基于GIS的農(nóng)村居民點人居適宜性評價及整治分區(qū)研究

摘要：農(nóng)村居民點人居適宜性研究是居民點整治分區(qū)的基礎，也是改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件、統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展的重要途徑。以伊犁河谷察布查爾錫伯自治縣為研究區(qū)，結(jié)合研究區(qū)實際地形特點，綜合運用分布指數(shù)、GIS空間分析和結(jié)構(gòu)熵權等方法建立了基于伊犁河谷地區(qū)的農(nóng)村居名點人居適宜性評價體系，并運用引力模型計算居民點的城鎮(zhèn)影響分值。結(jié)果表明，地勢較陡且距離水系越近的區(qū)域，人居適宜性越低，適宜性分布指數(shù)表明察縣面積73.41%的農(nóng)村居民點位于最適宜區(qū)，建議通過對內(nèi)部改造區(qū)、遷移并點區(qū)等不同整治分區(qū)的初步整合，對農(nóng)村居民點進行合理引導，為農(nóng)村居名點的整治優(yōu)化提供決策支持。

關鍵詞：農(nóng)村居民點；分布指數(shù)法；適宜性評價；引力模型評價；整治分區(qū)評價

中圖分類號：K928.5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）12-3249-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.12.062

Abstract： Human settlement suitability research of rural residential areas is the basis of consolidation division of residential areas， it is also an important way to improve production and living conditions of rural areas and balance the urban and rural development. Taking Qapqal xibe autonomous county of Ili river valley as the study area，combined with its terrain characteristics， the human settlement suitability evaluation system of rural residential areas in Ili river valley was established with distribution index method，GIS spatial analysis and structure entropy weight method，and using the gravity model to calculate the influence scores of the residential areas. The results showed that，the steeper the topography， and the closer the residential area was near to water system，the lower the suitability of human settlements. The distribution indexes of suitability indicated that， 73.41% of the rural residential areas of Qapqal county located in the most suitable region. The rural residential areas should be reasonably guide through the preliminary integration of different consolidation divisions such as internal transformation areas，migration and fixed-point areas，to provide decision support for the regulation and optimization of rural residential areas.

Key words： rural residential areas； distribution index method； suitability evaluation； gravity model； consolidation division

1 研究背景

農(nóng)村居民點是農(nóng)村人口居住在一起進行經(jīng)濟、政治和文化等活動而聚集的定居場所[1，2]。由于中國長期對農(nóng)村居民點的建設缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和管控，因而引起農(nóng)村居民點空間布局散亂、集聚能力差的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象不利于土地集約利用和城鄉(xiāng)一體化建設。

目前進行居民點適宜性方面的評價案例較多，各學者運用不同的評價方法對不同的研究區(qū)進行了評價。如程文仕等[3]運用SPSS聚類分析等多種研究方法對西南山區(qū)丘陵區(qū)進行適宜性評價及分區(qū)優(yōu)化研究；郭月婷等[4]運用多因素綜合評價法對三峽庫區(qū)的農(nóng)村居民點用地進行適宜性評價；孔雪松等[5]對平原地區(qū)農(nóng)村居民點用地適宜性評價的整治進行了分區(qū)研究；李四高等[6]使用多指標綜合評價法結(jié)合層次分析法，研究了土石山區(qū)人居環(huán)境適宜性分布規(guī)律及其評價體系；孟霖等[7]選取自然、社會、經(jīng)濟、政府和農(nóng)戶意愿5方面12個指標對江蘇省徐州市農(nóng)村居民點進行了整理適宜性評價；朱亮等[8]應用從高分辨率遙感影像提取的居民點數(shù)據(jù)結(jié)合多指標綜合評價法和層次分析法對三峽典型區(qū)進行了人居環(huán)境適宜性評價；雙文元等[9]利用AVC理論構(gòu)建農(nóng)村居民點適宜性評價體系，根據(jù)吸引力、生命力和承載力評價值和其適宜性綜合值，對大同市南郊區(qū)居民點進行了適宜分區(qū)；張穎等[10]利用最小累積阻力模型進行農(nóng)村居民點適宜性分區(qū)，為金牛湖街道未來居民點整理和村鎮(zhèn)建設提供了科學依據(jù)。

