基于GIS的吉林省東遼縣鄉(xiāng)村聚落空間分布特征研究

呂 靜，田志朋

(吉林建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，長春 130118)

0 引言

鄉(xiāng)村聚落是一種以農(nóng)業(yè)人口聚居為主要特點的人類聚落方式，其分布空間、分布特點體現(xiàn)了在不同生產(chǎn)力水平下人類生產(chǎn)、生活及其與周圍環(huán)境的關(guān)系[1]。鄉(xiāng)村聚落的分布受到社會人文因素和自然因素的影響，自然因素是影響鄉(xiāng)村聚落空間分布的基礎(chǔ)[2]，其中地形地貌、河流水系是對鄉(xiāng)村聚落空間分布的兩個最主要因素。

東遼縣位于吉林省中南部，是東北重要水系遼河的發(fā)源地之一，東遼河貫穿全境，是遼河流域的重要組成部分。其境內(nèi)地形涵蓋了平原、丘陵、山地和河谷。豐富的水資源和地形類別可以為研究自然因素對鄉(xiāng)村聚落分布的影響提供良好的樣本，進(jìn)而可以以點帶面，對整個遼河流域內(nèi)鄉(xiāng)村聚落的研究起到啟發(fā)作用，也是對河源地鄉(xiāng)村聚落分布研究的一次有意義的嘗試。同時，東遼縣人居歷史悠久，據(jù)考古研究，早在新石器時代，就有人類在此居住、繁衍生息。長期的生活繁衍使東遼縣境內(nèi)聚落形成了穩(wěn)定的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，也形成了豐富的聚落特征和文化，對該區(qū)域鄉(xiāng)村聚落的研究具有較強的典型性，是整個遼河流域鄉(xiāng)村聚落空間演變研究的一個組成部分，具有重要意義。

1 研究區(qū)域概況

東遼縣位于吉林省中南部，東遼河上游。地理坐標(biāo)為124°50′至125°35′13″，北緯42°36′50″至43°13′36″之間，東西寬61 km，南北長68.2 km。東和東南與東豐縣接壤，西和西南與遼寧省西豐縣毗鄰，北靠伊通縣、隔二龍湖與梨樹縣相望[3]。地處半濕潤中溫帶大陸性氣候區(qū)，四季分明，雨熱同期。春季干燥而且多風(fēng)，夏季炎熱時常伴有降雨，秋季涼爽潮濕，冬季低溫嚴(yán)寒。

東遼縣屬于吉林省遼源市下轄縣，共轄有9個鎮(zhèn)、4個鄉(xiāng)，分別是白泉鎮(zhèn)、安石鎮(zhèn)、泉太鎮(zhèn)、遼河源鎮(zhèn)、建安鎮(zhèn)、云頂鎮(zhèn)、安恕鎮(zhèn)、平崗鎮(zhèn)、凌云鄉(xiāng)、甲山鄉(xiāng)、足民鄉(xiāng)、金州鄉(xiāng)(如圖1)。234個行政村，全縣鄉(xiāng)村人口280 071人[4]。為保證研究的全面性和完整性，本文以東遼縣全境為研究對象(不包括遼源市西安區(qū)和龍山區(qū))，包含所有9個鎮(zhèn)、4個鄉(xiāng)所轄范圍及鄉(xiāng)村聚落?？傃芯棵娣e為2 186.1 km2。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所采用的數(shù)據(jù)主要來自于地理空間數(shù)據(jù)云下載的Landsat8 oli衛(wèi)星遙感影像，拍攝日期為2017年4月2日，軌道號為118/30，云量為0.18%。高程數(shù)據(jù)同樣來自于中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云，為30 m分辨率的2017年DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)。東遼縣的行政區(qū)劃來源于BIGEMAP地圖下載器，并且經(jīng)過地理坐標(biāo)配準(zhǔn)后提取。

