基于GIS的新沂市空間開發(fā)適宜性分析

姚雅情，徐 軍，單勇兵，徐海英，侯建梅

（1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100；2.江蘇師范大學(xué) 地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.淮陰師范學(xué)院 城市與環(huán)境學(xué)院，江蘇 淮安 223001）

適宜性分析是土地資源對某種特殊利用適合程度的確定過程，是生態(tài)規(guī)劃的重要分析手段[1]。隨著計(jì)算機(jī)的普及和GIS技術(shù)的發(fā)展，適宜性分析已逐漸由人工方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)技術(shù)支撐，影響因素也由單因子發(fā)展到多因子復(fù)合因素的綜合考慮，適宜性分析先后應(yīng)用于農(nóng)場規(guī)模、資源分配[2]和生態(tài)學(xué)的多準(zhǔn)則決策[3]。21世紀(jì)后，隨著計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)的建設(shè)和完善，地理信息專家系統(tǒng)開始應(yīng)用于土地適宜性分析[4]。本文借鑒了近年來國內(nèi)的相關(guān)研究，如單勇兵[5]等從自然、環(huán)境、人文3個(gè)方面確定了10個(gè)影響因子，并通過取最小值法對徐州市鄉(xiāng)村聚落布局進(jìn)行了適宜性評價(jià)；唐常春[6]等遵循“三步驟四原則”，以行政區(qū)劃為評價(jià)單元對長江流域進(jìn)行了空間開發(fā)適宜性分析；祁豫瑋[7]等以開發(fā)引導(dǎo)和約束為標(biāo)準(zhǔn)建立了二維判別矩陣，并將其與開發(fā)強(qiáng)度進(jìn)行組合判斷，從而進(jìn)一步研究南京市空間開發(fā)功能類型。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

新沂市隸屬江蘇省徐州市，地勢平坦，降水季節(jié)變化明顯，區(qū)域內(nèi)土壤和水資源總量充足但污染嚴(yán)重，如圖1所示。

新沂市地處蘇北地區(qū)重要的發(fā)展軸上，為順應(yīng)“一帶一路”發(fā)展，政府正加緊實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略對接；但因地質(zhì)活動(dòng)不穩(wěn)定導(dǎo)致其對大規(guī)模經(jīng)濟(jì)和人口的聚集能力不高；受徐連雙核結(jié)構(gòu)[8]的影響，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后。近年來，旅游業(yè)開發(fā)是新沂市GDP增長的主要部分[9]。另外，城鎮(zhèn)等級規(guī)模體系的缺陷性使得城鎮(zhèn)結(jié)構(gòu)布局不夠緊湊[10]，城鎮(zhèn)整體功能及其各支撐要素間的聯(lián)通性被降低；生態(tài)環(huán)境的破壞和發(fā)展的不平衡日益明顯，導(dǎo)致其資源環(huán)境承載力大大降低且空間分布不均勻。

圖1 新沂市地理位置（審圖號(hào)：蘇S(2016)096）

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

本文采用的主要數(shù)據(jù)包括新沂市地形圖、新沂市土地利用現(xiàn)狀圖、土地資源圖、土壤圖以及其他資料（交通網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計(jì)年鑒等）。

在ArcGIS系統(tǒng)的支撐下，對各圖形要素進(jìn)行數(shù)字化處理并配準(zhǔn)；運(yùn)用ArcGIS中Spatial Analyst模塊進(jìn)行距離、密度和坡度分析，獲取評價(jià)單元的各類指標(biāo)值；并利用Delphi法進(jìn)行原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算適宜性指數(shù)并分級。

2 適宜性分析過程與方法

本文以Geodatabase為基礎(chǔ)劃分評價(jià)單元，并進(jìn)行空間分析。根據(jù)適宜性分區(qū)評價(jià)的需要，本文首先選取生態(tài)重要性、災(zāi)害易損性、水環(huán)境容量、可建設(shè)用地比例、交通可達(dá)性以及人口與經(jīng)濟(jì)集聚度6個(gè)評價(jià)指標(biāo)；再采用Delphi法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，并利用互斥矩陣法實(shí)現(xiàn)矩陣分類；最后對區(qū)域空間開發(fā)適宜性進(jìn)行分析和制圖，并結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀唤?jīng)濟(jì)社會(huì)等情況，對比現(xiàn)今的空間開發(fā)情況，給出政策性建議，以促進(jìn)區(qū)域生態(tài)、經(jīng)濟(jì)等的可持續(xù)發(fā)展。具體流程如圖2所示。

