建设用地扩展时空变化研究——以西安市为例

建设用地扩展时空变化研究——以西安市为例

张文莉,王春涛,胡茜航

陕西华地勘察设计咨询有限公司  陕西西安  710020 

摘要：近年来随着西部大开发的不断深入，西北地区经济发展迅速，西安市作为西北发展最快的省会城市，建设用地面积扩展尤为明显。通过西安市2009-2021年土地利用现状调查数据，分析建设用地时空动态演变过程、客观分析西安市建设用地扩张特点，有助于研判城市建设用地扩张对城市发展的影响，明确未来城市土地利用发展方向，探讨城市未来空间结构和形态演变，提高城市建设用地集约利用水平，推动城市高质量发展具有重要的现实意义。

关键词：西安市；建设用地；时空变化

1 建设用地扩展时空变化研究方法

1.1研究方法

1.1.1 建设用地扩展时间变化分析

建设用地扩展的时间变化主要通过扩展速率与扩展强度进行表示，二者都是定量表示一定时间段内土地数量变化程度，速率反映建设用地扩展速度和趋势［1］，扩展强度表示建设用地扩展程度和快慢［2］。

扩展速率表示在单位时间内建设用地面积增长的年均速度。速率越大，建设用地面积扩展越迅速，其数学表达式为:

（1）

式中，为建设用地面积扩展速率; 为时间段内末期建设用地面积; 为时间段内初期建设用地面积; 为时间段长度。

扩展强度是指单位时间内所增长的建设用地与空间总面积的百分比，依据扩展强度能清晰反映扩展趋势，是一种动态表现，其数学表达式为:

（2）

式中，为研究时段内某一土地利用类型动态度;、分别为研究期初及研究期末某一种土地利用类型的数量;为研究时段长,当时段设定为年时,的值就是该研究区某种土地利用类型年变化率。

根据建设用地扩展强度将城市扩展划分成6种类型，包括高速扩展(扩展强度＞5%)，快速扩展(扩展强度在3%-5%之间)，中速扩展(扩展强度在2%-3%之间)，低速扩展(扩展速度在1%-2%之间)，缓慢扩展(扩展速度在0-1%之间)，以及无扩展(扩展强度为0)。

1.1.2 建设用地扩展空间变化分析

在已有土地利用数据基础上，运用扩展方位分析法与重心转移分析，揭示区域内不同时间段建设用地分布情况与扩展方位。

空间扩展方位主要选择重心转移坐标进行分析，参考王秀兰等建立的“土地资源分布重心模型”计算原理［3］，其方法为:把一个大区域分为若干个小区域,在大比例尺地图上根据居民点的分布及地形特点确定每个小区域几何中心或区县政府所在地的地理坐标,然后再乘以该小区域该项土地资源的面积,最后把乘积累加后除以全区域该项土地资源总面积。第t年某种土地资源分布重心坐标计算方法为:

（3）

式中，，分别表示第年某种土地资源分布的的重心坐标; 表示第个小区域的面积; ,分别表示第个小区域几何中心的坐标。

通过比较研究期初和研究期末各种土地资源的分布重心,就可以得到研究时段内土地利用的空间变化规律。利用该方法获取西安市建设用地重心转移变化规律，分析西安市建设用地发展方向。

1.2 研究区概况

西安，古称长安，是陕西省省会城市，地处黄河流域中部关中平原，面积约10096.89平方公里，东经107°40′-109°49′、北纬33°49′-34°35′之间，东西长约204公里，南北宽约116公里，是我国西部地区重要的中心城市，世界历史文化名城，总面积10096.89平方公里。全市地势南高北低，南部的中高山和低山丘陵，占市域面积的54.60%，北部的渭河冲积平原和黄土台塬占市域面积的45.40%，是关中城镇群核心区域和粮食高产区。气候属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温13.1℃-14.3℃，年日照时数1595.6-2035.8小时，年降水量528.3-718.5毫米。现辖11个区（新城区、碑林区、莲湖区、雁塔区、灞桥区、未央区、阎良区、临潼区、长安区、高陵区、鄠邑区）、2个县（蓝田县、周至县），截止2020年底，全市常住人口（不含西咸新区）1060.6万人，其中户籍人口977.97万人，比2009年增长了1.25倍。全市GDP总量（不含西咸新区）为10020.39亿元，比2009年增长了3.5倍。

2 西安市建设用地扩展时空变化分析

本文中的原始数据主要来源于西安市历年土地利用现状变更调查数据库，以2009年为基期年，4年为间隔期，选用2009、2013、2017、2021年4期数据，并利用ArcGIS10.2提取研究区域土地现状利用数据；其他数据主要来源于《西安市统计年鉴》（2010、2021年）。

基于西安市历年土地利用现状变更调查数据库，依据GB/T 21010-2007《土地利用现状分类》、GB/T 21010-2017《土地利用现状分类》、《第三次全国国土调查工作分类》、《中华人民共和国土地管理法》中的“三大类”进行地类整合，最终将基础数据归类为七大类，分别为耕地、园地、林地、草地、其他农用地、建设用地和未利用地。使用ArcGIS10.2软件进行图层叠加、地类合并、统计汇总、数据输出等进行数据处理。

