山地城市梯度扩张的多重空间影响
山地城市梯度扩张的多重空间影响
随着城市化进程的加快，山地城市梯度扩张成为了一个重要的研究课题。兰州交通大学教授周亮在第十二届高校GIS论坛上的报告《山地城市梯度扩张的多重空间影响》中，深入探讨了这一现象的背景、特征及其带来的多重空间影响。
背景与意义
1990年时钱学森先生就提出了城市是人类文明的物质形态和社会组织的重要空间，是一个复杂开放自适应巨系统，要用系统科学的观念和集成的方法来研究。城镇化是陆表最重要的综合地理过程，是全球环境变化研究的关键科学问题。中国的新型城镇化、美丽中国、三维实景中国建设，包括联合国可持续发展目标SDGs，都迫切需要展开城市和城镇化的研究。
为什么城市要扩张？主要是人口集聚到城市。人口的增长包括了经济产业要布局在一个空间里面产生集聚效应，这是原始动力。
城市扩张模式有填充式、边缘式、飞地式等。扩张测度方法包括CA、FLUS、Agent等。城市除了水平扩张之外，还有垂直扩张，向上和向下增长。向上和向下的增长过程中，增加了城市的可用空间。城市内部的高度分异不断增加，也为三维城市的研究带来了很多命题。
当人类不断向城市聚集时，城市用地紧张，出现了人地矛盾。沿海通过围海造地提供了更多的城市用地空间。西部、中部更多的用平山造地的方法，向坡地、台地发展。同时也衍生了很多生态环境问题。今天提到的山地城市梯度扩张，就是在这样的背景下产生的。山地城市建设用地短缺，城市被迫向周围更高的坡地扩张和延伸，即“山地城市梯度扩张”，本质是通过对坡地平整与梯化改造获得额外的发展空间。
山地城市特点：地貌地形复杂，垂直梯度差异大，地质灾害频发，生态环境脆弱，交通进入性难，气候变化大等一些核心问题需要高度关注。
梯度扩张特征
山地约占地球陆地表面积的24%，而中国69%国土为山地，约有300个城市分布在山区，自然环境脆弱。所以山区成为人们关注的中心。
通过建设用地坡谱，梯度扩张指数，上限坡度等指标的构建，提出了山地城市梯度扩张定量测度方法。发现2010-2015年是中国城市梯度扩张最迅猛的时期，中西部地区最为显著。中国东部、中部、西部和东北四大区域，平均建设用地梯队扩张指数与上限坡度呈现出波动上升的趋势，2010年出现明显拐点，西部地区平均爬坡字数最为显著。中国梯度扩张型城市的数量（280个）占城市总数的3/4以上，其中68.93%为高梯度扩张型城市。
考虑不同自然环境和梯度扩张类型，选取了国内代表性山地城市/区域作为精细研究对象，涵盖了中国山地城市的主要类型，重庆、延安、兰州等城市，发现主要典型城市梯度扩张的主要方向与台地、丘陵与低起伏度的山地方向一致，反映了城市建设用地向更高坡度扩张的趋势。
延安新区与老城区的落差有100米
多重空间影响
扩张后会产生的影响不是单一的，是多重、多方面的。比如生态影响，建设用地扩张的时候，势必对周围的耕地生态运营产生一些影响，直接的、间接的、显性的、隐性的；灾害影响，扩张的过程中会引发地面沉降、山洪；环境影响，水土流失、大气污染等；生物多样性影响。
所以为了刻画多重的空间影响，以兰州的生态空间影响为例，发现兰州市的生态用地和耕地的破碎化随着城市梯度扩张而不断增加，耕地的破碎化略高于生态用地，景观和地形对耕地和生态用地的作用相反。另外通过一些遥感指数，定量刻画遥感生态指数年际变化趋势城市生态质量变化，发现兰州市的整体的生态质量呈现下降趋势。
地面沉降也以兰州为例，因为建设用地梯度扩张通常具有周期短、施工快等特点，扩张过程会加速城市周边地面沉降，结合兰州市2015-2020年大规模梯度扩张前后地面沉降特征，五年间兰州市主城区大于5mm/a沉降像元从3.63 %增加到5.24 %。城市地面沉降速率与城镇梯度扩张关联分析表明：兰州市各区域地面沉降均有加速，主要围绕梯度扩张区域，不同建设用地坡度下沉降速率呈现相同趋势。
未来工作展望
第一，全球城市梯度扩张的生态环境影响。第二，山地城镇坡地改变、山洪对城市影响、城市韧性评价。第三，山地城市扩张对生物多样性影响与保护。第四，山地城市交通基础设施韧性与灾害应急应对。