基于OWA的低丘緩坡建設(shè)開發(fā)適宜性評價(jià)
——以云南大理白族自治州為例

劉焱序，彭 建，韓憶楠，魏 海，杜悅悅

(北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，地表過程分析與模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100871)

基于OWA的低丘緩坡建設(shè)開發(fā)適宜性評價(jià)
——以云南大理白族自治州為例

劉焱序，彭 建*，韓憶楠，魏 海，杜悅悅

(北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，地表過程分析與模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100871)

山區(qū)城市在城鎮(zhèn)化、糧食安全、生態(tài)保護(hù)的多重要求下，有必要探索將基本農(nóng)田以外的低丘緩坡山地開發(fā)為建設(shè)用地的可行性和限制性。研究選取涵蓋景觀風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的共12個(gè)空間化指標(biāo)，基于有序加權(quán)平均(ordered weighted averaging, OWA)方法，以大理白族自治州為例進(jìn)行低丘緩坡區(qū)域建設(shè)開發(fā)適宜性評價(jià)。通過設(shè)置不同位序權(quán)重表征評價(jià)者偏好，結(jié)果表明：在指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)程度的可信度較高的情況下，農(nóng)用地、城鎮(zhèn)、斷裂帶、河流等高風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重被加大，空間特征明顯；在指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)程度的可信度較低的情況下，評價(jià)結(jié)果的空間均質(zhì)性增強(qiáng)。通過模擬城鎮(zhèn)建設(shè)導(dǎo)向、維持現(xiàn)有政策、風(fēng)險(xiǎn)控制導(dǎo)向3種適宜性分區(qū)情景，得出在城鎮(zhèn)建設(shè)導(dǎo)向下應(yīng)優(yōu)先開發(fā)中小城鎮(zhèn)，在風(fēng)險(xiǎn)控制導(dǎo)向下應(yīng)優(yōu)先保證大城市合理擴(kuò)展。評價(jià)結(jié)果可以描述在城市的不同發(fā)展階段如何構(gòu)建政策權(quán)衡后的城鎮(zhèn)化空間格局，滿足了不同決策思路下的建設(shè)用地開發(fā)布局需求。

低丘緩坡; 建設(shè)開發(fā)適宜性; 有序加權(quán)平均; 情景分析

土地適宜性評價(jià)是評定土地對于某種用途是否適宜以及適宜的程度，中國傳統(tǒng)的土地評價(jià)研究多以農(nóng)林牧業(yè)綜合適宜性評價(jià)為主[1]。近年來，土地適宜性評價(jià)的領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)展，針對特色功能區(qū)域進(jìn)行的單一用途土地評價(jià)備受重視[2]。在土地類型層面上，對耕地質(zhì)量[3]、都市開發(fā)[4]、城區(qū)重建[5]、植被恢復(fù)[6]、綠色基礎(chǔ)設(shè)施[7]等單一目標(biāo)地類適宜等級評價(jià)層出不窮，推動(dòng)了傳統(tǒng)評價(jià)理論框架的不斷完善。土地生態(tài)適宜性評價(jià)以生物多樣性和生境保護(hù)為導(dǎo)向設(shè)置評價(jià)指標(biāo)[8]，可以有效指導(dǎo)生態(tài)脆弱區(qū)域的土地開發(fā)相關(guān)規(guī)劃。尤其對于丘陵地區(qū)或山區(qū)而言，城市往往分布在地勢相對較低的河谷地帶，在建設(shè)用地空間布局上受到較多的地理本底條件限制。由于山區(qū)本身耕地面積較小，耕地保護(hù)壓力大，而為數(shù)不多的優(yōu)質(zhì)耕地又距離城市近，容易被開發(fā)為建設(shè)用地。為了保障優(yōu)質(zhì)耕地，維護(hù)糧食安全，國家和地方對此類耕地的開發(fā)有嚴(yán)格的指標(biāo)約束，大幅提升了在平整河谷布局建設(shè)用地的難度。因此，為了優(yōu)化土地資源配置，緩解供需矛盾，有必要探索山區(qū)城市將基本農(nóng)田以外的低丘緩坡山地開發(fā)為建設(shè)用地的生態(tài)可行性和限制性，確定區(qū)域建設(shè)用地開發(fā)的適宜范圍。