從以上研究成果來看，對于河谷地區(qū)的農(nóng)村居民點人居適宜性的研究較少，本研究結(jié)合研究區(qū)地形特點，綜合運用分布指數(shù)法、GIS空間分析法和結(jié)構(gòu)熵權法確定各影響因子的指標權重與量化標準，建立了伊犁河谷地區(qū)農(nóng)村居名點人居適宜性評價體系，并引用引力模型計算城鎮(zhèn)影響力，將其結(jié)合適宜性評價結(jié)果對研究區(qū)農(nóng)村居民點進行初步整治分區(qū)，為新增居名點選址及移民安置提供了一定依據(jù)和借鑒。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

2.1 研究區(qū)概況

察布查爾錫伯自治縣（此后稱為“察縣”）位于新疆西天山支脈烏孫山北麓伊犁河以南遼闊的河谷盆地。地形東窄西寬，地勢南高北低，由東南向西北傾斜。地理位置介于東經(jīng)80°30′00″-81°45′00″、北緯43°15′00″-43°57′30″之間，東鄰鞏留縣，南與烏孫山分水嶺與特克斯縣、昭蘇縣接壤，北與伊寧市、伊寧縣、霍城縣與伊犁河隔水相望，西與哈薩克斯坦共和國接壤。全縣土地總面積364 041.95 hm2（不含兵團面積），轄2鎮(zhèn)、11鄉(xiāng)、5場、1軍分區(qū)。2013年末全縣地方常住人口16.73萬人，其中農(nóng)業(yè)戶籍人口11.16萬人，GDP達39.89億元，地方財政總收入9.99億元。根據(jù)察縣土地利用變更數(shù)據(jù)庫，全縣農(nóng)村居民點用地8 314.34 hm2，占全縣土地總面積的2.28%，按常住人口計算，人均農(nóng)村居民點用地高達496.97 m2/人，遠遠高于國家標準規(guī)定的上限，農(nóng)村居民點整理的理論潛力較大，因此選用該研究區(qū)為靶區(qū)進行探討。

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究以農(nóng)村居民點人居適宜性為研究對象，研究中用到的數(shù)據(jù)主要來源于察縣1∶100 000土地利用現(xiàn)狀圖（2013年）、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)DEM、察縣城市總體規(guī)劃（2012-2030年）、察縣土地利用總體規(guī)劃（2010-2020年）以及察縣基本農(nóng)田保護區(qū)圖（2013年）等。

本研究首先將柵格圖件掃描幾何校正進行矢量化，然后將不同的矢量數(shù)據(jù)類型利用ArcGIS 9.3統(tǒng)一轉(zhuǎn)為shp格式進而提取本研究所需的數(shù)據(jù)信息，主要信息包括面狀農(nóng)村居民點、建制鎮(zhèn)及基本農(nóng)田等面狀要素、線狀交通及水系要素以及地形高度、坡度數(shù)據(jù)等信息。

3 研究方法

3.1 分布指數(shù)法

由于研究區(qū)地理因子特殊，而地理因子受面積影響較大，無法直接反應其對農(nóng)村居名點分布的影響，因此本研究采用分布指數(shù)法[11]，計算公式為：

Qr=（SiA/Si）/（SA/S） （1）

式中，Qr為r類分布等級的分布指數(shù)；SiA為A因子在r類分布等級下農(nóng)村居名點的面積；Si為察縣農(nóng)村居名點的面積；SA為A因子在r類分布等級下的總面積；S為察縣行政區(qū)總面積。

當Qr=1時，表示A因子的r類分布等級在農(nóng)村居民點與在全縣分布的影響比重上相同；若Qr>1時，表示A因子對全縣農(nóng)村居民點的分布影響比重較大，說明r類分布等級是農(nóng)村居民點分布的優(yōu)勢影響因子，Qr越大，優(yōu)勢越顯著；若Qr<1，說明r類分布等級是農(nóng)村居民點分布的非優(yōu)勢影響因子。

