基于3S技術(shù)的開孔河流域人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)

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基于3S技術(shù)的開孔河流域人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)

阿依努爾·買買提1,2，玉米提·哈力克1※，娜斯曼·那斯?fàn)柖?

（1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆大學(xué)綠洲生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046；2. 中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所喀什研究中心，喀什844000）

該文以開孔河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，選擇地形地貌、氣候、水文、植被、土地利用/土地覆蓋等自然生態(tài)環(huán)境因子，運(yùn)用3S技術(shù)，在1 km×1 km的柵格尺度上，進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換、遙感解譯、信息提取與分析，定量定性地反映了開孔河流域人居環(huán)境適宜性的空間規(guī)模與分布特征。結(jié)果表明：1）開孔河流域的人居環(huán)境指數(shù)介于4.4～83.9 之間，人居環(huán)境適宜性從研究區(qū)中部平原區(qū)向西北天山高山區(qū)和東南塔克拉瑪干沙漠區(qū)逐漸遞減，研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)的人類生產(chǎn)活動(dòng)受到自然條件的約束與限制。2）根據(jù)適宜性指數(shù)的大小整個(gè)開孔河流域可分為高適宜區(qū)、適宜區(qū)、一般適宜區(qū)、不適宜區(qū)以及最不適宜區(qū)5個(gè)區(qū)域，其面積分別為124、2 456、2 526、23 104、46 301 km2，分別占全研究區(qū)面積的0.2%、3.3%、3.4%、31%、62.1%。3）高適宜區(qū)、適宜區(qū)與一般適宜區(qū)的面積總和占整個(gè)研究區(qū)總面積的6.9%，而研究區(qū)總?cè)丝诘?8.8% 居住在這6.9%區(qū)域內(nèi)。不適宜區(qū)與最不適宜區(qū)面積總和占研究區(qū)總面積的93.1%，總?cè)丝诘?.2%分布在這93.1%的區(qū)域內(nèi)。研究結(jié)果表明，開孔河流域自然環(huán)境極其惡劣，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相當(dāng)脆弱，大部分地區(qū)受到自然環(huán)境條件的制約。所以在今后的發(fā)展規(guī)劃當(dāng)中需要結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境情況與自然資源承載力，合理的進(jìn)行城市規(guī)劃與新農(nóng)村建設(shè)。

