臨沂 276000；2.臨沂市自然資源和規劃局，山東 臨沂 276001）

1 引言

隨著城市人口的迅速擴張和交通條件的改善，城市蔓延現象日益凸顯。據估算，到2030年, 世界城市人口將達到50億，因城市蔓延新增建設用地將達到152.7萬km2, 相當于中國國土面積的15%[1-2]。城市蔓延帶來嚴重的資源環境壓力, 耕地等農用地迅速減少，生態安全受到嚴重威脅。據估算，發展中國家每年有1～3萬km2的優質農田被吞噬[3]。中國改革開放以來，城市化速度加快[4]，城市建設用地蔓延現象較為突出，資源環境壓力不斷加大。相關研究表明，在1984—2012年間，城市建設用地由249 610 km2飆升到393 520 km2；濕地、濱海灘涂、天然沼澤等生態和農用地迅速減少，生態用地由7 458 340 km2減少為7 355 540 km2，農用地則由1 798 980 km2減少為1 729 120 km2[5]。

如何控制城市蔓延, 成為學界關注的熱點和政府管理的重點。伴隨城市蔓延研究的深入，在歐美逐漸形成了緊湊城市理論、精明增長理論和新城市主義理論等三個主要理論，其主要思想可以概括為：髙密度開發、劃定城市發展邊界、土地功能混合、公交導向[6-7]。在國內，城市蔓延現象引起了中央政府的高度重視，為有效控制城市蔓延和加強城市空間治理體系建設，《十三五規劃綱要》要求集中發展一批區域性中心城市，強化區域服務功能；科學劃定中心城區開發邊界和采用基本農田圍城等方式，推動城市發展內涵提升。2014年原國土資源部下發通知，要求500萬人口以上特大城市除公共基礎設施用地以外其他新增建設用地原則上不再安排農轉用指標。因此， 500萬人口以下的區域性中心城市將成為城市建設用地擴展的重點調控和關注對象[8]。

精確測度城市蔓延的趨勢是制定控制蔓延策略的基礎。測度城市蔓延趨勢的方法一般分為單一維度測度方法和綜合維度測度方法[9-15]。單一維度測度方法，是指從城市蔓延的某一個方面（維度），譬如城市人口密度或者是城市建設用地面積的增加速度，來度量城市蔓延的趨勢[15-17]。單一維度測度方法雖然簡單易用，但部分學者卻認為單一維度測度不能反映混合度、鄰接度、通達度和開敞空間等其他重要的城市蔓延特征[18-19]，因此不能綜合反映城市蔓延的全貌。綜合維度測度方法是基于單一維度測度，針對不同的維度測度加權求和來表征城市蔓延趨勢的方法[9-15]。GALSTER等開創性利用多維度理念研究城市蔓延，他將蔓延測度分為密度、混合度、連續度、集中度、多核度、鄰近度8個不同的維度，這些維度充分考慮了人口、新老城區空間關系、城市用途分區之間關系[14]。EWING等受美國精明增長（SGA）和環境保護協會（EPA）的委托，利用了密度、中心度、混合度和通達度等維度研究美國城市蔓延趨勢[20]。但也有學者認為，綜合維度測度方法掩蓋了城市蔓延的本質，無法客觀反映城市蔓延趨勢，單一維度測度才能準確反映城市蔓延趨勢[17]。

區域性中心城市建設是城市空間治理體系建設的重要組成部分。本文選擇魯南蘇北區域性中心城市臨沂市作為案例，采用綜合維度和單一維度兩種測度方法，全面測度城市蔓延的趨勢；并基于案例城市的研究結果，提出了區域性中心城市蔓延的控制策略，給區域性中心城市蔓延測度提供了范例，不僅有助于案例城市和區域性中心城市更有效控制城市蔓延，同時有助于從城市整體出發來探索構建新型的國土空間規劃體系。