3.2 結(jié)構(gòu)熵權法

結(jié)構(gòu)熵權法是一種定性與定量相結(jié)合的權重系數(shù)確定法，其結(jié)合特爾斐與模糊分析法確定“典型排序”，通過熵值計算和盲度分析，并對數(shù)據(jù)進行歸一化處理得到指標權重值。具體步驟如下：

1）應用特爾斐法確定“典型排序”。

2）對“典型排序”進行盲度分析。對“典型排序”進行定性與定量，隸屬度函數(shù)為：

式中，？琢ij是指專家i對第j個指標的評價定性排序數(shù)，m=j+2為轉(zhuǎn)化參量；bij為？琢ij的定量轉(zhuǎn)化值，bij=μ（aij），計算隸屬度矩陣B=（bij）k×n。

將k個專家對指標j的一致看法記為bj，稱為評價認識度，

記專家對因素j由認知產(chǎn)生的不確定性為認識盲度，記作Qj，

Qj=|{[max（b1j，b2j，…，bkj）-bj]+[min（b1j，b2j，…，bkj）-bj]}/2| （4）

顯然Qj≥0。定義全體k個專家對指標j的總體認識度為xj，則：

xj=bj（1-Qj），xj>0 （5）

即得到全體專家對指標j的評價向量X=（x1，x2，…，xn）。

3）歸一化處理。對xj=bj（1-Qj）進行歸一化處理，得到指標的權重，

即得到指標集U={u1，u2，…，un}的權重集W={w1，w2，…，wn}。

3.3 人居適宜性評價

3.3.1 人居適宜性評價體系建立 農(nóng)村居名點的分布與眾多自然、社會和生態(tài)因素有極其密切的關系，而居名點的整治規(guī)劃是改善居民生活、生產(chǎn)的過程，受多種因子的制約和影響，要結(jié)合研究區(qū)未來規(guī)劃模式與區(qū)位要求，按照因地制宜及效益兼并的原則，對影響農(nóng)村居名點的各種限制及驅(qū)動因子進行評價。本研究根據(jù)察縣農(nóng)村居民點現(xiàn)狀眾因子的分布指數(shù)選取部分自然、社會和生態(tài)因子建立農(nóng)村居民點人居適宜性評價體系。

1）自然因子。主要選取了地形、水系和土地利用類型。由于察縣位于新疆西天山支脈烏孫山北麓、伊犁河以南遼闊的河谷盆地，地形分布復雜多變，且坡度較大的地區(qū)容易發(fā)生地質(zhì)災害，而地勢比較平坦的土地可以減少建設的工程量與經(jīng)濟投入。察縣不僅濱臨伊犁河，而且其所位于的天山山麓地帶縣內(nèi)有諸多冰川河流穿流，河流對居民點的建設不僅有關聯(lián)性，也存在水體污染等限制性。從古至今居民點大多依水而建，鄰近河流生產(chǎn)、生活方便快捷，但是隨著科技的發(fā)展，根據(jù)生態(tài)環(huán)境保護要求，居民點建設應該與河流保持距離。不同的土地利用類型影響到居民點整治規(guī)劃的便利性和可行性，一般在原農(nóng)村居民點上進行居民點整治投入低，且居民滿意度高；而對于已經(jīng)是城鎮(zhèn)及其他建設用地或冰川水域等地類，若拆遷改造進行居民點建設則成本高，難以實現(xiàn)。

2）社會因子。主要選取道路和城鎮(zhèn)極點緩沖區(qū)進行分析。交通的便利程度直接影響居民的生產(chǎn)和出行，進而影響到居民點的經(jīng)濟和生活水平。交通便捷度的衡量可以根據(jù)不同半徑緩存區(qū)來分析，以劃分不同的適應性等級，距離道路越近便捷度越高，其適應性越大。城鎮(zhèn)極點的分析根據(jù)是選取特定的極點，根據(jù)這些極點利用緩沖區(qū)分析，研究不同等級極點在不同緩存距離內(nèi)對居民點建設的影響分值大小。本研究選取已建成城鎮(zhèn)、斑塊面積大且位于眾多基礎村包圍的居民點為中心村以及中心村周圍的基礎村三種級別的極點，根據(jù)對不同等級的極點設定不同的緩沖區(qū)半徑，用于了解不同等級極點對居民點建設的影響度和適應性。