土地利用；遙感；模型；人居環(huán)境；適宜性評(píng)價(jià)；開孔河流域

0 引 言

人類居住環(huán)境是與人類聚居生活密切相關(guān)的、多學(xué)科交叉的、一個(gè)多層次的地表空間系統(tǒng)[1]。它是人類在生物圈中賴以生存的空間，是從事生產(chǎn)生活及繼續(xù)發(fā)展的地理空間基礎(chǔ)，是人類為自己的目的利用自然、依托自然、改造自然的主要場(chǎng)所，很早前就引起地理學(xué)者、生態(tài)環(huán)境學(xué)者以及社會(huì)學(xué)者的關(guān)注[2]?？傮w而言，人居環(huán)境是人類為自身居住所選擇的地域安排與布置，是自然條件與人類主觀能動(dòng)性相結(jié)合的結(jié)果，其主要目的是滿足人類生存與發(fā)展的需求[3]。目前人居環(huán)境的研究日益成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)，其主要包括自然生態(tài)環(huán)境、人類與文化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、居住條件、建筑支撐五大系統(tǒng)。由空間尺度可劃分為全球、區(qū)域、城市、社區(qū)與建筑等5大層面[4]。人居環(huán)境研究方面，國(guó)外人居環(huán)境研究的起步于20世紀(jì)30年代，目前已進(jìn)入旺盛期，主要代表學(xué)者霍華德（Howard），其主要研究人類與環(huán)境的關(guān)系、人居環(huán)境的質(zhì)量變化和其驅(qū)動(dòng)力以及人類居住與地區(qū)的關(guān)系[5]。另外，國(guó)外的地理學(xué)和生態(tài)學(xué)派從人地關(guān)系出發(fā)研究人類活動(dòng)、人類居住的空間結(jié)構(gòu)和地理環(huán)境的相互作用[6]。雖然國(guó)內(nèi)人居環(huán)境研究的起步較晚，但發(fā)展迅速，近幾十年來，國(guó)內(nèi)的建筑學(xué)家、城市規(guī)劃學(xué)者、地理學(xué)者、生態(tài)學(xué)者以及社會(huì)學(xué)者由不同角度出發(fā)探討了人居環(huán)境的建設(shè)與質(zhì)量問題。其中，地理學(xué)者對(duì)人居環(huán)境的研究主要是從自然角度出發(fā)，綜合系統(tǒng)地研究人居環(huán)境的選擇地與適宜規(guī)模，如郝慧梅等[7-10]分別對(duì)人居環(huán)境氣候適宜性、人居環(huán)境地形適宜性、人居自然適宜性及人口分布進(jìn)行研究。但是，目前人居環(huán)境適宜性研究的視野和對(duì)象主要集中在城市，而以山區(qū)-綠洲-沙漠等干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的特殊地理環(huán)境為研究對(duì)象，以3S技術(shù)為技術(shù)手段，開展研究的比較少，尤其是中國(guó)西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域地區(qū)的人居環(huán)境方面的研究還尚缺。干旱區(qū)河流生態(tài)環(huán)境與其他發(fā)達(dá)地區(qū)不同，人與自然環(huán)境的密切關(guān)系更為突出。自然環(huán)境作為人類生存和發(fā)展的空間基礎(chǔ)，是決定人類生存和發(fā)展的關(guān)鍵因素，同時(shí)，干旱區(qū)環(huán)境本身具有的不穩(wěn)定性、脆弱性和自然資源的有限性決定了它的生態(tài)環(huán)境承載能力與發(fā)展?jié)撃?。開孔河流域位于中國(guó)新疆塔里木盆地東北緣，北以天山山脈南麓為界、南以塔克拉瑪干沙漠為界[11]。由于開孔河流域處在山脈—河流—綠洲—湖泊—沙漠這樣復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)造中，自然條件特殊，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，人地關(guān)系矛盾突出，這些矛盾直接制約和影響開孔河流域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。該地區(qū)人類生存和發(fā)展的地理空間主要分布于開都河下游與孔雀河上游生成的綠洲內(nèi)[12]。近幾年來，在人口不斷增長(zhǎng)及研究區(qū)有限的自然資源和脆弱的生態(tài)環(huán)境背景下，人類活動(dòng)的干擾已超過該地區(qū)自然資源承載力，因而出現(xiàn)一些不可修復(fù)的嚴(yán)重生態(tài)環(huán)境問題[13-14]，這些環(huán)境問題直接或間接地加速了開孔河流域人居環(huán)境的逐年變遷。因此，本文利用3S技術(shù)的空間分析功能，分析開孔河流域人居環(huán)境空間分布格局和特點(diǎn)，并運(yùn)用實(shí)地采樣點(diǎn)方法對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。筆者希望通過對(duì)開孔河流域人居環(huán)境適宜性現(xiàn)狀的評(píng)價(jià)闡述，為當(dāng)?shù)貨Q策者在研究區(qū)土地規(guī)劃、水土資源開發(fā)、城市規(guī)劃、居民點(diǎn)設(shè)計(jì)、農(nóng)業(yè)發(fā)展以及生態(tài)建設(shè)等方面提供科學(xué)參考，這將對(duì)未來開孔河流域人類生存與發(fā)展、自然環(huán)境與社會(huì)環(huán)境之間保持協(xié)調(diào)關(guān)系、維持該地區(qū)人居環(huán)境社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)概況

開都—孔雀河流域（簡(jiǎn)稱開孔河流域）位于中國(guó)新疆維吾爾自治區(qū)巴州境內(nèi)，北鄰天山南麓，南鄰塔克拉瑪干沙漠北緣。地理位置界于82°57′～90°39′E，40°25′～43°21′N之間。該流域主要由開都河流域、博斯騰湖與孔雀河流域組成。博斯騰湖濕地區(qū)既是開都河的歸宿區(qū)，又是孔雀河的發(fā)源區(qū)，為2個(gè)河流的“調(diào)節(jié)水庫”，是開孔河流域的核心區(qū)，因此，人們通常也將開孔河流域稱為博斯騰湖流域[15]。該流域總面積7.45×104km2，占巴州總面積的16.1%，其中山區(qū)面積3.44×104km2，占流域面積的44.68%，平原區(qū)面積4.26×104km2，占流域面積的55.32%[16]。開孔河流域的行政區(qū)包括焉耆縣、和碩縣、和靜縣、尉犁縣、博湖縣和庫爾勒市5縣1市以及農(nóng)二師10個(gè)農(nóng)業(yè)團(tuán)場(chǎng)，具體范圍與位置如圖1所示。