隨著GIS技術(shù)與多準(zhǔn)則評價(jià)方法相結(jié)合在土地適宜性評價(jià)中被廣泛應(yīng)用，大量研究采用層次分析法(AHP)對柵格圖層進(jìn)行賦權(quán)并疊加的方法得出評價(jià)結(jié)果[9]。由于評價(jià)選取的地理或生態(tài)因子往往是存在相互關(guān)聯(lián)的，簡單的對加權(quán)后的圖層進(jìn)行疊加往往會(huì)造成一些有明顯限制作用的因子被另一些指標(biāo)所補(bǔ)償，作為一個(gè)折中后的結(jié)果往往失去了評價(jià)者所要表述的限制性。因此，美國學(xué)者Yager提出了有序加權(quán)平均(OWA)的概念[10]，對因子屬性的重要程度進(jìn)行排序，通過排序權(quán)重的變換模擬不同程度的評價(jià)者偏好下得出的決策結(jié)果。目前，OWA方法已逐步應(yīng)用到國內(nèi)對地理-生態(tài)過程研究中，在循環(huán)經(jīng)濟(jì)綜合評價(jià)[11]、購房地理空間決策[12]等研究視角上取得了一些進(jìn)展，但該方法目前在土地適宜性評價(jià)中的應(yīng)用并不多見?；贠WA算法可以對多種不同偏好下的建設(shè)用地開發(fā)可行性作以情景模擬，顯然能夠降低某一種單一結(jié)果受決策者的主觀認(rèn)知的影響，良好地反映區(qū)域政策微調(diào)導(dǎo)致的評價(jià)結(jié)果變化?；诖耍狙芯繑M應(yīng)用OWA算法對低丘緩坡山區(qū)的建設(shè)用地開發(fā)適宜性作以情景模擬，探索OWA算法在土地適宜性評價(jià)中的適用性，并為山區(qū)城市的城鎮(zhèn)化布局提供決策支持。

1 研究區(qū)概況

大理白族自治州地處云南省西部，地處云貴高原與橫斷山脈結(jié)合部位，全州山區(qū)面積占全州國土面積的90%以上，是典型的西南山區(qū)城市，如圖1所示。大理州當(dāng)?shù)鼐用駥⒚娣e較大的山間小盆地、河谷沿岸和山麓地帶稱為“壩子”，壩區(qū)內(nèi)土壤肥沃、灌溉便利，是優(yōu)質(zhì)耕地的集中區(qū)域。然而近年來，隨著地區(qū)工業(yè)與旅游業(yè)的快速發(fā)展，大理州在城鎮(zhèn)化過程中有大量的建設(shè)用地需求。由于壩區(qū)人口稠密交通便利，往往是建設(shè)用地開發(fā)的首選區(qū)域，致使研究區(qū)內(nèi)為數(shù)不多的優(yōu)質(zhì)良田迅速減少?！胺e極培育中心城市，擇優(yōu)發(fā)展小城鎮(zhèn)”是大理州城鎮(zhèn)體系規(guī)劃的明確要求。然而，中心城市大理市毗鄰蒼山洱海，生態(tài)保護(hù)壓力大，致使城市建設(shè)用地的布局受到明顯制約。而另一方面中心城市的極化作用吸引了大量人口的流入和企業(yè)的進(jìn)駐，對建設(shè)用地的剛性需求不斷上升。因此，有必要通過開發(fā)市區(qū)周邊的低丘緩坡山地滿足城市化的需要。同時(shí)，周邊各縣的中心鎮(zhèn)一般位于壩區(qū)中央，在發(fā)展過程中容易侵占壩區(qū)的優(yōu)質(zhì)基本農(nóng)田，對全州未來的糧食安全構(gòu)成威脅。而非壩區(qū)部分一般生境質(zhì)量較好且有一定坡度，如何控制生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是建設(shè)開發(fā)選址的核心環(huán)節(jié)。因此，有必要在空間上對研究區(qū)低丘緩坡建設(shè)開發(fā)的適宜程度作以定量化，判別出建設(shè)用地開發(fā)的優(yōu)先區(qū)域。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 location of the study area

