基于GIS與信息熵法的河南省城市用地演變特征研究

魯春陽 文楓 臘夢 司錦 王慧瑩

摘要：隨著城市化的快速發展，城市用地演變加速，由此引起的區域土地利用外部擴展與內部結構重組引起學者們的高度關注。以河南省為例，采用地理信息系統（GIS）空間分析、土地利用動態度、土地利用信息熵和土地利用均衡度，對其2006—2016年期間城市用地演變時空特征進行分析，結果顯示：（1）2006—2016年，除對外交通用地、特殊用地、商業服務業設施用地面積略有下降外，其他功能性用地面積均呈增加趨勢。（2）2006—2016年土地利用信息熵為0.58左右，2006—2011年均衡度為0.26左右，2012—2016年為0.28，說明河南省土地利用的均質度不斷提升。（3）2006—2016年，河南省人均用地面積異質性較大，符合國家標準要求的地級市比例偏低。

關鍵詞：城市土地利用;時空特征;信息熵;GIS空間分析;河南省

中圖分類號： F299.21 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）20-0281-06

區域土地利用動態變化是學者們研究的熱點問題之一。我國學者在土地利用變化的特征、驅動機制、演變機制等方面展開了諸多研究，取得了豐碩成果。魯春陽等采用土地利用變更調查數據分析了重慶市主城區土地利用動態變化特征[1]。李一瓊等采用土地利用轉移矩陣、標準差橢圓、點密度分析和熱點分析等方法探究蘇州市土地利用動態變化特征[2]。蘇浩等分析了黑龍江省城市土地利用績效時空變化特征[3]。史培軍等闡述了土地利用時空變化模型[4-5];劉紀遠等采用地理信息系統（GIS）和遙感技術（RS）相結合的方法研究我國城市土地利用變化特征[6-8]。史利江等采用GIS空間分析與土地利用動態變化模型相結合的方法分析上海市土地利用動態變化特征[9-11]。城市作為區域社會經濟發展的核心區，其土地利用變化對區域整體用地效益的提升具有至關重要的作用。因此，開展城市用地結構變化特征分析，探究其土地利用演變的一般規律，對找準城市用地結構演變的內在動因具有重要意義。因此，已有的研究大多采用大尺度或者中尺度研究區域某一時段土地利用變化情況。本研究為彌補現有微觀尺度研究不足的現狀，采用GIS空間分析法探討河南省城市土地利用時空演變特征，以期為河南省城市用地結構優化和城市整體功能發揮提供科學依據。

1 區域概況

河南省是全國第一農業大省、人口大省和糧食生產大省。2016年年底，河南省總人口1.07億人，其中城鎮人口5 232萬人，城鎮化率為48.5%。同期，河南省國內生產總值（GDP）總量為40 471.79億元，穩居我國第5位、中西部地區首位，三次產業比例為10.6 ∶47.6 ∶41.8，人均GDP為 42 575元。2016年，河南省城市建設用地面積為 2 424.64 km2，人均公園綠地面積為 10.4 m2/人。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

數據來自《中國城市建設統計年鑒》（2006—2017年）、《河南省統計年鑒》（2006—2017年）、《河南省國土資源年鑒》（2006—2017年）。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動態度

土地利用動態度反映不同用地類型的變化幅度，計算公式為

2.2.2 土地利用結構信息熵

設城市土地總規模為S，依據城市職能不同，將土地劃分為n種類型，每一種類型的土地面積為Si，則有：

2.2.3 土地利用結構均衡度

均衡度的計算公式為

3 結果分析

GBJ 137—1990《城市用地分類與規劃建設用地標準》（以下簡稱《原標準》）已經廢止，GB 50137—2011《城市用地分類與規劃建設用地標準》（以下簡稱《新標準》）自2012年1月1日起使用。因此，將研究時段分為2006—2011年、2012—2016年。

3.1 數量變化分析

2006—2011年，河南省城市建設用地面積由 1 517.65 km2 增加到2 019.26 km2，土地動態度為5.51%。其中，綠地動態度為18.80%，道路廣場用地動態度為7.27%，市政公用設施用地動態度為6.56%，公共設施用地動態度為6.11%，居住用地動態度為5.81%，工業用地動態度為0.46%，倉儲用地動態度為4.75%，而特殊用地動態度為-1.82%，對外交通用地動態度為-0.39%（表1）。

2012—2016年，河南省城市建設用地面積由 2 083.42 km2 增加到2 424.64 km2，動態度為3.28%，變化速度低于2006—2011年。工業用地動態度為4.74%，道路交通設施用地動態度為4.04%，居住用地動態度為3.75%，綠地與廣場用地動態度為3.66%。公共管理與公共服務用地動態度為2.34%，物流倉儲用地動態度為1.48%，公用設施用地動態度為 0.20%，商業服務業與公共服務業用地動態度為-0.09%（表2）。

