基于GIS的徐州市鄉(xiāng)村聚落空間適宜性分析

單勇兵，馬曉冬，宣 勇

(1.江蘇師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，江蘇徐州 221116;2.民政部國(guó)家減災(zāi)中心，北京 100053)

0 引言

鄉(xiāng)村聚落學(xué)是研究鄉(xiāng)村居民點(diǎn)的形成、發(fā)展、分布和形態(tài)變化規(guī)律及其與地理環(huán)境相互關(guān)系的學(xué)科，是人地關(guān)系地域體系研究的重要領(lǐng)域之一［1-2］。近年來(lái)，基于RS和GIS技術(shù)對(duì)鄉(xiāng)村聚落的空間分布規(guī)律及格局的定量分析已經(jīng)有很多成果［3-8］，但對(duì)鄉(xiāng)村聚落所處空間的適宜性研究，國(guó)內(nèi)才剛起步。朱雪欣等從區(qū)位因素對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)適宜性進(jìn)行了研究［9］;高艷等對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)用地整理及空間開(kāi)發(fā)的適宜性進(jìn)行了方法和可行性的探討［10-11］;曲衍波等基于生態(tài)位的視角對(duì)北京市平谷區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)用地適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)［12］;朱亮等對(duì)人居環(huán)境適宜性進(jìn)行了研究［13-15］;方創(chuàng)琳等對(duì)汶川地區(qū)居民點(diǎn)與人口的適宜性進(jìn)行了分析［16］。研究者從不同的視角對(duì)鄉(xiāng)村聚落的適宜性進(jìn)行了研究，分析評(píng)價(jià)主要采用模糊評(píng)價(jià)、層次分析、主成分分析、多因子加權(quán)疊加等方法。

鄉(xiāng)村聚落空間適宜性評(píng)價(jià)研究有助于鄉(xiāng)村聚落優(yōu)化調(diào)控和統(tǒng)籌發(fā)展，對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)鄉(xiāng)村聚落用地的集約化、資源配置的合理化及緩解緊張的人地關(guān)系等具有十分重要的指導(dǎo)意義。本研究在分析徐州地區(qū)2008年鄉(xiāng)村聚落空間分布規(guī)律［8］的基礎(chǔ)上，主要采用GIS空間分析技術(shù)，采用取最小值的方法對(duì)該地區(qū)鄉(xiāng)村聚落空間分布的適宜性進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，以期為鄉(xiāng)村聚落的布局調(diào)整、規(guī)劃和整治提供決策參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

徐州隸屬江蘇省，位于 116°22'～118°40'E，33°43'～34°58'N之間，總面積11 258 km2。地處黃淮平原的南部，除中部和東部存在少數(shù)低山丘陵外，其余大部為平原，地勢(shì)呈西北高、東南低的格局。屬暖溫帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，四季分明。境內(nèi)路網(wǎng)較發(fā)達(dá)。河網(wǎng)縱橫，湖泊、水庫(kù)星羅棋布。

采用的主要數(shù)據(jù)是2008年的SPOT 2/4(全色)和TM的融合影像。在Erdas 9.1軟件下采用目視解譯的方法，同時(shí)參考該地區(qū)1∶50 000電子地形圖(2006)，得到研究區(qū)2008年的鄉(xiāng)村聚落圖斑、水系、道路、地形等空間信息;其他資料包括徐州市的土地資源分布、地震分布、滯洪規(guī)劃等圖件。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)因子的選取

鄉(xiāng)村聚落空間的分布受若干要素的綜合影響［3］，如地形、土壤、地質(zhì)、水系等。在參考國(guó)內(nèi)外對(duì)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的基礎(chǔ)上，結(jié)合徐州地區(qū)鄉(xiāng)村聚落的本底特征［17］，選取了自然、環(huán)境和社會(huì)人文因素作為鄉(xiāng)村聚落空間適宜性分析的一級(jí)影響因素，每一級(jí)影響因素又包含若干具體的因子。自然因素包括水體、高程與坡度3個(gè)因子;環(huán)境因素選擇了塌陷風(fēng)險(xiǎn)、滯洪風(fēng)險(xiǎn)與土地資源3個(gè)因子;社會(huì)人文因素主要選擇了道路交通、自然保護(hù)區(qū)、聚落面積規(guī)模和距集鎮(zhèn)距離4個(gè)因子。

