基于GIS的山地城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)研究——以嵐皋縣中心城區(qū)為例

周 潮，南曉娜

(1. 淮陰工學(xué)院 建筑工程學(xué)院，江蘇 淮安 223001；2. 西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，西安 710127；3. 陜西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院 規(guī)劃設(shè)計(jì)二室，西安 710082)

基于GIS的山地城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)研究
——以嵐皋縣中心城區(qū)為例

周 潮1,2，南曉娜3

(1. 淮陰工學(xué)院 建筑工程學(xué)院，江蘇 淮安 223001；2. 西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，西安 710127；3. 陜西省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院 規(guī)劃設(shè)計(jì)二室，西安 710082)

城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)是城市用地選擇和空間拓展的前提，對(duì)自然條件復(fù)雜的山地城市用地評(píng)價(jià)的研究更為重要，但目前國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)理論體系．基于此，本文以山地城市——嵐皋縣中心城區(qū)為例，通過(guò)構(gòu)建適用于山地城市用地評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，運(yùn)用特殊因子和基本因子相結(jié)合的多因子分級(jí)加權(quán)指數(shù)和法模型，在ARCgis軟件支持下，探尋山地城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)的方法，為其他山地城鎮(zhèn)空間整合和擴(kuò)張?zhí)峁┛茖W(xué)依據(jù)．

GIS；山地城市；適宜性；評(píng)價(jià)

城市建設(shè)用地是城市居民生活場(chǎng)所、操作空間和建筑工程的載體，是用于城市改造以及在空間拓展過(guò)程中建造建筑物、構(gòu)筑物及其使用范圍的土地[1]．作為人類文明主要載體的城市，隨著社會(huì)的發(fā)展，城市內(nèi)部空間更換迭替，并不斷向外拓展．在此過(guò)程中，進(jìn)行建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)，可為城市用地選擇及布局提供科學(xué)依據(jù)，使城市建設(shè)避開(kāi)自然災(zāi)害易發(fā)和投資費(fèi)用高的地段，此作用在山城規(guī)劃發(fā)展建設(shè)中顯得更為重要．但是建設(shè)用地的適宜性評(píng)價(jià)是一項(xiàng)復(fù)雜性和長(zhǎng)期性工作，同時(shí)受多方面因素的影響．在許多城市規(guī)劃建設(shè)實(shí)踐過(guò)程中，土地適宜性評(píng)價(jià)并沒(méi)有受到重視，甚至被忽略，這不僅造成了大量的建設(shè)投資的浪費(fèi)，同時(shí)給市民生命財(cái)產(chǎn)的安全也帶來(lái)了一定的隱患．

1 研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)化速度不斷加快，城市建設(shè)日新月異，但人地矛盾、人居安全、生態(tài)環(huán)境等問(wèn)題皆伴隨而來(lái)；同時(shí)，地震、洪水、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害發(fā)生頻繁，市民的生命財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅．因此，合理選擇城市建設(shè)用地成為市民普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，探討與城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)相關(guān)的問(wèn)題成為眾多規(guī)劃專家、學(xué)者的研究熱點(diǎn)，并從指標(biāo)體系[2-5]、評(píng)價(jià)方法[6-10]、不同的角度[11-13]等方面進(jìn)行了較深入的研究．這些研究為城市發(fā)展用地的選擇和空間布局提供了科學(xué)依據(jù)，但仍然存在一些缺陷：①多為傳統(tǒng)定性評(píng)價(jià)，難以準(zhǔn)確體現(xiàn)用地在適宜性上的差異，給城市規(guī)劃工作帶來(lái)了較大的主觀性；②評(píng)價(jià)體系不成熟，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的劃分、評(píng)價(jià)流程和評(píng)價(jià)結(jié)果輸出整個(gè)過(guò)程都缺乏統(tǒng)一的參照標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)多地依賴于工作者的主觀判斷；③山地城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)的研究較少，在理論方法和實(shí)踐研究上，往往注重平原城市的用地評(píng)價(jià)研究，用地評(píng)價(jià)缺乏普適性標(biāo)準(zhǔn)．因此，尋求建立城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)體系，特別對(duì)山地城市而言，合理選擇城市建設(shè)用地，避免自然災(zāi)害易發(fā)地段，保障城市安全是城市空間整合和拓展所關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題之一．

