基于GIS的鄖縣低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)適宜性評價

李可，鄧文勝，劉海

（湖北大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，湖北武漢430062）

0 引言

低丘緩坡土地指廣大低山丘陵區(qū)集中連片分布的.坡度25°以下的緩坡地，主要包括荒草地、裸土地、廢棄園地、低效林地等多種土地后備開發(fā)資源［1］.我國是一個丘陵坡地資源豐富的國家.如今，城市化的快速推進(jìn)，使得各項(xiàng)建設(shè)用地指標(biāo)嚴(yán)重不足，人地矛盾日漸突出，已經(jīng)成為了制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素.合理開發(fā)低丘緩坡土地資源能為建設(shè)用地拓展空間，有效保護(hù)耕地和節(jié)約集約用地，是當(dāng)前解決用地矛盾的重要途徑.因此，低丘緩坡土地資源的開發(fā)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義.

世界許多國家非常重視山地丘陵的開發(fā)利用，已陸續(xù)進(jìn)行了山坡地資源的開發(fā)研究.如由數(shù)千個島嶼組成的日本，利用山地植樹造林種草，發(fā)展以林為主的綜合經(jīng)營，建立集蔬菜、畜牧、旅游為一體的綜合基地；再如山國意大利，他們致力開墾，充分利用山地與丘陵地帶，使意大利的農(nóng)業(yè)上了山［2］.

近年來，我國也陸續(xù)對低丘緩坡的開發(fā)利用進(jìn)行了研究，各地區(qū)在低丘緩坡的開發(fā)利用上也陸續(xù)取得了成功.陳正法等對長江南岸丘陵區(qū)坡地開發(fā)進(jìn)行了一系列研究：開發(fā)利用荒山荒地鞏固已有園地、加強(qiáng)丘陵坡地生態(tài)改造與水土流失治理等［2］.湖北省京山縣組織開展全國山區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)試點(diǎn)縣建設(shè)，通過開發(fā)，已經(jīng)取得很大成效［2］.

從各種文獻(xiàn)資料來看，國內(nèi)外對山地丘陵土地后備資源的利用研究多為對農(nóng)業(yè)的開發(fā)利用，而對其用于建設(shè)用地開發(fā)的研究涉及較少.低丘緩坡土地的開發(fā)建設(shè)作用在于緩解人多地少、建設(shè)用地緊張的格局，其重點(diǎn)不同于農(nóng)業(yè)開發(fā)，它涉及到產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整、地質(zhì)災(zāi)害防治、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面［2］.鄖縣地處鄂西北山區(qū)，低丘緩坡土地資源豐富.本文中以鄖縣為例，基于GIS平臺構(gòu)建了低丘緩坡土地資源評價體系，對低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)進(jìn)行了適宜性評價.

1 研究區(qū)概況

鄖縣位于鄂西北邊遠(yuǎn)山區(qū)，北依秦嶺，南接巴山，處于秦嶺與大巴山東延余脈之間，跨東經(jīng)110°07′～111°15′，北緯32°25′～33°15′.漢水橫貫中間，由西向東，地貌形態(tài)復(fù)雜多樣，境內(nèi)最高海拔滄浪山1 824.7m，最低處（丹江水庫最高水位線）海拔160m，以丘陵山地面積居多，約占全縣土地總面積的95%.鄖縣轄一個副縣級經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，19個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（場），1個國營林場，總?cè)丝?2.11萬人.全縣基礎(chǔ)設(shè)施完善，現(xiàn)已形成以縣城為中心，以209國道、316國道和4條省道為骨架的“三縱三橫”交通網(wǎng)絡(luò).2012年，鄖縣已全面完成市、縣對接，將全面啟動漢江生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)、鄖陽島開發(fā)及老城區(qū)全面改造等工作，實(shí)現(xiàn)縣域經(jīng)濟(jì)科學(xué)快速發(fā)展，成為十堰中心城市的重要支撐和十堰“一城兩帶”的核心區(qū)域.

2 評價因子選擇與分析

2.1 評價因子選擇 影響一個區(qū)域生態(tài)環(huán)境的因素很多，鄖縣為典型的山地城鎮(zhèn)，地貌形態(tài)復(fù)雜，山嶺河谷縱橫，地形起伏大，坡地所占比例高，地質(zhì)災(zāi)害分布廣泛，這種復(fù)雜的地貌環(huán)境成為影響低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)最重要的因素.綜合以上幾點(diǎn)，本研究最終選擇了對鄖縣生態(tài)環(huán)境影響較大的5類因子作為本次建設(shè)用地適宜性分析的關(guān)鍵因素，分別是：植被、坡度、高程、重點(diǎn)保護(hù)對象、地質(zhì)災(zāi)害.

