2000-2018年成都市中心城區(qū)“三生”空間格局演化

劉 濤 侯蘭功

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 四川綿陽(yáng) 621010)

“三生”空間是生產(chǎn)空間、生活空間以及生態(tài)空間的簡(jiǎn)稱，構(gòu)成了不同空間尺度的主體要素[1]。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化以及工業(yè)化的不斷推進(jìn)，其生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間的相互爭(zhēng)奪與沖突日趨激烈[2]。“三生”空間的沖突其實(shí)質(zhì)是不同功能土地間的博弈。如何發(fā)揮功能協(xié)同和乘數(shù)效應(yīng)，緩解土地功能沖突，成為當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問(wèn)題[3]。十八大報(bào)告提出了建設(shè)集約高效的生產(chǎn)空間、宜居適度的生活空間以及山清水秀的生態(tài)空間的總體要求[4]。學(xué)者對(duì)“三生”空間的研究多從概念[5-6]、理論分析框架[7-8]、評(píng)價(jià)模型[9-10]、功能變化[11]以及影響因素[12]等方面切入，涉及范圍主要有行政區(qū)域[13]、城市群[14-15]、流域等，對(duì)于存在著具有顯著空間異質(zhì)性的土地功能來(lái)說(shuō)，研究尚處于初級(jí)階段。

中心城區(qū)是一個(gè)區(qū)域的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，同樣也是人口最密集的區(qū)域[16]。當(dāng)前我國(guó)正處于快速城鎮(zhèn)化、工業(yè)化發(fā)展階段，其建設(shè)空間快速擴(kuò)張，加速了生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間的轉(zhuǎn)變，受多種因素的影響，生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間沖突不斷。為更好地揭示中心城區(qū)“三生”空間時(shí)空演化特征，本文以成都市中心城區(qū)為研究對(duì)象，利用轉(zhuǎn)移矩陣法、地學(xué)信息圖譜法以及標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法探究2000-2018年成都市中心城區(qū)生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間在結(jié)構(gòu)以及空間上的演化規(guī)律，為進(jìn)一步優(yōu)化中心城區(qū)“三生”空間提供新的研究方向，為實(shí)現(xiàn)“三生”空間可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)域概況

成都市中心城區(qū)是成渝城市群雙核心之一，是西部經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)、科技最領(lǐng)先、商業(yè)最繁華的區(qū)域之一，主要包括錦江區(qū)、青羊區(qū)、金牛區(qū)、武侯區(qū)、成華區(qū)、新都區(qū)、郫都區(qū)、溫江區(qū)、雙流區(qū)、龍泉驛區(qū)以及青白江區(qū)，介于30°13′23″～30°57′58″N和103°14′73″～10°29′31″E之間(見(jiàn)圖1)，幅員面積3 298 km2，年均氣溫16.2 ℃，全年平均降雨量1 113.21 mm，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候。至2018年末，成都市中心城區(qū)全年生產(chǎn)總值達(dá)9 993.8億元，其中第三產(chǎn)業(yè)占比60.72%。

圖1 研究區(qū)域位置圖Fig.1 Location map of the study area

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所用到的影像數(shù)據(jù)均來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)，包括分辨率為30 m×30 m 云量小于8%的2000年9月、2008年9月landsat 5 TM以及2018年8月landsat 8 OLI 3期影像。經(jīng)ENVI 5.3中輻射定標(biāo)、大氣校正、裁剪等步驟，利用最大似然法對(duì)假彩色影像進(jìn)行監(jiān)督分類后得到土地利用分類數(shù)據(jù)，利用Google earth的高分辨率影像對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行修正處理。隨機(jī)選取400個(gè)樣本點(diǎn)對(duì)修正后分類結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，總體精度均大于90%，符合相關(guān)要求(見(jiàn)圖2)。

圖2 研究區(qū)“三生”空間分布Fig.2 Production-living-ecological space distribution in the study area

2.2 研究方法

2.2.1 “三生”空間分類

本文在參考已有研究成果[17-18]的基礎(chǔ)上，將土地利用二級(jí)分類與“三生”空間用地分類進(jìn)行銜接，其銜接結(jié)果如表1所示。

表1 土地利用-“三生”空間用地銜接表Table 1 Land Use-production-living-ecological space land use connection table

2.2.2 “三生”空間轉(zhuǎn)移矩陣

研究引入土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)分析“三生”空間的相互轉(zhuǎn)換情況，進(jìn)而分析“三生”空間變化的內(nèi)在過(guò)程。公式如下：

(1)