基于此，本文擬以地形起伏較大的山地城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)為研究視角，以嵐皋縣中心城區(qū)建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)為例，運(yùn)用層次分析法(AHP)、特殊因子和基本因子相結(jié)合的多因子分級(jí)加權(quán)指數(shù)和法，在GIS軟件支持下，通過(guò)評(píng)價(jià)單元柵格疊加分析與計(jì)算，建立山地城市建設(shè)用地適宜性等級(jí)圖，為山地城市在空間拓展或內(nèi)部空間更新整合、合理地選擇建設(shè)用地等方面提供科學(xué)依據(jù)．

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，雖然大部分城市分布在平原及河網(wǎng)地區(qū)，但山城數(shù)量仍占一定比重，并是我國(guó)城市體系中的重要組成部分．更重要的是，山城是山區(qū)經(jīng)濟(jì)的核心，是開(kāi)發(fā)與振興山區(qū)、帶動(dòng)少數(shù)民族致富的主要基地．但頻發(fā)及潛在的自然災(zāi)害是山城建設(shè)發(fā)展的主要影響因素之一．因此，本文擬以位于陜南、大巴山北麓典型的山地城市——嵐皋縣中心城區(qū)建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)為研究對(duì)象(嵐皋縣縣城中心城區(qū)范圍為：北至龍爪子，東至柑竹壩，南至堰溪溝，西至祖師廟山脊，包括城關(guān)鎮(zhèn)下屬的城關(guān)、東新、方埡、新春、四坪、耳扒、堰溪 7個(gè)行政村，總面積約8.7,km2)，探尋山地城市建設(shè)用地的選擇和空間拓展．

2.2 研究方法

2.2.1 指標(biāo)體系

構(gòu)建指標(biāo)體系是評(píng)價(jià)城市建設(shè)用地適宜性的關(guān)鍵，指標(biāo)體系的優(yōu)劣直接影響到評(píng)價(jià)工作的準(zhǔn)確性與可靠性．目前我國(guó)對(duì)山地城市建設(shè)用地評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究得較少，仍處于摸索的研究階段，而平原地區(qū)城市用地的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系又難以綜合反映山地城市用地的特征．因此，本文結(jié)合山地城市自然條件，同時(shí)，為了避免評(píng)價(jià)單元上某一指標(biāo)表明該單元用地不適宜作為建設(shè)用地，而該地塊的最終綜合得分又位于適宜建設(shè)用地或比較適宜建設(shè)用地范圍內(nèi)情況的出現(xiàn)，構(gòu)建了特殊因子指標(biāo)和基本因子指標(biāo)體系(見(jiàn)表1、表2)，并用特殊因子對(duì)基本因子的綜合分值的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，確保評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，以滿足山地城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)的要求．

表1 特殊因子指標(biāo)

表2 基本因子指標(biāo)

2.2.2 分析方法

2.2.2.1 層次分析方法

山地城市地表生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性、模糊性以及不可逆性特點(diǎn)，決定了用精確客觀的數(shù)學(xué)模型來(lái)確定山地城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)的因子權(quán)重難度較大，同時(shí)也難以正確反映實(shí)地情況．由T. L. Saaty提出的層次分析法(AHP)是由多位專家的經(jīng)驗(yàn)判斷結(jié)合適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型運(yùn)算來(lái)確定權(quán)重的方法，是一種適用于難以完全定量分析問(wèn)題的多準(zhǔn)則決策方法，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、邏輯性和實(shí)用性，是用地適宜性評(píng)價(jià)中應(yīng)用比較廣泛的方法，也適合山地城市用地適宜性評(píng)價(jià)中因子權(quán)重的確定[14]．

2.2.2.2 評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

多因子評(píng)價(jià)方法是根據(jù)各地的具體情況選取不同的因子、指標(biāo)體系，綜合考慮影響城市建設(shè)用地適宜程度的多種因素，采用相應(yīng)的評(píng)價(jià)模型，使評(píng)價(jià)結(jié)果能全面反映城市用地的性狀、綜合表現(xiàn)用地的建設(shè)適宜度．為了突出山地城市土地質(zhì)量分異較明顯的特點(diǎn)，并提高評(píng)價(jià)結(jié)果精度，在多因子評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)上，采用基本指標(biāo)多因子分級(jí)加權(quán)指數(shù)和法與特殊指標(biāo)多因子分級(jí)綜合影響系數(shù)法模型，如式(1)、式 2，P為評(píng)定單元綜合評(píng)定分值