圖2 適宜性分析流程圖

2.1 評價(jià)單元的選擇

評價(jià)單元的選擇方法一般包括自然邊界法、行政邊界法和網(wǎng)格法。自然邊界法和行政邊界法在結(jié)果的完整性和辨識(shí)度方面存在一定缺陷；網(wǎng)格法則是根據(jù)計(jì)算精度確定一定大小的網(wǎng)格單元作為評價(jià)單元，評價(jià)精度和工作量與網(wǎng)格單元大小成正比。雖然網(wǎng)格法劃分評價(jià)單元會(huì)割裂行政區(qū)劃和自然邊界，但其劃分方式靈活簡便，單元大小具有一定的可控性?？紤]到研究區(qū)屬于縣級市，行政分級較小，且需要打破行政區(qū)界進(jìn)行統(tǒng)籌分析，本文采用網(wǎng)格法劃分評價(jià)單元。

2.2 指標(biāo)選擇與權(quán)重判斷

從研究區(qū)實(shí)際出發(fā)，在確保分析精度的基礎(chǔ)上，根據(jù)指標(biāo)選擇的可獲性、特殊性和綜合性原則，結(jié)合分析目的等相關(guān)要求，本文從資源環(huán)境承載力和空間開發(fā)潛力兩方面著手，選取生態(tài)重要性、災(zāi)害易損性、水環(huán)境容量、可建設(shè)用地比例、交通可達(dá)性以及人口與經(jīng)濟(jì)集聚度6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)。

2.2.1 資源環(huán)境承載力

資源環(huán)境承載力包括生態(tài)重要性、災(zāi)害易損性和水環(huán)境容量3個(gè)指標(biāo)。生態(tài)越敏感，損后恢復(fù)能力就越差，越應(yīng)重視對其的生態(tài)保護(hù)。災(zāi)害易損性是指某區(qū)域易受某災(zāi)害影響的客觀程度以及該區(qū)域人們應(yīng)對災(zāi)害的主觀反應(yīng)能力。新沂市地處郯廬斷裂帶之上，災(zāi)害易損性較高。水環(huán)境容量反映了水體對污染的最大承受能力和損后自凈能力，其與污染承受力和自凈力成正比。新沂市水域面積廣闊，可調(diào)用水量達(dá)14×108m3，境內(nèi)駱馬湖水域水質(zhì)可達(dá)國家二級標(biāo)準(zhǔn)[11]；水利用方式多為農(nóng)業(yè)灌溉、生活和工業(yè)用水，化工業(yè)等重金屬污染為水體污染日漸嚴(yán)重的主要因素。

2.2.2 空間開發(fā)潛力

空間開發(fā)潛力包括可建設(shè)用地比例、交通可達(dá)性和人口與經(jīng)濟(jì)集聚度3個(gè)指標(biāo)?？山ㄔO(shè)用地比例反映了區(qū)域開發(fā)建設(shè)的飽和程度，比例越大，潛力越高。城鎮(zhèn)作為交通網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)，交通可達(dá)性反映了其交通區(qū)位的優(yōu)劣[12]。新沂市交通區(qū)位優(yōu)越，交通運(yùn)輸主要以汽運(yùn)、鐵路為主，且正處于高鐵和水運(yùn)的發(fā)展期，但市內(nèi)公共交通設(shè)施有待進(jìn)一步完善。人口與經(jīng)濟(jì)集聚度分別是指單位面積上居住人口的總量和單位面積上國民生產(chǎn)總值[13]，通過綜合人口密度、城鎮(zhèn)化體系結(jié)構(gòu)、人均GDP以及建設(shè)用地二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)出研究區(qū)域發(fā)展情況。

2.2.3 權(quán)重判斷

確定權(quán)重的方法主要包括Delphi法、兩兩比較法和熵值確定法?？紤]到通用性、計(jì)算過程和工作量等因素，本文采用Delphi法確定權(quán)重。首先客觀地選擇數(shù)名專家，請他們根據(jù)相關(guān)資料和指標(biāo)獨(dú)立地進(jìn)行權(quán)重判斷；然后收集所有判斷結(jié)果并計(jì)算各指標(biāo)所賦權(quán)重的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；再將計(jì)算結(jié)果返還給各位專家，重復(fù)上述過程，直到各專家給出的權(quán)重判斷結(jié)果具有較強(qiáng)的一致性為止。利用Delphi法確定評價(jià)區(qū)域的各等級評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)如表1所示。