2.2 因子適宜性等級(jí)的劃分

根據(jù)研究區(qū)選擇的適宜性評(píng)價(jià)因子的影響程度劃分為高度適宜、中度適宜、低度適宜、臨界適宜和不適宜5 個(gè)等級(jí)，為方便運(yùn)算，依次分別賦值9，7，5，3，1(表 1)。

表1 適宜性因子及其類別與等級(jí)體系Tab.1 Weights and ratings assigned to suitable factors and classes

2.2.1 自然各因子適宜性等級(jí)的劃分。根據(jù)徐州地區(qū)鄉(xiāng)村聚落受水體影響和地形影響的分布規(guī)律［8］，將＜0.5，0.5～1，1～1.5，1.5～2，＞2 km 依次劃分為高度適宜區(qū)、中度適宜、低度適宜、臨界適宜和不適宜;將高程＜50，50～100，＞100 m分別劃分為高度適宜、中度適宜及低度適宜區(qū)。徐州境內(nèi)丘陵崗地覆蓋的土壤，厚度多在15 cm以下，易于發(fā)生水土流失和土壤侵蝕，利用徐州地區(qū)數(shù)字高程模型生成坡度圖，以坡度5°，15°，25°為界限劃分其適宜性等級(jí)。

2.2.2 環(huán)境各因子適宜性等級(jí)的劃分。徐州地區(qū)塌陷風(fēng)險(xiǎn)主要是煤礦采空塌陷。由于采煤塌陷地會(huì)引發(fā)不可預(yù)知的聚落建筑安全問(wèn)題，因此，根據(jù)采煤塌陷危害程度，將未穩(wěn)沉采空區(qū)劃為不適宜，穩(wěn)沉采空區(qū)劃為臨界適宜。根據(jù)徐州市的防洪規(guī)劃劃分滯洪因子的適宜性等級(jí)。在分析徐州市土地資源評(píng)價(jià)圖的基礎(chǔ)上，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有無(wú)限制性因素，進(jìn)行部分合并得出土地資源適宜性等級(jí)。

2.2.3 社會(huì)人文各因子適宜性等級(jí)的劃分。根據(jù)道路對(duì)鄉(xiāng)村聚落影響的分布規(guī)律［8］，將距離道路＜0.3，0.3～0.6，0.6～0.9，0.9～1.2，＞1.2 km 的鄉(xiāng)村聚落分別劃分為高度適宜、中度適宜、低度適宜、臨界適宜及不適宜;依據(jù)自然保護(hù)區(qū)的管理級(jí)別將省級(jí)、市級(jí)和縣級(jí)自然保護(hù)區(qū)依次劃分為不適宜、臨界適宜和低度適宜;基于聚落空間的鄰近度，在對(duì)聚落面積規(guī)模和距集鎮(zhèn)距離數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，劃分兩者的適宜性等級(jí)。

2.3 評(píng)價(jià)方法

首先對(duì)各個(gè)適宜性單因子的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化及格式轉(zhuǎn)換，在ArcGIS9.2軟件下進(jìn)行配準(zhǔn)，同時(shí)建立相關(guān)屬性數(shù)據(jù)庫(kù);然后運(yùn)用ArcGIS9.2的空間分析模塊分別作單因子的評(píng)價(jià);再將鄉(xiāng)村聚落(圖斑抽取為點(diǎn))與各個(gè)單因子評(píng)價(jià)的結(jié)果作疊置分析，獲得聚落受各單因子影響的適宜性指數(shù);最后將基于自然因子、環(huán)境因子和社會(huì)人文因子3個(gè)一級(jí)影響因子和綜合鄉(xiāng)村聚落適宜性屬性值取各自的單因子適宜指數(shù)的最小值［18］。計(jì)算公式為:S=Si min。式中:S為適宜性指數(shù);Si為第i個(gè)單因子的適宜性指數(shù)。由此可獲得它們的空間分布特征及其差異。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.1 基于自然因子的聚落適宜性