式中：K為特殊指標(biāo)綜合影響系數(shù)；m為基本指標(biāo)因子數(shù)；wi為第 i項(xiàng)基本指標(biāo)計(jì)算權(quán)重，是一級(jí)權(quán)重和二級(jí)權(quán)重的乘積；Xi為第i項(xiàng)基本指標(biāo)分級(jí)賦分值．

特殊指標(biāo)綜合影響系數(shù)K的計(jì)算公式如下

式中：n為特殊指標(biāo)因子數(shù)；Yj為第j項(xiàng)特殊指標(biāo)分級(jí)賦值．

2.2.2.3 GIS成圖法

利用GIS技術(shù)進(jìn)行用地適宜性評(píng)價(jià)，主要是通過(guò)數(shù)據(jù)輸入——檢查糾正、校正——數(shù)據(jù)規(guī)范化處理——矢量數(shù)據(jù)柵格化——柵格數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)，利用柵格空間疊加分析原理進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加和分析，如圖1所示，以統(tǒng)計(jì)表格、統(tǒng)計(jì)圖、地圖等形式輸出用戶需要的成果，可提高土地適宜性評(píng)價(jià)的精度[15]．

圖1 柵格空間數(shù)據(jù)疊加分析示意

3 城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)

3.1 指標(biāo)量化

按照城市建設(shè)用地適宜性等級(jí)劃分的要求，結(jié)合嵐皋縣城中心城區(qū)的自然條件，分別對(duì)所選取的指標(biāo)因子從四個(gè)方面來(lái)衡量；依據(jù)GIS技術(shù)疊加分析的要求，對(duì)每一個(gè)因子賦予不同的分值，結(jié)合專家打分法給各單項(xiàng)評(píng)價(jià)因子分配相應(yīng)的權(quán)重值，以全面反映規(guī)劃區(qū)用地的環(huán)境條件和特點(diǎn)．在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用層次分析法，確定一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重(見(jiàn)表 3、表 4)．

表3 特殊指標(biāo)因子影響得分表

表4 基本指標(biāo)因子影響得分及權(quán)重分配表

3.2 建設(shè)用地適宜性類型劃分

嵐皋縣中心城區(qū)規(guī)劃范圍具有地形破碎、地勢(shì)起伏較大、沖溝泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多、用地緊張等特點(diǎn)．為了精確反映規(guī)劃區(qū)建設(shè)用地質(zhì)量的空間差異，在ARCgis平臺(tái)上劃分單元，將規(guī)劃區(qū)以5,m×5,m的網(wǎng)格單元進(jìn)行劃分(規(guī)劃區(qū)共分成 832行，977列)，每一個(gè)單元格即為建設(shè)用地適宜性的評(píng)價(jià)單元．

3.2.1 數(shù)據(jù)的輸入和處理

將獲取的資料如數(shù)字矢量地形圖、普通地圖、其他統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、描述性文字等，轉(zhuǎn)換為 GIS格式文件所能識(shí)別和編輯的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分層處理，并經(jīng)過(guò)空間分析生成所需要的圖層，如對(duì)坡度圖的生成數(shù)字高程模型(DEM)，將 CAD格式下的帶有高程注記矢量地形圖轉(zhuǎn)入到 ARCgis9.0中，利用三維分析模塊(3D,Analyst)生成 DEM 模型，從中提取高程、坡度、坡向等因子(見(jiàn)圖 2)．其他文字資料和統(tǒng)計(jì)資料則是按照資料描述進(jìn)行地圖數(shù)字化，以獲取空間數(shù)據(jù)．

根據(jù)建立的評(píng)價(jià)體系(表1和表 2)，確定合適的評(píng)價(jià)單元(cell)；對(duì)高程、坡度、坡向、災(zāi)害分布、水文、植被覆蓋、土地利用現(xiàn)狀等數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格化處理；根據(jù)上述各項(xiàng)因子具體量化標(biāo)準(zhǔn)值，利用空間分析模塊的數(shù)據(jù)重分類函數(shù)，將各評(píng)價(jià)因子圖進(jìn)行重分類，消除量綱進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(如圖3所示)．