3）生態(tài)因子。選取那些對居民點整治具有限制性的因子。根據(jù)建設不破壞生態(tài)且保障基本農(nóng)田不被占用的前提，本研究選取基本農(nóng)田、生態(tài)保護區(qū)、人文景觀保護區(qū)等生態(tài)因子作為評價指標?；巨r(nóng)田作為保障國家糧食安全的特殊用地是不可建設區(qū)，故在基本農(nóng)田中禁止居民點的布局建設。生態(tài)保護區(qū)是為保護生態(tài)環(huán)境而設立的禁止建設區(qū)，且在保護區(qū)周圍一定區(qū)域內(nèi)要保證其生態(tài)的原始性，不易就近建設居民點。人文景觀保護區(qū)作為人類發(fā)展的瑰寶，應該傳承下去，故居民點的建設也應該遠離保護區(qū)，保證不破壞保護區(qū)的原始建設面貌。

3.3.2 指標量化方法 根據(jù)居民點人居適應性評價要求，需要將各指標因子劃分為不同的適應性等級，并對其賦予不同的分值，本研究將分值等級分為1～5分，適應性等級隨分值升高而上升。根據(jù)不同因子的適宜性分值劃分單因子適宜性等級圖。本研究在給不同因子賦值時，根據(jù)各因子分布指數(shù)并且結(jié)合相應的規(guī)程要求進行量化賦值。高程、坡度主要根據(jù)其分布指數(shù)高低進行賦值，將其分布指數(shù)大小劃分為5個等級，分布指數(shù)越高賦值越高。適應性影響因子中城鎮(zhèn)極點、道路、河流等的緩沖距離按照《水土保持技術規(guī)范》及相關研究[12-18]結(jié)合研究區(qū)實際情況進行賦值?？紤]到基本農(nóng)田和生態(tài)保護區(qū)的禁止建設性以及已建成城鎮(zhèn)建設用地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)村居名點的可行性與經(jīng)濟性，在對這些區(qū)域賦值時賦為空值。

在此基礎上根據(jù)察縣居民點分布現(xiàn)狀，結(jié)合專家及相關部門的意見，運用結(jié)構(gòu)熵權法確定不同等級指標權重與量化標準，見表1。

3.3.3 評價方法 本研究中人居適宜性主要采用多指標法通過累加各個因素的加權分值計算得出，其公式為：

式中，Rij為第ij個柵格人居適宜性的總分值； f（ij）r為第r個地理因子在第ij個柵格的分值；wr為第r個地理因子的相對權重，在ArcGIS當中對各單因子的分布圖進行疊加分析得到察縣人居綜合適宜度圖層，最后結(jié)合實際情況將察縣分為最適宜區(qū)、高度適宜區(qū)、中度適宜區(qū)、低度適宜區(qū)、不適宜區(qū)5個分區(qū)，繪制出地理因子的分級表。

3.4 居民點整治分區(qū)方法

農(nóng)村居民點的發(fā)展在一定程度上受到城鎮(zhèn)的影響，一般城鎮(zhèn)經(jīng)濟通過帶動區(qū)域居民收入的提高進而可以促進農(nóng)村居民點的發(fā)展，但一旦居民點受城鎮(zhèn)影響因子超過一定限度，將會制約居民點的進一步發(fā)展，使其不斷并入城鎮(zhèn)區(qū)或停止不前。因此在進行農(nóng)村居民點整治規(guī)劃時，要先將受城鎮(zhèn)影響大的居民點劃出，列為城鎮(zhèn)化區(qū)，不再進行居民點的整治遷并。本研究引入基于牛頓引力的負冪式引力模型，具體公式為：