自然生態(tài)因子適宜性是研究區(qū)內(nèi)水系、高程和坡度3個(gè)單因子共同作用的結(jié)果。將這3種單因子與鄉(xiāng)村聚落點(diǎn)圖形進(jìn)行疊置，然后取最小值，即為鄉(xiāng)村聚落自然因子適宜性等級(jí)，通過(guò)對(duì)自然因子適宜性等級(jí)屬性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出具有高度適宜的鄉(xiāng)村聚落面積為448.63 km2，占該地區(qū)鄉(xiāng)村聚落總面積的41.41%;中度適宜鄉(xiāng)村聚落面積為325.39 km2，占30.04%;低度適宜鄉(xiāng)村聚落面積為154.96 km2，占14.30%;臨界適宜鄉(xiāng)村聚落面積為86.80 km2，占8.01%;不適宜鄉(xiāng)村聚落面積為67.55 km2，占6.24%(表2)。不適宜和臨界適宜的鄉(xiāng)村聚落主要分布于賈汪區(qū)、銅山縣境內(nèi)丘陵崗地及豐沛縣地勢(shì)相對(duì)較高且水網(wǎng)密度較小的地方?；谧匀灰蜃拥泥l(xiāng)村聚落適宜性空間分布總體上呈現(xiàn)為由東南向西北降低的態(tài)勢(shì)(圖1a)。

3.2 基于環(huán)境因子的聚落適宜性

研究區(qū)環(huán)境因子包括塌陷、滯洪及土地資源3個(gè)單因子。按同樣方法對(duì)疊置后的環(huán)境因子適宜性屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出高度適宜的鄉(xiāng)村聚落面積為519.10 km2，占區(qū)域鄉(xiāng)村聚落總面積的47.92%;中度適宜鄉(xiāng)村聚落面積為429.85 km2，占39.68%;低度適宜鄉(xiāng)村聚落面積為29.25 km2，占2.70%;臨界適宜鄉(xiāng)村聚落面積為96.79 km2，占8.93%;不適宜鄉(xiāng)村聚落面積為8.34 km2，占0.77%(表2)。不適宜聚落位于銅山縣和賈汪區(qū)煤礦未穩(wěn)沉塌陷區(qū);臨界適宜聚落主要分布于銅山縣和賈汪區(qū)煤礦穩(wěn)沉塌陷區(qū)、故黃河和大沙河沿線、徐州市區(qū)附近丘陵和部分崗地及邳蒼泄洪道一部分(圖1b)。

3.3 基于社會(huì)人文因子的聚落適宜性

經(jīng)過(guò)對(duì)社會(huì)人文因子疊置后的適宜性等級(jí)屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，高度適宜的鄉(xiāng)村聚落面積為555.50 km2，占區(qū)域鄉(xiāng)村聚落總面積的51.28%;中度適宜鄉(xiāng)村聚落面積為365.86 km2，占33.77%;低度適宜鄉(xiāng)村聚落面積為131.83 km2，占12.17%;臨界適宜鄉(xiāng)村聚落面積為29.46 km2，占2.72%;不適宜鄉(xiāng)村聚落面積為0.68 km2，占0.06%(表2)。基于社會(huì)人文因子的鄉(xiāng)村聚落適宜性程度整體較高，低度適宜鄉(xiāng)村聚落主要位于圣人窩和駱馬湖保護(hù)區(qū)及境內(nèi)距道路和集鎮(zhèn)偏遠(yuǎn)的地區(qū)，臨界適宜鄉(xiāng)村聚落主要分布在馬陵山森林公園和微山湖濕地保護(hù)區(qū)(圖1c)。

3.4 聚落綜合適宜性

將鄉(xiāng)村聚落基于自然、環(huán)境和社會(huì)人文影響因子的適宜性空間分布再經(jīng)過(guò)疊置取最小值，獲得徐州地區(qū)鄉(xiāng)村聚落綜合適宜性的空間分布特征及其差異(表2，圖1d)。徐州地區(qū)鄉(xiāng)村聚落用地總面積為1 083.32 km2，不適宜鄉(xiāng)村聚落面積為76.51 km2，占鄉(xiāng)村聚落總面積的7.06%，集中分布在銅山縣和賈汪區(qū)煤礦塌陷區(qū)、中部低山丘陵地區(qū)及西部豐沛縣境內(nèi)交通不便和水資源貧乏地區(qū);臨界適宜鄉(xiāng)村聚落面積為 196.39 km2，占18.13%，主要分布于故黃河和大沙河沿線河灘地砂土質(zhì)地區(qū)、微山湖濕地自然保護(hù)區(qū)及賈汪丘陵地帶;低度適宜鄉(xiāng)村聚落面積為233.15 km2，占21.52%，分布于銅山縣境內(nèi)圣人窩自然保護(hù)區(qū)、駱馬湖周圍的滯洪區(qū);中度適宜鄉(xiāng)村聚落面積為458.74 km2，占42.35%，高度適宜的鄉(xiāng)村聚落面積為118.53 km2，占10.94%，中、高度適宜的鄉(xiāng)村聚落主要分布于地勢(shì)相對(duì)平坦、土壤肥力良好、交通便利和水資源較豐富的地區(qū)。高度適宜、中度適宜和低度適宜三者聚落面積之和占研究區(qū)聚落總面積的74.81%，表明徐州地區(qū)的鄉(xiāng)村聚落適宜性總體上較好。