基于处理好的4期数据，依据前述相关方法，总结出西安市建设用地扩展时空变化的相关结果，具体如下：

2.1 建设用地时间变化分析

通过统计与公式计算后得出建设用地面积年均变化情况，见表1。

表1 建设用地扩展指数表

图1 2009-2021年西安市建设用地扩展面积变化图

在研究时段内，西安市建设用地面积整体呈正向扩展，建设用地面积净增加42751.71公顷，扩展速率3562.64公顷/年，扩展强度为2.67%，整体上处于中速扩展。

分年度看，西安市建设用地扩展速度呈先快后减缓的特点，扩展强度变化较大，其中2009-2013年建设用地快速扩展，至2013-2017年出现中速扩展的趋势，2017-2021年建设用地扩展类型为低速扩展。

2009-2013年，受各种发展政策及各开发区规模不断扩大，基础设施不断完善的影响，西安市建设用地面积增加幅度较大。

2013-2017年，因前期城市快速发展导致建设用地扩展粗放，呈“摊大饼式”扩展，城市土地闲置和低效利用现象普遍存在。国家开始注重土地的集约利用，推动城市开发建设方式从粗放型外延式发展转向集约型内涵式发展。

2017-2021年，国家进一步提出城市建设转向存量，将建设重点从房地产主导的增量建设，逐步转向以提升城市品质为主的存量提质改造，包括对城中村的改造、老旧小区改造；并随着道路交通设施的完善和城市规划的逐步实现，城市形态开始趋向于简单，稳定性增强。

2.2 建设用地空间变化分析

2.2.1 建设用地空间格局变化

结合各个时期西安市建设用地空间分布图及重心坐标转移距离来看，西安市在2009-2021年建设用地扩展重心总体偏东南方向，期间每个阶段扩展重心移动距离不超过2km，总体移动距离不超过3km，每个阶段重心坐标变化不大。建设用地基本分布在秦岭北麓以北、渭河沿岸以南的河谷平原地带，集中连片分布主要在城六区。具体见图2、表2。

图2 2009-2021年西安市建设用地空间分布图

表2 2009-2021年西安市建设用地重心坐标

2.2.2 建设用地增加来源分析

通过4期流量变化分析，西安市2009-2021年不同阶段其他地类对建设用地增加的贡献面积及其所占比例（表5）中,2009-2013年期间有12817.56公顷耕地转化为建设用地，占比73.06%；其次为园地，占比15.94%；林地、其他农用地和未利用地占比分别为5.24%、3.55%和2.14%，草地占比最小，为0.07%。

2013-2017年期间，依然是耕地转换为建设用地的面积最大，为10363.88公顷，占比79.79%；园地、林地、草地和未利用地占比减少，分别为12.69%、1.24%、0.03%、0.85%；其他农用地占比增加，为5.4%。

2017-2021年期间，耕地转换为建设用地的占比达到114.08%，面积13939.32公顷，其次为其他农用地和园地，占比分别为17.88%和16.09%，草地占比较小，为0.61%。值得注意的是这期间有3929.66公顷和2015.62公顷建设用地分别转化为林地和未利用地，占比分别为32.16%、16.5%。

表3 不同时段建设用地变化流量情况

总体而言，耕地是建设用地面积增加的最主要来源，2009-2021年共增加37119.76公顷，占比86.83%；园地和其他农用地的转化也是建设用地增加的重要原因，转化面积分别为6410.54公顷、3508.76公顷，占比分别为14.99%、8.21%，草地由于全市总面积占比较小，被整理开发的潜力不大，占比仅为0.21%。由于三调将原建设用地范围进行细化调查、部分违建拆除复绿及部分建设用地临时长草按草地调查，导致林地及未利用地转化为建设用地的面积小于建设用地转化为林地及未利用地的面积。

3 结论

1、西安市在2009-2021年期间建设用地变化经历了“快速扩展-中速扩展-低速扩展”的过程。耕地是建设用地面积增加的最主要来源，2009-2021年间共增加37119.76公顷，占比86.83%。建设用地扩展重心总体偏东南方向，扩展重心移动距离不超过3km，每个阶段重心坐标变化不大。建设用地基本分布在秦岭北麓以北、渭河沿岸以南的河谷平原地带。

2、西安市建设用地扩展结果与西安市人口数量和GDP总值增加趋势相一致，见图3、图4。说明随着经济发展、人口集聚和城市建设速度的加快，西安市建设用地扩展是必然的结果，有其客观必要性。但扩展速率逐渐缓慢，说明政府加强了土地集约利用的力度和强度，控制建设用地的无序增长，

图3 西安市2009-2021年建设用地与GDP总量增长图

图4 西安市2009-2021年建设用地与人口增长图

3、由于土地资源的稀缺性，单纯依靠通过城市建设用地规模扩大来维持城市发展是不可行的。西安市建设用地扩展重心移动距离过短，外延扩展动力不足，因此在满足当前城市发展用地规模的前提下，应当注重外延扩展和内涵发展相结合，形成行政区自管区与开发区多点发展，形成中心城区和郊区共同繁荣共同发展的局面。

4 参考文献

［1］王厚军，李小玉，张祖陆，等．1979—2006年沈阳市城市空间扩展过程分析［J］．应用生态学报，2008，19(12):2 673－2 679．

［2］刘盛和，吴传钧，沈洪泉．基于GIS的北京城市土地利用扩展模式［J］.地理学报，2000，55(4):407－416．

［3］王秀兰，包玉海．土地利用动态变化研究方法探讨［J］.地理科学进展，1999，18(1):83－89．