式中，Iij為居民點j受到城鎮(zhèn)i的影響引力；Mi、Mj分別為城鎮(zhèn)i與居民點j的影響質(zhì)量；G為經(jīng)驗系數(shù)，本研究取1；r為城鎮(zhèn)i與居民點j的影響半徑；b為距離摩擦系數(shù)，本研究取2。

根據(jù)有關研究表明[19]，質(zhì)量M通常與聚落的規(guī)模、人口、收入有一定的聯(lián)系。本研究選取城鎮(zhèn)與居民點的建設用地規(guī)模、常住人口及經(jīng)濟收入為影響因子，通過熵權法結(jié)合有關專家意見確定質(zhì)量影響因子的權重（表2）。影響半徑取居民點與城鎮(zhèn)最近距離，其中將距離值為0的“城中村”直接劃分為城鎮(zhèn)化區(qū)。

根據(jù)城鎮(zhèn)影響引力計算結(jié)果與本次適宜性評價結(jié)果，將城鎮(zhèn)影響引力值通過量化，運用空間疊加頻率直方圖統(tǒng)計分析，以頻率突變點劃分等級，將受城鎮(zhèn)引力值最大等級的居民點劃為城鎮(zhèn)化區(qū)；將適宜性評價結(jié)果與城鎮(zhèn)影響引力進行疊加，將位于最適宜區(qū)、高度適宜區(qū)且城鎮(zhèn)影響引力相對較大的居民點劃為可以進行遷村并點的中心內(nèi)部改造區(qū)；將剩余的適宜性較低、城鎮(zhèn)影響引力較小的零星居民點劃為遷移并點區(qū)。

4 結(jié)果與分析

4.1 人居適宜性評價分析

結(jié)合察縣具體數(shù)據(jù)，將各個影響因子圖層按等級分類標準進行重分類，運用柵格運算及疊加分析各個影響因子適宜性等級圖，生成察縣適宜性分布圖，對適宜性圖進行重分類，計算各個等級的居民點分布指數(shù)（圖1）。由圖1可以看出，察縣農(nóng)村居民點最適宜區(qū)和高度適宜區(qū)主要分布在察縣南部靠近伊犁河較為平坦的地區(qū)，這里交通便利、河流密布并且距察縣縣城較近，利于居民點的建設，在察縣北部分布有少量最適宜和高度適宜區(qū)域，主要是這些地方雖然地勢較高，但冰川河流密布，利于居民的生活與生產(chǎn)；而中度適宜區(qū)主要分布于察縣中部地勢較為平緩的地區(qū)，這里主要地類為未利用草地等，且河流相對減少，對居民的生活和生產(chǎn)有一定的限制；低度適宜區(qū)主要分布在北部地勢陡峭的山區(qū)；不適宜建設區(qū)主要分布在伊犁河沿岸一些濕地灘涂等不利于建設的區(qū)域。運用分布指數(shù)法結(jié)合察縣農(nóng)村居民點分布現(xiàn)狀計算出各個適宜性等級的居民點分布指數(shù)（表3），可以看出察縣分布在最適宜區(qū)的居民點最多，其分布指數(shù)高達19.22，分布面積占整個縣農(nóng)村居民點的73.41%，但仍然有26.59%的居民點沒有達到最適宜建設的條件，需要進行優(yōu)化調(diào)整。

