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基于灰色关联模型的郑州市建成区扩张驱动力研究 摘要:选取19942008年间经济社会等相关数据为指标,利用Excel、SPSS等数理软件,分析19942008年郑州市建成区面积扩张趋势,进而引入灰色关联分析模型,研究人口增长、经济发展、环境变化等驱动力因子与郑州市建成区的关联度。结果表明:工业总产值、非农业人口、园林绿地面积等因素与郑州市建成区扩张的关联度较大。研究成果将为郑州市未来城市用地结构优化,实现土地资源有效利用提供依据,并以此促使郑州市城区健康、持续发展。 关键词:灰色关联模型;郑州市;建成区;扩张驱动力 中图分类号:F292 文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)29-0050-03 引言 城市是区域经济社会发展的核心和载体。随着城市化进程的加快,城市用地扩张十分明显,深刻地影响着城市周边生态环境。城市用地作为衡量一个城市发展的重要指标,对城市未来的规划及土地开发等实践活动具有强有力的指导作用。因此,研究城市建成区变化趋势,分析影响建成区扩张的驱动力,揭示建成区土地利用变化的过程、原因,预测其未来变化发展的趋势和结果,对未来城市的可持续发展具有重要的意义。 城市土地面积包括城市建成区土地面积和城市市区土地面积。中国城市统计年鉴(19951999年)规定,城市建成区土地面积是指城市建筑基本连片,公用设施达到的地区,区域中的水域面积(包括河流、湖泊)。2000年以后,城市统计年鉴将城市建成区定义为市政范围内经过征用的土地和实际建设发展起来的非农业生产建设地段,包括市区集中连片的部分以及分散在近郊区与城市有着密切联系,具有基本完善的市政公用设施的城市建设用地(如机场、污水处理厂、通讯电台)。 一、研究区概况 研究区选取郑州市市区。范围为东经1132638-1135135,北纬343555-345751。至2008年,辖区人口326.5万人,非农业人口为276.75万人;市辖区面积1 010平方公里,建成区面积329平方公里。 在“中部崛起”战略指导下,郑州市建设力度加大,建成区面积不断扩大。目前,郑州市建成区范围包括:三环路以内中心城区、郑东新区、高新区、经开区、北部组团(北三环路以北至连霍高速区域)、东南部组团(宇通工业园,金岱工业园等)、须水组团、惠济新区。 二、数据来源与研究方法 采用中国城市统计年鉴、中国统计年鉴、河南省统计年鉴上19942008年郑州市建成区面积、经济社会等相关统计数据。 选取郑州市人口增长、经济发展、居住环境变化等评价指标,同时借助Excel、SPSS13.0等相关数理软件进行统计分析,结合郑州市经济社会发展规律,利用灰色关联模型分析郑州市19942008年建成区变化趋势及其主要驱动力。 三、郑州市建成区扩张趋势分析 (一)总量变化 19942008年间,郑州市城市发展速度很快,建成区面积逐年增加,面积由1994年的102平方公里增加到2008年的329平方公里,15年间,建成区面积扩大了3.23倍,年均增加8.7平方公里。由图1可以看出,郑州市建成区扩张趋势大体分两个阶段,即19942004年为平稳上升阶段,20052008年为快速上升阶段。 (二)变化速率 建成区面积变化可用建成区面积动态度表示。计算建成区面积变化速率的表达公式为: L=100% 其中: L为研究时段内某一建成区面积变化速率;L0为初期建成区面积数量;Lt为T时期建成区面积数量;T为研究时段长,当T为一年时,L的值就是该研究区建成区面积的年变化率。 19942008年间,郑州市建成区面积变化速率呈明显的波动状态,其中,19941998年间,变化率呈持续递减状态,保持在05.88%之间,1997年、1998年两年面积出现零增长现象;19992005年,速率基本保持持续增速状态,增长速率在6.40%39.36%之间波动,2005年达到近15年增速最高的一年,增速为39.36%;2006年以后,增幅变小,2008年增速降至2.49%。由图1可以看出,郑州市建成区19941999年、19992004年、20042008年三个阶段中,建成区年变化率持续上升。 四、郑州市建成区用地扩张驱动力分析 (一)指标选取 主要选取人口增加、经济发展、居住环境变化相关指标。具体指标见表中的X1-X11。 (二)人口增加对建成区扩张的影响 人口是城市构成要素中最活跃的因素,人口数量的增加将直接影响到城市建成区用地的扩张。随着城市化水平的提高,大量农村人口转入城市,使得郑州市市区人口不断增加,人口的增加必将导致城市住宅用地、交通道路、公共建设用地的快速增加,因此,建成区扩张将是必然结果。 2008年,郑州市建成区面积是1994年的3.23倍,市区人口达到276.75万人,是1994年的1.47倍;城镇化水平达到74.95%,15年间增长4.56%。通过郑州市建成区面积与市区总人口、城市化水平进行相关性分析,发现郑州市建成区面积与总人口呈现二次函数相关性,且R2=0.965,而与城市化水平线性相关性较差,R2=0.643。由此可知,人口增加是影响郑州市建成区扩张的重要因素(图2)。 (三)经济发展对建成区用地扩张的影响 经济发展是影响城市建成区用地扩张的又一重要因素。经济的快速发展,带来实际收入水平、固定资产投资的增加,促使城市用地规模与扩张速度的加快 。由图4可以看出,郑州市建成区面积随着国内生产总值的增长而增加。