基于地学信息图谱的合肥市空间扩展及驱动力研究

王传辉，陆 苗，高 超

随着城市化加速期的到来, 城市建成区急剧扩张成为城市化和社会经济加速发展的重要特征[1]。城市建成区空间扩展受到自然、经济、政策等多方面影响[2、3]。因此，通过研究城市空间扩张规律，可以为城市的发展规划提供科学指导。近年来，不少学者相继对国内城市或区域的空间扩展进行了研究，如北京[4]、上海[5]、南京[6]、长沙[7]、西安[8]、无锡[9]等。随着3S技术的发展，地理研究方法逐渐转向定性与定量的综合分析[10]，国内外学者也相继借助RS和GIS技术探究城市扩展规律[11-14]。同时，在传统的地学图谱基础上, 由陈述彭院士等倡导, 开始了地学信息图谱的探讨和研究。地学信息图谱则是应用地学分析的系列多维图解来描述现状, 并通过建立时空模型来重建过去和虚拟未来[15-16]。

合肥市作为安徽省政治、经济、文化的中心，是承接产业转移的核心区域，是安徽省目前乃至今后一个时期经济发展最具活力和潜力的增长极城市之一，其经济活动的发展必然带动着安徽省的发展。2010年，国务院正式批复《皖江城市带承接产业转移示范区规划》，确立了合肥市作为皖江城市带核心城市的地位。2011年，国务院下发《关于同意安徽省撤销地级巢湖市及部分行政区划调整的批复》文件，撤销原地级巢湖市居巢区，设立县级巢湖市，新设的县级巢湖市由安徽省直辖，合肥市代管。新政策给合肥市带来契机的同时，也带来了挑战。合肥市今后如何发展成为公众关注的话题。为此，本文利用地学信息图谱并结合GIS空间分析技术，对1989年--2009年间合肥市不同发展阶段城市建成区的空间扩展进行了探讨，并结合相关统计数据对其空间扩展驱动力进行了分析，以期为合肥市未来城市发展提供理论依据。

1 研究区概况

合肥市，安徽省省会，不仅是安徽省政治、经济、文化的中心，同时也是全国重要的科研教育基地。合肥市辖肥东县、肥西县、长丰县、庐江县和巢湖市以及瑶海区、庐阳区、蜀山区、包河区，并拥有合肥高新技术产业开发区、合肥经济技术开发区、合肥新站综合试验区、巢湖经济开发区市级管理权限。随着人口增长、经济发展以及投资环境的不断改善，合肥市城市化得到了高速的发展，城区扩展迅速加剧。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

选取5个时期的Landsat TM卫星影像作为数据源，成像时间分别为1989年4月，1995年2月，1999年3月，2005年2月和2009年1月，投影类型为UTM投影，椭球体和基准为WGS 84，墨卡托区域(UTM Zone)选北纬50带，图像质量良好。其他数据包括合肥市行政规划图及相关社会经济统计资料。使用的软件主要有ERDAS IMAGINE 9.2和ArcGis 9.3。

2.2 研究方法

首先，合成原始遥感图像。TM1，TM4和TM5波段为提取居民点和水域的最佳波段组合[18]，分别选取这三个波段进行波段合成。然后对图像进行几何校正等预处理。通过人机交互目视解译的方法，对市区集中连片区域进行屏幕勾画。然后，导入ArcGis软件中进行叠加分析研究其城市扩展特征，最后根据相关社会经济统计资料及相关统计方法，分析其城市扩张驱动力。

2.2.1 扩展强度

本文引入扩展强度这一指标来说明合肥市建成区在不同阶段的扩展特征。

城市扩展强度表征在某一时间段内年际城市面积增长比率，计算公式如下:

其中R为研究末期城市扩展强度；Ub为研究末期城市用地面积；Ua为研究初期城市用地面积；T为时间间隔。

2.2.2 象限方位分析方法

本文借助几何学上的象限方位分析方法[19]来研究合肥市空间分异特征。以1989年合肥市建成区几何中心为原点, 东西方向为横轴,南北方向为纵轴,按4个象限8个方位将研究区划分成8个象限区域(以逆时针方向依次为第1、第2到第8象限)（见图2），利用GIS的统计功能计算出各个象限内不同时间段内城镇用地扩展面积、扩展速度和扩展强度。