在對大理州低丘緩坡區(qū)域的界定過程中，必須考慮到我國東西部的地理?xiàng)l件差異較大，對于西部地區(qū)低丘緩坡范圍的界定以及低丘緩坡建設(shè)用地開發(fā)的限制指標(biāo)均不能直接照搬東部沿海地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)[13]。由于滇西地區(qū)地勢相對較高，地表起伏劇烈，過多的在地形角度進(jìn)行限制可能會(huì)導(dǎo)致建設(shè)用地布局的極度破碎化，不符合現(xiàn)實(shí)需要。因此，本研究根據(jù)大理州的海拔高度與地形起伏，暫時(shí)不將絕對高程作為限制性因素，只將坡度25°作為低丘緩坡范圍的上限。同時(shí)，山區(qū)中城鎮(zhèn)周邊河谷部分相對平坦，有大面積基本農(nóng)田，不滿足研究目標(biāo)，因此，本研究將壩區(qū)范圍作為低丘緩坡界定的下限。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過程中，按照城鎮(zhèn)化、糧食安全、生態(tài)保護(hù)和災(zāi)害防治的多重導(dǎo)向，選擇土地利用、地質(zhì)災(zāi)害、地下水、地震、歸一化植被指數(shù)(NDVI)、地形、降水等多個(gè)數(shù)據(jù)集。其中農(nóng)地、城鎮(zhèn)、公路、河流數(shù)據(jù)解譯自2010年春季ETM+影像， 并轉(zhuǎn)換為矢量格式對照Google Earth進(jìn)行人工修正；林地類型源自云南大學(xué)生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)研究所編制的云南省1∶25萬植被圖和林業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)中心相關(guān)森林資源數(shù)據(jù)；地下水保護(hù)區(qū)位置由大理州地下水功能區(qū)劃的二級功能區(qū)圖矢量化得到；地質(zhì)災(zāi)害類型和斷裂帶位置矢量化自大理州地質(zhì)災(zāi)害防治相關(guān)圖件；地震位置取自歷史震害資料中1500年以來5級以上地震；NDVI數(shù)據(jù)源自地理空間數(shù)據(jù)云平臺的MOD13Q1數(shù)據(jù)集，預(yù)處理過程中對2010全年的NDVI產(chǎn)品求年平均；DEM數(shù)據(jù)源自地理空間數(shù)據(jù)云平臺的GDEM數(shù)據(jù)集，在ArcGIS中生成坡度圖層；降水?dāng)?shù)據(jù)源自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)的多年平均站點(diǎn)數(shù)據(jù)集，按薄板樣條函數(shù)插值方法以經(jīng)緯度作為自變量、高程作為協(xié)變量在ANUSPLIN軟件中插值所得[14]。所有數(shù)據(jù)在歸一化處理后均統(tǒng)一生成30 m分辨率柵格圖層。

2.2 適宜性指標(biāo)構(gòu)建

在山地開發(fā)的過程中，既要保證生態(tài)敏感區(qū)域不受干擾，又要防止人類健康受到災(zāi)害威脅。本研究將這兩方面指標(biāo)集歸納為景觀風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)越大則越不適宜建設(shè)用地開發(fā)。按照景觀風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的分類以及指標(biāo)的可獲得性，本研究共選取12個(gè)指標(biāo)參與評價(jià)。暫定景觀風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)作為兩個(gè)準(zhǔn)則層對山地建設(shè)開發(fā)的貢獻(xiàn)為同等重要，分別賦權(quán)為0.5。每個(gè)準(zhǔn)則層包含6個(gè)指標(biāo)，指標(biāo)相對于準(zhǔn)則層的權(quán)重由AHP法確定。

在景觀風(fēng)險(xiǎn)的選取和賦值中主要考慮三個(gè)層面。首先，采用農(nóng)地類型與林地類型表征土地利用方式影響的建設(shè)開發(fā)限制性。農(nóng)地類型按農(nóng)地景觀被開發(fā)所造成的糧食安全風(fēng)險(xiǎn)賦值；林地類型主要按照林地保護(hù)區(qū)等級賦值。其次，采用公路通達(dá)性和城鎮(zhèn)距離表征新開發(fā)建設(shè)用地與已有城鄉(xiāng)聚落的空間聯(lián)系。顯然距離公路景觀越遠(yuǎn)則越不適宜布局建設(shè)用地，建設(shè)用地在公路兩側(cè)開發(fā)的通達(dá)性最高；而距離大型聚落越近則建設(shè)用地開發(fā)的需求也會(huì)相應(yīng)增大。這里大型聚落最終選取大于5 hm2的城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民點(diǎn)圖斑作為閾值。最后，選擇植被綠度和地下水保護(hù)作為建設(shè)開發(fā)的輔助性指標(biāo)。通過NDVI反映植被生物量，可以作為建設(shè)開發(fā)成本的側(cè)面衡量；建設(shè)用地開發(fā)增大了地下水的供給壓力，因此地下水保護(hù)區(qū)也應(yīng)作為輔助性限制條件。

在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的選取和賦值中也主要考慮三個(gè)方面。首先，在災(zāi)害易發(fā)性角度考慮地質(zhì)災(zāi)害密度和地震密度。在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性的表征中，以核密度函數(shù)[15]表征災(zāi)害點(diǎn)空間集聚，給不同類型地質(zhì)災(zāi)害賦予不同權(quán)重，本研究按照災(zāi)害的危害差異賦權(quán)為泥石流100，滑坡80，崩塌70，塌陷與地裂縫60，不穩(wěn)定斜坡50，以默認(rèn)的6871 m為搜索半徑，生成柵格圖層；地震易發(fā)性的表征也采用核密度方法，其中由于地震點(diǎn)的兩兩距離相對較遠(yuǎn)，參照默認(rèn)半徑取20 km為搜索范圍。其次，在災(zāi)害的危險(xiǎn)性角度考慮坡度和降雨侵蝕力的作用，顯然坡度越高、降雨侵蝕力越大，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生強(qiáng)度可能會(huì)隨之增大。在處理過程中雖然坡度25°以上不應(yīng)屬于低丘緩坡范圍，但默認(rèn)為零星的散點(diǎn)可以開發(fā)，因此賦值暫不考慮范圍限制；降雨侵蝕力的計(jì)算是基于多年月平均數(shù)據(jù)，按照常用的Wischmeier經(jīng)驗(yàn)公式得出年降雨侵蝕力[16]。最后，立足于規(guī)劃視角考慮了斷裂帶距離和河流距離兩種限制性因素，這兩種線狀指標(biāo)并不存在空間衰減關(guān)系，而是作為限制條件。本研究僅考慮研究區(qū)內(nèi)較明顯的幾條大斷裂帶，暫定斷裂帶左右的緩沖區(qū)內(nèi)不宜大規(guī)模建設(shè)；在河流引發(fā)的災(zāi)害角度主要考慮洪水的影響，考慮到用水需求，僅設(shè)置了相對較小的緩沖半徑作為限制。