4.2 居民點整治分區(qū)分析

根據(jù)前述居民點整治分區(qū)方法，運用引力模型計算出城鎮(zhèn)對居民點的影響引力，結(jié)合ArcGIS 9.3的圖層重分類及疊加處理分析，得到察縣農(nóng)村居民點整治分區(qū)圖（圖2）。從圖2可以看出，城鎮(zhèn)化區(qū)主要集中在察縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)已建成的城鎮(zhèn)建設用地四周，其中納達齊牛錄鄉(xiāng)、堆依齊牛錄鄉(xiāng)所占比重較大，主要是因為這兩個鄉(xiāng)距離察縣中心城區(qū)較近，受到城鎮(zhèn)引力值較大；遷移并點區(qū)主要分布在察縣北部地勢較高的區(qū)域及南部沿伊犁河區(qū)域離散分布的居民點，建議這些離散的居民點以基礎村為遷并中心，并根據(jù)就近原則進行遷村并點整理，統(tǒng)籌內(nèi)部改造和城鎮(zhèn)化區(qū)，提高農(nóng)村居民點集約利用。按鄉(xiāng)鎮(zhèn)情況來看，孫扎齊牛錄鄉(xiāng)、托博種羊場這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)南部分布有大量草地，居民大多以放牧為主，故居民點分布較為零散，需要對規(guī)模較小且分散的居民點進行遷并整理，提高居民點土地集約利用率，改善居民生產(chǎn)生活水平；對于內(nèi)部改造區(qū)的居民點需要發(fā)揮城鎮(zhèn)集聚和中心村的牽引作用，兼顧遷并及內(nèi)部改造，加強基礎設施建設，實現(xiàn)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展。按鄉(xiāng)鎮(zhèn)情況來看，闊洪奇鄉(xiāng)、扎庫齊牛錄鄉(xiāng)需內(nèi)部改造的居民點較多，主要是因為這兩個鄉(xiāng)均位于中心城區(qū)東部，靠近伊犁河平坦的區(qū)域，居民點適宜性較高，中心城區(qū)可以影響帶動其中具有一定規(guī)模的居民點的發(fā)展，因此這些居民點可作為重點發(fā)展區(qū)及用于遷并的中心區(qū)域。

5 結(jié)論

本研究從察縣的自然、社會和生態(tài)三個方面對伊犁河谷農(nóng)村居民點進行適宜性分析，綜合運用分布指數(shù)法、GIS空間分析法和結(jié)構(gòu)熵權法實現(xiàn)了對察縣農(nóng)村居民點人居適宜性評價分級。通過分布指數(shù)法對適宜性分級結(jié)果進行分布指數(shù)分析，并結(jié)合引力模型對察縣已建成的農(nóng)村居民點進行整治規(guī)劃分區(qū)，得到如下結(jié)果：

1）地形起伏及多樣性與居民點的人居適宜性具有高度相關性。鄰大型水系發(fā)展的地區(qū)為保證生態(tài)環(huán)境的影響，要求距河流200 m以內(nèi)為禁止建設區(qū)，高程和坡度不僅會造成滑坡泥石流等自然災害，對居民點的建設成本等要求也比較高，而且復雜的地形不利于農(nóng)作物的種植，進而一定程度制約了居民點集約。由于察縣位于天山山麓，依伊犁河畔而居，其地型復雜多變，故本次自然因子的權重較社會與生態(tài)因子的權重大一些。

2）通過對適宜性分級結(jié)果進行分布指數(shù)分析，可知察縣73.41%的農(nóng)村居民點分布在最適宜區(qū)，19.04%的農(nóng)村居民點分布在高度適宜區(qū)，7.55%的居民點分布在中、低度適宜區(qū)，沒有居民點分布在不適宜建設區(qū)。

3）城鎮(zhèn)的建設與人居適宜性的高低直接影響著居民點整理規(guī)劃的布局和方向。居民點整治規(guī)劃與城鎮(zhèn)建設是一個時間同步、空間相連的相互作用，本研究依據(jù)城鎮(zhèn)影響引力的大小及適宜性分區(qū)結(jié)果確定了居民點城鎮(zhèn)化區(qū)、內(nèi)部改造區(qū)和遷移并點區(qū)。

通過對察縣農(nóng)村居民點進行適宜性評價并且通過評價結(jié)果對察縣初步整治分區(qū)，可以為察縣未來居民點的整治優(yōu)化提供科學依據(jù)。但居民點空間結(jié)構(gòu)的復雜多變及其眾多因子的相互影響會加大居民點適宜性與整治分區(qū)之間關系的復雜性；如何在居民點整治的過程中更好地體現(xiàn)不同村鎮(zhèn)整治意愿，以加大整體整治力度，提高整治水平，這方面的研究還需要在今后的研究中加強，以進一步完善農(nóng)村居民點的整治分區(qū)體系。

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