system: [SYSTEM]

user: 4. 城镇用地扩张特征分析 对研究区五个时期城镇用地面积进行统计分析，其城镇用地面积由2002年的29.5 km 2 迅速增长到2019年的106.73 km 2 ，计算出汤逊湖流域从2002~2019年4个时段城镇用地面积的增长量，其中2010~2015年面积增长量最大，结果如下(图4)。 图4. 2002~2019年各阶段城镇用地统计图(左：面积，右：增长量) 4.1. 城镇用地扩张强度指数 城镇扩张强度指数(Urbanization intensive index， UII)指某一地区在城镇扩张过程中城镇用地的扩张面积与该地区土地总面积的百分比，即某一地区在面积标准化下城镇用地面积的年平均增长速率 [ 9 ]，城镇扩张强度指数能够反映城镇用地面积扩张的速率，通过城镇面积的变化可直观地体现出城镇扩张演变的强弱趋势。UII指数越高，城镇扩张越快。UII的计算公式如下： U I I = S b − S a A × 1 T × 100 % (1) 式中：UII为扩张强度指数，S b 、S a 分别表示在时间点b、a时城镇用地的面积(km 2 )，A表示研究区总面积，T表示间隔时长。本研究所参考的UII划分标准为：0~0.28为缓慢扩张，0.28~0.59 为低速扩张，0.59~1.05为中速扩张，1.05~1.92为快速扩张，大于1.92为高速扩张 [ 10 ]，根据UII计算公式以及参考的划分标准计算得到结果如表2。 Table 2 Expansion intensity index from 2002 to 201 时期 扩张面积/Km 2 扩张强度(Km 2 /年) 扩张类型 2002~2006年 22.64 2.36 高速扩张型 2006~2010年 13.88 1.45 快速扩张型 2010~2015年 28.50 2.38 高速扩张型 2015~2019年 12.66 1.32 快速扩张型 2002~2019年 77.68 1.90 快速扩张型 表2. 2002~2019年各时间段扩张强度指数 从表2可以看出，汤逊湖流域从2002~2019年城镇用地各时间段一直处于高、快速扩张类型，综合分析2002~2019年城镇用地扩张，其为快速扩张型，而扩张强度在2010~2015年达到顶峰后呈下降趋势。近年来，随着工业化进程的不断推进以及国家经济的快速发展，武汉市的社会经济发展也加快了脚步，汤逊湖流域作为武汉市快速发展的典型例子，在近二十年城镇用地实现了飞速扩张，其中工矿企业用地的增加也带动了地区经济的发展以及人口的增加，而地区经济的发展以及人口的增加促使了城镇用地的扩张，以此形成了正反馈机制。 4.2. 城镇用地扩张动态分析 扩张动态度是指在某一特定时间段内研究区的某一土地利用类型的在数量上的动态变化状况 [ 11 ]，可用来描述土地利用变化的速度 [ 12 ]，计算公式如下： K = S b − S a S a × 1 T × 100 % (2) 式中：K表示城镇用地扩张动态度，S b 、S a 表示研究区研究末期与研究初期城镇用地面积，T表示时间间隔。本研究所参考的扩张动态度划分标准为：高速扩张型(>20%)；快速扩张型(14%~20%)；中速扩张型(8%~14%)；缓慢扩张型(<8%) [ 13 ]，根据参考划分标准以及计算公式计算得到各时间段城镇用地扩张动态度，如表3。 Table 3 Expansion dynamics in various time periods from 2002 to 201 时期 扩张面积/Km 2 年均变化率(%) 扩张类型 2002~2006年 22.64 19.48% 快速扩张型 2006~2010年 13.88 6.71% 缓慢扩张型 2010~2015年 28.50 8.69% 中速扩张型 2015~2019年 12.66 3.36% 缓慢扩张型 2002~2019年 77.68 15.73% 快速扩张型 表3. 2002~2019各时间段扩张动态度 根据表3，2002~2019年城镇用地年均变化率为15.73%，各时间段年均变化率在2002~2006年达到峰值后降低，综合来看2002~2019年城镇用地扩张属于快速扩张型。建设初期，由于的经济快速发展以及人口增加，相应的基础配套设施、房地产业、工矿企业等其他建设得到一定程度的提高，对城镇用地的需求增加，这一时期呈快速扩张趋势，而后扩张年均变化率降低。 4.3. 景观格局指数 景观格局(Landscape Pattern)是指景观组成单元类型、异质性、多样性及其空间分布规律，是大小和形状不一的景观嵌块体在景观空间上按照一定的规律组成的景观格局 [ 14 ] [ 15 ]，影响景观格局的变化因素多种，包括人为及自然等。