2 指標(biāo)體系的選擇與數(shù)據(jù)來源

2.1 指標(biāo)體系的選擇

開孔河流域上游是高山為主的山脈區(qū)，氣溫較低、降水量豐富，中部是圍繞河流發(fā)育的綠洲盆地，降水量較少，蒸發(fā)量大，下游是沙塵日數(shù)最多、最集中的沙漠區(qū)[17]。開孔河流域地形復(fù)雜，降水總量少、蒸發(fā)量大、年際降水量分布不均、植被覆蓋差別大、地上水與地下水資源貧乏、河流季節(jié)性變率大，加之，人類對(duì)水土的不合理開發(fā)，不僅影響當(dāng)?shù)刈匀毁Y源的利用與開發(fā)，更是約束干旱區(qū)人居環(huán)境的選擇與發(fā)展[18]。在干旱區(qū)河流、水庫以及湖泊的分布決定了耕地與建設(shè)用地的分布，而耕地與建設(shè)用地的布局決定了人類居住地的選擇[19]。本文在前人（封志明等[20-21]、唐焰等[9]、魏偉等[3]）所選評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)本研究區(qū)的自然情況，增加土地利用/土地覆蓋作為適宜指數(shù)模型評(píng)價(jià)因子之一，構(gòu)建開孔河流域人居環(huán)境指數(shù)（HEI, human environment index）模型。具體指標(biāo)體系見表1。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)與指標(biāo)含義

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究所用的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)來源以及研究方案如下圖所示，圖2。

3 研究方法

3.1地形起伏度指數(shù)模型

地形條件直接或間接地影響人類居住地的選擇和發(fā)展以及土地利用方式和質(zhì)量的優(yōu)劣[22]。本研究中為表征地形地貌特征及其對(duì)人居環(huán)境的影響程度，采用封志明等[20]與魏偉等[3,20]提出的地形起伏度指數(shù)模型 RDLS（公式1）計(jì)算得到地形起伏指數(shù)圖（圖3a）。

RDLS={[max–min]×[1–()/]}/500 （1）

式中RDLS為地形起伏度，max和min分別為區(qū)域內(nèi)最高與最低海拔，m；()為區(qū)域內(nèi)的平地面積，km2；本文中參考Feng等[21]的研究結(jié)果與專家打分法，把坡度小于5°的區(qū)域確定為平地；為區(qū)域總面積，km2。

3.2 植被指數(shù)模型

土壤和水分的變化、地表徑流變化、全球與局部氣候變化等自然現(xiàn)象和生態(tài)過程的演變引起植被覆蓋的變化[23]。植被覆蓋狀況較好地反映某個(gè)區(qū)域地下水、地表水，土壤生產(chǎn)肥力等與人類生存發(fā)展直接相關(guān)的自然因素的分布情況[24]，同時(shí)還影響著與居住環(huán)境有關(guān)的水熱、大氣等的變化。在各種植被指數(shù)中，歸一化植被指數(shù)（NDVI）能夠較準(zhǔn)確地反映植物特征[25]。因此本文采用歸一化植被指數(shù)（NDVI）模型來反映植被覆蓋狀況，公式如下

NDVI=(NIR)/(NIR) （2）

式中NIR為MODIS的近紅外波段反射率值，為近紅外波段反射率值，計(jì)算出NDVI值后，標(biāo)準(zhǔn)化后為0～100。

3.3 溫濕指數(shù)模型

溫濕指數(shù)（THI）最早是由俄國(guó)學(xué)者提出的，其考慮了溫度和濕度等氣象要素對(duì)人體的綜合作用[26]，是從氣象學(xué)的角度來評(píng)價(jià)人體在各種氣候環(huán)境條件下的舒適度。干旱區(qū)流域具有獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境特征，近幾十年來隨著全球氣候的變化，其氣候變化也尤為突出[27]。因此，本文中將溫濕指數(shù)THI作為人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)研究的重要指標(biāo)，其計(jì)算公式為

THI=T?0.55(1?)(1.8?26) （3）

式中，THI為溫濕指數(shù)，為月平均氣溫，℃，是月平均空氣相對(duì)濕度，%。

3.4 水文指數(shù)模型

干旱區(qū)本身水資源儲(chǔ)量短缺，降水量稀少，蒸發(fā)量大，空氣極為干燥，然而干旱區(qū)水資源量直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、土壤水含量、植被生長(zhǎng)趨勢(shì)以及日常生活條件，對(duì)維持區(qū)域內(nèi)基本人居環(huán)境具有至關(guān)重要的作用。同時(shí)，水資源對(duì)干旱區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要支撐作用。因此，對(duì)水文條件的評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)作為干旱區(qū)人居環(huán)境研究的重要構(gòu)成部分。本文采用封志明等[20]提出的水文指數(shù)模型WRI（公式 4）計(jì)算水文指數(shù)分布

