中国城市群作为国家参与全球竞争与国际分工的全新地域单元,是未来区域经济发展的增长极,由此国家出台了一系列相关规划。《国家主体功能区规划》明确了城市群是实施开发的重点区域和优先区域,《国家新型城镇化规划》则明确了城市群是推进新型城镇化的主体形态。与城市地区相比,城市群是城市用地扩张的聚集地,持续高强度和粗放式的国土开发给城市群地区的资源环境承载力造成巨大压力,使得在国家空间治理现代化背景下城市群高质量发展日益重要。因此,将城市群的城市用地扩张与生态环境保护有机结合,通过模拟城市用地扩张的不同情景,科学划定城市群增长边界,制定相应的管控模式,提出综合的增长边界管控体系,是优化城市群国土空间结构、保障城市群空间高质量发展的有效途径,同时也为实现城市群一体化和可持续发展提供理论依据。本研究基于社会经济、土地利用、基础地理等数据,综合运用城市用地扩张强度、景观扩张指数、非线性回归、系统动力学、元胞自动机等方法,以长株潭城市群为研究对象,对城市群的城市用地扩张时空特征、扩张质量、城市用地扩张与生态环境保护共生机制、扩张模拟以及增长边界划定等内容进行综合系统的研究,旨在解决三个关键科学问题:(1)探寻影响城市群城市用地扩张的因素及其作用机制;(2)在城市群“生产-生活-生态”的协调共生模式下,研究城市群城市用地扩张与生态环境保护之间的相互作用关系以及识别两者间协调共生的平衡点;(3)建立消除城市用地扩张与生态环境保护之间冲突的耦合模型,模拟“生态约束”与“增长需求”相结合的不同扩张情景,构建满足城市群发展目标和地域功能的城市群增长边界划定方法。本研究依据“特征分析-情景模拟-边界划定-优化调控”的逻辑思路,围绕城市群城市用地扩张模拟及其优化调控,进行定性和定量的分析,得到以下主要结论。(1)不同发展阶段的长株潭城市群,其城市用地扩张具有差异性。时序强度变化方面,扩张强度呈先加强后减弱的趋势。空间格局演变方面,呈“中心-边缘”的扩张格局,扩张类型整体上呈现出由扩散向集聚转变,符合“扩散-集聚”的城市增长理论。扩张质量方面,由于城市用地扩张“吞没”了郊区和农村地区,导致景观破碎化程度、形状复杂度不断上升,景观格局表现出不稳定性;城市群一体化程度和“人口-土地”协同程度逐步增强,“经济-土地”协同程度较高,整体上表现出城市用地扩张质量有所提升。(2)城市群城市用地扩张与生态环境保护之间存在较强的相互作用,两大系统之间各要素作用强度表现出阶段性和差异性的特征。从自然、经济社会和空间三个维度构建了“驱动-协调-约束”共生机制,是实现城市用地扩张与生态环境保护共生发展的理论基础。(3)城市群生态安全格局作为城市用地扩张与生态环境保护共生发展的关键,以生态的源地、廊道和战略点构成城市群生态安全格局,是城市群城市用地扩张的生态基底。经济社会、自然、可达性以及溢出效应等影响因素的综合作用,对城市用地扩张产生了正向和负向的影响,并且社会经济和溢出效应是影响城市用地扩张的主控因素,由此提出了城市群城市用地扩张的“四力”作用机制框架。(4)在共生机制框架下,结合城市群发展需求和生态保护要求,设定不同的城市用地扩张情景,其中协调共生情景为最优。协调共生情景以节约和高效利用土地为目标,各类用地产生的生态效益和经济效益均满足人类各项需求,最终实现了城市群土地利用优化配置的目标;该情景有利于保障城市群社会经济的稳定发展,实现生态效益的最大化,与《长株潭城市群区域规划》确定的目标和原则相一致。(5)基于“空间-功能-形态”属性划定了城市群增长边界。通过创新城市群增长边界管理机制,将生态安全格局与增长空间管控相结合,构建“控制维-拓展维-保障维”的管控模式,并提出“差异-滚动-反馈-弹性”的管控体系。