城市用地变化及其影响因素分析

1/12烟台市城市用地变化及其影响因素分析目录摘要： 21前言 31.1研究区概况 31.2时间尺度与数据来源 31.3研究方法 32烟台市用地变化分析 42.1用地数量变化 42.2用地结构变化 53城市用地变化动力分析 73.1区域自然环境条件及区位条件 73.2政策与制度 83.3经济社会发展 84结语 105参考文献 116谢辞 11摘要：以烟台市建成区1995-2008年城市用地结构及相关经济社会数据为基础，借助城市土地动态度以及系统论中信息熵的原理，揭示烟台市建成区用地变化特征，阐述了影响烟台市用地数量、结构变化的主要自然、政策、社会经济影响因素。关键词：城市用地结构；信息熵；驱动力；烟台市.AbstractBaseduponthedataconcerningthestructureoflanduseandrelatedsocialandeconomicfactorsofupbuiltdistrictsofYantai,andaccordingtothedynamicdegreeoflandaswellastheprincipleofinformationentropyinthesystemtheory,thispaperrevealsthecharacteristicsoftheland-usechangeinupbuiltdistricts,anddescribesthemajornatural,political,socialandeconomicfactorsthataffectthenumberofsitesandlandstructureinthearea.KeyWords:structureofurbanlanduse；informationentropy；drivingforce；YantaiCity.1前言1.1研究区概况烟台市位于山东半岛中部东经109°34′—121°57′，北纬36°16′—38°23′。东临威海市，西接青岛、潍坊两市，北临黄渤海与辽东半岛，东与朝鲜半岛和日本隔海相望，具有良好的经济地理位置和社会基础优势，是中国首批沿海开放城市之一。全市下辖五区、七个县级市和一个海岛县。全市土地面积13745.95㎞2，其中市区面积2643.60㎞2。烟台市烟台地形为低山丘陵区，山丘起伏和缓，沟壑纵横交错。山地占总面积的36.62%，丘陵占39.7%，平原占20.78%，洼地占2.90%。低山区位于市域中部，，最高峰为昆嵛山，海拔922.8米。丘陵区分布于低山区周围及其延伸部分，海拔100-300米，起伏和缓，连绵逶迤，山坡平缓，沟谷浅宽，沟谷内冲洪积物发育，土层较厚。1.2时间尺度与数据来源研究的时间尺度是1995年到2008年，这一时间段是烟台市经济社会发展和城市用地变化最为剧烈的时期。分析所用数据主要是各类城市用地数据和经济社会数据。用地数据主要1995—2008年山东省建设厅统计年报；经济社会数据主要来自于《山东省统计年鉴》。1.3研究方法首先取得1995-2008年烟台市建成区各类用地数据，然后利用excel和spss等软件与相应年份的经济社会指标进行主成分分析，探讨影响建成区用地结构变化的机制和影响因素。2烟台市用地变化分析2.1用地数量变化土地利用动态度可以定量描述区域土地利用变化的速度，比较不同时间段土地利用数量变化差异和预测未来土地利用变化趋势，本文采用土地利用动态度来反映建成区年均拓展速率。 K=(Ub-Ua)/Ua*T-1*100%式中，Ub、Ua分别为研究期末和研究期起初城市土地利用的面积；T为研究时长；K就是城市土地利用年变化率，值越大说明城市用地拓展速度越快。 依据烟台市1995-2008年建成区用地数据，利用Excel软件求其面积变化折线图（图1）、面积比例折线图（图2）。可以看出研究时间段内烟台市用地结构变化分为两个阶段：（1）1995-2002年K=5.48%，公共设施用地和水域用地增幅明显，拓展速率分别为12.21%和156.60%这与政府改善公共服务质量和提高生态环境质量的政策息息相关。（2）2002-2008年K=18.58%，较前一阶段增速剧增，各类用地面积都大幅增长，其中居住用地和公共设施用地拓展速率分别达到26.46%和22.44%，贡献率最高，这与03年以来国家住房政策调整有关。图1烟台市建成区各类用地面积变化图图2烟台市建成区各类用地比例变化图2.2用地结构变化2.2.1信息熵、均衡度、优势度城市土地利用信息熵熵原是一个热力学概念，统计物理学用它来表示分子不规则运动的程度，信息论中则把它作为随机变量无约俗程度的一种变量。美国控制论及信息论创始人N.Weaner和C.E.Shannon提出了更广义的信息熵。信息熵是系统有序程度的度量，即随机无约束程度的一种变量。城市作为人类社会复杂的巨系统，其土地利用类型的演替应处于有序与混沌之间，从系统论的观点来说，土地类型演替的本质就是土地类型结构和功能的自组织，这种自组织过程依靠城市内的人流、物流、信息流迁移转化这一地理过程来完成。