圖1 東遼縣行政區(qū)劃圖

2.2 研究方法

我們對獲取的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了必要的預(yù)處理，首先選擇754波段組合的Landsat8 oli衛(wèi)星遙感影像，以更好地突出人工建筑的波段特征，然后，將其與8波段全色波段進(jìn)行融合，獲得分辨率為15 m的遙感影像圖。隨后，按照東遼縣區(qū)劃對遙感影像圖進(jìn)行裁剪，獲得研究區(qū)域遙感影像。最后，運用監(jiān)督分類和人工解譯的方法對遙感影像地物進(jìn)行分類，從而提取出鄉(xiāng)村聚落斑塊，通過混淆矩陣進(jìn)行精度判定，分類精度達(dá)到88%以上。運用Arcgis10.2軟件對提取的鄉(xiāng)村聚落斑塊進(jìn)行矢量化處理，并通過柵格轉(zhuǎn)點工具將其轉(zhuǎn)換為要素點。通過Arcgis10.2的空間分析功能對該區(qū)域鄉(xiāng)村聚落的分布情況進(jìn)行歸納性描述。

3 東遼縣鄉(xiāng)村聚落分布特征

為了探究東遼縣鄉(xiāng)村聚落在自然因素影響下的分布情況，筆者選取了對鄉(xiāng)村聚落影響最大的3個自然因素：高程、坡度、水源作為切入點來對研究區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)村聚落的分布情況進(jìn)行梳理和描述。主要方法有：

1)通過Arcgis10.2空間統(tǒng)計工具，對東遼縣鄉(xiāng)村聚落進(jìn)行平均最近鄰分析，來判斷鄉(xiāng)村聚落的離散聚類情況。

2)運用Arcgis10.2空間分析工具將研究區(qū)高程數(shù)據(jù)及坡度信息與鄉(xiāng)村聚落點疊加分析，分別獲得不同高程和坡度區(qū)域的鄉(xiāng)村聚落的數(shù)據(jù)。

3)運用緩沖區(qū)工具生成東遼縣河流緩沖區(qū)，并將其與鄉(xiāng)村聚落點疊加分析，獲得沿河流水源的鄉(xiāng)村聚落的分布情況。

3.1 東遼縣鄉(xiāng)村聚落整體分布

運用Arcgis10.2要素轉(zhuǎn)點工具，將2017年東遼縣鄉(xiāng)村聚落斑塊轉(zhuǎn)成矢量點，共得到1 432個聚落點，使用平均最近鄰工具分析這些聚落點得到平均最近鄰匯總圖(如圖2～3)。平均最近鄰工具是Arcgis空間統(tǒng)計工具，它可以用來計算每個要素與其周圍要素之間的平均距離。該距離與自動生成的假設(shè)隨機分布的預(yù)期平均距離相比較，如果該平均距離大于假設(shè)隨機分布中的平均距離，則會將要素視為分散要素。如果平均最近鄰比率小于1，則表現(xiàn)模式為聚類；如果指數(shù)大于1，則表現(xiàn)的模式趨向于擴散。東遼縣鄉(xiāng)村聚落點的最近鄰比率為1.011 830，大于1，反映為趨向擴散。p值反映了數(shù)據(jù)是隨機分布的概率，該數(shù)據(jù)p值為0.391 748，隨機分布概率較大。z得分反映了數(shù)據(jù)的離散程度，該數(shù)據(jù)z得分為0.85，離散程度較高。平均最近鄰分析結(jié)果反映出東遼縣鄉(xiāng)村聚落呈分散分布，集聚程度較低。