WRI=·+·（4）

式中WRI為水文指數(shù)；為年均降水量；為歸一化的水域面積（最大值為100，最小值為0）；和分別為年均降水量與水域面積比例的權(quán)重（本文中的水域面積由Landsat 8遙感數(shù)據(jù)運(yùn)用歸一化水體指數(shù)方法提取獲得）。參考郝慧梅等[7]的研究結(jié)果，取值為0.81，取值為0.22。

3.5 土地利用適宜性指數(shù)模型

土地利用適宜性指數(shù)衡量了人類依靠生存的土地基礎(chǔ)資源，是估量農(nóng)業(yè)、工業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)發(fā)展的基本生產(chǎn)資料的重要指標(biāo)，以及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究中的重要評(píng)價(jià)因素[28-29]。城鎮(zhèn)依托農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜牧業(yè)、交通條件、林業(yè)等對(duì)土地利用的空間布局產(chǎn)生重要影響，并在人類意識(shí)的驅(qū)使下，這些因素與土地利用結(jié)構(gòu)之間存在較強(qiáng)的空間耦合關(guān)系[30]。此外，不同土地利用類型體現(xiàn)了人類對(duì)土地資源的投資、建設(shè)及開發(fā)的強(qiáng)弱程度，因此可以確定土地利用適宜指數(shù)是確定人居環(huán)境適宜性的關(guān)鍵因子之一。

LUSI=（5）

式中(=l,2,…,)表示評(píng)價(jià)土地類型的關(guān)聯(lián)函數(shù)值；W為土地利用類型權(quán)重值，本研究中得到土地利用類型權(quán)重參考李曉東等[31]研究的權(quán)重值。計(jì)算結(jié)果中，LUSI值范圍是0～100，據(jù)LUSI 的分值可判定評(píng)價(jià)土地類型的適宜性等級(jí)，LUSI分值越大，說明越適宜。當(dāng)LUSI=100時(shí)，說明評(píng)價(jià)單元各指標(biāo)均達(dá)到理想狀態(tài)，當(dāng)LUSI=0時(shí)評(píng)價(jià)土地類型為不適宜。

4 開孔河流域人居環(huán)境評(píng)價(jià)模型的建立與權(quán)重的確定

4.1 開孔河流域人居環(huán)境評(píng)價(jià)模型的建立

人居環(huán)境指數(shù)HEI(human settlements environment index) 模型能夠較好地反映人類居住環(huán)境質(zhì)量與區(qū)域局限性特征，對(duì)區(qū)域人類居住布局、生態(tài)文明建設(shè)以及資源可持續(xù)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義[3]。本文在地形地貌、植被覆蓋、氣候、水文、土地利用/土地覆蓋等單因子自然適宜程度評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，考慮研究區(qū)脆弱的自然條件，對(duì)封志明等[20]提出的“基于GIS的中國(guó)人居環(huán)境指數(shù)模型”改進(jìn)，建立了開孔河流域人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)模型。該模型由地形起伏度指數(shù)模型、植被指數(shù)模型、溫濕指數(shù)模型、水文指數(shù)模型以及土地利用適宜指數(shù)模型等五大指數(shù)模型構(gòu)成，表征了開孔河流域人居環(huán)境的適宜程度。HEI 計(jì)算公式如下

HEI=NRDLS+NNDVI+NTHI+NWRI+NLUSI（6）

式中HEI為人居環(huán)境適宜性指數(shù)，NRDLS為標(biāo)準(zhǔn)化地形起伏度指數(shù)，NNDVI為標(biāo)準(zhǔn)化植被指數(shù)，NTHI為標(biāo)準(zhǔn)化溫濕指數(shù)，NWRI為標(biāo)準(zhǔn)化水文指數(shù)，NLUSI為標(biāo)準(zhǔn)化土地利用適宜指數(shù)，分別為地形起伏度指數(shù)、植被指數(shù)、溫濕指數(shù)、水文指數(shù)、土地利用適宜指數(shù)對(duì)應(yīng)的權(quán)重。本文在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化過程中使用的是最小，最大標(biāo)準(zhǔn)化的方法[32]，具體標(biāo)準(zhǔn)化公式如下