2.2 單因子生態(tài)適宜性分析 本研究將單因素生態(tài)適宜性等級，根據(jù)實(shí)際情況分為適宜、基本適宜、基本不適宜、不適宜4類，同時分別賦權(quán)值1、3、5、7，數(shù)值大小與該因素生態(tài)適宜性的大小成反比，與該因素生態(tài)敏感性的大小成正比［3］.

2.2.1 高程 高程既影響植被和生物的分布，也對山地城鎮(zhèn)空間布局有很大的影響.山地地區(qū)的城市一般修建在不同的階地上，然而用地高差過大會給基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來技術(shù)上的困難.本研究通過分析DEM高程數(shù)據(jù)，對全縣的海拔高度做了統(tǒng)計分析：鄖縣低丘緩坡土地資源海拔高度分布差異較大，理論上海拔高度小于300m適宜作為低丘緩坡區(qū)，然而地處鄂西北山區(qū)的鄖縣地勢較高、經(jīng)濟(jì)活動圈往往大于海拔300m，從當(dāng)?shù)貙?shí)際情況出發(fā)，本研究將部分海拔高于300m的土地資源也列入低丘緩坡適宜區(qū)范圍.考慮到1 000m以上的區(qū)域開發(fā)難度較大，因此高度以300m、1 000m為臨界點(diǎn)進(jìn)行劃分，劃分結(jié)果為：0～300m、300～500m、500～1 000m、1 000m以上，單因子評價分值為：1、3、5、7，如圖1所示.

2.2.2 地質(zhì)災(zāi)害 地質(zhì)災(zāi)害是破壞城市建筑物、限制土地建設(shè)適宜性的主要自然力.地質(zhì)災(zāi)害主要有滑坡、崩塌、泥石流、斷層等.在自然災(zāi)害多發(fā)區(qū)進(jìn)行建設(shè)，不僅對建筑物的防災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)要求高、費(fèi)用大，而且風(fēng)險也比較大.因此，地質(zhì)災(zāi)害的威脅程度是山地城市建設(shè)用地適宜性評價的一個重要要素［4］.

鄖縣地處漢江中游秦巴山區(qū)，主要分布于黃龍灘水庫（堵河）與漢水河兩岸及漢水以南一帶，地形相對高差較大.坡度較陡地帶，河流縱坡降較大，地質(zhì)災(zāi)害分布相對較廣.地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)主要集中在漢江兩岸沿線，漢水以南（鮑峽）地段地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)較多，其他地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)零星分布于黃龍灘庫區(qū)兩岸及漢水以北.地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)占全縣總面積的51.9%，中易發(fā)區(qū)占全縣總面積的37.6%，高易發(fā)區(qū)的面積只占全縣面積的10.5%.可見，大部分地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性不高.本研究將鄖縣地質(zhì)災(zāi)害情況分為不易發(fā)區(qū)、低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)，單因子評價分值為：1、3、5、7，如圖2所示.

圖1 高程評價圖

圖2 地質(zhì)災(zāi)害評價圖

2.2.3 坡度 以湖北省各項(xiàng)總體規(guī)劃為標(biāo)準(zhǔn)，具體坡度分層梯度開發(fā)模式為：坡度5°以下土地為重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域；坡度5°～15°土地為重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域，加快城鎮(zhèn)新區(qū)建設(shè)和鼓勵工業(yè)園區(qū)發(fā)展；坡度15°～25°為調(diào)整全優(yōu)化區(qū)域，在此區(qū)大力發(fā)展山地農(nóng)業(yè)和積極發(fā)展混農(nóng)林業(yè)；坡度25°以上為生態(tài)屏障區(qū)，此區(qū)適宜進(jìn)行退耕還林、綜合整治水土流失.

鄖縣境內(nèi)以丘陵山地居多，約占全縣土地總面積的95%.坡度小于25°的區(qū)域理論上有條件進(jìn)行低丘緩坡的開發(fā).坡度在25°以上的低丘緩坡土地僅占全縣總面積的16.43%，理論上有較多土地后備資源，有開發(fā)建設(shè)的潛力.本研究按坡度劃分為4個等級：0°～6°、6°～15°、15°～25°、25°以上，單因子評價分值為：1、3、5、7，如圖3所示.