通过建成区面积与GDP之间相关性分析知,二者之间的相关性很高,R2=0.961(图3)。 19942008年间,郑州市建成区面积与全社会固定资产投资额都呈现增长趋势,且趋势基本一致,通过线性拟合,得出R2=0.955,二者相关性较强。 产业结构也是影响建成区用地扩张的因素之一。随着经济的发展,郑州市三次产业结构已经由1994年的2.7:48.05:49.25调整到2008年的0.87:35.55:63.58。由此可见,第一产业比重越来越小,第三产业比重越来越高。而二、三产业的发展需要占用更多的非建设用地,从而导致城市建成区面积的增加。通过拟合建成区面积与第二三产业产值占国内生产总值比重,得郑州市建成区面积与第二三产业产值占国内生产总值比重呈生长函数线性相关关系,R2=0.892。说明随着产业结构的优化升级,郑州市将需要更多的建设用地来发展二、三产业。 (四)居住环境变化对建成区扩张的影响 居住环境指标选取年末实有铺装道路面积、园林绿地面积进行分析,分析结果表明建成区面积扩张与二者分别呈现二次关系,R2分别为0.987、0.993。说明,随着人口向郑州市区的转移,城市外扩的进展,城区人民生活水平的改善,对交通、绿地、市政设施用地的要求越来越高,更加促使郑州市建成区面积的扩张。 (五)郑州市建成区扩张驱动力综合分析 1.灰色关联分析模型理论 灰色关联分析,从思想方法上来看,属于几何处理的范畴,其实质是对反映各因素变化特性的数据序列所进行的几何比较。具体分析步骤如下10-11: 第一步:设定参考序列和比较序列。设定参考序列为:X0(t)=X0(1),X0(2), X0(k),X0(n)(序列中:t表示时间;k表示某一时刻;n表示时刻数量)。设定的比较序列为:Xi(t)= Xi(1),Xi(2),Xi(k),Xi(n),i=1,2,n(n表示比较序列中时间序列的个数)。 第二步:无量纲化。将各序列转换为可以进行比较的数列,以消除原始数据量纲对各序列之间关系的影响。即把一组序列中的每一个数分别去除相应序列中的第一个数,得到初值化数列。 第三步:计算关联系数。通过第二步得到无量纲化数据(表2),即:X0(t)=X0(1),X0(2), X0(k), X0(n);Xi(t) =Xi(1),Xi(2),Xi(k), Xi(n) ;关联系数的计算公式为: r=(k=1,2, n)(1) (1)式中:(k)=X(k)-X(k);=min(k)=minX(k)-X(k);=max(k)=maxX(k)-X(k);(k)为k时刻两序列比较的绝对差,为介于0,1区间上的灰数。 第四步:求关联度。两序列的关联度是两个序列各个关联系数的算术平均数,用R表示,公式为:R(i)= (2) (2)式中:N为两个序列的数据个数;r为两个序列各个时刻的关联系数;R(i)为两个序列的关联度。 2.驱动力分析 选取郑州市19942008年建成区用地面积为参考序列,以市辖区总人口、非农业人口、城市化水平、人均GDP、工业总产值、第二三产业产值占国内生产总值的比重、全社会固定资产投资额、全社会固定资产投资额、当年实际利用外资金额、年末实有铺装道路面积、园林绿地面积为比较数列,按次顺序记为:Xj(t)(j=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11)。 灰数=0.5,计算各个关联度为:R(1)=0.8059;R(2)=0.8356; R(3)=0.7323;R(4)=0.5623;R(5)=0.8438;R(6)=0.7202;R(7)=0.5790;R(8)=0.4355;R(9)=0.5824;R(10)=0.7210;R(11)=0.8304。 关联顺序为:R(5) R(2) R(11) R(1) R(3) R(6)R(10) R(9)R(7)R(4)R(8)。由关联序知:除R(8)0.5以外,其他指标与郑州市建成区面积的关联度都大于0.5。 五、结论 1.通过对郑州市19942008年建成区扩张趋势分析可知:郑州市建成区面积的扩张趋势基本呈直线扩长,2005年以后,扩张速率变小。 2.人口增加指标中,突出表现为非农业人口的变化与建成区面积相关度大,R2=0.8356。主要是因为随着经济的发展,大量人口涌入城市,致使对住房、交通、公共设施等方面的需求量增强。非农业人口的增加是郑州市建成区扩张的直接动因。 3.经济发展各指标中,工业总产值与建成区面积扩张的相关度最大,说明郑州市工业总产值的增加,将导致工业用地规模的扩大,进而影响建城区面积的扩大。 4.居住环境变化指标中,年末实有铺装道路面积、园林绿地面积与建成区面积关联度都较大,说明随着城市居民生活水平的提高,居民对交通、环境条件要求的提高,导致建成区道路、绿化覆盖面积增加,进而导致建成区面积的增加。 参考文献: 何丹,蔡建明.城镇用地动态扩展及驱动力分析以天津市为例J.冰川冻土,2009,31(1):148-157. 吴宏安,蒋建军,周杰,等.西安市城市扩张及其驱动力分析J.地理学报,2005,60(1):143-150. 谢文蕙,邓卫.城市经济学M.北京:清华大学出版社,1996. 王海涛,徐振文,张国庆.土地利用驱动力分析以虎林市为例J.长春师范学院学报:自然科学版,2009,28(4):55-57. 曾磊,宗勇,鲁奇.保定市城市用地扩展的时空演变分析J .资源科学, 2004,26 (4):96-103. 中国城市统计年鉴(19952009). 郑州市人