式中：S為土地面積；n為土地利用的類型數(shù)；i，j分別為研究期初與研究期末的土地利用的類型序號(hào)。

2.2.3 “三生”空間信息圖譜

信息圖譜能夠清晰表達(dá)出用地類型的空間變化特征，采用地學(xué)信息圖譜法構(gòu)建“三生”空間轉(zhuǎn)移空間，計(jì)算公式如下：

(2)

式中:G表示研究區(qū)在多個(gè)連續(xù)時(shí)期內(nèi)土地利用演變?yōu)樾碌膱D譜單元柵格屬性值；N表示研究的連續(xù)時(shí)期數(shù)目；E表示其序列號(hào)；QE表示研究區(qū)內(nèi)第E個(gè)時(shí)期的土地利用柵格圖的屬性值。

2.2.4 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓也稱作方向分布，通過(guò)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)差橢圓以揭示一組點(diǎn)或區(qū)域的地理要素趨勢(shì)的空間特征。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓通過(guò)其中心、長(zhǎng)軸、短軸、方位角等參數(shù)定量描述空間要素分布的中心性、展布性、方向性等特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 “三生”空間結(jié)構(gòu)變化

3.1.1 “三生”空間面積變化

由表2可知，成都市中心城區(qū)在2000-2018年生產(chǎn)空間面積下降，生活空間面積有所增加，而生態(tài)空間面積表現(xiàn)為先減少后增加的態(tài)勢(shì)，具體表現(xiàn)為：2000-2018年，生態(tài)空間面積從28 038.42 hm2下降至27 368.91 hm2后增加至32 067.18 hm2，其生態(tài)空間面積占研究區(qū)總面積的比例從7.63%調(diào)整為7.45%后調(diào)整為8.72%；生產(chǎn)空間面積從275 592.24 hm2下降至226 971.99 hm2，共減少面積48 620.25 hm2；生活空間面積從63 902.7 hm2增加至108 498.24 hm2，增加面積44 595.54 hm2。

表2 2000-2018年研究區(qū)“三生”空間面積變化Table 2 Changes in the production-living-ecological spatial area in the study area from 2000 to 2018

結(jié)合圖2可以看出，研究區(qū)生態(tài)空間減少地區(qū)主要集中在研究區(qū)西部以及東部龍泉山脈處。在2000-2008年間，由于城市建成區(qū)的擴(kuò)張，研究區(qū)生態(tài)空間受到擠壓，生態(tài)空間面積下降，然而在2008-2018年間受“增綠行動(dòng)”、“百個(gè)公園示范工程”等政策的影響，研究區(qū)生態(tài)空間面積有所增加。

3.1.2 “三生”空間轉(zhuǎn)移變化

由表3可以看出，2000-2018年期間生產(chǎn)空間向生活空間轉(zhuǎn)移面積最大，轉(zhuǎn)移面積55 556.01 hm2，主要體現(xiàn)為城市建成區(qū)的擴(kuò)張侵占了以耕地為主的生產(chǎn)空間。生態(tài)空間向生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)移面積5 341.68 hm2，大多發(fā)生在研究區(qū)西部以及東部龍泉山脈，該區(qū)域生產(chǎn)空間侵占大量生態(tài)空間，應(yīng)合理劃定生態(tài)保護(hù)紅線，保證研究區(qū)生態(tài)健康與生態(tài)安全。

表3 2000-2018年“三生”空間變化轉(zhuǎn)移矩陣(單位：hm2)Table 3 Production-living-ecological spatial change transfer matrix from 2000 to 2018(unit: hm2)

從整體來(lái)看，受城市“攤大餅”式的擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及城鎮(zhèn)化等多因素的影響，2000-2008年成都市中心城區(qū)生態(tài)空間與生產(chǎn)空間面積下降較快；2008-2018年間生態(tài)空間面積有所增加，生活空間面積增加較慢，其中成渝城市群發(fā)展規(guī)劃強(qiáng)調(diào)“三生”空間協(xié)調(diào)發(fā)展，補(bǔ)齊生態(tài)短板，改善中心城區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

3.2 “三生”空間時(shí)空變化

3.2.1 “三生”空間信息圖譜

從圖3可知，研究區(qū)2000-2008年生產(chǎn)空間向生活空間轉(zhuǎn)移主要位于金牛區(qū)、成華區(qū)、青羊區(qū)、武侯區(qū)以及錦江區(qū)外圍區(qū)域，其演變特征表現(xiàn)為向外擴(kuò)散的形式。2008-2018年生產(chǎn)空間向生活空間轉(zhuǎn)移大多發(fā)生在新都區(qū)、溫江區(qū)以及雙流區(qū)，該區(qū)域城市建設(shè)速度較快。生產(chǎn)空間向生態(tài)空間轉(zhuǎn)移大多發(fā)生在龍泉驛區(qū)，該區(qū)域緊靠龍門山脈，其“退耕還林、還草”政策加速了生產(chǎn)空間向生態(tài)空間轉(zhuǎn)移。2008-2018年生產(chǎn)空間向生態(tài)空間轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在研究區(qū)東部，受“退耕還林”、“增綠行動(dòng)”、“百個(gè)公園示范工程”等政策的影響，使研究區(qū)東部部分地區(qū)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)空間。