每個(gè)指標(biāo)的歸一化方法如表1所示，其中權(quán)重欄顯示了乘以0.5后每個(gè)指標(biāo)對于總目標(biāo)的權(quán)重。兩種風(fēng)險(xiǎn)的AHP判斷矩陣一致性比例CR分別為0.058和0.087，均小于0.1，通過一致性檢驗(yàn)。權(quán)重較高的指標(biāo)包括農(nóng)地類型、城鎮(zhèn)距離、斷裂帶距離、河流距離等，這是由于：在景觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)集的賦權(quán)過程中，本研究認(rèn)為農(nóng)用地的保護(hù)和與城鎮(zhèn)的空間聯(lián)系是最為重要的兩個(gè)因子，前者在供給上決定了低丘緩坡開發(fā)的限制，后者在需求上決定了低丘緩坡開發(fā)的目標(biāo)；在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)集的賦權(quán)過程中，本研究認(rèn)為斷裂帶距離和河流距離是以二值化形式出現(xiàn)的，本身就是明確的限制性條件，因而相對其他因子更為重要。權(quán)重較低的指標(biāo)包括植被綠度、地震密度等，這是由于：在景觀風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)集的賦權(quán)過程中NDVI只是植被長勢的一個(gè)指標(biāo)，但植物長勢并不能完全表明生物多樣性的重要性，僅是輔助性指標(biāo)，相比而言林區(qū)的保護(hù)等級更為重要；在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)集的賦權(quán)過程中地震發(fā)生的不確定性因素強(qiáng)，其危害更多取決于房屋構(gòu)造和坡度，在市域范圍內(nèi)地震密度不一定是城市建設(shè)的重要限制指標(biāo)。

表1 指標(biāo)歸一化方法

2.3 有序加權(quán)平均法

OWA算法的核心在于對指標(biāo)按照屬性重要性重新排序，對不同的排序位次賦予不同的次序權(quán)重。傳統(tǒng)的圖層疊加法實(shí)際上是OWA算法中默認(rèn)次序權(quán)重相等的特殊情況。在OWA評價(jià)中，在評價(jià)者較為樂觀的情況下，會(huì)給重要性較高的次序圖層賦予較高的權(quán)重，評價(jià)結(jié)果能直接顯示指標(biāo)中最重要的屬性；在評價(jià)者較為悲觀的情況下，會(huì)給重要性較低的次序圖層賦予較高的權(quán)重，評價(jià)結(jié)果不能反映指標(biāo)的重要屬性。

關(guān)于OWA權(quán)重的確定有10余種算法，其中單調(diào)規(guī)則遞增(RIM)的定量方式出現(xiàn)較早且易于理解[17]。按照Yager的定義，位序權(quán)重可表述為[17- 19]。

j=1,2,...,n，QRIM(r)=ra

(1)

式中，j為位序，wj為位序權(quán)重，n為指標(biāo)數(shù)量。r為自變量，a為表征樂觀程度的冪指數(shù)。

可知，在a=1的情況下位序權(quán)重相等，計(jì)算轉(zhuǎn)化為普通的準(zhǔn)則權(quán)重疊加。若a<1，則最重要的屬性位序權(quán)重越大，評價(jià)者對指標(biāo)的屬性持樂觀態(tài)度，只需要重要的前幾層算子即可判定；若a>1，則越重要的屬性位序權(quán)重越小，評價(jià)者對指標(biāo)的屬性持悲觀態(tài)度，后面幾層不重要的算子更被重視。在本研究中，“樂觀”表明評價(jià)者認(rèn)為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的限制條件能夠制約建設(shè)用地的開發(fā)，而“悲觀”表明評價(jià)者不認(rèn)為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)可以限制建設(shè)用地的開發(fā)。根據(jù)上述公式可以將次序權(quán)重的取值如表2所示。