=(X?Xmin)/(Xmax?Xmin)×100 （7）

式中是某個(gè)評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)化值；X是某個(gè)評(píng)價(jià)因子原始數(shù)值；Xmin是所有數(shù)據(jù)中該評(píng)價(jià)因素的最小原始值；Xmax是所有數(shù)據(jù)中該評(píng)價(jià)因素的最大原始值。

4.2 開孔河流域人居環(huán)境指標(biāo)權(quán)重的確定

考慮到各評(píng)價(jià)因子對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)影響程度的差異性，本文中對(duì)5大單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)與人口分布進(jìn)行相關(guān)性分析，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)與人口分布的相關(guān)系數(shù)占該區(qū)相關(guān)系數(shù)總和的比例確定了各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重[33-34]。根據(jù)表2的相關(guān)系數(shù)結(jié)果表計(jì)算的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.2、0.2、0.1、0.2、0.4，其中土地利用適宜性指數(shù)的權(quán)重最大，而溫濕指數(shù)的權(quán)重最小。

表2 人口分布與各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)及權(quán)重

5 干旱區(qū)流域人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

5.1 人居環(huán)境適宜性空間布局

為進(jìn)一步分析開孔河流域人居環(huán)境適宜性分布特征，本文運(yùn)用ArcGIS10.0軟件的空間分析功能對(duì)上述HEI模型結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)描述。根據(jù)HEI模型結(jié)果的高低以及相應(yīng)的各單項(xiàng)指標(biāo)的特征值，結(jié)合研究區(qū)實(shí)地調(diào)查與研究組專家討論評(píng)價(jià)，并參考中國(guó)人居環(huán)境自然適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[20]，對(duì)HEI模型結(jié)果進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，將開孔河人居環(huán)境的適宜程度劃分為高適宜區(qū)、適宜區(qū)、一般適宜區(qū)、不適宜區(qū)、最不適宜區(qū)（圖4）。

高適宜區(qū)：人居環(huán)境指數(shù)值范圍為65.17～83.9，是開孔河流域人居環(huán)境適宜性最高的區(qū)域，各類自然因素的相互組合非常好，最適合人類生存與從事生產(chǎn)活動(dòng)。其主要分布在孔雀河上游形成的綠洲內(nèi)，研究區(qū)內(nèi)庫爾勒市的大部分地區(qū)屬于高適宜區(qū)。該區(qū)所占土地面積為124 km2，占整個(gè)開孔河流域面積的0.2%，雖然占比最少，但是人口密度最大。高適宜區(qū)屬于亞洲大陸干旱氣候區(qū)，平均海拔低，地形較平緩、植被覆蓋度好、溫濕度較高、水資源豐富，土地利用土地覆蓋類型主要由耕地與建設(shè)用地組成。因此，高適宜區(qū)的經(jīng)濟(jì)狀況在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)處在“墻頭堡”的地位，是本研究區(qū)中最理想的人類居住區(qū)域。

適宜區(qū)：人居環(huán)境指數(shù)值范圍為50.3～65.03，該區(qū)自然條件好，適合人類的生存與居住。主要分布在研究區(qū)中部的平原區(qū)，恰為焉耆縣、博湖縣、和靜縣、和碩縣和尉犁縣5縣的接壤區(qū)。土地面積為2 456 km2，占研究區(qū)總面積的3.3%，該區(qū)是開孔河流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)次發(fā)達(dá)的區(qū)域，為人口較集中的地區(qū)。

一般適宜區(qū)：人居環(huán)境指數(shù)值為35～50.3。該區(qū)自然因素的限制作用較小，如能遵循當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境規(guī)律，進(jìn)行科學(xué)合理的開發(fā)，有較好的開發(fā)和發(fā)展?jié)摿?。該區(qū)主要分布在“適宜區(qū)”周圍。其土地面積為2 526 km2，占研究區(qū)面積的3.4%，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平中等，人口密度較大。一般適宜區(qū)屬于臨界適宜區(qū)，主要分布在綠洲和荒漠之間的交錯(cuò)帶和山前盆地，地形海拔較低、降水量稀少、水資源相對(duì)欠缺。若能將生態(tài)環(huán)境保護(hù)放在首位，遵循當(dāng)?shù)氐淖匀话l(fā)展規(guī)律，進(jìn)行合理的開發(fā)利用，這些區(qū)域變成適宜區(qū)的可能性將大大提高，也會(huì)具有較大的開發(fā)潛力；反之，由于生態(tài)環(huán)境的脆弱性，自然條件將繼續(xù)惡化，變成不適宜區(qū)。

