城市群城鎮用地與交通路網演變關聯分析
——以成都城市群發展為例

賈 洋，張 衡，陳詩一，李 妍，倪 愿，劉霜辰

(1.四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川成都 610041;2.中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所，四川成都 610041;3.樂山高新技術產業開發區不動產登記中心，四川樂山 614099;4.武漢大學資源與環境科學學院，湖北武漢 430072)

0 引言

20世紀80年代以來，中國城鎮發展步入快速期，同時也逐步形成了在一定地域內具有層級結構、網絡化組織和相互聯系的城市群[1].交通路網作為社會經濟發展的紐帶，連通了城鎮內部功能運轉及城鎮間互動交流，是影響城鎮及城市群發展的重要因子之一[2-3].在城鎮擴張及城市群發展進程中，交通路網起著重要的驅動及刺激作用[4].隨著城鎮不斷擴張，與之相關的城鎮化問題也日益突出，亂砍亂伐、過度開發導致用地浪費、生態環境被破壞及城市空間格局無序發展，大量人流、物流及車流涌入城市，導致交通擁堵，空氣污染問題日益嚴重[5-6].而要解決這些問題需要合理地規劃城市空間格局，優化交通路網，并讓交通與城市發展相互引導.如何客觀有效地評價交通路網的空間特征、分析交通路網與城鎮發展的互動關系成為了首要問題.

當前圍繞城鎮用地變化研究、城鎮交通路網演變分析研究、城鎮擴張與城鎮交通路網協同演變關系研究總體可分為兩大塊：1、針對獨立城市進行城市內部交通路網演變對城市城鎮用地擴張的影響，該類研究[7-10]往往聚焦于發展成熟的大型城市，所得結論對城市群(包含不同層級城市類型)對象來說適用性有限；2、現有針對城市群城鎮用地與交通路網演變關系的研究[11-16]多數停留在對城鎮用地及交通路網發展模式的宏觀描述層面，較少涉及對于二者協同演變關系的定量描述，缺乏挖掘城市群內不同層級城市對象城鎮用地變化與交通路網協同演變的群體性規律.基于此，本文以典型城市群—成都城市群為研究對象，開展城市群內不同層級城鎮擴張與交通路網關聯關系的研究，基于城市群體樣本統計分析方法，定量揭示城市群城鎮發展與綜合交通路網的耦合機制，研究成果能從綜合交通路網視角為城鎮及城市群可持續發展提供科學決策依據.

1 研究區概況

成都市位于中國西南地區，是中國西部經濟第一大省四川省的省會城市，簡稱“蓉”，全市覆蓋12個直屬管轄區、3個縣，同時代管5個縣級市，以成都市直轄的11個主城區為中心區域，依托四川平原，形成集7大地區、39縣域的成都城市群，總面積接近8萬km2，占成渝雙城經濟圈37.9%.

2 研究方法

2.1 城鎮分級

為了客觀描述城鎮用地變化規律，根據城市的城鎮用地規模及行政級別差異，將成都城市群范圍內的城市劃分為以下兩個層次，并從城市群全局視角及不同層級城市的視角進行2005年至今的成都城市群城鎮用地變化分析.

2.1.1 中心城市 成都市(成華區、金牛區、錦江區、龍泉區、青白江區、青羊區、溫江區、武侯區、新都區、雙流區、郫都區)、綿陽市、遂寧市、樂山市(市中區、沙灣區、五通橋區、金口河區)、雅安市、眉山市、資陽市、德陽市.

2.1.2 一般縣市 平武縣、北川縣、崇州市、江油市、安縣、梓潼縣、綿竹市、什邡縣、三臺縣、鹽亭縣、中江縣、廣漢縣、都江堰市、彭縣、金堂縣、大邑縣、邛崍縣、寶興縣、蒲江縣、彭山縣、簡陽縣、樂至縣、安岳縣、射洪市、蓬溪縣、蘆山縣、名山縣、丹棱縣、仁壽縣、天全縣、洪雅縣、夾江縣、青神縣、峨眉山市、滎經縣、漢源縣、石棉縣、大英縣、羅江縣.