表2 次序權(quán)重計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)果分析

3.1 不同偏好適宜性對比

圖2為賦值并歸一化的12種適宜性指標(biāo)，分別將其帶入表2所設(shè)計(jì)的7種偏好情況，結(jié)果如圖3所示。在評價(jià)者無偏好的狀態(tài)下，計(jì)算過程中不區(qū)分重要圖層，評價(jià)結(jié)果直接依賴于數(shù)據(jù)預(yù)處理中的準(zhǔn)則權(quán)重。結(jié)果表征了海拔較低、壩區(qū)面積較大的大理市區(qū)、賓川縣和巍山縣在壩區(qū)周邊低丘緩坡地帶的建設(shè)用地開發(fā)適宜性較低，而同樣海拔相對不高、距離大理市區(qū)較遠(yuǎn)的彌渡縣和永平縣壩區(qū)周邊則顯示出了相對較高的開發(fā)適宜性。在評價(jià)者最為樂觀的狀態(tài)下，除了半徑10 km之內(nèi)的城鎮(zhèn)周邊有微弱的開發(fā)適宜性，其他大面積區(qū)域呈現(xiàn)出適宜性為0的基質(zhì)狀態(tài)，除了城鎮(zhèn)指標(biāo)外其他指標(biāo)難以體現(xiàn)。這證明評價(jià)者在對風(fēng)險(xiǎn)極端重視的情況下，城郊以外的廣大區(qū)域是不適宜進(jìn)行開發(fā)的，僅有城市周邊鑒于居民需求的壓力不得不進(jìn)行微量的開發(fā)。在評價(jià)者樂觀的狀態(tài)下，風(fēng)險(xiǎn)被高度重視，河流、斷裂帶、坡度與降雨侵蝕力高值部分依然適宜性極低，而其他大多數(shù)柵格顯示出具有較低適宜性的格局。在評價(jià)者較樂觀的狀態(tài)下，適宜性低值部分和較低部分出現(xiàn)分化，作為限制性條件的河流和斷裂帶可以良好地在空間上被分離出來，成為評價(jià)者認(rèn)知的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)重要來源。在評價(jià)者較悲觀的狀態(tài)下，風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的指標(biāo)體系可信度低，大多數(shù)像元出現(xiàn)適宜性大于0.9的結(jié)果。至于后兩種評價(jià)者悲觀和最悲觀的狀態(tài)下，數(shù)據(jù)預(yù)處理中的風(fēng)險(xiǎn)賦值已不可信，壩區(qū)外全部是適宜開發(fā)區(qū)域，評價(jià)失去意義。

圖2 適宜性指標(biāo)空間分布Fig.2 Spatial pattern of the suitability indices

圖3 不同偏好的適宜性評價(jià)Fig.3 suitable assessments for different preferences

3.2 基于多情景的適宜性分區(qū)

在選取a=0.5和a=2作為偏好適宜性的次序權(quán)重時(shí)，結(jié)果顯示其數(shù)據(jù)分離程度是相對較差的，適宜度比較集中。這種結(jié)果并不符合根據(jù)適宜性差異進(jìn)行分區(qū)管制的決策目標(biāo)，同時(shí)站在決策的角度上，評價(jià)人員的偏好也不可能出現(xiàn)如此大的波動(dòng)。因此，基于情景模擬可用性的導(dǎo)向，本研究暫時(shí)默認(rèn)為a=1是在糧食安全、生態(tài)安全、社會(huì)發(fā)展、居民健康等視角權(quán)衡下的正常賦權(quán)結(jié)果，是現(xiàn)有城鎮(zhèn)化、耕地保護(hù)、生態(tài)保護(hù)等政策要求的權(quán)衡值，命名為維持現(xiàn)有政策視角。則a=1.2可以作為一種較為忽視風(fēng)險(xiǎn)而重視城鎮(zhèn)擴(kuò)張的政策傾向，命名為城鎮(zhèn)建設(shè)導(dǎo)向視角；a=0.8可以作為一種較為重視風(fēng)險(xiǎn)而嚴(yán)格限制城鎮(zhèn)擴(kuò)張的政策傾向，命名為風(fēng)險(xiǎn)控制導(dǎo)向視角。為排除柵格值向某一方向偏移造成的分區(qū)比例嚴(yán)重失調(diào)，采用自然斷點(diǎn)法自動(dòng)將柵格分為4類，保證了a較大的情況下斷點(diǎn)閾值也同步增大，將4類分區(qū)按適宜程度從高到低依次命名為優(yōu)先開發(fā)區(qū)、適度開發(fā)區(qū)、限制開發(fā)區(qū)和不開發(fā)區(qū)。同時(shí)，對坡度圖進(jìn)行重分類，25°以上為1，其他為0，轉(zhuǎn)為矢量后將面積1 km2以下的圖斑融合到鄰接的面積最大圖斑中，再提取出屬性值為1的部分作為低丘緩坡的上限，從而排除了一些坡度大于25°但不連續(xù)的破碎圖斑干擾。將提取出的25°以上“陡坡”范圍與壩區(qū)范圍融合，得出了非低丘緩坡區(qū)域作為不開發(fā)區(qū)。最終情景假設(shè)結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同情景的建設(shè)開發(fā)適宜性分區(qū)Fig.4 Suitability of building land consolidation zoning for different scenarios