从这个角度分析即可借鉴信息熵概念来对纷繁复杂的城市用地结构演变特征进行定量分析，这里用来描述城市建成区土地利用类型多样性，参考我国城市用地分类体系，将烟台市建成区城市用地职能类型分为10种。假定一个城市总用地面积为S，该市的土地根据其职能可分为m种，每个职能类面积为Si，则有：S=i=1mSi（i=1，2，3，…各类土地职能所占城市建设用地的比例，即第i种土地利用类型在该区域所有土地利用类型中出现的可能性用Pi表示。则有：Pi=Si/S,iPi=1按照信息论的原理，并参考Weaner-Shannon指数，则定义土地利用结构的信息熵函数为： H=-i=1m由信息熵函数可知，信息熵高低可以反映城市用地结构均衡程度，熵值越高，表明不同职能的用地类型数越多，各职能类型的面积相差越小，土地分布越均衡。当城市各用地类型的面积相等即P1=P2=P3=PM=1M均衡度及优势度固然熵值大小可反映城市用地类型的多少和各类型面积分布的均匀程度及复杂状态，但在实际应用中，由于不同城市或城市同一城市不同发展阶段可能有不同的土地职能数，土地利用类型数i的反映、土地利用类型之间分宜程度、结构格局不够明朗，其数值也缺乏可比性，因此有必要引入土地利用均衡度概念，以便更好反映城市土地结构和规模特征。基于信息熵函数可构造出城市土地利用结构的均衡度公式： E=-i=1mPi城市土地利用结构的均衡度(E)可以表示为实际熵值与最大熵值之比，其取值范围为[0，1]，即：当E=0时，城市用地处于最不均匀状态，E值越大，匀质性越强，当E=1时，则用地类型达到理想的平衡状态，与信息熵相比，此概念直观性和可比性均有所增强。相应的，优势度的表达式为：E=1-D，式中D为优势度，反映城市内一种或几种用地类型支配该区域土地类型的程度，与均衡度的意义相反。2.2.2基于信息熵的烟台市城市用地结构变化借助信息熵描述用地系统结构的功能来分析烟台市建成区用地结构的有序程度，熵越大，系统有序度越低，反之，有序度越高，分析发现1995-2002年信息熵缓慢增大，2002年信息熵达到最高临界值，为2.0011，说明这一阶段用地结构趋于无序化，城市开发与建设中各类用地比例变化明显，变动幅度最大的是公共设施用地和水域及其他用地，而仓储用地和对外交通用地变动最小。而后2002-2007年信息熵进入缓慢减少阶段，说明城市用地结构趋于有序化。从各类建设用地比例上看，各种建设用地比例趋于稳定。烟台市在研究时间段内信息熵H值变化先升后降，表明随着时间推移，城市用地结构和空间布局逐渐优化，各用地职能协调、成熟、稳定，其熵值自然升高然后收敛趋于稳定。从侧面说明烟台市建成区已处于经济发展的成熟阶段。总之，烟台市建成区用地结构变化过程符合土地结构信息熵的动态演变规律。表1烟台市城市建设用地构成（%）及信息熵、均衡度变化情况图3烟台市建成区1995-2008年用地结构熵值演变图3城市用地变化动力分析3.1区域自然环境条件及区位条件自然条件对一个城市用地选择、功能区组织、规划布局以及城市的总体空间格局和用地功能演变等诸多方面有一定程度的限制，是城市用地结构形成演化的重要条件。烟台市面临黄、渤海，是我国东北与华北交通对接的枢纽。区内蓬莱市与辽东半岛的旅顺隔海相望，是连接山东半岛的最短距离，区域内海岸线绵长，拥有众多海港，贸易辐射东北亚，区位优势明显，这对于烟台市城市用地结构发展变化有着巨大影响。另一方面，烟台市地貌主要由海岸地貌、冲积海积平原地貌和丘陵地貌组成，以丘陵地貌为主，实际可利用的土地面积不多，沿海平原发展空间狭小；区域内地形坡度大，河流短急，拦蓄条件差，大部分地表径流通过河道入海，导致地下水资源储备不足，人均占有水资源436m3，不足全国人均占有量的1/5，用地紧张和水资源短缺成为影响城市用地拓展、用地结构演进的主要限制性因素。3.2政策与制度1984年国务院发出了《沿海部分城市座谈会纪要》的通知，确定进一步开放烟台、大连等14个沿海港口城市。作为首批沿海开放城市，烟台在吸引外资，利用国外先进技术方面的优势日益彰显，特别是进入2000年以来外贸进出口总额和实际利用外商投资剧增，以2006年为例，外商及港澳台投资企业完成工业增加值407.5亿元，占规模以上工业总量的31%，拉动全市工业增长11.6个百分点，由此可见吸引外资在烟台产业结构调整和城市用地结构变化中的重要作用。1985年国家颁布《土地管理法》，1987年以提高房租发放抵租券、空转起步为特征的城镇住房制度改革在烟台试行。1994年《国务院关于深化城镇住房制度改革的决定》发布实施。此后，房改加入了建立住房公积金、开展国家安居工程等内容。在研究时间段内，1995年建成区居住用地面积5451.4公顷，至2008年居住用地面积激增至13734公顷，超过1995年的2.5倍。