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经济快速增长地区中小城镇空间扩展与生态环境影响的互动关系,是影响我国当前城镇化发展的重要动因,也是新型城镇化面临的新问题和新挑战。研究中小城镇空间扩展动态模拟及其与地价变化、生态环境的耦合关系,对于保障中小城镇空间有序发展、适度宏观调控、生态环境保护和可持续发展,充实新型城镇化理论具有重要意义。 本文以广东省顺德区为例,探讨了经济快速增长地区中小城镇空间扩展的时空分异特征、形态演化阶段及地价变化与景观格局特征,识别了影响中小城镇空间扩展的社会经济、政策制度和生态环境驱动因子;引入混合线性时空模型,研究了顺德区土地价格的时空变化规律;利用Logistic和CA-Markov对顺德区城镇空间扩展规律进行了多情景模拟与预测;运用系统动力学模型模拟了顺德区城镇空间扩展生态环境影响的耦合关系。主要研究成果如下: (1)中小城镇空间扩展的时空分异特征表现为区域中心地和主要交通线路对中小城镇空间扩展的牵引作用明显。顺德区城镇空间扩展主要集中于东部核心城区,并具有沿交通线路呈放射状扩散的趋势,处于城市扩展初期的点轴式扩张模式阶段。顺德区城镇空间形态演化在时间上表现出外部扩展低密度城市化向内部挖潜高密度城市化过渡的阶段性特征。在空间上表现出条带状和组团式布局的形态特征,建设用地开发以大良街道的东西走向为轴线,以道路路网和河流水系为脉络,呈现出高密度区与低密度区间隔分布的格局,具有廖什景观的空间格局分布特征,从而使得顺德区城镇空间扩展由单中心逐渐向多中心的圈层扩展模式转变,其空间结构也趋向于“多级组团、轴向发展”。 (2)采用Fragstats4.2的顺德区景观格局变化特征分析表明顺德景观格局正由生态可持续模式向生态损耗模式景观格局转变,景观生态功能逐渐衰减,城镇化水平的提高与景观生态多样性损失并存。景观破碎度在城镇化初期呈上升趋势,随着城镇化水平的进一步提高,景观破碎度呈下降趋势。 (3)基于混合线性时空分析方法构建了住宅地价混合线性时空分析模型,在确定时空变化影响因素的基础上,摸清了顺德区住宅地价时空变化规律。中小城镇地价高值区随城镇核心区和交通路网的演变而迁移,并呈点轴式扩散规律向外围递减;顺德区住宅地价在空间上围绕两大老城区组团、沿主要交通干线扩展分布,对住宅地价影响显著的影响因素依次为:公摊面积、住宅用地面积、公路密度、银行密度、大型超市密度等;随着时间变化,住宅地价的主要影响因素表现在人口变化、经济发展以及调控政策等。 (4)采用主成分分析方法识别了顺德区城镇空间扩展的主要驱动因子,发现人均GDP、人均社会消费品零售总额、城市化率、固体废物产生量、环境噪声超标率等指标对社会经济和生态环境的贡献最大。 (5)基于CA-Markov构建了中小城镇空间扩展多情景模拟模型,探明了顺德区城镇空间扩展演化的趋势。结果表明:不同情景下顺德区城镇建设用地转化概率差异显著,从而影响城镇用地空间格局的演变。历史趋势发展情景下,建设用地的扩展未来将继续占主导地位,并继续沿道路和中心区扩展,坑塘水面和耕地的面积将持续下降;耕地保护情景下,在基本农田保护约束下,建设用地扩张受限,耕地转换率降低,城市的扩展变弱;生态保护情景下,通过控制林地的建设用地转换,林地面积有所增加,加强对坑塘水面的利用,建设用地的扩展结构比较紧凑。 (6)基于系统动力学的方法对顺德区城镇空间扩展生态环境影响的复杂关系进行了SD建模,实现了基于供需关系和可持续发展观点的城镇空间扩展、地价变化、生态环境影响的仿真,构建了经济快速发展模式、国家宏观调控模式和协调稳定发展模式三种情景下的顺德区城镇空间扩展生态环境影响耦合关系模式,分别代表了城镇加速扩张、国家宏观调控为主和城镇空间有序扩展下的城镇及生态环境影响动态变化模式,其中模式三更符合目前城镇空间扩展、地价动态变化、生态环境保护的规律特征。 与已有的研究成果相比,本研究的创新和发展主要体现在以下几个方面: (1)针对现有研究侧重城市空间扩展研究,忽视中小城镇相关要素系统作用机制分析,缺乏对中小城镇复杂系统特征研究等问题,研究以顺德区为例,对我国经济快速增长地区中小城镇空间扩展、地价变化、生态环境保护耦合关系进行探索性研究,为转型时期中小城镇可持续发展提供理论支撑。 (2)引入全新的混合线性时空分析方法,首次提出了住宅地价混合线性时空分析的模型和方法,对顺德区住宅地价进行时空相关性分析。该模型把住宅地价变化曲线分为时间变化和空间变化两部分,直接识别地价变化主要影响因素及影响程度,在残差部分也同时考虑了时间和空间的相关性,从而能够同时解决地价时间和空间变化的趋势分析,突破了传统的地价分析模型只能单独对地价时间变化或空间变化规律进行建模分析的局限性,提高了模型分析的效率。 (3)提出了利用系统动力学对顺德区城镇空间扩展、地价动态变化、生态环境影响的耦合关系进行仿真的方法,从复杂系统角度、深层次把握了以广东省顺德区为代表的经济快速发展地区中小城镇空间扩展、地价动态变化、生态环境影响的复杂系统互动关系,及其内部要素特征与未来发展趋势,深化了中小城镇各子系统之间的关系研究。