2000—2018 年焉耆綠洲城市擴展特征分析

馬 麗,張 紅

（1. 新疆大學 資源與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830046）

我國對綠洲城市擴張研究較為滯后，僅側重于發達地區和特大城市，并未深層次剖析城市空間擴展形態特征，缺乏對干旱區城市空間擴展的動態監測。為確保綠洲內土地資源的高效利用和與生態安全，不少綠洲城市空間擴展存在潛在風險，早期的不合理高速擴展為區域可持續發展和生態安全帶來挑戰，甚至致使綠洲資源耗費至衰竭，綠洲城市的擴展應該重視空間形態和擴展方式，加強對區域生態環境動態監測，確保區域生態安全和資源的合理利用[1-10]。

1 研究區概況

焉耆盆地位于塔里木盆地東北側，是在南天山褶皺帶和庫魯塔格褶皺帶上發育起來的中生代-新生代山間綠洲盆地[11-13]。盆地呈菱形，地勢朝西北-東南方向傾斜延伸，占地面積約8 932.91 km2，盆地內所隸屬的縣級城鎮有和靜縣、和碩縣、焉耆縣、博湖縣（圖1）。盆地內氣候為暖溫帶大陸性干旱氣候，光熱較充足，年均氣溫為8.5C°，年均降水量為79.8 mm[14]。開都河為盆地內最大的河流，流域面積約22 800 km2，盆地內注入博斯騰湖的河流有開都河、黃水溝河、清水河、曲惠河、烏什塔拉河等10多條河流。

圖1 研究區概況圖

2 研究方法

本文使用2000、2009年的Landsat7 ETM和2018年landsat8 OLI 遙感影像（表1），并對數據進行大氣校正、幾何校正、圖像裁剪鑲嵌，結合1:10萬新疆地形圖以及行政區劃數據，在ArcGIS 10.2的支持下，對研究區不同時期的遙感影像進行監督分類，得到2000—2018年焉耆盆地土地利用的數據，并對焉耆綠洲城市的擴展采用以下指數進行統計：

表1 遙感影像數據詳細信息

1）緊湊度。形態緊湊度是反映城市空間形態集中化程度的重要指標之一[15]。其公式為：

式中，X、Y分別為城市的面積和周長，若緊湊度趨近于1，表明城市布局較緊閉；小于1 則表示城市結構離散。緊湊值越大，越能反映城市發展形態成熟，土地利用率高。

2）分形指數。城市分形指數是描述城市斑塊形狀復雜性的指標[16]。其公式為：

式中，X、Y分別為城市的面積和周長；S的理論范圍在1～2 之間。

3）擴展速度。擴展速度（F）是反映城市空間變化的重要指標，可以直觀地反映單位時間內城市用地變化的幅度[17]。其表達式為：

式中，SA，SB為A，B時間所對應的城區面積；T為時間A到B的研究年限。

4）擴展強度。擴展強度可綜合反映某空間要素在一定時間內的城市土地擴展面積占土地總面積的百分比[18]，擴展強度越大，則其指數值越大。其表達式為：

式中，ΔS為某時間段內城市用地擴展面積（km2）；T為研究時間；S為研究區總面積。可根據M值把擴展強度分為5個等級，M值在0～0.28范圍內，為緩慢擴展階段；M值在0.28～0.59 間，為低速擴展階段；M值在0.59～1.05 間，代表中速擴展階段；M值在1.05～1.90 間，代表快速擴展階段。當M＞1.90 為高速擴展階段[19]。