2.3 適宜性等級劃分

在完成評價(jià)指標(biāo)指數(shù)計(jì)算后，采用互斥矩陣法進(jìn)行適宜性等級劃分。綜合考慮資源環(huán)境承載力和空間開發(fā)潛力，根據(jù)適宜性指數(shù)建立互斥矩陣（表2）。

根據(jù)資源環(huán)境承載力指數(shù)大小，將研究區(qū)資源環(huán)境承載力分為高、較高、中等、較低和低5個(gè)等級；根據(jù)空間開發(fā)潛力指數(shù)大小，將研究區(qū)空間開發(fā)潛力也劃分為高、較高、中等、較低和低5個(gè)等級；各等級彼此組合，形成25個(gè)矩陣單元，并將其歸到高、較高、中等、較低和低5類適宜性程度中。資源環(huán)境承載力低的區(qū)域，無論其空間開發(fā)潛力高低，均為低空間開發(fā)適宜性；空間開發(fā)潛力低的區(qū)域，當(dāng)其資源環(huán)境承載力為中等偏低時(shí)，其空間開發(fā)適宜性較低；資源環(huán)境承載力高且空間開發(fā)潛力大的區(qū)域，其空間開發(fā)適宜性也較高；資源環(huán)境承載力和空間開發(fā)潛力都屬于中等偏下水平的區(qū)域，其空間開發(fā)適宜性較低。

3 研究結(jié)果分析

3.1 適宜性分區(qū)

根據(jù)一系列指標(biāo)圖層屬性值和適宜性指標(biāo)指數(shù)的獲取與計(jì)算，利用ArcGIS制圖分析功能，在ArcMap中進(jìn)行專題圖的制作與輸出。本文充分考慮6個(gè)指標(biāo)在研究區(qū)域各自的分布情況，尤其是重點(diǎn)影響因子在研究區(qū)的分布，以專題圖的形式表示[14]；利用ArcGIS空間分析功能，結(jié)合由Delphi法計(jì)算得到的各單因子權(quán)重，判斷各單因子影響的重要程度，從而計(jì)算空間開發(fā)適宜性指數(shù)（圖3）。其計(jì)算公式為：

表1 空間開發(fā)適宜性分析指標(biāo)及其權(quán)重分配

表2 互斥矩陣

式中，sj為第j個(gè)單元的適宜性指數(shù)；wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；xij為第j個(gè)單元第i個(gè)指標(biāo)的指數(shù)。

從資源環(huán)境承載力和空間開發(fā)潛力兩個(gè)方面進(jìn)行互斥矩陣分類，得到適宜性分區(qū)并制作專題圖（圖4）。由圖4可知，高適宜空間開發(fā)區(qū)主要分布在中部偏北，即新安鎮(zhèn)主城區(qū)，因?yàn)橹鞒菂^(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快，空間開發(fā)潛力大，人口與經(jīng)濟(jì)密集度高，且資源環(huán)境承載力較好；受市區(qū)輻射影響，北溝鎮(zhèn)、唐店鎮(zhèn)與市區(qū)交界地區(qū)空間開發(fā)適宜性也較高。就各鄉(xiāng)鎮(zhèn)而言，由鎮(zhèn)中心區(qū)開始，呈同心圓狀向四周擴(kuò)散，適宜性程度遞減。其中，窯灣、合溝等邊緣鄉(xiāng)鎮(zhèn)受邳州市影響，加之良好的自然條件和豐厚的歷史文化底蘊(yùn)，存在部分中等以上適宜性的區(qū)塊。然而，由于交通可達(dá)性低、鄉(xiāng)鎮(zhèn)各支撐要素聯(lián)通困難，農(nóng)業(yè)占比大、可持續(xù)意識(shí)不高，生態(tài)資源的自我再生速度降低、資源環(huán)境承載力低，導(dǎo)致其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)空間開發(fā)適宜性較低。另外，駱馬湖、沭河沿岸以及馬陵山地區(qū)均為低適宜空間開發(fā)區(qū)，歸因于長期以來的過飽和開發(fā)，開發(fā)潛力較低，且生態(tài)污染情況日益嚴(yán)重。