2.2.3 回归分析方法

本文应用统计学中回归分析方法来研究经济因素与城市扩展的关系。首先根据建成区面积与该年市区三大产业总值建立回归方程，然后比较相关系数。相关系数是说明两个变量线性关系密切关系程度的一个数量指标，相关系数的绝对值越接近1，则方程中两个变量相关性越大。

3 城市扩张特征

3.1 城市在时间上扩张特征

合肥市建成区从1969年的45.2km2增长到2009年的280km2，增加了5.19倍，平均扩展速度为5.73km2/a，年平均扩展强度为12.67%（见表1）。整体来看，合肥市建成区面积不断在扩大，且扩展速度各个时期都不同，呈现逐年增长的趋势。1969年至1989年间，合肥市城市扩展速度相对稳定。1989年至1999年间，城市扩展速度逐年加快，扩展强度提高了4.4倍。进入21世纪以来，合肥市进入高速发展时期，1999年至2009年间，建成区面积扩展了160km2，扩展速度为14.55 km2/a，是前十年扩展速度的2.58倍。

表1 合肥市建成区不同阶段扩展面积、扩展速度及扩展强度指数

3.2 城市在空间上扩张特征

分别计算每个象限在1989年至1999年之间，1999年至2009年之间的扩展面积与强度，结果如表2所示。

表2 主城8个象限内建成区扩展面积与扩展强度指数

由图1、图2知，1989年至1999年间，建成区空间扩展强度较大的象限主要为第1、4和6象限。扩展方向为东南、西部和西南。这是由于合肥市政府积极推动城区建设和交通建设的拉动作用。其中，虽然第4象限扩展面积较小，但是由于198 9年建成区在第4象限的面积较小，所以相较而言第4象限的扩展强度较大。这是由于受到地形的限制，位于合肥市西北郊的蜀山湖（即董铺水库）阻碍了城市空间扩张。1999年至2009年间，建成区在第2、3、5和7象限的扩展强度较大，而在第6象限的扩展面积最大，扩展方向为北部和西南。

图1 1989年至2009年主城8个象限内建成区扩展强度指数

图2 主城8个象限扩展变化（1989,1999,2009年）

3.3 各个时期城市扩张特征

合肥市建成区扩张速度在各个时期均不相同，扩张的主导方向也有所差异。根据ArcGis进行叠加分析所成的图，总结出合肥市建成区空间变化形态主要经历了“团城状”形态——“风扇状”形态——单中心极核式形态——双中心多组团式形态——“141”形态。

3.3.1 1949年到1989年建成区扩张特征

建国初期，合肥市城市规模较小，城区呈团状。合肥市以发展工业为主。1956年，编制了《合肥市城市建设规划纲要》，要求充分利用老城设施，发展东郊工业区。1958年，合肥市人大常委会对规划作了修订和补充，编制了《合肥市工业区规划意见》，明确提出发展北郊，西南郊工业区的规划。从而形成以老城区为依托，沿东南、北、西南三个方向扩展的“风扇形”形态的城市总体布局。改革开放以后，扩展模式以外向扩展和内部填充并存为主。城市扩展的速度仍然较慢，城市西南翼快速扩展，东翼扩展缓慢，北面几乎没有扩展。虽然建成区规模较小，但是老城区依然是全市经济活动中心，城区的空间形态为单中心极核式形态。

3.3.2 1989年到1999年建成区扩张特征

随着经济的发展、体制改革的深化，合肥市经济进入快速发展时期，同时带动城市规模快速扩大。

1990年，合肥市在西郊建立第一个国家级高新区——合肥高新技术产业开发区。随后，合肥市分别于1992年，1993年开始在东北、西南郊建立合肥新火车站综合开发试验区、合肥经济技术开发区。开发区的建立，不仅带来了经济的增长、技术的进步，而且推动了城市规模的扩张。期间，城市环路的建设进一步导致了城市在“三叶”之间的拓展，填补其间的绿色空间。城市建设拓展模式呈现为“摊大饼”态势（见图3a），同时，也沿城市对外交通线向周围多方向放射状延伸。另一方面，1994年开始实施新城开发战略，在城市西南设立新区，为合肥城市形态演化为双组团发展模式奠定基础。