不適宜區(qū)：人居環(huán)境指數(shù)值范圍為23.5～35，很大程度上受地形、氣候、水文的影響，基本沒有開發(fā)潛力。其主要分布在研究區(qū)的西北高山區(qū)，即和靜縣西北部。土地面積為23 104 km2，占研究區(qū)面積的31%，經(jīng)濟(jì)水平低，人口密度極小，不適合人類的生存與發(fā)展。該地區(qū)主要包括高海拔的高山區(qū)，高山是開都河流域的發(fā)源區(qū)，雖然降水量多，植被覆蓋豐富，但是復(fù)雜的地形與低溫條件是限制人類生存生產(chǎn)的主要因素。

最不適宜區(qū)：適宜性指數(shù)值范圍為4.4～23.5，沒有適宜人類生存和發(fā)展的自然條件，不宜開發(fā)，且生態(tài)環(huán)境非常脆弱，在很大的程度上受到氣候與水文等自然因素的限制，主要分布于東南部沙漠區(qū)與博斯騰湖大湖區(qū)，即尉犁縣東南部與博湖縣東部。土地面積為46 301 km2，占研究區(qū)面積的62.1%。在東南部沙漠區(qū)，氣候干燥，大部分地區(qū)降水量不足10 mm，蒸發(fā)量比降水量大幾倍、地表水系稀疏甚至沒有固定的地表水資源，地表植被極其稀少。因此可以確定，在該地區(qū)，地形地貌、植被覆蓋、氣候、水資源等自然因素狀況均不利于人類居住。

5.2 開孔河流域人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果檢驗(yàn)

為驗(yàn)證研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文在開孔河流域人居環(huán)境指數(shù)分布特征分析的基礎(chǔ)上，以1 km×1 km柵格尺度為標(biāo)準(zhǔn)定量分析開孔河流域人居環(huán)境適宜性模型結(jié)果與人口和GDP空間分布的相關(guān)性。人口密度與經(jīng)濟(jì)水平體現(xiàn)了區(qū)域自然環(huán)境的利用程度和該區(qū)域的社會(huì)發(fā)展水平，是一個(gè)檢驗(yàn)人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果的綜合性指標(biāo)[3]。人居環(huán)境適宜性模型結(jié)果與人口和GDP分布的相關(guān)性的高低反映了人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性[35]。

該文的結(jié)果檢驗(yàn)步驟如下，首先利用2010年的人口與GDP分布的柵格數(shù)據(jù)，通過均勻生長(zhǎng)模型[36]，對(duì)照2015年和2010年研究區(qū)人口與GDP數(shù)據(jù)，計(jì)算出人口與GDP數(shù)據(jù)增長(zhǎng)率，以此乘以2010年人口與GDP分布柵格數(shù)據(jù)層，獲得2015年開孔河流域人口與GDP分布柵格數(shù)據(jù)層；然后，利用ArcGIS10.0軟件將人居環(huán)境適宜性模型結(jié)果圖層與2015年開孔河流域人口與GDP分布柵格數(shù)據(jù)層進(jìn)行匹配，并對(duì)它們進(jìn)行疊加分析，分別計(jì)算出各級(jí)適宜區(qū)內(nèi)的人口與GDP密度數(shù)據(jù)層，如圖5所示；最后，經(jīng)1 983個(gè)不同適宜區(qū)的居民點(diǎn)抽樣調(diào)查，對(duì)人居環(huán)境適宜性模型結(jié)果與當(dāng)前人類活動(dòng)居住的采樣地進(jìn)行比較。檢驗(yàn)結(jié)果表明，1 983個(gè)居民點(diǎn)的900多個(gè)居民點(diǎn)在高適宜區(qū)，且此區(qū)的人口密度超過390人/km2；1 000多個(gè)居民點(diǎn)聚住于適宜與中適宜區(qū)，且此區(qū)域的最大人口密度達(dá)到270人/km2，而不適宜區(qū)與最不適宜區(qū)內(nèi)的居民點(diǎn)不到10人/km2。開孔河流域人居環(huán)境指數(shù)與人口、GDP密度之間存在著較高的相關(guān)關(guān)系，且它們的2分別為0.853 2，0.918（圖6）。表明人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果基本與研究區(qū)實(shí)際狀況相符，研究區(qū)大部分人口與他們的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)都集中分布于人居環(huán)境指數(shù)高與較高的高適宜區(qū)、適宜區(qū)與一般適宜區(qū)（表3），具體體現(xiàn)在：

a. 2015年開孔河流域人口分布

a. Population distribution of Kai-Kong River Basin in 2015

a.人居環(huán)境指數(shù)與人口密度關(guān)系

a. Relationship between human environment index and population density

表3 開孔河流域人居環(huán)境然適宜性評(píng)價(jià)