在城鎮(zhèn)建設(shè)導(dǎo)向下，永平縣雖然目前經(jīng)濟(jì)實(shí)力相對較低，但由于地勢相對平緩、基本農(nóng)田總量不大、壩區(qū)面積較小，因而有較大的擴(kuò)展空間，優(yōu)先開發(fā)區(qū)面積最大；祥云縣經(jīng)濟(jì)實(shí)力相對較強(qiáng)，其同樣有較為平整的地形條件，由于路網(wǎng)密布、地質(zhì)災(zāi)害密度較低，因而也有較為廣闊的優(yōu)先開發(fā)區(qū)范圍；同時(shí)，并不在城鎮(zhèn)附近的巍山縣西部由于坡度較緩、耕地保護(hù)壓力小，也形成了一定面積的優(yōu)先開發(fā)區(qū)；反之，研究區(qū)的人口與經(jīng)濟(jì)中心大理市由于鄰接蒼山洱海，只有南部和東部有大面積低丘緩坡空間，致使城鎮(zhèn)建設(shè)受到制約，相比其他各縣優(yōu)先開發(fā)區(qū)面積反而最小。

維持現(xiàn)有政策的模式則體現(xiàn)出略有不同的分區(qū)格局。地勢較低的永平縣與巍山縣西部的優(yōu)先開發(fā)區(qū)面積縮小一半以上，而北部地勢較高的劍川縣和洱源縣優(yōu)先開發(fā)區(qū)面積減小幅度甚微，這體現(xiàn)出了遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的風(fēng)險(xiǎn)正在加強(qiáng)；相比之下，同樣地勢較低但城鎮(zhèn)化水平相對高的祥云縣優(yōu)先開發(fā)區(qū)范圍并未明顯縮小，證實(shí)了城鎮(zhèn)距離指標(biāo)的重要作用；另外，相比城鎮(zhèn)建設(shè)導(dǎo)向，不宜開發(fā)區(qū)的面積并未有太多變化，分區(qū)類型的轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在從優(yōu)先開發(fā)區(qū)向適度開發(fā)區(qū)過渡。

風(fēng)險(xiǎn)控制導(dǎo)向則體現(xiàn)出了與城鎮(zhèn)建設(shè)導(dǎo)向較大的不一致性。巍山縣西部、云龍縣北部較大規(guī)模的優(yōu)先開發(fā)區(qū)全部消失；永平縣的優(yōu)先開發(fā)區(qū)縮減至中心鎮(zhèn)周圍10 km半徑范圍內(nèi)，祥云縣成為優(yōu)先開發(fā)區(qū)面積最大的地區(qū)；城鎮(zhèn)建設(shè)導(dǎo)向下優(yōu)先開發(fā)區(qū)面積最小的大理市其優(yōu)先開發(fā)區(qū)范圍變化反而也較小，且并沒有像云龍縣、永平縣、南澗縣一樣形成較大面積的限制開發(fā)區(qū)。顯然，在風(fēng)險(xiǎn)控制控制視角下不僅遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的風(fēng)險(xiǎn)繼續(xù)加強(qiáng)，農(nóng)地林地保護(hù)、坡度與降雨侵蝕力等因素也在空間上得到體現(xiàn)。

對比3種情景視角可以發(fā)現(xiàn)，由于客觀地理?xiàng)l件的限制，在傾向于城鎮(zhèn)建設(shè)的導(dǎo)向下，研究區(qū)大城市依然不適于大面積的進(jìn)行建設(shè)用地開發(fā)，反而是相對開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較小的中小城鎮(zhèn)可以作為產(chǎn)業(yè)園區(qū)的優(yōu)先選址地點(diǎn)。而在風(fēng)險(xiǎn)控制導(dǎo)向下則不然，自然環(huán)境相對較好的中小城鎮(zhèn)出于耕地和生境保護(hù)的目的不能進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)張；而大城市周邊由于存在剛性需求，即便有生態(tài)保護(hù)的壓力依然會(huì)預(yù)留一部分建設(shè)用地開發(fā)的空間。目前，在山地城市生態(tài)保護(hù)與城鎮(zhèn)化的權(quán)衡中，這種結(jié)論往往可以反映在土地規(guī)劃中。例如建設(shè)用地指標(biāo)多則會(huì)把多出的那一部分規(guī)劃到較偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)或大型村落中，若建設(shè)用地指標(biāo)少則優(yōu)先保證城區(qū)的發(fā)展，側(cè)面證明了本研究適宜性分區(qū)的情景合理性。