圖2 鄉(xiāng)村聚落平均最近鄰匯總圖

圖3 鄉(xiāng)村聚落平均最近鄰值

3.2 東遼縣鄉(xiāng)村聚落密度分析

核密度估計方法(KDE)是空間點模式分析方法中應(yīng)用最廣泛的非參數(shù)估計方法[5](如圖4)。從結(jié)果來看，東遼縣出現(xiàn)了多個聚落高密度區(qū)域，分別是：位于縣域西北部的云頂鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)周圍，村落密度為0.91個/km2，平崗鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)周邊，密度為1.17個/km2。白泉鎮(zhèn)聚龍?zhí)兑阅蠀^(qū)域，平均密度達(dá)1.0個/km2。凌云鄉(xiāng)南部河谷，密度為0.81個/km2渭津鎮(zhèn)南部河谷，密度為0.92個/km2遼河源鎮(zhèn)境內(nèi)，密度為1.14個/km2。

圖4 東遼縣鄉(xiāng)村核密度圖

東遼縣的鄉(xiāng)村聚落整體分布有以下特點：

1)密度較小，在幾個村落集聚的地區(qū)，最大密度也僅僅是1.17個/km2，可謂分布稀疏。

2)集聚的區(qū)域范圍較小，最大的聚集區(qū)位于云頂鎮(zhèn)境內(nèi)，也僅僅只有50 km2，其余集聚區(qū)規(guī)模也僅是15～9 km2。范圍內(nèi)村落聚集數(shù)量少，無法在縣域內(nèi)形成集聚的效應(yīng)，也從側(cè)面印證了東遼縣鄉(xiāng)村聚落成隨機分散分布。

3.3 東遼縣鄉(xiāng)村聚落在不同高程和坡度上的分布特征

3.3.1 東遼縣鄉(xiāng)村聚落在不同高程上的分布

在Arcgis10.2中對東遼縣30 m分辨率DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)進(jìn)行符號化處理，可以對東遼縣縣域地勢有一個概覽(如圖5)。由于東遼縣地處吉林省東部長白山與西部松遼平原的過渡地帶，所以縣域整體地勢變化較大，利用Arcgis10.2平臺做東遼縣由西至東的地勢剖面圖(如圖6)，可以看出，東遼縣海拔有較大落差，海拔最高為620 m，最低為214 m，地勢東高西低。東遼縣最高峰烏龍山，海拔620 m，位于平崗鎮(zhèn)榆田村。

圖5 東遼縣高程圖

圖6 東遼縣地勢剖面圖

根據(jù)研究區(qū)的地形特征，采用相等間隔法，以80 m等高距離將研究區(qū)海拔等分為5個區(qū)間段，分別為：ⅰ)217～296 m；ⅱ)296～375 m；ⅲ)375～455 m；ⅳ)455～534 m；ⅴ)534～620 m。運用Arcgis10.2柵格重分類工具對DEM高程柵格數(shù)據(jù)重新賦值，并將東遼縣鄉(xiāng)村聚落分布圖與之疊置，計算出每個高程區(qū)間內(nèi)鄉(xiāng)村聚落的分布情況。

東遼縣境內(nèi)第一級海拔主要分布于縣域西北部的甲山鄉(xiāng)、建安鎮(zhèn)和云頂鎮(zhèn)，這一區(qū)域?qū)儆谙蛩蛇|平原過渡地帶，地勢平坦，海拔較低；另外，位于山區(qū)的遼河河谷同樣屬于第一級海拔。這兩部分區(qū)域共同組成了東遼縣境內(nèi)海拔最低的部分，面積為524 km2，共計村落533個，村落密度為1.01個/km2。第二等級的海拔占了東遼縣大部分面積，總共有1 174 km2，占東遼縣總面積的53.8%，在此區(qū)域內(nèi)的鄉(xiāng)村聚落數(shù)目是809個，密度為0.68個/km2。第三等級海拔主要分布在縣域東部和南部的山區(qū)，面積為464.8 km2。隨著海拔的上升，此區(qū)域內(nèi)僅有89個聚落，鄉(xiāng)村聚落的密度為0.19個/km2。海拔455 m以上的區(qū)域僅有1個村落坐落(如圖7)。