1）高適宜區(qū)（人居環(huán)境指數(shù)65.03～83.9）面積占研究區(qū)面積的0.2%，而總?cè)丝诘?.8%聚居于此，是開孔河流域人口密度最高的區(qū)域，平均人口密度為393.86人/km2，主要包括庫爾勒市的大部分地區(qū)。2）適宜區(qū)與一般適宜區(qū)（人居環(huán)境指數(shù)35～65.03）面積占研究區(qū)面積的6.7%，而相應(yīng)的人口比例占總?cè)丝诘?4%，人口密度為111.22～269.61人/km2，主要包括和靜、焉耆、博湖、和碩、尉犁縣的接壤區(qū)。3）不適宜與最不適宜區(qū)（人居環(huán)境指數(shù)4.4～35），面積占研究區(qū)面積的93.1%，但相應(yīng)聚居人口比例僅為1.2%，人口密度小于0.6人/km2，主要為研究區(qū)西北部的高山寒冷區(qū)和東南部的沙漠無人區(qū)，該區(qū)受地形、水文、氣候等自然因素的影響，人口吸納潛力較弱，地廣人稀。整體而言，隨著人居環(huán)境指數(shù)的增加，人口密度逐漸增加，研究結(jié)果符合研究區(qū)人口分布的實(shí)際情況。

6 結(jié) 論

本文中，在地形地貌、氣候、水文、植被、土地利用/土地覆蓋等自然生態(tài)環(huán)境因子5個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)分析基礎(chǔ)上，利用3S技術(shù)，建立人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)模型，對(duì)開孔河流域人居環(huán)境適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，得出如下結(jié)論：

1）人居環(huán)境適宜性從研究區(qū)中部平原區(qū)向西北天山高山區(qū)和東南塔克拉瑪干沙漠區(qū)逐漸遞減。其中，根據(jù)適宜性指數(shù)的大小整個(gè)開孔河流域可分為高適宜區(qū)、適宜區(qū)、一般適宜區(qū)、不適宜區(qū)以及最不適宜區(qū)5個(gè)區(qū)域，其面積分別為124、2 456、2 526、23 104、46 301 km2，分別占全研究區(qū)面積的0.2%、3.3%、3.4%、31%、62.1%。

2）根據(jù)研究區(qū)人居環(huán)境適宜性分析可知，屬于高適宜區(qū)的地區(qū)只占整個(gè)研究區(qū)土地面積的0.2%，而人口占研究區(qū)總?cè)丝诘?.8%。從全區(qū)來看，研究區(qū)人居環(huán)境適宜性較差。其中，西北高山區(qū)與東南沙漠區(qū)由于自然環(huán)境的限制性，不適宜人類的生存與發(fā)展，而該區(qū)域占研究區(qū)面積的93.1%，人口占研究區(qū)總?cè)丝诘?.2%。表明開孔河流域的大部分地區(qū)受到自然環(huán)境條件的制約。

3）從各評(píng)價(jià)因素與開孔河流域人居環(huán)境指數(shù)相關(guān)性以及權(quán)重大小可知，人口空間分布和各評(píng)價(jià)因素的相關(guān)程度依次為土地利用>水文因素>地形起伏度>植被覆蓋>溫濕度。由此可知，人口分布與土地利用的相關(guān)性最高。對(duì)于開孔河流域這樣典型的干旱區(qū)內(nèi)陸河流域而言，土地利用分布對(duì)此區(qū)人類活動(dòng)的空間分布和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的作用。

4）由開孔河流域人居環(huán)境適宜性結(jié)果檢驗(yàn)可知，該區(qū)域人居環(huán)境指數(shù)與當(dāng)前人口和GDP密度柵格數(shù)據(jù)層之間存在較好的正相關(guān)性，決定系數(shù)分別為0.853 2，0.918。表明，本文所構(gòu)建的人居環(huán)境適宜性空間格局較合理，能夠較好地定量反映開孔河流域的人居環(huán)境的現(xiàn)狀。