3.2 結構變化分析

從表3可以看出，根據《原標準》和《新標準》中規劃建設用地結構比例標準，2006—2011年，河南省居住用地占比最高，其次是工業用地，公共設施用地占比在14%左右，道路廣場用地與綠地的占比在12%左右。根據《原標準》，居住用地、工業用地、道路廣場用地和綠地的比例符合要求。總體上，綠地占比呈上升趨勢。

2006—2011年，土地利用信息熵和均衡度變化不大，分別在0.58和0.26左右。這說明河南省土地利用的均質性有所增強。在城市用地中工業用地、綠地比例變化最為明顯。為反映和描述城市用地類型的多樣性和用地結構的復雜程度，本研究將各類型用地變化值進行分類（表4）。

從圖1至圖8可以看出，2006—2011年，人均居住用地變化值處于一級的有鶴壁市和開封市，處于二級的主要分布在豫中、豫南、豫北地區，處于三級的分布在豫西地區;2011年符合《原標準》的只有開封市、洛陽市、焦作市，其他地級市均不符合。人均工業用地變化值處于一級的主要分布在豫北地區，處于二級的分布在河南省絕大多數地區，處于三級的只有洛陽市;2011年符合《原標準》的只有開封市、洛陽市、鶴壁市、濟源市，其他地級市均不符合。人均道路廣場用地變化值處于一級的只有鶴壁市、開封市，處于二級的主要分布在河南省絕大多數地區;2011年符合《原標準》的有鄭州市、開封市、洛陽市、鶴壁市、濟源市、漯河市，其他地級市均不符合。人均綠地變化值處于一級的主要分布在豫中、豫北地區，處于二級的主要分布在河南省絕大部分地區;2011年符合《原標準》的只有鄭州市和漯河市。

由表5可知，2012—2016年，河南省城市用地比例呈上升趨勢的有工業用地、居住用地、道路交通設施用地、綠地與廣場用地，其增加比例分別為0.93、0.60、0.51、0.23 百分點。

而商業服務業設施用地比例下降0.91百分點，公用設施用地比例下降0.62百分點，公共管理與公共服務用地比例下降0.47百分點，物流倉儲用地比例下降0.27百分點。

根據《新標準》，2012—2016年，河南省只有居住用地、綠地與廣場用地、道路交通設施用地符合要求。其中居住用地比例平均值為29.62%，略高于《新標準》下限4.62百分點。綠地與廣場用地比例平均值為14.50%，比《新標準》上限低0.50百分點。道路交通設施用地比例平均值為15.73%，高于《新標準》下限5.73百分點。而工業用地比例在2012年低于《新標準》，但在2013—2016年期間符合《新標準》。公共管理與公共服務用地比例不符合《新標準》，超過《新標準》上限3.52百分點。總體上，2012—2016年信息熵和均衡度分別為0.58和0.28，城市用地中的各職能類型土地比例增減變化明顯不同。

從圖9至圖16可以看出，2012—2016年，人均居住用地變化值處于一級的分布在豫北、豫中地區，處于二級的主要分布在河南省絕大多數地區。人均公共管理與公共服務用地變化值處于一級的分布在豫北、豫中、豫東地區，處于二級的分布在豫南地區;2016年符合《新標準》的有鄭州市、開封市、洛陽市、鶴壁市、焦作市、三門峽市、濟源市，其他地級市均不符合。人均交通設施用地變化值處于一級的分布在豫東、豫東南、豫中地區，處于二級的主要分布在豫北、豫西南地區;2016年符合《新標準》的只有濟源市，其他地級市均不符合。人均綠地與廣場用地變化值處于一級的主要分布在豫東、豫北地區，處于二級的分布在絕大部分地區;2016年符合《新標準》的只有鄭州市、鶴壁市和漯河市。

4 結論與討論

通過對河南省城市用地擴展的時空特征進行研究發現，（1）2006—2011年，河南城市用地呈持續增長態勢。除特殊用地、對外交通用地、商業服務業設施用地略有下降外，其余功能性用地呈上升趨勢。（2）從土地利用信息熵和均衡度來看，2006—2016年信息熵為0.58左右，均衡度由0.26增加到0.28，這說明2006—2016年河南省土地利用的均質性有所增強，土地利用向更合理的方向發展。在城市用地中工業用地、綠地比例變化最為明顯。（3）2006—2016年，河南省人均用地面積異質性較大，符合國家標準要求的地級市比例偏低。

河南省在城市發展的過程中，城市用地結構不盡合理，達標城市不多，說明城市各類功能性用地供給有待優化，要深化土地供給側結構性改革，增加公共管理與服務用地、交通用地和綠地等的供給量，以滿足人們日益增長的對美好生活的需求。同時，要科學劃定城市增長邊界，促進城市緊湊發展和精明增長，提高城市發展質量，這也是下一步城市發展研究中應重點關注的熱點問題之一。

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