在居住用地拓展的同时，建成区人口从1995年的154.6万人激增到2008年的303.11万人，城市人口的迅速增加对城市的基础设施和承载力都提出了新的要求。鉴于此，1995-2005版城市规划对烟台市重新定位，公共设施用地和水域用地大幅上升，城市公共服务质量提高，保证城市用地结构向合理化、正常化过渡。3.3经济社会发展3.3.1分析指标选取城市用地结构演变与城市的经济、社会、人口及环境关系密切复杂,其中社会经济活动是导致城市土地利用发生变化的主要原因,如城市产业空间置换(城市土地利用的“退二进三”)等。根据主成分分析法的思路,同时考虑到烟台市建成区城市土地利用基本特征和现有相关资料情况,采用烟台市1995-2008年城市统计年鉴及烟台市志等数据,共选取了18个指标作为影响烟台市建成区城市土地利用结构变化的经济社会驱动力因子:表2影响烟台市建成区城市土地利用结构变化的经济驱动因子指标单位指标单位GDP(X1,亿元)城镇居民人均可支配收入(X10,元)人均GDP(X2,元)城镇居民人均消费性支出(X11,元)第一产业比重(X3,%)恩格尔系数(X12,%)第二产业比重(X4,%)全部工业总产值(X13,亿元)第三产业比重(X5,%）外贸进出口总额(X14,亿美元）工业比重(X6,%）年末总人口(X15,万人)社会固定资产投资(X7,亿元)城市居民人均居住面积(X16,m2)实际利用外商投资(X8,亿元）职工数(X17,万人）社会消费品零售总额(X9,亿元)公路里程(X18,km）指标涵盖了城市人口、社会结构、经济水平、产业结构等，具有较强的覆盖性、代表性和主导性。3.3.2主成分分析根据所以选取的指标，建立数据矩阵，利用统计软件SPSS进行分析计算，在对数据进行级差标准化消除量纲影响和KMO检验后，利用主成分分析方法减少冗余数据和重叠数据，接着得出数据矩阵的特征值和主成分贡献率、累计贡献率，最后利用正交矩阵的特征得出旋转之后的主成分载荷矩阵。 表3特征值及主成分贡献率TotalVarianceExplainedComponentInitialEigenvaluesRotationSumsofSquaredLoadingsTotal%ofVarianceCumulative%Total%ofVarianceCumulative%113.89277.17877.17811.61164.50664.50622.57214.28891.4653.02216.78881.2943.7974.42895.8932.62814.60095.893表4旋转后主成分载荷矩阵RotatedComponentMatrix(a)Component123x1.942.328.010x2.942.328.013x3-.704-.532.449x4.764.605-.129x5.810.526-.092x6.056.040-.973x7.851.504.057x8.314.923-.057x9.950.301.012x10.938.332-.060x11.893.327-.140x12-.597-.362.650x13.956.274.097x14.976.122.081x15.764.368-.456x16.914.291-.186x17.397.053.859x18.946.149.079结合表3表4可以得出影响烟台市建成区用地结构变化的主要社会经济驱动力因子：（1）第一主成分贡献率为64.506%，反映的信息综合全面，主要和GDP、人均GDP、社会消费品零售总额、城镇居民人均可支配收入、城镇居民人均消费性支出、全部工业总产值、,外贸进出口总额、城市居民人均居住面积、公路里程等10个指标相关，反映出烟台市用地结构变动与城市社会结构、经济发展阶段，城市建设投资规模密切关联;(2)第二主成分主要与实际利用外商投资，社会固定资产投资等指标有较大关系，它反映了利用外资在烟台社会经济发展中的作用；同时与第二、三产业占GDP的百分比有很强的正相关，与第一产业比重显著负相关，说明产业结构及其变化对城市用地结构变化影响因素较大；（3）第三主成分与城市职工数、年末总人口有较大关系，它主要反映了城市人口及其就业情况对城市用地结构变动的影响，同时与工业比重有较强的负相关性，这说明城市工业结构性调整、产业结构优化升级对城市用地结构变化有一定影响，另一方面，第三主成分与恩格尔系数显著正相关，说明城市居民生活水平、消费结构变化也是影响城市用地结构变化的重要因素。综上，影响烟台市用地结构变得经济因素可归纳为三大类：城市经济社会发展和城市建设投资规模、外资利用规模和产业结构比例、城市人口增长及其就业情况和消费结构。4结语通过计算1995-2008年烟台市建成区用地结构信息熵、均衡度和优势度还有土地利用动态度，分析影响烟台市建成区用地变化的自然环境、政策、经济因素，得出以下几点结论：1995-2002年间，烟台市用地拓展速率达5.48%，高于山东省平均水平，主要表现在公共设施用地和水域用地增幅明显；从用地结构上