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Suitability evaluation of living environment in Kai-Kong River Basin based on 3S

Aynur Mamat1,2, ümüt Halik1, Nasima Nasirdin1

(1.830046,;2.844000,)

With the rapid economic and social development, more and more concerns are on the survival of their own settlement environment. Human settlement environment is not only the basic space of human existence and activities, but also the concentrated expression of human civilization. In this paper, the Human Settlements Environment Index (HEI) model was built to evaluate the environmental suitability for human settlements in Kai-Kong River Basin, using the selected relief degree index, vegetation index, humidity index, hydrology index, and land use evaluation index, with the grid scale of 1 km×1 km. Through applying spatial analysis technique of ArcGIS software including spatial overlay analysis and density analysis，the spatial situation of human settlement environment suitability and spatial pattern for human living environment in Kai-Kong River Basin were systematically summarized and established .The results showed that the index of nature suitability for human settlement in the Kai-Kong River Basin was between 4.4 and 83.9. According to the correlation between the human distribution and the human environment index the human settlement environment in Kai-Kong river divided into five region, they are high suitable region, suitable region, general suitable region, unsuitable region and least suitable region. In general, suitability for human living environment decreased from middle plain areas to Tianshan mountain areas in the northwest and Taklimakan desert areas in the southeast．In the study area，the high suitable region was mainly distributed in Korla city, which accounted for about 124 km2, 0.2% of the total area of the study region. Suitable region was mainly distributed in bordering area of Bohu, Hejing, Heshuo, Yanji and Yuli county, which accounted for about 2 456 km2, 3.3% of the total area of the study region. General suitable region was mainly distributed in around the suitable region, which accounted for about 2 526 km2, 3.4% of the total area, this area was mainly located in the intersecting zone, so that it has a great potential for development. The unsuitable region was mainly distributed in upper stream of Kai-Kong River Basin which covered by snow and accounted for about 23 104 km2, 31% of the total area. The least suitable region was mainly distributed southwest part of the study area, this area was mainly composed by desert that characterized with high temperature, high evaporation, low precipitation and low vegetation cover, not suitable for human living and development, and it constitutes the largest parts of the whole study area, which accounted for about 46 301 km2, 62.1% of the total area. High Suitable regions and suitable regions for human living were distributed mainly around Kai-Kong River connecting region in the form of ribbons and batches. The high suitable region, suitable region and general suitable region accounted for 6.9% the total area of study region, and 98.8% of the total population in this area. Unsuitable region and the least suitable region accounts for 93.1% of the total study area, and only 1.2% of the total population distribution in this region. Results also indicated that the geographical environment of the study area is rather fragile. Therefore, it is not suitable for increasing population and conducting irrational land development activities in the Kai-Kong Rivers Basin. Spatial distribution of population was influenced and controlled by severe environmental conditions, such as the constantly expanding of deserts, the high terrains, and the complicated climate as well as the lack of hydrological conditions. Irrational agricultural production activities and slow economic growth was also the huge obstacles of suitability for human living environment in the Kai-Kong River Basin. According to these problems and various planning，it can be suggested that some of the residential areas are needed to relocate, in order to improve situation of residential environment.

land use; remote sensing; models; living environment;; suitability evaluation; Kai-Kong River Basin

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.035

TP79

A

1002-6819(2017)-09-0268-08

2016-09-28

2017-04-15

自治區(qū)研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃科研創(chuàng)新項(xiàng)目（XJGRI2014021）；中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（31360200，31270742）與德國(guó)大眾EcoCAR基金項(xiàng)目（Az.: 88497）聯(lián)合資助

阿依努爾·買買提，女，新疆喀什人，博士生，主要從事干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境研究。烏魯木齊新疆大學(xué)干綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，830046。Email：ayinuer@ceode.ac.cn

玉米提·哈力克，男，新疆阿克蘇人，新疆大學(xué)教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境研究。烏魯木齊新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，830046，Email：halik@xju.edu.cn

阿依努爾·買買提，玉米提·哈力克，娜斯曼·那斯?fàn)柖? 基于3S技術(shù)的開孔河流域人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(9)：268－275. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.035 http://www.tcsae.org

Aynur Mamat, ümüt Halik, Nasima Nasirdin. Suitability evaluation of living environment in Kai-Kong River Basin based on 3S[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(9): 268－275. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.035 http://www.tcsae.org