表2 適宜性分析結(jié)果及相關(guān)指數(shù)Tab.2 Result of suitability and relative indexes

圖1 基于自然(a)、環(huán)境(b)和社會(huì)人文(c)單因子及綜合(d)適宜性分析結(jié)果Fig.1 Result of suitability based on natural，environmental，social cultural and comprehensive factors

3.5 聚落綜合適宜性與其密度分布的相關(guān)性

以2.5 km×2.5 km的網(wǎng)格覆蓋在研究區(qū)上，統(tǒng)計(jì)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的聚落數(shù)目，以網(wǎng)格中心為載負(fù)點(diǎn)，進(jìn)行Kernel空間差值，生成鄉(xiāng)村聚落密度分布(圖2，自然斷裂點(diǎn)分級(jí))。將圖1d和圖2進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)徐州地區(qū)鄉(xiāng)村聚落適宜性分布與鄉(xiāng)村聚落密度的分布兩者之間具有一定的相關(guān)性:(1)密度較高的鄉(xiāng)村聚落主要分布于睢寧、沛縣、豐縣、邳州、銅山縣及大運(yùn)河沿線等地勢(shì)相對(duì)平坦、土壤肥力較好的地區(qū);圖1d顯示這些地區(qū)鄉(xiāng)村聚落的適宜性也較高。(2)鄉(xiāng)村聚落密度較低的地區(qū)主要是故黃河兩側(cè)河灘高地，賈汪區(qū)、徐州市周圍、邳州北部及新沂低山丘陵崗地;這些地區(qū)地勢(shì)較高，土壤肥力較差，生產(chǎn)條件差，使得鄉(xiāng)村聚落分布較為稀疏;圖1d顯示這些地區(qū)鄉(xiāng)村聚落的適宜性亦較低。(3)大沙河兩側(cè)和故黃河兩側(cè)的適宜性處于同一層次，但大沙河地區(qū)的聚落密度比故黃河兩側(cè)的要大，這可能是由于歷史上故黃河常發(fā)生洪澇、決堤等自然災(zāi)害導(dǎo)致該地區(qū)鄉(xiāng)村聚落密度比較低，體現(xiàn)了一定程度上的離水性質(zhì)，而一般鄉(xiāng)村聚落具有近水的特性;大沙河兩側(cè)雖然適宜性等級(jí)較低，但大沙河兩側(cè)的土壤非常適合種植當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)作物(紅富士蘋果)，致使該地區(qū)的鄉(xiāng)村聚落密度比故黃河附近地區(qū)聚落密度要高，但大沙河沿岸的鄉(xiāng)村聚落密度明顯比其周圍鄉(xiāng)村聚落密度低。

圖2 鄉(xiāng)村聚落密度分布Fig.2 Spatial distribution of rural settlements density

3.6 聚落優(yōu)化與調(diào)控模式

針對(duì)不同適宜性的鄉(xiāng)村聚落，優(yōu)化調(diào)控要采取因地制宜的策略［19］。高度適宜和中度適宜的鄉(xiāng)村聚落其所處的自然、環(huán)境，社會(huì)人文各項(xiàng)指標(biāo)均處于最優(yōu)或較優(yōu)的狀態(tài)，這些聚落在不斷加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施，強(qiáng)化聚落的功能，具有實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化的現(xiàn)實(shí)可能性，是未來(lái)新農(nóng)村建設(shè)的重點(diǎn)。