2.2 基礎數據收集與處理

收集2005年至2020年覆蓋成都城市群空間范圍的時間序列遙感影像和交通路網數據；利用ENVI遙感數據處理軟件，通過監督分類及人工交互修正的方法，提取研究區內城鎮用地數據；利用ArcGIS，完成交通路網時間序列差異信息提取及線性要素空間分析操作.

2.3 城鎮擴張與交通路網關聯分析

利用SPSS統計分析軟件，基于城市群樣本運用回歸統計計算方法，對不同時期城市群交通路網密度和里程增量分別與城市擴張的耦合性進行分析，建立不同級別城鎮交通路網與城鎮用地變化的定量關系.

3 結果分析

論文分別提取2005—2020年，成都城市群三階段(2005—2010年、2010—2015年、2015—2020年)城鎮用地(建成區、其他建設用地)面積變化、交通路網密度增量、交通路網總里程增量及高速、國道、省道、縣道、鐵路等交通線路里程增量，并對城鎮用地和交通路網進行相關性建模.

3.1 交通路網與城鎮用地變化分析

2005—2020年，成都城市群城鎮用地面積在空間分布(圖1)和體量(表1)方面呈現不同程度的擴增.2005—2010年，城鎮建成區用地面積擴增256.23 km2，其他建設用地面積擴增218.23 km2，集中分布在成都市主城區臨近區域；2010—2015年，城鎮用地變化主要體現為其他建設用地面積擴增(擴增390.70 km2)，建成區用地面積在該時間段僅擴增37.95 km2，表現為成都市、綿陽市、遂寧市等城市群中心城市主城區外圍新增大量零散建設用地；2015—2020年，鎮建成區面積和其他建設用地面積均明顯擴增，其中，建成區面積擴增238.60 km2，其他建設用地面積擴增219.66 km2.

圖1 成都城市群城鎮用地變化Fig.1 Urban land use change in Chengdu Urban Agglomeration

從成都城市群區域路網密度增量來看(圖2)，2005—2010年，路網密度變化最大的區域主要集中在成都市主城區、遂寧市南部及樂山市東部，路網密度增量超過10 km/km2，其中，成都市主城區路網密度增量20～30 km/km2；2010—2015年，成都市主城區、都江堰市、綿陽市南部、遂寧市主城區、雅安市東部等區域路網密度增量為10～20 km/km2，成都市主城區南部局部區域路網密度增量為20～30 km/km2；2015—2020年，成都城市群交通路網密度增量顯著，主要表現為成都市主城區及周邊區域、資陽市主城區、眉山市中心等局部區域路網密度增量超過30 km/km2，成都市南部及東部、資陽市中心區域、樂山市中心區域等部分區域路網密度增量達到20～30 km/km2.

圖2 成都城市群路網密度變化Fig.2 Changes in road network density of Chengdu Urban Agglomeration

從成都城市群2005—2020年交通里程及路網密度統計數據來看(表2)，過去15年，成都城市群交通路網總里程從16 776.75 km提高至26 450.86 km，交通總里程凈增長9 674.11 km，且2015年—2020年增幅最大(增長5 358.36 km)，城市群各級交通線路均呈現不同程度增長趨勢，其中，高速公路里程在過去15年間提升比例最大，里程提升比例高達51%.成都城市群交通路網區域平均密度從23.34 km/km2提升至35.92 km/km2，且2015—2020年增幅最大，區域路網平均密度整體提高11.30 km/km2.

3.2 城鎮用地變化與路網的相關性分析

3.2.1 中心城市主城區與交通路網相關性分析 為了消除由于行政區域范圍過大，環境背景區域差異性明顯，對研究分析城鎮用地與交通路網相關性具有直接影響，論文對城鎮用地變化較為明顯且分布集中的中心城市主城區進行城鎮用地變化與交通路網變化的相關性分析.