3 結 果

3.1 焉耆綠洲建設用地面積變化特征分析

通過對2000、2009、2018年三期影像監督分類，得到了焉耆盆地2000—2018年土地利用信息。結果表明2000—2009年綠洲內建設用地面積擴張了63.469 km2；2009—2018年建設用地面積增加了44.59 km2。綠洲北部的和靜縣在2000—2009 年建設用地累積增加了29.44 km2，城鎮主要沿綠洲邊緣向戈壁和裸地不斷外擴（圖2），綠洲內部的未利用土地也不斷被開發為建設用地和耕地，西部的城鎮沿著開都河河岸、烏拉斯臺河沖積扇、莫呼查汗河河岸擴展，屬于外部擴展內部片狀填充發展模式。2009—2018年和靜縣屬于內部點式填充和外部擴張模式，主要沿老城區外緣向北部戈壁灘擴展，新擴展區域集中在黃水溝河和開澤支渠周圍，內部荒地呈多點式填充發展。盆地北部的和碩縣城鎮建設用地整體沿山前沖積扇、清水河、曲惠溝渠、烏什塔拉干渠等南北縱向條帶式擴展，2000—2009年和碩縣處于內部集中填充和外部擴展階段，山前戈壁被大面積開發為建設用地和耕地；2009—2018年和碩縣在外擴的基礎上進行了城市建設規劃，城鎮不僅沿河流南北縱向擴展而且開始東西橫向擴展。2000—2009年焉耆綠洲中部的焉耆縣城鎮用地主要沿著老城區外緣向西南-東北方向輻射填充擴展。2009—2018焉耆縣呈分散式擴展，老城區周圍的耕地不斷轉換為建設用地，西部和南部山前戈壁地被大面積開墾為耕地，除此之外開都河南岸建設用地面積顯著增加，耕地與建設用地鑲嵌分布。2000—2009年焉耆綠洲南部的博湖縣擴張面積最小，城鎮主要沿著開都河東岸向綠洲內部橫向擴展，在下游則沿著開都河河岸平行式擴展。2009—2018 年博湖縣在原有城區的基礎上縱向擴展加深，在開都河左岸和博斯騰湖北岸呈條帶式擴展。

圖2 2000—2018年土地利用變化

2000—2009年焉耆綠洲北部城鎮擴展速度和強度均高于中部和南部，綠洲北部的和靜縣與和碩縣城鎮面積增加明顯，均呈條帶狀朝山前沖洪積扇和河流縱向擴展。2009—2018 年綠洲北部和南部呈均衡態發展，北部沿城鎮邊緣出現了橫向擴展為主，縱向擴展為輔的趨勢，南部的焉耆和博湖縣則沿著開都河下游和博斯騰湖河岸呈現多向分散式擴展。在開都河下游耕地，濕地及建設用地多種景觀鑲嵌分布。通過對比發現，焉耆綠洲內建設用地、沙漠/戈壁、耕地、農田、水體等幾種土地類型中，耕地和建設用地面積增加明顯，戈壁和裸地面積呈持續減少趨勢，山前戈壁和裸地被大量開發為耕地和建設用地。此外，2000—2009 年城鎮用地面積擴展大于2009—2018 年，整體表現出中高速擴展趨勢。其中2000—2009年盆地北部的和靜縣城鎮面積擴展強度為6.7%，擴展速度為17%，均高于其他3 個縣。博湖縣擴展強度和擴展速度最低，分別為5.5%和11%，2009—2018年綠洲內和碩縣城鎮擴展面積高于其他3 個縣，擴展速度為64.2%，擴展強度為4.07%。

3.2 焉耆盆地城市空間分布特征分析

為了進一步研究城市空間形態變化特征，利用研究區行政邊界對盆地內4 個縣的建設用地進行矢量化處理，使用ArcGIS10.2對矢量化的范圍與處理好的影像進行疊加分析，得到了2000、2009、2018年的城鎮擴展特征信息。

1）2000 年以前，焉耆綠洲城鎮主要集中在北部、中部和南部河流沿岸，北部城鎮分布較集中，南部的城鎮主要集中在開都河沿岸。北部和靜縣以黃水溝河、莫呼查汗河、開都河流域為基礎，在北部平坦的沖積平原呈不規則細帶狀南北發展，在綠洲與戈壁交界地帶建設用地多呈環狀散射分布，西部城鎮沿山莫呼查汗河和開都河東西向延伸，建設用地主體呈北縱南橫式分布（圖3）。2000 年和靜縣城鎮緊湊度為0.81，空間分布集中程度高，分型指數為2.06，表明城鎮邊界錯落復雜。和碩縣主要城鎮集中在清水河、烏什塔拉河、曲惠河及干渠周圍。除特吾里克鎮外，塔哈其和曲惠及烏什塔拉沿綠洲邊緣的延伸帶呈均勢發展，城鎮緊湊度為1.08，空間分布緊湊，分型指數為0.67，城鎮邊界整齊，土地利用較合理。焉耆縣以開都河為軸線朝外部擴展，城鎮緊湊度為0.83，緊湊度高，分型指數為0.29，表明該城鎮規劃合理，邊界整齊。博湖縣位于博斯騰湖西岸，沿開都河下游右側河段分布，在博斯騰湖沿岸有居民區分布，城鎮空間緊湊度為1.13，緊湊度高，分型指數為1.73，城鎮邊界形態復雜。