2.2.4 植被 植被主要由森林、灌叢和草甸群落組成，在自然界中的作用至關(guān)重要，它是大自然的調(diào)節(jié)器，對維護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境、保持生態(tài)平衡意義重大.植被覆蓋狀況對斜坡穩(wěn)定性具有一定的影響作用，除了能夠大幅度減少坡面破壞以外，其根莖還具有一定的根固作用，有利于減緩坡面水流的流動速度，減少山洪、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的機(jī)率.人類社會的可持續(xù)發(fā)展離不開對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，因此應(yīng)積極保護(hù)地表植被，禁止人類對其進(jìn)行建設(shè)或開發(fā).鄖縣林地覆蓋面廣，面積為269 168.95hm2，占全縣土地總面積的70.23%；本研究將植被因素分為3類，分別為生態(tài)林、經(jīng)濟(jì)林及非林地，單因子評價分值為7、5、1，如圖4所示.

圖3 坡度評價圖

圖4 植被評價圖

2.2.5 重點(diǎn)保護(hù)區(qū) 在進(jìn)行低丘緩坡地開發(fā)建設(shè)時，應(yīng)著重考慮重點(diǎn)保護(hù)區(qū)對開發(fā)的限制.重點(diǎn)保護(hù)對象覆蓋的區(qū)域應(yīng)劃入生態(tài)敏感區(qū)，不適宜進(jìn)行建設(shè)用地的開發(fā).一般應(yīng)優(yōu)先開發(fā)工礦等己建設(shè)用地，以及旱地等不適于耕種的未利用地，盡量保護(hù)耕地、林地.重點(diǎn)保護(hù)區(qū)主要有一般農(nóng)田、基本農(nóng)田和某些特殊用地，如文物古跡、風(fēng)景名勝等.本研究將重點(diǎn)保護(hù)因素分為4類，分別為：其他、一般農(nóng)田、基本農(nóng)田、風(fēng)景名勝，單因子評價分值為：1、3、5、7，如圖5所示.

3 指標(biāo)權(quán)重確定

山地城市用地生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜模糊，如果對實(shí)地用地情況了解不夠，機(jī)械地使用數(shù)學(xué)模型來確定指標(biāo)權(quán)重，反而使指標(biāo)難以正確反映實(shí)地情況，本研究選用由美國運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saat提出的層次分析法（AHP）來確定權(quán)重，此方法適合對生態(tài)條件復(fù)雜的山地城市用地進(jìn)行適宜性評價［4］.因?yàn)楦鲉雾?xiàng)評價因子對用地適宜性評價的影響的程度不同，故根據(jù)影響程度的不同給各單項(xiàng)評價因子分配相應(yīng)的權(quán)重值.在YAAHP軟件中對參評因子進(jìn)行兩兩對比打分，構(gòu)造出判斷矩陣，并對各判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，確定最終的指標(biāo)權(quán)重，見表1.

圖5 重點(diǎn)保護(hù)區(qū)評價圖

表1 生態(tài)適宜性因子分級標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重

4 低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)適宜性分區(qū)

4.1 評價單元劃分 用地評價單元的劃分會影響評價的應(yīng)用價值和評價結(jié)果精度，合理準(zhǔn)確地劃分評價單元對用地適宜性評價使評價結(jié)果具有參考價值.劃分方法主要有2種：一是將評價區(qū)域相關(guān)的要素圖層進(jìn)行矢量疊加分析，將疊加后由各圖層的要素邊界疊合所產(chǎn)生的不規(guī)則形狀的斑塊作為評價單元；二是將評價區(qū)域劃分為大小一致的規(guī)則網(wǎng)格（柵格），每個柵格作為一個評價單元［4－5］.本研究采用網(wǎng)格法在ARCGIS平臺上將規(guī)劃區(qū)劃分為30m×30m的柵格，每一個柵格作為一個評價單元.

4.2 矢量數(shù)據(jù)柵格化 在做單因子疊加分析前，應(yīng)將矢量數(shù)據(jù)柵格化處理，需做柵格化處理的數(shù)據(jù)層有植被、地質(zhì)災(zāi)害和重點(diǎn)保護(hù)對象，高程和坡度數(shù)據(jù)是由DEM數(shù)字高程模型分析得來的柵格數(shù)據(jù)，不需進(jìn)行轉(zhuǎn)換.矢量轉(zhuǎn)柵格后，要將柵格數(shù)據(jù)用統(tǒng)一的等級體系重新歸類.重分類處理在ARCGIS空間分析模塊（spatial analyst）下的數(shù)據(jù)重分類（reclassify）功能中進(jìn)行，重分類賦予的新值可使用表1中評價因子的分值.

4.3 適宜性疊加分析 適宜性疊加分析是利用各項(xiàng)因子重分類后的數(shù)據(jù)按照評價模型進(jìn)行綜合疊加計算，適宜性疊加分析計算在ARCGIS柵格計算器中進(jìn)行，加權(quán)計算公式為：

其中，m——基本指標(biāo)個數(shù)，xi——第i項(xiàng)基本指標(biāo)分值，wi——第i項(xiàng)基本指標(biāo)權(quán)重［4］，疊加后得到各評價單元的用地適宜性得分，得分范圍為0.999 9～5.773 5.