圖3 研究區(qū)“三生”空間演化圖譜Fig.3 Atlas of production-living-ecological spatial evolution in the study area

3.2.2 “三生”空間標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

采用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓、土地利用重心遷移模型對(duì)研究區(qū)“三生”空間分布特征及變化差異進(jìn)行了分析(圖4)。研究區(qū)生產(chǎn)空間的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓長(zhǎng)軸為東南-西北走向，2018年生產(chǎn)空間標(biāo)準(zhǔn)差橢圓相較于2000年長(zhǎng)軸長(zhǎng)度縮短、短軸長(zhǎng)度增加，表明生產(chǎn)空間從東南-西北走向分布向南-北方向發(fā)展。重心對(duì)應(yīng)著生產(chǎn)空間的空間分布位置。成都市中心城區(qū)生產(chǎn)空間重心位置從青羊區(qū)轉(zhuǎn)向錦江區(qū)，累計(jì)遷移距離達(dá) 2.14 km。研究區(qū)生活空間標(biāo)準(zhǔn)差橢圓為南-北方向分布，2000-2018年生活空間標(biāo)準(zhǔn)差橢圓面積增加顯著，且長(zhǎng)軸距離增加，表明研究時(shí)間內(nèi)成都市生活空間向南北方向擴(kuò)展；生活空間重心由青羊區(qū)向北轉(zhuǎn)移到金牛區(qū)，共轉(zhuǎn)移 1.71 km，說(shuō)明研究區(qū)生活空間的擴(kuò)展主要為東北方向。研究區(qū)生態(tài)空間標(biāo)準(zhǔn)差橢圓長(zhǎng)軸為南-北走向，生態(tài)空間標(biāo)準(zhǔn)差橢圓長(zhǎng)軸逐漸向西部旋轉(zhuǎn)，并且短軸長(zhǎng)度增加，可以說(shuō)明2000-2018年研究區(qū)生態(tài)空間格局向西北部轉(zhuǎn)移，重心由武侯區(qū)向北遷移2.39 km。

圖4 研究區(qū)2000-2018年“三生”空間格局標(biāo)準(zhǔn)差橢圓Fig.4 Standard deviation ellipse of production-living-ecological spatial pattern in the study area from 2000 to 2018

4 結(jié)論

基于成都市中心城區(qū)2000年、2008年以及2018年3期遙感影像，利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣法、地學(xué)信息圖譜法以及標(biāo)準(zhǔn)差橢圓重心遷移模型，研究了成都市中心城區(qū)“三生”空間演變特征：(1)2000-2018年研究區(qū)生態(tài)空間面積呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)，生產(chǎn)空間面積減少48 620.25 hm2，生活空間面積增加至108 498.24 hm2，生活空間擴(kuò)張明顯，并呈現(xiàn)出由中部向外擴(kuò)張的態(tài)勢(shì)。(2)2000-2018年期間生產(chǎn)空間向生活空間轉(zhuǎn)移面積最大，轉(zhuǎn)移面積55 556.01 hm2，生態(tài)空間向生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)移面積為5 341.68 hm2，大多發(fā)生在研究區(qū)西部以及東部龍泉山脈。(3)研究區(qū)2000-2008年生產(chǎn)空間向生活空間轉(zhuǎn)移主要位于金牛區(qū)、成華區(qū)以及錦江區(qū)外圍區(qū)域；2008-2018年生產(chǎn)空間向生活空間轉(zhuǎn)移大多發(fā)生在新都區(qū)、溫江區(qū)以及雙流區(qū)。2000-2008年城市建成區(qū)的擴(kuò)張速度高于2008-2018年。(4)研究區(qū)2000-2018年生產(chǎn)空間分布為東南-西北方向，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)度縮短、短軸長(zhǎng)度增加。生活空間標(biāo)準(zhǔn)差橢圓面積增加顯著，且長(zhǎng)軸距離增加，重心共遷移 1.71 km；生態(tài)空間標(biāo)準(zhǔn)差橢圓長(zhǎng)軸逐漸向西部旋轉(zhuǎn)，并且短軸長(zhǎng)度增加，生態(tài)空間向北遷移2.39 km，說(shuō)明生態(tài)空間格局向北部轉(zhuǎn)移。