低度適宜的鄉(xiāng)村聚落的各項(xiàng)評(píng)價(jià)因子處于相對(duì)較好的狀態(tài)，具有限制性因素相對(duì)輕微，但明顯低于中、高度適宜等級(jí)，通過(guò)對(duì)比分析自然、環(huán)境和社會(huì)人文的各個(gè)限制因子，處于該等級(jí)的大多數(shù)鄉(xiāng)村聚落是由于距離交通及水資源相對(duì)較遠(yuǎn)所致;因此，通過(guò)改善交通，加強(qiáng)農(nóng)村水資源管網(wǎng)建設(shè)，一定程度上可提高這些地區(qū)鄉(xiāng)村聚落的適宜性等級(jí)。

臨界適宜的鄉(xiāng)村聚落具有較為明顯的限制性。通過(guò)對(duì)比自然、環(huán)境和社會(huì)人文的適宜性分析結(jié)果，徐州境內(nèi)這些聚落主要分兩部分:一部分位于境內(nèi)低山丘陵周邊及故黃河、大沙河附近這些地方，由于所處位置的土壤肥力較差，土地的生產(chǎn)率或效益很低，開(kāi)發(fā)利用不當(dāng)容易引起土地退化;還有一部分是處于保護(hù)區(qū)內(nèi)。針對(duì)該等級(jí)的鄉(xiāng)村聚落，可采取適當(dāng)?shù)恼吆拖拗瓢l(fā)展措施避免這些聚落擴(kuò)張，通過(guò)維持其現(xiàn)狀，不再安排新增宅基地，也無(wú)必要大搞基礎(chǔ)設(shè)施，逐步引導(dǎo)聚落人口外遷，減小聚落用地的規(guī)模，使其自然衰退。不適宜的鄉(xiāng)村聚落其評(píng)價(jià)的各項(xiàng)指標(biāo)較差，一般不適宜居住。徐州境內(nèi)這些聚落大多由于自然環(huán)境引起的，多處于境內(nèi)低山丘陵、交通不便、水資源嚴(yán)重缺乏的地區(qū)。該等級(jí)的鄉(xiāng)村聚落應(yīng)采取一次性或分期搬遷的策略，將聚落整體遷或并至適宜性較高的地方。

4 結(jié)語(yǔ)

鄉(xiāng)村聚落空間分布適宜性是由多種因子影響的結(jié)果，不同地區(qū)鄉(xiāng)村聚落適宜性限制因子不盡相同，需選擇合適的評(píng)價(jià)因子;根據(jù)徐州的本底環(huán)境特征，選擇了具有代表性的限制性因子，采用最小值法對(duì)該地區(qū)鄉(xiāng)村聚落的空間適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析。(1)研究區(qū)域內(nèi)鄉(xiāng)村聚落的綜合適宜性總體上較好，在空間格局上存在較大的差異。高度適宜的鄉(xiāng)村聚落面積占聚落總面積的10.94%，中度適宜的鄉(xiāng)村聚落面積占42.35%，中、高度適宜的鄉(xiāng)村聚落位于自然環(huán)境優(yōu)越、交通便利、受城鎮(zhèn)輻射較強(qiáng)的地區(qū);低度適宜的鄉(xiāng)村聚落面積占

21.52%，分布于境內(nèi)圣人窩自然保護(hù)區(qū)、駱馬湖周圍的滯洪區(qū);臨界適宜的鄉(xiāng)村聚落面積占18.13%，主要分布于境內(nèi)低山丘陵周邊、微山湖濕地自然保護(hù)區(qū)及故黃河、大沙河附近;不適宜的鄉(xiāng)村聚落面積占7.06%，集中分布煤礦塌陷區(qū)、中部低山丘陵及水資源嚴(yán)重缺乏的地區(qū)。(2)鄉(xiāng)村聚落空間適宜性與其密度分布兩者之間呈現(xiàn)為較強(qiáng)的一致性，鄉(xiāng)村聚落密度分布較高的地區(qū)，適宜性也較高;密度分布較低的地區(qū)，適宜性亦較低。(3)針對(duì)不同等級(jí)適宜性的鄉(xiāng)村聚落，在明確主要受限因子的基礎(chǔ)上，提出了因地制宜的優(yōu)化調(diào)控模式，結(jié)果可作為該地區(qū)鄉(xiāng)村聚落整合的依據(jù)。

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