4.4 評價等級確定 為了分析各鄉(xiāng)鎮(zhèn)最適宜進(jìn)行低丘緩坡開發(fā)建設(shè)的區(qū)域并劃分評價等級，首先要確定低丘緩坡資源的范圍.本研究選擇鄖縣一類用地中坡度在25°以下，高度小于500m，去掉耕地和已有建設(shè)用地的區(qū)域作為低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)的資源.根據(jù)鄖縣低丘緩坡土地建設(shè)適宜性評價結(jié)果，在用地評價單元綜合分值頻率直方圖的基礎(chǔ)上，用ARCGIS重分類功能選擇自然間距分類（natural breaks），此分類方法可根據(jù)分值變化的特征找出變化劇烈的區(qū)域作為低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)適宜性評價的等級劃分界限，劃分出區(qū)域內(nèi)適宜性評價的最終結(jié)果.Ⅰ類用地得分為0.999 9～2.193 3，Ⅱ類用地得分為2.193 3～3.386 7，Ⅲ類用地得分為3.386 7～4.580 1，Ⅳ類用地得分為4.580 1～5.773 5，如圖6所示.

從鄖縣低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)適宜性分類（圖7）可以看出，鄖縣適宜建設(shè)用地和基本適宜建設(shè)用地主要為中心城鎮(zhèn)以及其周圍地勢平坦、交通便利、城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施較好的區(qū)域，這些城鎮(zhèn)大多分布在漢江周圍，而不適宜建設(shè)用地和基本不適宜建設(shè)用地主要分布在地勢較高的西南及西北的大片區(qū)域.

圖6 自然間距分類示意圖

圖7 鄖縣低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)適宜性分類圖

使用ARCGIS空間分析功能，將鄖縣行政區(qū)界線和低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)適宜性分類圖進(jìn)行疊加分析，統(tǒng)計出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)不同適宜性等級用地面積.按照得分評定標(biāo)準(zhǔn)，本次低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)適宜性評價可將全縣的用地按分?jǐn)?shù)高低分為4類用地，各類用地面積見表2.

表2 鄖縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)不同適宜性等級

續(xù)表2

I類用地為適宜建設(shè)用地，按其所占低丘緩坡土地比例的大小為依據(jù)（表2），鄖縣適宜進(jìn)行低丘緩坡土地資源開發(fā)建設(shè)的地區(qū)主要分布在：城關(guān)鎮(zhèn)、安陽鎮(zhèn)、楊溪鋪鎮(zhèn)、梅家鋪鎮(zhèn)、茶店鎮(zhèn)以及劉洞鎮(zhèn)、五峰鄉(xiāng)等.其中，以城關(guān)鎮(zhèn)、柳陂鎮(zhèn)和茶店鎮(zhèn)為中心，江漢一橋和江漢二橋?qū)⑷?zhèn)連為一體，將建成漢江生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶.從區(qū)域發(fā)展來看，該片區(qū)區(qū)位條件比較優(yōu)越，交通條件便利，建設(shè)用地使用的限制性影響因素少，適合進(jìn)行低丘緩坡的開發(fā).限制開發(fā)和禁止開發(fā)區(qū)域的城鎮(zhèn)不太適合進(jìn)行低丘緩坡土地的開發(fā)，這些區(qū)域海拔較高、坡度較陡，適宜進(jìn)行開發(fā)建設(shè)的土地較少，屬生態(tài)敏感區(qū)，其中不乏禁止建設(shè)區(qū)和重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域.這些區(qū)域應(yīng)限制和禁止開發(fā)，注重生態(tài)恢復(fù)和水土保持.

5 結(jié)論

本次研究以鄖縣為例，在GIS技術(shù)的支持下，充分考慮地形、植被、地質(zhì)災(zāi)害等因素，構(gòu)建低丘緩坡土地開發(fā)建設(shè)評價指標(biāo)體系，并對研究區(qū)域內(nèi)低丘緩坡土地資源開發(fā)建設(shè)進(jìn)行了評價.評價結(jié)果顯示：鄖縣適宜開發(fā)、允許開發(fā)、限制開發(fā)和不適宜開發(fā)的低丘緩坡土地資源分別為：10 936.55hm2、49 568.31hm2、40 825.64hm2和14 034.99hm2，分別占低丘緩坡資源總面積的9.48%，42.97%，35.39%和12.17%.全縣適宜開發(fā)的區(qū)域所占比例較小，主要為漢江周邊的中心鎮(zhèn)區(qū)，大部分區(qū)域?yàn)樵试S開發(fā)和限制開發(fā)的區(qū)域.

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