4 討論

在多指標(biāo)綜合評價(jià)中，指標(biāo)賦值和權(quán)重判定是結(jié)果不確定性的最主要來源。首先需要明確，評價(jià)本身就是一個(gè)基于研究者認(rèn)知的主觀過程，即使是完全客觀化賦權(quán)的熵值法也是評價(jià)者為了刻意拉開屬性值域差異而做出的一種主觀選擇，不一定是描述指標(biāo)權(quán)值的最佳方式。在無法確認(rèn)我們所設(shè)置的指標(biāo)屬性值和權(quán)值是否足夠貼近真實(shí)情況的時(shí)候，采用OWA算法的偏好設(shè)置可以有效規(guī)避一部分誤差。例如，采用樂觀偏好可以將已有的屬性較大的指標(biāo)進(jìn)一步擴(kuò)大化，采用悲觀偏好可以將屬性較大的指標(biāo)平均化。因此，可以通過偏好的設(shè)置對已設(shè)置的權(quán)值做調(diào)整，使評價(jià)的邏輯性更加嚴(yán)密。

然而，OWA方法的應(yīng)用并不意味著準(zhǔn)則權(quán)重不再重要。在本研究中，準(zhǔn)則權(quán)重較大的幾個(gè)指標(biāo)圖層直接決定了樂觀偏好下的適宜性評價(jià)結(jié)果。按照對低丘緩坡建設(shè)用地開發(fā)背景的理解，本研究認(rèn)為政策作用具有較大的影響力，那么有必要將城鎮(zhèn)化的需求和耕地保護(hù)的壓力賦予較高的權(quán)重。此外，對于一些明顯的限制性強(qiáng)但并未通過法律進(jìn)行約束的要素例如斷裂帶、河流，理應(yīng)賦予較大的權(quán)重，否則其限制作用有可能被其他指標(biāo)所抵消。由此可見，確定準(zhǔn)則權(quán)重是OWA評價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，OWA方法的分析結(jié)果依然高度依賴于AHP或者其他方法對準(zhǔn)則權(quán)重設(shè)置的合理性。OWA方法只能規(guī)避部分誤差而不能糾正錯(cuò)誤的準(zhǔn)則權(quán)重設(shè)置，這也使其應(yīng)用會(huì)受到一定程度的制約。

情景分析作為地理-生態(tài)過程的常用手段，有兩種不同的結(jié)果歸納方式。一種是在所假設(shè)的幾種情景里選取最優(yōu)值，作為最終結(jié)果[20- 21]；而另一種是通過幾種情景的相互印證，歸納出一個(gè)綜合全部利弊的結(jié)論[22- 23]。在土地適宜性評價(jià)中，純粹的生態(tài)建設(shè)、耕地保護(hù)、城市擴(kuò)展對于地區(qū)而言都是不符合統(tǒng)籌發(fā)展需要的，現(xiàn)實(shí)中案例極少。作為決策支持不僅要考慮極端情景，還應(yīng)當(dāng)重視不同情景間的組合與閾值變化的過渡，通過互競權(quán)衡發(fā)揮土地利用情景分析的現(xiàn)實(shí)意義[24]。在維持城市可持續(xù)發(fā)展的導(dǎo)向下，不僅要關(guān)注城鎮(zhèn)化的生態(tài)與環(huán)境效應(yīng)[25]，還要認(rèn)識到生態(tài)空間格局的動(dòng)態(tài)演變[26]。隨著時(shí)間演變，進(jìn)行政策微調(diào)在現(xiàn)實(shí)中是易于發(fā)生的，因此本研究傾向于通過情景間的組合得出一個(gè)綜合性的結(jié)論。顯然，應(yīng)用OWA方法進(jìn)行土地生態(tài)適宜性評價(jià)恰恰滿足情景組合分析的理論要求。將評價(jià)者偏好作為政策波動(dòng)因素帶入權(quán)重體系中，一方面避免了傳統(tǒng)情景分析中權(quán)重不確定性導(dǎo)致的誤差；另一方面避免了情景的極化，對地區(qū)未來發(fā)展模式有良好的預(yù)見作用。因此，使用OWA方法評價(jià)土地生態(tài)適宜性不僅是可行的，而且是可以有效跟實(shí)際政策對接的。在OWA的應(yīng)用體系下，本研究并不試圖選出一種最優(yōu)方案，而是傾向于描述在城市的不同發(fā)展階段如何構(gòu)建政策權(quán)衡后的城鎮(zhèn)化空間格局，以滿足不同決策思路下的建設(shè)用地開發(fā)布局需求，具有相對較高的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)論

本研究基于所選擇的12個(gè)低丘緩坡建設(shè)用地開發(fā)適宜性指標(biāo)，按照OWA算法對圖層按照屬性重新排序，對不同的排序位次賦予不同的次序權(quán)重，表征了從樂觀到悲觀7種評價(jià)者偏好下的建設(shè)用地開發(fā)適宜性評價(jià)。在樂觀情況下，農(nóng)用地、城鎮(zhèn)、斷裂帶、河流等高風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重被加大，空間特征明顯；在悲觀情況下，指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)程度的可信度下降，評價(jià)結(jié)果的空間均質(zhì)性增強(qiáng)。