2 數據與方法

2.1 研究區概況與研究范圍

臨沂市位于山東省東南部，地勢西北高、東南低，轄區面積17 200 km2, 是國務院批準的魯南蘇北區域性中心城市。臨沂市轄12個縣區，市區轄蘭山、羅莊和河東三個區，中心城區人口220萬人[21]，市區總面積1 760 km2，中心城區已達287 km2。 臨沂市商貿物流產業發達，小商品批發全國聞名，在國內有“南有義烏、北有臨沂”之譽。臨沂市城市化迅速發展和城市形態無序擴張并存，“十二五”期末, 臨沂市城鎮化率已達55.3%; 城市周邊的大量農用地尤其是耕地不斷被占用和蠶食，城市生態不斷惡化，城市規模無序擴張，每年接近10 km2優質耕地轉為城市建設用地，臨沂市也是原國土資源部確立的建設用地規模衛星重點監控的106個城市之一。因此，臨沂市在區域性中心城市中具有典型性。

由于區域性中心城市較大城市更接近農村地區，人口流動性大，農業人口和城鎮人口混合居住，區分城市發展邊界難度大；區域性中心城市多存在各類開發園區，而這些園區多以衛星城形式布局在城市周邊，難以區分城市范圍[22]。同時，城市蔓延研究多從蔓延效應角度從整轄區探討城市蔓延趨勢[23]，因此，本文的研究范圍重點確定為市轄三區。

2.2 城市蔓延趨勢測度方法

本文綜合運用了單一維度和綜合維度兩種方法，首先利用單一維度法測度城市蔓延在某一維度上的趨勢，然后基于單一維度測度結果，再通過加權求和的方法求出綜合值來考察總體蔓延趨勢。測度方法包括測度維度與測度指數、分區方案、 研究時段與數據來源、指數綜合方法4項基本內容。上述指數均涉及土地分類，土地分類標準采用GB/T 21010—2007。

2.2.1 確定測度維度與選擇測度指數

城市蔓延測度維度（指標）一般從土地擴展強度（數量指標）[22]、城市擴展形態（形態指標）、城市擴展效率（效率指標）三個方面設立[23]。其中，城市擴展形態維度，可以分為城市存量建設和新增建設用地的關系維度[9]、城市內不同建設用地用途之間的關系維度等兩個子維度[13]；城市擴展效率指標又分為內部效率指標和外部效率指標，內部效率指標一般用城市道路通達性指標表征[24]，而外部效率指標一般用開敞空間指標來表征[23]。

（1）土地擴展強度與適用的指數。土地擴展強度常用年度城鎮土地擴展速率[22]來表征，其數學表達式為：

式（1）中：ER表示年度城鎮土地擴展速率，UA起始年、UA結束年分別表示起始年份和結束年份的建設用地總量。

（2）去中心度測度及其適用指數。去中心度（Decentralization）用于測度城市存量建設和新增建設用地的關系[9，14]。城市越蔓延，其中心性越弱，去中心度越強[9，25]。蛙跳指數[12]、基尼系數[26]、Moran’s I和Geary’s C[26]常用來測度城市蔓延的去中心度。由于Moran’s I和Geary’s C測度去中心度的性能基本相同，并且相對于前兩者性能更強一些[25-26]，本文采用Geary’s C，其表達式為：

式（2）中：GI表示Geary’s C；i，j表示不同的子區；Xi，Xj表示不同子區內的建設用地面積，X表示其均值；Wij表示兩個不同子區中心坐標點間畢德哥拉斯距離。該指數值越低，蔓延程度越嚴重[25-26]。

（3）土地利用混合度及其適用指數。土地利用混合度（The Degree of Land Use Mix）表征城市內不同土地利用方式混合程度的指標[13-14]。新城市主義認為，提高土地利用混合度可以減少對汽車的依賴和提高城市社區的活力，從而緩解城市的蔓延趨勢。城市蔓延常和單一土地利用方式相聯系。在美國，城郊有很多獨立私人住宅，這些住宅離超市、醫院、學校很遠且城市基礎設施多數不齊全[19]；在國內，很多城市在市區外建有功能單一的各種形式的工業園、開發區等。

聚集度指數（C），并發散點指數（IJI）和相對申農熵（Relative Shannon Entropy）常常用于測度土地利用混合度[16]。相對申農熵,也稱為均衡度指數[36]，由于其簡單易用、實用性強[10，26]，本文采用相對申農熵指數，其表達式為:

式（3）中：RS代表相對申農熵；Pi是不同地類占土地面積的比例；n是子區數量。該指數值介于0～1之間，指數值越大，表示蔓延程度越輕[26]。

（4）通達度測度及其適用指數。通達度表征一個城市的交通網絡的運行能力。通達度測度能夠反映城市的蔓延程度，城市蔓延程度越嚴重，其交通網絡運行能力就越差。城市通達性測度指數模型主要包括效用指數模型和分形維度模型[24，27]，效用指數模型指數分為3類：距離測度指數、拓撲測度指數和重力測度指數[27]，分形維數分為長度—半徑維數、分枝數目—半徑維數、空間關聯維數、信息分維數[24，28], 由于信息分維數方法（Information Dimension, DI）計算簡單、實用[28]，這里選擇該方法，其表達式為：

式（4）中：DI代表信息維度；Pi表示子區內的道路占全部道路的比例該值介于0～2之間[28]；該指數值越大，城市蔓延程度越低。

（5）開敞空間測度及其適用指數。 研究證實，城市蔓延和開敞空間具有明顯負相關性[23，29-30]。開敞空間主要測度綠色開敞空間所占的比例，涉及的地類包括：耕地、園地、林地及各類水域面積[23，30]。開敞空間與城市人口總量相關：假定給定相同開敞空間，顯然人口越多的城市人均開敞空間越少。因此，定義開敞空間要兼顧城市人口因素。人均開敞空間測度數學表達式為：

式（5）中：GOSI表示人均開敞空間；表示開敞空間地類總面積；Durban表示人口。

2.2.2 分區方案

上述測度指數除年度城鎮土地擴展速率外皆為景觀指數，而這些景觀指數使用需要確定最小空間單元[31-32]。SUDHIRA等、LI等發現城市蔓延和行政等級存在正相關關系，城市蔓延以村莊轄區面積大小作為最小空間統計單元較為合適[33-34]；這里采用和居委面積大小相近的2 km格網作為最小的統計單元。

2.2.3 研究時段與數據來源

研究時段選取2011—2016年，時間跨度覆蓋“十二五”規劃。本文涉及數據包括土地利用現狀、城鎮地籍、地名地址路網數據，不同測度、測度指數和適用的數據類型見表1。

表1 測度、測度指數、數據名稱與來源Tab.1 Measurement, measurement indices, and data names and sources

2.2.4 不同測度指數綜合方法

測度指數綜合方法包括如下三個步驟：

（1）構造原始數據矩陣。

式（6）中：Y表示構造的矩陣；xij表示指數j在年度i內的值。表2是構造后的矩陣。

表2 各指數原始數據矩陣Tab.2 The matrix of original values of indices

（2）數據標準化與統一指數描述的方向。由于不同測度指數值的量綱不同，因此需要對不同量綱數據進行無量綱標準化處理。蔓延測度指數有的是從正向描述蔓延程度，指數值越大，則表示蔓延程度越嚴重，負向指數則相反；因此需要確定統一的指數方向[12]。本文涉及的指數中，土地擴展強度指數為正向指數，其他指數皆為負向指數。這里選擇極差變換法對數據進行標準化[35]。取構造的矩陣極值，最大值為，最小值為并依據下式進行數據轉換：

其結果值表示為：

（3）確定指標權重和計算綜合得分。確定指標權重的方法主要有主觀賦權法和客觀賦權法；為消除主觀因素帶來誤差，本文采用客觀賦值法中的熵值法[35]來確定權重，并加權求取綜合得分。

其次，計算冗余度：

再次，確定權重wj。一般認為，信息熵值越高，系統結構越均衡，差異越小，或者變化越慢；反之，信息熵越低，系統結構越是不均衡，差異越大，或者變化越快。所以，可以根據熵值大小，也即根據各項指標值的變異程度確定權重：

最后，計算不同年度綜合測度得分：

表3 城市蔓延的各年度測度指數得分、權重和年度綜合得分Tab.3 Annual scores, weights, and composite scores of the measurement indices of urban sprawl

3 結果分析

圖1 城市蔓延趨勢Fig.1 The trends of urban sprawl

圖2 2010—2016年新增建設用地分布Fig.2 Distribution of the newly-added construction land in the period of 2010-2016