2 建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)地貌因子圖

圖3 坡向、坡度因子重分類結(jié)果圖

3.2.2 適宜性疊加分析

根據(jù)特殊指標(biāo)定量標(biāo)準(zhǔn)，將單因子得分在 10以上的(包含 10)區(qū)域剔除出來(lái)，不參與下一步評(píng)價(jià)，直接劃為建設(shè)適宜性最低的用地．在GIS系統(tǒng)的柵格計(jì)算器中進(jìn)行適宜性疊加計(jì)算(見(jiàn)圖 4)，利用各項(xiàng)因子數(shù)據(jù)重分類的標(biāo)準(zhǔn)，按照上述評(píng)價(jià)模型(見(jiàn)式(1)、式(2))，綜合疊加計(jì)算得到規(guī)劃區(qū)各評(píng)價(jià)單元對(duì)應(yīng)的用地適宜性得分，如圖5所示．

圖4 評(píng)價(jià)因子?xùn)鸥癔B加計(jì)算

圖5 建設(shè)用地適宜性得分圖

3.2.3 劃分等級(jí)

根據(jù)上述建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)分類系統(tǒng)和評(píng)價(jià)結(jié)果，在用地評(píng)價(jià)單元綜合分值頻率直方圖的基礎(chǔ)上，依據(jù)分值變化的特征，利用GIS聚類分析功能，找出變化劇烈的區(qū)域，作為建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)的等級(jí)劃分界限，劃分出規(guī)劃區(qū)建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)的最終結(jié)果，并將規(guī)劃區(qū)用地按照建設(shè)適宜性大小分為四類，如圖6所示．

圖6 建設(shè)用地適宜性最終分類圖

3.2.4 拓展方向選擇

按照綜合得分評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，本次建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)可將規(guī)劃區(qū)的用地由優(yōu)到差分為四個(gè)等級(jí)：Ⅰ類用地——適宜建設(shè)用地；Ⅱ類用地——比較適宜建設(shè)用地；Ⅲ類用地——有條件限制建設(shè)用地；Ⅳ類用地——不適宜建設(shè)用地．各類用地的面積和所占比例見(jiàn)表 5．

根據(jù)各評(píng)定單元的得分，對(duì)規(guī)劃區(qū)用地做出以下適宜性分析．

表5 嵐皋縣中心城區(qū)建設(shè)用地適宜等級(jí)匯總表

(1)Ⅰ類用地(適宜建設(shè)用地)．規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)適宜建設(shè)的用地較少，主要包括地質(zhì)條件好，地形平緩的嵐河、四季河沿岸，高于30年洪水淹沒(méi)線的級(jí)階地，分布在嵐河左岸老城區(qū)、嵐河右岸柑竹壩、肖家壩、龍爪子以及西窯區(qū)．綜合考慮各種因素，這部分地區(qū)為適宜建設(shè)用地，適宜集中成塊的城市建設(shè)．

(2)Ⅱ類用地(比較適宜建設(shè)用地)．這類用地主要包括坡度在 10%～20%的山麓斜坡區(qū)、地形較為破碎地區(qū)以及受滑坡泥石流影響較小的地區(qū)．該區(qū)坡度較大，邊坡穩(wěn)定性稍差，必須采取一定的工程處理措施后方能進(jìn)行工程建設(shè)．此外，還包括黃家河壩位于30年洪水淹沒(méi)線以下的部分地區(qū)．綜合考慮各種因素影響，上述區(qū)域地勢(shì)平坦，工程地質(zhì)條件良好，容易受洪水威脅，因此必須修筑防洪河堤后方可進(jìn)行建設(shè)．

(3)Ⅲ類用地(有條件限制建設(shè)用地)．Ⅲ類用地分布較為分散，主要分布在坡度較大的山麓斜坡地區(qū)，一般不建議在這些地區(qū)進(jìn)行建設(shè)活動(dòng)，或者可作為游憩休閑的公園、綠化用地或防護(hù)林地等建設(shè)強(qiáng)度較小、人類活動(dòng)不頻繁的建設(shè)用地．

(4)Ⅳ類用地(不適宜建設(shè)用地)．規(guī)劃區(qū)內(nèi)山麓斜坡與山地大部分為不可建設(shè)用地，禁止在以上不適宜建設(shè)地區(qū)進(jìn)行一切建設(shè)活動(dòng)，宜加強(qiáng)生態(tài)涵養(yǎng)和水土保持力度．