由表3可以看出，成都城市群中心城市主城區城鎮建成區用地變化與交通路網密度增量的相關系數為0.86(通過1%置信度檢驗)，二者存在顯著正相關，表明主城區交通路網加密程度越高，則城鎮建成區用地擴張速度最快，值得提出的是，中心城市主城區城鎮用地擴張幅度與交通路網總里程增量及高速公路、國道、省道的增量呈現一定負相關，表明僅單一新增長距離交通路線，無法實現建成區用地的大面積擴張，只會新增零星小面積的建筑群落，這些建筑群落主要分布在主城區外延交通線路沿線，而主城區范圍的城鎮其他建設用地與交通路網增量相關性較低，且相關系數未通過5%置信度檢驗.

3.2.2 其他一般縣市城鎮用地與交通路網相關性分析 對其他一般縣市的城鎮用地與交通路網進行相關性分析，由表3可以看出，一般縣市的城鎮建成區用地變化與交通路網密度增量相關系數為0.89(通過1%置信度檢驗)，呈現顯著正相關，與交通路網及線路里程增量相關性較差；城鎮其他建設用地變化與交通路網密度及交通路網、線路里程增量相關性不明顯.

3.2.3 城鎮建成區與其他建設用地相關性分析 由表3結果可以可知，城鎮其他建設用地變化與交通路網密度及里程均無明顯相關性，通過分析城鎮用地面積變化規律得知，城鎮其他建設用地大面積新增主要出現在成都市主城區外圍，即城鎮建成區擴張方向.通過計算成都市主城區城鎮建成區變化與城鎮其他建設用地變化相關性指數，結果表明(表4)，城鎮其他建設用地擴張與城鎮建成區用地擴張在特定時間周期內，存在顯著負相關，城鎮面積空間變化數據表明，城鎮其他建設用地與城鎮建成區在時間周期前后存在一定轉換現象，部分其他建設用地開發成熟會成為下一階段城鎮建成區擴張的土地儲備來源之一，通過完成此消彼長轉換后，即出現二者在表4中不同時間階段的負相關關系.

3.3 城鎮用地擴張與交通路網關聯模型構建

3.3.1 中心城市主城區城鎮用地與交通路網密度關聯建模 基于成都城市群中心城市主城區城鎮建成區擴張與交通路網密度間存在顯著正相關關系(表3)，將成都市成華區、成都市金牛區等中心城市主城區的2005年至2020年城鎮建成區擴張面積與交通路網密度增量進行線性擬合關系建模(圖3)，計算得到成都城市群中心城市主城區城鎮建成區擴張與交通路網密度增量的定量關系模型(公式1).

y=0.602 2x+11.538

(公式1)

式中，y為交通路網密度增量，x為城市群中心城市主城區城鎮建成區擴張面積.

圖3 2005—2020年成都城市群中心城市建成區擴張與交通路網密度增量擬合建模Fig.3 Fitting modeling of built-up areaexpansion and traffic network density increment of central cities of Chengdu urban agglomeration from 2005 to 2020

由關系模型可知，中心城市主城區城鎮建成區面積擴張與交通路網密度增量呈現較好的正相關線性協同發展關系，即描述了一種主城區城鎮建成區外部“圈層式加密擴充”的城鎮用地發展模式.