單維度分析是利用單一測度指數值來分析城市蔓延趨勢。由于原始數據更能結合指數的方向性進行分析，這里直接利用表3中的各個測度原始數值予以分析。圖1是利用Matlab（R2014a）對表2和表3中的年度綜合得分的可視化效果圖。從圖1（a）可以看到，年度城鎮土地擴展速率（ER）曲線在2011年最大、在2012年最小，曲線變動的主要原因是：在2012年，原國土資源部發布了《關于大力推進節約集約用地制度建設的意見》以后，臨沂市提高了企業獲取建設用地的門檻，致使2012年建設用地擴展強度驟減；2013年以后，隨著新一輪土地利用總體規劃的修編和實施，臨沂市優化了建設用地布局，引導工業企業搬遷到新增的幾個工業園區（圖2），直接導致了2013—2015年指數值上升；隨著新增園區內建設空間接近飽和，年度城鎮土地擴展速率又逐漸降低。

從圖1（b）、1（c）、1（e）看出，去中心度、土地利用混合度和開敞空間測度三個指數均呈現下降趨勢。由于三指數均為蔓延負向指數，這說明在研究時段內，蔓延程度逐漸加重。圖2顯示，新增建設用地空間分布具有在城市周邊園區聚集、在遠離城區的部分布局分散的特點。產生園區內集聚效應的驅動因素包括兩個方面：一方面，政府通過園區引導政策，采取政府補貼、入住園區房租補助等措施，鼓勵產業集中進入園區；另一方面，企業在園區內選址有經濟利益考慮，由于城市周邊地價總體低于城市中心區域，企業可以用更少的投資獲取同樣的土地資產。圖2中顯示的在遠離城區部分零散的新增建設用地，主要用于建設與城市功能定位不符的農貿批發市場、高污染高耗能的板材市場等中低端產業和宅基地。同時從圖2看出，很大一部分新增建設用地圖斑落在城市發展邊界之外，中心城市發展邊界形同虛設。由于園區多在城市外圍，雖然新增建設用地在園區內相對聚聚，但是在城市總體上還是加劇了城市蔓延。

圖1（c）集中反映了臨沂市土地利用混合度不斷降低的趨勢。土地利用混合度指數集中反映了城市土地使用異質性和城市內土地利用的多樣性水平。臨沂市土地利用混合度不斷走低的原因主要有兩個方面：一是近幾年臨沂市不斷加大舊城區改造步伐，原有的舊城區內的板房、平房用地經政府收購儲備后約有90%（約有10 km2）用于住宅建設，其他用途的土地較少，土地利用混合度不高，造成了該區域人口密度遠高于舊城改造前的水平，該區域在交通高峰時段經常發生嚴重的交通擁堵；二是在新建園區內過渡強調單一的工業或者商業等園區規劃用途，用于居民生活的住宅用地較少，多數員工白天在園區上班、晚間回城里休息，在園區內出現“白天繁忙、晚上空城”的現象。與其他測度不同的是，圖1（d）表明城市通達度在逐漸提高。臨沂市是全國小商品批發中心，為更好地做好城市名片，臨沂市一直加大交通投入，近年來交通狀況不斷改善，在城區西部（圖2中的A區，小商品批發中心位于該區域）建設了高架橋、立交橋，大大緩解了西部新域交通壓力。但是在整體區域上，特別是老城區部分，交通運載能力仍然嚴重不足。圖1（e）可以看出，城市的開敞空間測度指數不斷降低。臨沂市地處平原，城市周邊都是廣袤的農田，新增建設用地的增加直接導致了農用地的減少；同時，臨沂市同期內城市人口總量小幅度增加，致使城市人均開敞空間逐漸變小。

從綜合測度指數計算過程可以看出，不同年度指數間數值越不均衡，該指數對城市蔓延就會產生更大的推動力，這個蔓延維度的權重就應該越大。從表3看出，各個維度的權重基本相同，說明各個維度對城市蔓延的貢獻是基本相同的。從圖1（f）可以看到，城市蔓延程度總趨勢呈現加重的態勢，雖然在2012年和2015年分別出現凹點和凸點，但是總的趨勢沒有改變，這是城市蔓延數量指標、形態指標、城市擴展效率指標三者共同作用的結果。雖然通達性指標反映城市交通有所改善，部分緩解了城市蔓延程度，但由于該指數權重和其他指數權重基本相同，其他指數對蔓延的拉動致使城市總體的蔓延程度表現為加重的趨勢。