圖3 2000年盆地內部城鎮分布

2）2000—2009年盆地內城鎮分布變化。該時間段內城鎮主要擴展區域集中在北部山前戈壁上（圖4），零散分布的建設用地通過擴展已連接成片，綠洲山前區域南北縱向擴張加深加寬，西部和南部沿河流橫向擴展，山前沖積扇和河流沿岸為主要增加區域。盆地南部主要沿焉耆縣和博湖縣老城區不斷外擴，其中焉耆縣東北部和西南部擴展快速，耕地多被開發為建設用地，博湖縣則沿著開都河下游沖積平原擴展，城鎮建設走向與開都河岸平行。和靜縣擴展速度為17.3%，擴展強度為6.7%，屬于高速擴展階段，城鎮緊湊度為0.89，城鎮分型指數為2，建設用地內部分布緊湊但邊界復雜度高，處于內部片式填充和外部帶狀擴展階段。和碩縣城鎮面積增加了約16 km2，擴展強度屬于高速擴展階段，城鎮分散集中，分型指數為1.99，較2000 年緊湊度和分型指數略有降低（圖6），表明該區域一直處于外部擴展和內部填充。焉耆縣擴展強度7.2%，屬于高速擴展階段，與2000年相比緊湊度下降分型指數增加，表明處于外部擴展狀態（圖7）。博湖縣在博斯騰湖沿西岸出現了分散擴展趨勢，擴展強度為高速擴展，城鎮緊湊度為0.73，分型指數為2.15，與2000年相比，該區域緊湊度略有下降，分型指數增加，表明該時間段城鎮分散分布且邊界復雜，屬于外部擴展模式。

圖4 2009年盆地內部城鎮分布

圖6 焉耆盆地城鎮緊湊度比較

圖7 焉耆盆地城鎮分形度比較

3）2009—2018年城鎮分布變化。在2000—2018年和靜縣城鎮面積增加了11.06 km2，空間上朝城區西側的戈壁灘和開都河上游南側的戈壁擴張（圖5），擴展強度為2.07%，屬于高速擴展階段，城市緊湊度降低，分型指數為2.07，城鎮擴展呈現出內部點狀填充外部橫向片狀擴展特征。和碩縣城鎮面積增加了約17.7 km2，空間分布朝盆地北側和東側戈壁迅速擴展，擴展強度為高速，緊湊度為0.89，分型指數為2，屬于內部多點式填充和外部片狀擴展狀態。焉耆縣城鎮面積增加了8.64 km2，形態上朝城鎮東北-西南區域輻射擴展，擴展強度為3.55%，屬于高速擴展，緊湊度為0.7，分型指數為2.14，緊湊度不高且城鎮邊界錯雜，屬于外部分散擴展。博湖縣城鎮面積增加了7.13 km2，形態上朝開都河左岸及下游東南區域擴展，屬于中速擴展階段，緊湊度為0.63，分型指數為2.23，呈多向分散分布。

圖5 2018年盆地內部城鎮分布

4 討 論

1）焉耆盆地在2000—2018年經歷了綠洲城市的快速興起與擴展，是我國干旱區綠洲城市擴展較完整的案例。如何兼顧綠洲土地資源分配與城市擴展帶來的效益，同時保證水資源的合理利用，實現區域的可持續發展已經成為近年來綠洲開發的熱點問題[20-21]。綠洲土地面積有限，生態環境敏感脆弱，綠洲的開發與保護，發展需求的增長與土地有限供應形成了一定的矛盾[22]，為了避免綠洲土地過度浪費，城鎮過度開發造成生態環境惡化，有必要對綠洲城市擴展做出合理科學的規劃。

2）通過對焉耆綠洲城鎮建設用地分析發現盆地內存在南北發展不均衡的現象，盆地北部的和碩縣與和靜縣在近18 a來表現出高速擴展趨勢，而中部和南部的焉耆縣與博湖縣發展相對較慢，存在這種現象可能與焉耆盆地周圍的地理環境有關。

綠洲的發展規模不僅受河流水量的影響，而且與水資源的開發利用有關[23]，焉耆盆地內水系豐富，多沿山前戈壁注入綠洲內部。近年來，大面積的戈壁被開發為耕地和建設用地，城鎮擴展速度快，開發強度大，盆地內各種景觀越來越破碎[24]，導致城鎮邊緣錯綜復雜，建設用地未能得到合理規劃，出現土地浪費和資源利用不合理問題，河岸兩側過度擴展會帶來水資源的過度開發和浪費，這將嚴重威脅到綠洲的可持續發展，為綠洲的生態安全埋下隱患。