图3 1989年(左a)及1999年(右b)合肥市建成区

图4 2005年(左a)及2009年(右b)合肥市建成区

3.3.3 1999年到2009年建成区扩张特征

2000年后，为缓解老城区人口、交通等方面的压力，在城市西南经济技术开发区与老城区之间建设政务新区，双中心结构逐渐形成，城市呈现出多中心发展趋势，新的成长集群出现。城市功能空间和内部形态进入调整和重组时期。开发区和新城已形成一定规模，城市西部和西南部形成了新的建设集群，“风扇形”城市形态被彻底打破，合肥市开始由单中心极核式发展逐渐转向双中心多组团式发展[20]。并且，随着经济的快速增长，城市对建设空间的需求也越来越大，空间扩张的速度十分迅速。

2005年7月起，合肥市开展“大拆违”行动，全面深入查处违法建设，改善城市面貌。2006年2月，合肥市启动大发展、大建设、大环境“三大推动”战略进程，实施“141”城市空间发展战略（1个主城、4个城市外围组团、1个滨湖新区）。其中，滨湖新区是合肥市“141”城市空间发展战略的重要组成部分，规划范围为南依巢湖，北靠南二环路，西接上派河、合安高速,东临南淝河，总面积约196km2。

4 驱动力分析

4.1 影响城市空间扩散速度的因素

4.1.1 经济发展

经济增长是城市空间扩展最基本的驱动力。合肥市建成区扩展的阶段性特征反映出其经济发展的阶段性特征。建国初期，由于国内经济社会发展的不稳定，合肥市经济发展处于停滞状态，城市空间特征也基本没有变化。改革开放以后，合肥市经济缓慢发展。建成区扩展以发展老城区、填补内部空白为主，并且扩展速度缓慢。九十年代后，合肥市进入经济快速发展时期。建成区扩展表现为沿交通线延伸、跳跃生长，大规模建设开发区。此时，扩展速度十分迅速。进入21世纪后，合肥市经济高速发展。在这一时期，为寻求更大的发展空间，合肥市实施了新城战略。

为进一步研究经济因素对城市空间扩展的影响，分别对建成区面积与当年市区三大产业总值（见表3）进行回归分析，研究其相关度，结果见表4。

表3 合肥市各时期三大产业总值（亿元）（当年）与建成区面积

表4 合肥市三大产业总值与建成区面积相关性分析

三大产业与建成区面积的相关系数依次为0.88,0.90和0.94。由此得出，城市扩展主要与第二、第三产业有关，与第三产业最为相关。城市是非农业人口的集聚地，即从事第二、第三产业人口集中的地方[21]。第二、第三产业的发展，吸纳了大量农村剩余劳动力，推进了城市生活方式和思维方式的改变，为城市建设提供了大量资金并促进城市规模的扩大。

4.1.2 人口增长

根据合肥市统计年鉴资料，计算合肥市各时期非农业人口占总人口的比例（见表5），并研究其变化过程。

表5 合肥市各时期年末总人口、非农业人口(万人)与非农业人口占总人口比例

从表5中可以看出，非农业人口所占比例一直呈现不断增长的趋势。随着城市的发展，大量的就业机会，较高的生活水平和生活质量，更好的文化和教育机会等，吸引越来越多的农村人口进入城市，从事非农业活动。这就必然会增大人口对住房，医疗、教育等公共设施建设的需求，进而扩大城市建设用地面积。

4.2 影响城市空间扩散形态的因素

4.2.1 自然条件

合肥市地处长江、淮河之间的江淮丘陵地区中部。水域辽阔，居于江淮分水岭南侧，原巢湖北岸，淝河之水穿流而过。合肥市历史悠久，有两千多年历史。早期的城市产生与发展主要考虑自然条件因素。老城区位于南淝河岸。1980年，合肥市依托老城区，结合周边自然地形地貌，在南淝河与环城河岸建立总长为8.7km，总面积为1.376km2的环城公园，形成“城中有园，园中有城”的独特城市风貌。这也为合肥市早期的“团城状”结构奠定了基础。同时，城市空间扩散形态受到地形因素的制约。位于合肥市西北郊的董铺水库与大房郢水库阻碍了城市空间扩展。