4 城市蔓延的控制策略

從以上分析可知，臨沂市城市蔓延現象產生的主要原因：從土地擴展強度維度看，新增建設用地增速過快，“新區熱”現象突出；從去中心維度看，在城市周邊和遠離市區的部分實施了不同的產業供地措施，加劇了城市蔓延；從土地利用混合度維度看，城市建設過程中，不斷降低的城市土地用途混合度加劇了城市蔓延；從通達性角度看，部分區域的交通改善雖然可以提高城市通達度，但要根本改變城市通達度，需要進一步改善老城區的交通狀況；從開敞空間測度看，要從控制人口和新增建設用地兩個方面入手，來遏制城市蔓延趨勢；從綜合維度看，城市蔓延是多維度現象，要根本改變城市蔓延趨勢，需要從不同維度綜合發力，進行綜合施策。

控制城市蔓延的對策：針對臨沂市屬于區域性中心城市的特點，對城鄉實施統一規劃和政策引導，制定符合城市發展的統一的產業供地政策，結合新農村建設，盤活存量土地資源，實現城市發展空間的相對集中；準確測度資源利用水平和城市人口規模，科學劃定城市發展邊界并嚴格執行，控制新增園區數量，從嚴控制城市新增建設用地規模；加快城市更新改造的同時，要科學規劃和建設不同用地的混合程度，使不同用地在數量和空間上達到一個合理的建設水平；同時，要遏制城市蔓延，政府不但要科學制定和實施各種城市蔓延控制措施，還需確保出臺的相關政策與措施相互銜接。

5 結論與討論

城市蔓延可以導致資源枯竭和生態環境惡化等一系列資源環境問題，已經成為經濟和社會持續發展的主要威脅。目前中國政府重點發展區域性中心城市，因此測度區域性中心城市的蔓延趨勢和提出相應的蔓延控制策略，具有重要的實踐意義。本文基于這個目的進行了有益的探索，研究的主要收獲是：

第一，構造了城市蔓延綜合測度方法，全面有效地測度了臨沂市轄區的蔓延趨勢。實證研究表明，城市蔓延的單一維度測度和綜合維度測度兩個方法，在測度城市蔓延趨勢方面是不可或缺的，單一維度測度能刻畫城市蔓延的某一方面的特征，而綜合維度測度能從總體上描述城市蔓延趨勢。

第二，臨沂市城市蔓延的特征是：臨沂市城市蔓延總體呈現加重趨勢；城市周邊新增建設用地快速增長但空間分布分散，城市去中心度加重；城市的土地利用混合度逐漸降低，新增城區內城市土地利用功能相對單一；城市通達度逐漸增強，這雖然減緩了城市蔓延的趨勢，但是交通改善空間不均衡；城市開敞空間逐漸減少，臨沂城市的發展是以公共綠色空間損失為代價的。

第三，提出了臨沂市城市蔓延控制策略。針對臨沂市屬于區域性中心城市的特點，實施城鄉統一規劃和產業政策，加強政策引導，科學劃定城市發展邊界并注重規劃執行的剛性，從嚴控制新增建設用地數量，實現城市發展空間的相對集中；新城建設和城市更新改造的過程中，注重城市土地利用的功能復合，優化城市整體通達度，科學規劃和建設不同功能用地的混合程度；同時，控制城市蔓延的政策和措施要相互銜接、綜合施治。

第四，區域性中心城市蔓延控制的建議。雖然國家重視區域性中心城市建設，新增建設用地指標對區域性中心城市傾斜，但為防止城市蔓延現象在區域性中心城市建設中大面積出現，還需要做好以下兩個方面的工作：其一，有區別地編制區域性中心城市發展規劃，特別是國土空間規劃和土地利用總體規劃，這需要在綜合評估區域性中心城市用地需求和城市產業特點的基礎上，借鑒國外一些先進的城市規劃和管理經驗，例如土地用途復合原則；其二，實施城市蔓延指標考核工作，對于指標異常的，應當停止下達農轉用指標，這在新形勢下防止區域性中心城市蔓延具有重要意義。

本文主要從城市蔓延強度、蔓延形態、蔓延效果角度考察城市蔓延現象，沒有結合城市規劃實施評價統一考察城市蔓延現象。因此，今后可在該研究基礎上結合城市規劃實施評價，開展城市蔓延的對比研究。