圖7 不同海拔村落數(shù)量

可以看出，高程對鄉(xiāng)村聚落的分布產(chǎn)生了重大影響。東遼縣內(nèi)海拔最低的區(qū)域以24%的面積聚集了全縣37%的鄉(xiāng)村聚落，村莊密度達(dá)到1.01個/ km2。隨著海拔上升，村莊的密度也隨之銳減，說明東遼縣的鄉(xiāng)村聚落有明顯的低海拔聚集傾向，主要分布在縣域西北的松遼平原和縣域內(nèi)蜿蜒的遼河河谷中，這與區(qū)域現(xiàn)狀和東遼縣鄉(xiāng)村聚落核密度的呈現(xiàn)不謀而合。

3.3.2 東遼縣鄉(xiāng)村聚落在不同坡度地形上的分布

基于30 m分辨率DEM高程數(shù)據(jù)，運用Arcgis10.2坡度分析模塊，得到東遼縣坡度圖(如圖8)，東遼縣境內(nèi)為低山丘陵區(qū)，地勢起伏較為緩和，整個縣域內(nèi)最小坡度為0°，最大坡度為27.8°，平均坡度為4.7°。將東遼縣的地勢坡度分為0°～5°，5°～11°，11°～16°，16°～22°，22°～28° 5個區(qū)間，利用Arcgis疊加工具，分別計算不同坡度中鄉(xiāng)村聚落的個數(shù)。

結(jié)果表明，東遼縣不同坡度鄉(xiāng)村聚落分布的分異性極大，位于坡度為0°～5°坡度上的村莊占全部村落的78.2%，為1 120個，密度達(dá)到0.86個/km2；5°～11°坡度上的鄉(xiāng)村聚落總共有285個，位于11°～16°和16°～22°兩個區(qū)域的鄉(xiāng)村聚落數(shù)量分別為26個和1個(如圖9)。0°～5°這個區(qū)間內(nèi)的村落數(shù)量占了絕大多數(shù)，平緩的坡度更加有利于人們的生活和生產(chǎn)，因此，地形坡度因素對鄉(xiāng)村聚落的分布至關(guān)重要。

3.4 鄉(xiāng)村聚落沿水源的分布特征

人類自古以來就有擇水而居的習(xí)慣，河流對鄉(xiāng)村聚落的分布和選址有著重要的影響。東遼縣境內(nèi)河流眾多，其中最大河流為東遼河。東遼河是遼河主要支流之一，發(fā)源于遼河源鎮(zhèn)福安村白廟山下，在東遼縣境內(nèi)的長度為114.9 km，流域面積679.9 km2(東遼縣志)。運用Arcgis10.2多環(huán)緩沖工具對東遼縣境內(nèi)的河流進(jìn)行緩沖區(qū)分析，將河流的緩沖區(qū)分為0～100 m、100～300 m、300～500 m、500～700 m 4個等級，與東遼縣鄉(xiāng)村聚落分布圖疊加后，得出不同等級的河流緩沖區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)村聚落的分布數(shù)量(如圖10)。

圖8 東遼縣坡度鄉(xiāng)村聚落疊加圖

圖9 不同坡度鄉(xiāng)村聚落數(shù)量圖

圖10 東遼縣河流緩沖區(qū)局部圖

由結(jié)果可知，距河流0～100 m內(nèi)的鄉(xiāng)村聚落數(shù)量是444個，占村莊總數(shù)的31.0%；距河流100～300 m的區(qū)域內(nèi)，共有鄉(xiāng)村聚落715個，占聚落總數(shù)的49.9%；300～500 m的河流緩沖區(qū)內(nèi)，相應(yīng)的鄉(xiāng)村聚落數(shù)目是215個，占總數(shù)的15.0%，剩下的58個聚落坐落在距河流500 m以外的區(qū)域，數(shù)量占到總數(shù)的0.4%。由數(shù)據(jù)可知，東遼縣絕大多數(shù)村落集中在距河流300 m以內(nèi)的范圍內(nèi)。主要原因是東遼縣作為東遼河發(fā)源地，境內(nèi)河谷縱橫，在河流兩側(cè)一定距離內(nèi)為河流階地，較為平坦，適合耕種和獲取水源，因此分布著較多的聚落。