通过利用景观格局空间特征指数，可以分析该区域空间变异特征以及各种生态过程在该区域作用的结果。为了探究城镇用地扩张过程中出现的空间现象，本文采用的景观格局指数有：①景观斑块个数(NP) ②景观斑块面积(CA) ③斑块密度(PD) ④平均斑块面积(AREA_MN) ⑤聚合度指数(AI) ⑥连接度指数(COHESION)，如表4。 Table 4 The meaning and formula of the landscape pattern index feature to be adopte 景观格局指数 指数意义 公式 景观斑块个数(NP) 某斑块类型中所有斑块数量总和，描述景观异质性 NP = n 景观斑块面积(CA) 某斑块类型中所有斑块面积总和(hm 2 ) C A = ∑ j = 1 n a i j ( 1 / 10000 ) 斑块密度(PD) 单位面积上的斑块数量 P D = ∑ j = 1 n a i j A ( 100 % ) 平均斑块面积(AREA_MN) 某一景观类型斑块平均面积，衡量景观破碎程度 AREA _ MN = ∑ j = 1 n a i j n 聚合度指数(AI) 某个类型景观的聚集程度，值越大，聚集度越高 A I = [ ∑ i = 1 m ( g i i max → g i i ) P i ] × 100 连接度指数(COHESION) 描述斑块的物理连接线，斑块的聚集度越高，指数越大 COHESION = ( 1 − ∑ i = 1 m ∑ j = 1 m p i j ∑ i = 1 m ∑ j = 1 m p i j ∗ a i j ) / ( 1 − 1 / T A ) 表4. 拟采用的景观格局指数特征含义及公式 计算各时间景观格局指数，如表5。 Table 5 Landscape pattern index from 2002 to 201 时期 NP CA(hm 2 ) PD AREA_MN AI COHESION 2002年 1466 2905. 06 50.46 1.98 99.03 99.978 2006年 1204 5168.85 23.29 4.29 99.15 99.992 2010年 897 6557.39 13.68 7.31 99.24 99.997 2015年 696 9406.86 7.40 13.52 99.39 99.999 2019年 743 10673.00 6.96 14.36 99.43 99.999 表5. 2002~2019年景观格局指数 由表5可知，斑块数量、斑块密度逐渐减小，斑块面积、平均斑块面积、聚合度指数、连接度指数逐渐增大，在研究内，斑块的集聚程度增大，城镇用地的小斑块数量减少，城镇用地斑块不断融合吞并，城镇用地景观连通性增加，城镇用地空间格局逐步紧凑型，从而形成聚集性斑块。其中2002~2015年斑块数量、斑块密度急剧下降，城镇用地面积、平均斑块面积急剧上升，斑块的聚合度指数和连接度指数较大幅度增加，在这一期间，城镇用地扩张迅速，城镇用地紧凑度增加，城镇属于成长阶段，2015~2019年景观格局指数变化幅度较小，城镇用地逐渐趋向完整、集聚的趋势，空间格局也越来越紧凑，形成成熟的城镇建成区。 4.4. 道路网密度分析 道路网密度是指在一定区域内道路网总里程与该区域面积的比值，是评价某一地区交通状况、衡量城市道路建设水平的重要指标 [ 16 ]，道路网密度可反映规划用地单位面积内所拥有的道路长度的指标 [ 17 ]，道路网密度越大，可达性越好，交通更便捷。计算公式如下： D = L A (3) 式中：D表示研究区域道路网密度(Km/Km 2 )，L表示研究区道路长度(Km)，A表示研究区面积。计算得到各年份的道路网密度，如表6。 Table 6 Road network density from 2002 to 201 时期 道路长度/Km 道路网密度(Km/Km 2 ) 2002年 161.85 0.67 2006年 490.51 2.04 2010年 679.20 2.83 2015年 825.32 3.44 2019年 986.89 4.11 表6. 2002~2019年道路网密度 从表6看出，从2002~2019年，随着城镇用地的扩张，道路网密度不断增加，道路网更密集，道路网络更复杂，具有良好的空间渗透性，可达性较高，便捷程度更高，集聚人流更多；在城市环线和绕城高速附近，各道路与对外交通拥有较多的道路节点，被到访机会较高，对人流产生更强的吸引力，促使商业集聚以及区域经济发展。