3.3.2 一般縣市城鎮用地與交通路網密度關聯建模 一般縣市城鎮用地擴張與交通路網密度同樣呈現顯著的正相關關系(表3)，由于一般縣市城鎮用地面積變化幅度相比中心城市主城區面積擴張幅度要小，如果直接從一般縣市行政區域范圍直接統計分析，很難刻畫城鎮用地擴張與交通路網密度的定量關系，因此，以行政區域幾何中心，按照北、東北、東、東南、南、西南、西、西北八個方向將一般縣市進行單元劃分，在此基礎上，對成都城市群一般縣市城鎮用地與交通路網密度進行關聯分析建模.通過提取縣域范圍內八個不同方向城鎮建成區擴張面積及交通路網密度增量，并擬合分析，計算得到一般縣市城鎮建成區擴張與交通路網密度增量的定量關系模型(圖4、公式2).

y=11.451ln(x)-0.469 8

(公式2)

公式2中，y為交通路網密度增量，x為城市群一般縣市城鎮建成區擴張面積.

圖4 2005—2020年成都城市群一般縣市建成區擴張與交通路網密度增量擬合建模Fig.4 Fitting modeling of the expansion of general counties and cities in Chengdu Urban Agglomeration and the density increment of traffic network from 2005 to 2020

由關系模型可知，成都城市群一般縣市城鎮建成區面積擴張與交通路網密度增量呈現較好的對數關系(R2=0.735 9).由于一般縣市建成區面積拓展速率有限，對于規模較小的縣市，初始階段，由于城市交通路網尚未構建成熟，交通路網的發育速率要高于城鎮建成區擴建速率.隨著城市規模不斷擴張，城市交通路網趨于完善，路網發育相對成熟，城鎮建成區擴張速率逐漸趕超交通路網發育速率，形成從城市“內部逐步填充”到“外部快速擴張”的城鎮用地轉型.對于一般縣市而言，城市對外擴張具有顯著的方向性特征.

4 結論與討論

4.1 結論

通過ArcGIS分別提取成都城市群三階段(2005—2010年、2010—2015年、2015—2020年)城鎮用地(建成區、其他建設用地)面積變化、交通路網密度增量、交通路網總里程增量及高速、國道、省道、縣道、鐵路等交通線路里程增量，利用SPSS統計軟件對各因子進行Pearson相關性分析，并構建了面向中心城市主城區城鎮用地與交通路網密度的關系模型：y=0.602 2x+11.538(R2=0.975 8)，定量描述了城市群中心城市主城區城鎮建成區外部“圈層式加密擴充”的城鎮用地發展模式.同時針對一般縣市城鎮用地分布特點，以八方向區域劃分基本單元，分析構建了面向一般縣市城鎮用地與交通路網密度的關系模型：y=11.451ln(x)-0.469 8(R2=0.735 9)，定量刻畫了規模較小縣市在規模發展及城鎮發育過程中，城鎮用地從城市“內部逐步填充”到“外部快速擴張”的轉型過程.

基于文章構建的城市群城鎮用地與交通路網演變關系模型，總結關于成都城市群城鎮用地發展的兩種模式：1、以成都、德陽、綿陽等中心城市主城區為代表的“圈層式加密擴充”城鎮用地發展模式.由于這些大型中心城市主城區城鎮用地發展較為成熟，所以表現為以外部擴充為主，且表現為路網加密區域優先布局擴充；2、以中心城市轄區內主城區以外的其他一般縣市為代表的“前期內部填充”到“后期外部擴張”的城鎮用地發展模式.由于一般縣市城鎮發育尚未成熟，城鎮規模相對較小，城鎮發展過程主要分為兩個階段：第一階段主要表現為放射性新增交通線路且既有城鎮內部逐步充實；第二階段，待城鎮內部填充結束后，城鎮擴張主要表現為放射性交通線路沿線延展擴充.由于受地形地勢影響，西南山區城鎮規模發育有限，特別是地處山區的一般縣市，絕大多數城鎮不會步入如中心城市主城區的圈層式發展模式階段.

4.2 討論

本研究針對典型城市群發展，構建了面向中心城市和一般縣市的城鎮用地與路網發展定量模型，研究結論主要基于以城市為單元主體的分析得到，尚未細化至城鎮內外不同層級交通路網與城鎮擴張的分析研究，需要在今后的研究中進一步分析補充.