從上述分析中可知，城市可供選擇的用地，除對(duì)老城區(qū)內(nèi)用地填空補(bǔ)缺并做適當(dāng)調(diào)整外，主要集中在龍爪子、柑竹壩和西窯三個(gè)片區(qū)．因此建議城市在優(yōu)化老城區(qū)內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，優(yōu)先將柑竹壩作為城市近期的拓展用地，將西窯地區(qū)作為遠(yuǎn)期拓展用地，積極開(kāi)發(fā)龍爪子旅游組團(tuán)，構(gòu)建組團(tuán)式山水城市空間骨架，加快城市空間向外拓展，以滿足城市建設(shè)用地的需求．

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)山地城市建設(shè)用地適宜性影響因素具有復(fù)雜性和系統(tǒng)綜合性．山地城市自然條件的復(fù)雜多樣和特殊性，決定了自然因子是影響城市建設(shè)用地的主導(dǎo)要素，但城市的人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、技術(shù)環(huán)境、人地關(guān)系等要素，對(duì)建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)也有著不可忽視的影響．因此，山地城市建設(shè)用地適宜性評(píng)價(jià)應(yīng)針對(duì)自身環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境，制定合宜的評(píng)價(jià)體系，采用對(duì)應(yīng)的方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市建設(shè)用地的合理選擇，緩解山地城市建設(shè)與用地之間的矛盾．

(2)特殊因子指標(biāo)和基本因子指標(biāo)相結(jié)合的方法符合山地城市用地特征．特殊因子評(píng)價(jià)的作用是在用地的基本因子綜合得分上再次進(jìn)行分層，將有特殊因子影響的用地適宜性降級(jí)，避免因某一因素的絕對(duì)影響而不宜建設(shè)或者適宜性較低，但是由于其他用地條件良好，其得分有可能位于適宜建設(shè)用地得分范圍內(nèi)，導(dǎo)致人們做出錯(cuò)誤的判斷的現(xiàn)象出現(xiàn)．

(3)GIS支持下的綜合評(píng)價(jià)方法是一種有效的手段．采用多因子分級(jí)加權(quán)指數(shù)和法，將影響用地的因素因子量化分級(jí)，明確了因子對(duì)土地的影響程度，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)精確．GIS技術(shù)為采取量化的評(píng)價(jià)方法提供了平臺(tái)，能夠精確快速地完成各因素的空間分析計(jì)算、成果輸出等過(guò)程．

(4)評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)劃分存在不足．評(píng)價(jià)結(jié)果最終的適宜等級(jí)是根據(jù)評(píng)價(jià)單元得分高低劃分的．本文是在綜合分值頻率直方圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)分值變化的特征劃分等級(jí)，而這種劃分方法難以保證結(jié)果的精確．如何確定分值的分區(qū)界限，確定方法的合理程度有多大，成為本文研究中未能解決的問(wèn)題，期望在后續(xù)研究中能夠得到解決；同時(shí)，在后續(xù)的研究中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)山地地區(qū)城鎮(zhèn)用地適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究，完善山地城鎮(zhèn)建設(shè)用地評(píng)價(jià)理論、模型和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具有科學(xué)性和實(shí)用性．

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GIS-based Suitability Assessment of Mountainous Construction Land：A Case Study on Central Area of Langao County

ZHOU Chao1,2，NAN Xiao-na3
(1. Faculty of Architecture and Civil Engineering，Huaiyin Institute of Technology，Huai’an 223001，China；2. Department of City and Environment，Northwest University，Xi’an 710127，China；3. Planning Two-compartment，F(xiàn)orest Inventory and Planning Institute of Shaanxi Province，Xi’an 710082，China)

As the premise of the choice of urban land and space expansion，suitability assessment of urban construction land for a mountainous area with complex natural conditions is more in need of research；however，up to now a unified system of assessment theory at home and abroad has not been formed. On the basis of this，and using Langao County Central area as a case，this paper discusses the methods of this subject by establishing the index system of a mountainous area，and using multi-factor rating weighted index summation method and Geographic Information System technology under the support of software ARCgis，thus providing the scientific basis for the space integration and expansion of other mountainous areas.

GIS；mountainous area；suitability；assessment

P208；TU984.2

A

1006-6853(2011)02-0090-06

2011-02-23；

2011-03-21

陜西省人民政府“十二五”規(guī)劃項(xiàng)目(SXFGW.021)

周 潮（1974—），男，江蘇淮安人，淮陰工學(xué)院副教授，西北大學(xué)博士生．