4 結(jié)語

本文首先利用吉林省東遼縣2017年遙感衛(wèi)星影像，獲得2017年東遼縣鄉(xiāng)村聚落點，運用Arcgis10.2軟件平臺的空間分析功能，綜合分析了東遼縣鄉(xiāng)村聚落的分布情況。其次，利用東遼縣30 m分辨率數(shù)字高程模型，結(jié)合東遼縣鄉(xiāng)村聚落點，分析得出不同高程、不同坡度下的鄉(xiāng)村聚落分布情況。最后，運用Arcgis10.2緩沖區(qū)分析工具，計算不同河流緩沖區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)村聚落的數(shù)量，量化河流對鄉(xiāng)村聚落分布的影響大小。從而得出結(jié)論：

1)東遼縣鄉(xiāng)村聚落接近隨機分布，有較大的地域性差異。從縣域空間分布上看，鄉(xiāng)村聚落分成幾個較大的集聚區(qū)域，分別分布在西部和西北部的白泉鎮(zhèn)、云頂鎮(zhèn)等地勢平坦地區(qū)和遼河源鎮(zhèn)、渭津鎮(zhèn)、安恕鎮(zhèn)等狹長河谷地帶。

2)鄉(xiāng)村聚落分布受地形條件影響較大。東遼縣海拔高度范圍在214～620 m之間，在217～296 m和296～375 m兩個海拔高度上集中了全縣93%的村落，在海拔最低的217～296 m區(qū)域內(nèi)，村落密度達(dá)到了1.01個/km2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了全縣0.65個/km2的村落密度。在坡度的分布上，0～5°坡度上分布了1 120個村莊，表明了鄉(xiāng)村聚落對于地形的敏感性較強。

3)在東遼縣境內(nèi)，得益于水系的發(fā)達(dá)，村落都擁有良好的親水性。有接近一半的鄉(xiāng)村聚落坐落于距離河流300 m的范圍內(nèi)，幾乎所有的村落都位于河流500 m緩沖區(qū)內(nèi)。這使得村民可以輕易獲得水資源，對他們的日常生活大有裨益。

本文綜合運用Arcgis10.2空間分析功能，僅以地形地貌、河流水系等自然因素為切入點對東遼縣鄉(xiāng)村聚落的分布狀況進(jìn)行了簡單的描述和總結(jié)。然而，對于一個縣的鄉(xiāng)村聚落來說，影響其分布的因素極為復(fù)雜，除卻自然因素，經(jīng)濟、文化等社會人文因素也對村落的布局產(chǎn)生著深刻而長遠(yuǎn)的影響。將自然因素與人文因素相結(jié)合，洞悉影響鄉(xiāng)村聚落分布的關(guān)鍵因素，是今后的研究方向。

[1] 湯國安，趙牡丹.基于GIS的鄉(xiāng)村聚落空間分布規(guī)律研究——以陜北榆林地區(qū)為例[J].經(jīng)濟地理，2009(9):1-4.

[2] 郭曉冬，馬利邦，張啟媛.基于GIS的秦安縣鄉(xiāng)村聚落空間演變特征及其驅(qū)動機制研究[J].經(jīng)濟地理，2012(7):56-62.

[3] 東遼縣地方志編纂委員會.東遼縣志[M].長春：吉林文史出版社，2002.

[4] 吉林省第六次人口普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，吉林省統(tǒng)計局.吉林省2010年人口普查資料(上冊)[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2012.

[5] 宋曉英，李仁杰，傅學(xué)慶，等.基于GIS的蔚縣鄉(xiāng)村聚落空間格局演化與驅(qū)動機制分析[J].人文地理，2015(3)：79-84.