4.2.2 交通诱导

20世纪80年代，合肥市政府在全市范围内进行大面积的道路建设，修建了寿春路，接着扩建了蒙城路、蚌埠路（现长江东路）、蜀山路、金寨路等4个城市出入口，改变了形成多年的T型城市道路构架。长江路、寿春路、蒙城路、蜀山路、金寨路共同构成了合肥市扇形空间结构的骨架。同时，在老城区的基础上，沿蜀山路两侧建设了蜀山区，寿春路两侧形成庐阳区，金寨路的北侧修建了包河区，三区形成了向东南、北、西南三翼伸展的“风扇形”城市形态。进入90年代后，合肥市先后建设了长16.8km的一环路，长42km的二环路，构筑成二环七射加方格网的道路骨架，“三叶”逐渐被打破，城市建设呈现“摊大饼”的态势。合肥新火车站的建设带动了城北的发展。1991年，合宁高速公路安徽段是当时国内最早、最长的一条水泥路面高速公路，带动了城南的发展。进入21世纪，多条高速铁路及高铁站、合肥新桥国际机场、合肥新港码头等一批重大项目相继开工或建成，合宁高速铁路开通运营动车组客运专线，合武高速铁路建成。外环高速公路全线贯通，“二环九射”高速路网正式形成。交通网的建立，不但缓解了城市交通压力，也带动了交通设施周边区域的发展。

4.2.3 政策指导

城市发展作为一种人文现象，离不开政府的调控。政府通过制定城市总体规划，城市土地利用政策等，利用行政、法律、经济等手段，对城市空间的布局进行管理与调控。政府对经济的政策和宏观调控、交通运输线的建设选址、户籍政策和生育政策、土地利用的规划、开发区的选址等，都直接影响着城市空间的发展和迁移的方向。

1958年,肥东、肥西、巢县划为台肥市所辖，1961年又划出,1965年新设长丰县，归合肥市管辖。1983年实行市辖县，将肥东、肥西两县重新划归合肥市，辖区面积7266km2，其中市区土地面积458km2，辖“三区一郊”。2002年2月，经国务院批准，对合肥市行政区划进行了调整，撤销原东市区、中市区、西市区、郊区，设立瑶海、蜀山、庐阳、包河4个区，调整后的市区土地面积为596km2(不含巢湖水域)。2007年，在经济和城市发展空间布局上，合肥市提出“141”城市发展规划，大力改造核心主城区，并在老城区的东、西南、西、北方向建设4个城市副中心，沿巢湖逐步建设1个生态型、现代化的滨湖新区。2012年，合肥市提出将“141”格局升至“1331”市域空间格局，将重点打造一个主城区，三个城市副中心（即巢湖、庐江和长丰），三个新型产业基地和一个环巢湖生态示范区。

5 结论

（1）从时间上看，合肥市建成区面积不断增大，且扩展速度不断提高，扩展强度不断增强。特别是2000年至今，合肥市进入高速发展的时代。从空间上看，合肥市建成区在1989年至1999年间，扩展方向主要为东南、西部和西南，而在1999年至2009年间，扩展方向主要为北部和西南。合肥市建成区空间变化形态主要经历了“团城状”形态——“风扇状”形态——单中心极核式形态——双中心多组团式形态——“141”形态。

（2）影响合肥市空间扩张速度的最主要的因素是经济发展和人口增长。合肥市建成区扩展的阶段性特征反映出其经济发展的阶段性特征。其中，第三产业与城市扩展最为相关。自然条件、交通诱导及政策指导是影响城市空间扩散形态的主要因素，在这三种因素的共同作用下，使得合肥市建成区呈现出不同的空间形态。

（3）2011年安徽省行政区划调整对合肥市的城市规划起到了决定性的指导作用，为其发展成为区域特大型城市奠定基础。行政区划调整加大了合肥市与芜湖市、马鞍山市的联系，对形成“合—芜—马”城市经济圈有促进作用，带动全省的发展。笔者认为，合肥市的未来发展思路为，在继续扩大完善“1331”模式的同时，加大建设三个城市副中心，建成多个完整独立的功能区，逐渐形成城市多极核模式，以实现建设“大合肥”的目标。

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