圖3 空間開發(fā)適宜性指數(shù)分布圖

圖4 空間開發(fā)適宜性分類結(jié)果

本文選用的網(wǎng)格大小為200 m×200 m，根據(jù)各適宜性等級所占網(wǎng)格數(shù)量，確定各等級所占面積的數(shù)量指標(biāo)（表3），可以看出，新沂市中等以上適宜性空間開發(fā)區(qū)域面積占比較少，約為7 %；其中高適宜空間開發(fā)區(qū)僅占2 %；較低適宜空間開發(fā)區(qū)占比最大，約占53 %。

表3 各等級面積統(tǒng)計(jì)

3.2 空間開發(fā)區(qū)劃建議

本文將空間開發(fā)適宜性分析結(jié)果與區(qū)域空間開發(fā)強(qiáng)度現(xiàn)狀相結(jié)合[15]，建立二維判別矩陣（表4），劃分為5類空間開發(fā)區(qū)，分別是立體提升區(qū)、經(jīng)濟(jì)拓展區(qū)、適度開發(fā)區(qū)、后備發(fā)展區(qū)和生態(tài)養(yǎng)護(hù)區(qū)；并對研究區(qū)進(jìn)行空間開發(fā)區(qū)劃建議，制作專題圖進(jìn)行開發(fā)分區(qū)（圖5）。

表4 空間開發(fā)矩陣法分區(qū)

圖5 空間開發(fā)區(qū)劃

對于低適宜空間開發(fā)區(qū)，無論空間開發(fā)強(qiáng)度如何，均劃分為生態(tài)養(yǎng)護(hù)區(qū)；對于適宜性高且未充分開發(fā)的地區(qū)，則劃為立體提升區(qū)。由圖5可知，立體提升區(qū)分布在新安鎮(zhèn)主城區(qū)、北溝和草橋鎮(zhèn)，其中主城區(qū)可利用交通區(qū)位條件、基礎(chǔ)設(shè)施條件和資金技術(shù)等優(yōu)勢，發(fā)展精細(xì)化工、食品加工、紡織、機(jī)械等第二產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)市區(qū)經(jīng)濟(jì)整體多方面提升，完善商旅服務(wù)功能；考慮到窯灣、棋盤和高流等良好的生態(tài)區(qū)位條件和較適宜的空間開發(fā)程度，可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)拓展開發(fā)，在駱馬湖等河湖沿岸發(fā)展水稻和水產(chǎn)品生產(chǎn)，但同時(shí)也應(yīng)注意生態(tài)資源可持續(xù)，以旅游業(yè)代替高污染工業(yè)；而雙塘、新店和邵店鎮(zhèn)的生態(tài)承載力較低，應(yīng)重視生態(tài)養(yǎng)護(hù)，可選擇性的發(fā)展物流業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)。

4 結(jié) 語

本文在充分認(rèn)識(shí)土地利用適宜性評價(jià)重要性的前提下，綜合考慮多方面影響因子，選取了6個(gè)評價(jià)指標(biāo)；利用Delphi法判斷權(quán)重，計(jì)算適宜性指數(shù)；利用互斥矩陣法劃分適宜性等級并制圖分析，從而將新沂市空間開發(fā)劃分為高適宜性、較高適宜性、中等適宜性、較低適宜性和低適宜性5類。結(jié)合其空間開發(fā)現(xiàn)狀，本文提出了空間開發(fā)區(qū)劃和發(fā)展方式建議，開發(fā)強(qiáng)度由高到低分別為立體提升區(qū)、經(jīng)濟(jì)拓展區(qū)、適度開發(fā)區(qū)、后備發(fā)展區(qū)和生態(tài)養(yǎng)護(hù)區(qū)。由于本文通過網(wǎng)格法劃分評價(jià)單元，網(wǎng)格大小和不同網(wǎng)格的鄰近性導(dǎo)致評價(jià)指標(biāo)的選擇具有一定局限性，且選擇過程中忽視了地域基本農(nóng)田政策的部分影響；同時(shí)，Delphi法確定的專家人數(shù)有限，通過專家進(jìn)行權(quán)重判斷存在一定的主觀性，因此如何更為合理地進(jìn)行評價(jià)指標(biāo)選擇和權(quán)重判斷，進(jìn)一步提高適宜性分析的準(zhǔn)確性有待下一步研究。

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