按照OWA算法模擬城鎮(zhèn)建設(shè)導(dǎo)向、維持現(xiàn)有政策、風(fēng)險(xiǎn)控制導(dǎo)向3種適宜性分區(qū)情景。在傾向于城鎮(zhèn)建設(shè)的導(dǎo)向下，相對開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較小的中小城鎮(zhèn)可以作為產(chǎn)業(yè)園區(qū)的優(yōu)先選址地點(diǎn)；而在風(fēng)險(xiǎn)控制導(dǎo)向下，自然環(huán)境相對較好的中小城鎮(zhèn)出于耕地和生境保護(hù)的目的不能進(jìn)行大規(guī)模擴(kuò)張，而大城市周邊由于存在剛性需求依然會(huì)有一部分建設(shè)用地開發(fā)的空間。通過描述在城市的不同發(fā)展階段如何構(gòu)建政策權(quán)衡后的城鎮(zhèn)化空間格局，可以滿足不同決策思路下的建設(shè)用地開發(fā)布局需求。

致謝：感謝北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院李雙成教授對寫作的幫助。

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SuitabilityassessmentforbuildinglandconsolidationongentlehillsidebasedonOWAoperatoracaseinDaliBaiNationalityBoroughinYunnan,China

LIU Yanxu, PENG Jian*, HAN Yinan, WEI Hai, DU Yueyue

LaboratoryforEarthSurfaceProcesses,MinistryofEducation,CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences，PekingUniversity，Beijing100871，China

Under the multiple requirements of urbanization, food security and ecosystem management, it is necessary to explore the feasibilities and limitations on how to develop building land on gentle hillside in mountain cities.In the process of mountain development, the ecological sensitive area should be prevented from human interferences and human health from disaster threats.In this study, 12 spatial indices were selected which can represent the landscape and disaster risks in order to find the suitable degree of building land development on gentle hillside.Ordered weighted averaging (OWA) operators are usually used to model a family of parameterized decision strategies, which can be applied to route planning to provide more realistic results.In this method the optimistic degree can be quantified by the ordered weight.In an optimistic preference, the function of the relatively important indices is magnified; while in a pessimistic preference, the importance is relatively ignored.OWA algorithm can be used to conduct the scenario simulations of the feasibility of various construction land under different preferences，which is apparently able to reduce the impact of a single result of a subjective perception by decision-makers, and thus can well reflect the changes of evaluation result led by the slight adjustment of regional policies.In this study, Dali Bai Nationality Autonomous Prefecture was chosen as the study area, and OWA operators were adopted to measure the suitability of building land construction on gentle hillside.By setting up different ordered weights, scenarios can be set with the quantified optimistic or pessimistic preference of the decision makers.The result showed that in the optimistic scenario, the characteristics of high risk indices like farm land, urban, fault zone, rivers can be obviously detected spatially; in the pessimistic scenario where the degree of reliability for risk indices was decreased, the spatial homogeneity was enhanced on the result layer.Then, three scenarios were built up by the OWA operators, which support three different strategy orientations—urban construction, keeping the present policies and risk control.After defining the suitability sub region, it was found that priority development of small towns should be encouraged in urban construction scenario, while ensuring the land supply for big cities in the risk control scenario.With the assessments, we can describe how to build up the spatial pattern of urbanization after a policy trade-off among different stages of city development, and the results can satisfy the different decisions from the government and various requirements for the layout of construction land from different stakeholders.This study tended to draw a comprehensive conclusion through a combination of inter-scene.Although in a mathematical level, the three policy-perspectives provided by this paper are described as the preference of evaluator′s, they are actually a reflection of decision makers′ different strategic tendencies and thus are no clear good or bad.This study didn′t attempt to select an optimal solution, but tends to describe how to build a spatial pattern of urbanization with policy trade-offs in different stages of urban development, so as to meet the needs of construction land′s development under different decisions or layout ideas, with relatively high practical significance.

gentle hillside; suitability of building land consolidation; ordered weighted averaging; scenario analysis

國土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)課題(201311001- 2)

2013- 12- 23;

2014- 04- 01

10.5846/stxb201312233004

*通訊作者Corresponding author.E-mail: jianpeng@urban.pku.edu.cn

劉焱序.基于OWA的低丘緩坡建設(shè)開發(fā)適宜性評價(jià)——以云南大理白族自治州為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(12):3188- 3197.

Liu Y X, Peng J, Han Y N, Wei H, Du Y Y.Suitability assessment for building land consolidation on gentle hillside based on OWA operator：a case in Dali Bai Nationality Borough in Yunnan, China.Acta Ecologica Sinica,2014,34(12):3188- 3197.