基于耦合協(xié)調(diào)度的孟州市農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化

牛海鵬 楊肖雅

(河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院， 焦作 454000)

0 引言

我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和生產(chǎn)力水平的提高促進(jìn)了農(nóng)村勞動(dòng)力向二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和城鎮(zhèn)化水平提升，促使人口、土地、資金等生產(chǎn)要素在鄉(xiāng)村與城鎮(zhèn)之間流動(dòng)速度進(jìn)一步加快，導(dǎo)致生產(chǎn)要素在城鄉(xiāng)之間分配失調(diào)，城鄉(xiāng)差距日益擴(kuò)大[1]。據(jù)2015年全國1%人口抽樣調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報(bào)顯示，與2010年第六次全國人口普查相比，2015年城鎮(zhèn)人口增加10 193萬人，鄉(xiāng)村人口減少6 816萬人，城鎮(zhèn)人口比重上升6.20個(gè)百分點(diǎn)。鄉(xiāng)村人口的大量流失造成農(nóng)村空心化和鄉(xiāng)村人口老弱化[2]，并引起了兩棲占地[3]、耕地撂荒、宅基地荒廢等一系列土地資源浪費(fèi)現(xiàn)象。農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)規(guī)劃的缺失導(dǎo)致農(nóng)村居民點(diǎn)布局散亂、人居環(huán)境差，且受城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局影響造成多數(shù)村莊的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和就業(yè)結(jié)構(gòu)較為單一，嚴(yán)重制約了鄉(xiāng)村的協(xié)調(diào)和持續(xù)發(fā)展。因此，開展農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化研究對(duì)于促進(jìn)鄉(xiāng)村協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展、推動(dòng)鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

農(nóng)村居民點(diǎn)作為農(nóng)民生產(chǎn)、生活等活動(dòng)的集聚點(diǎn)[4]，其布局合理性成為影響鄉(xiāng)村發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)之一。開展農(nóng)村居民點(diǎn)科學(xué)合理整治活動(dòng)一方面可有效調(diào)控鄉(xiāng)村空間結(jié)構(gòu)，另一方面也可為城鄉(xiāng)一體化發(fā)展提供穩(wěn)固的空間基礎(chǔ)。我國相關(guān)學(xué)者已從農(nóng)村居民點(diǎn)分布特征[4-6]、演變趨勢(shì)及其變化因素分析[7-9]、整治潛力[10-13]、整治分區(qū)與整治模式[14-18]等多方面開展了農(nóng)村居民點(diǎn)整治研究，研究多從區(qū)位條件[17]、生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)約束[13]、生產(chǎn)生活可達(dá)性[15]、農(nóng)戶整治意愿[19-20]等視角出發(fā)，基于自然生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因素構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系開展農(nóng)村居民點(diǎn)布局的適宜性評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果將村莊劃分出不同的整治類型區(qū)，同時(shí)結(jié)合不同類型區(qū)的區(qū)域特征構(gòu)建相應(yīng)的農(nóng)村居民點(diǎn)整治模式。以往研究中多采用綜合指數(shù)法、模糊評(píng)價(jià)法等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)方法單一，且大多僅從影響村莊發(fā)展的因素選取指標(biāo)，較少將農(nóng)村居民點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)納入到影響農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性的因素中，更缺乏對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)空間布局結(jié)構(gòu)與村莊發(fā)展之間內(nèi)在聯(lián)系的耦合研究。

本文運(yùn)用GIS空間分析法和景觀格局指數(shù)法提取相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)，引入突變級(jí)數(shù)模型測度孟州市村域尺度的農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性，運(yùn)用耦合協(xié)調(diào)度模型測度兩者的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系；同時(shí)，系統(tǒng)分析農(nóng)村居民點(diǎn)布局評(píng)價(jià)結(jié)果，確定孟州市農(nóng)村居民點(diǎn)布局的優(yōu)化模式并提出優(yōu)化方向。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

孟州市位于河南省焦作市的西南部，隸屬于河南省焦作市，位于東經(jīng)112°33′～112°55′，北緯34°50′～35°2′，處于黃河沖積平原的黃河北岸，系太行山前丘陵向黃河平原過渡區(qū)，境內(nèi)由西向東有明顯的低山—丘陵—平原過渡特征，其中丘陵、平原、灘區(qū)各占1/3，受地貌因素影響，全域農(nóng)村居民點(diǎn)空間布局差異顯著。孟州市的市域總面積541.64 km2，共轄11個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn)、街道辦事處)、274個(gè)行政村、393個(gè)自然村。2015年末全市總?cè)丝?8.3萬人，其中鄉(xiāng)村人口18.6萬人，人口自然增長率為0.548%，地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)271.5億元。孟州市農(nóng)村居民點(diǎn)用地面積6 170.82 hm2，占全市土地總面積的12.26%，農(nóng)村人均居民點(diǎn)用地集約化水平較低，人均用地面積達(dá)到288.2 m2/人。

1.2 數(shù)據(jù)來源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由孟州市國土資源局提供，主要圖件數(shù)據(jù)包括孟州市坡度等級(jí)圖、2015年末孟州市土地利用變更圖；文本數(shù)據(jù)資料包括《孟州市土地利用總體規(guī)劃》(2010—2020)、《孟州市城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2016—2030)·基礎(chǔ)資料匯編》，社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《焦作市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

以2015年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于ArcGIS 10.3工作平臺(tái)提取各地類圖斑數(shù)據(jù)。經(jīng)過剔除、合并特殊農(nóng)村居民點(diǎn)圖斑后共搜集263個(gè)行政村村域數(shù)據(jù)。通過ArcGIS的要素轉(zhuǎn)換工具將水域和道路圖斑轉(zhuǎn)為線狀數(shù)據(jù)，經(jīng)過面要素轉(zhuǎn)點(diǎn)要素提取各個(gè)農(nóng)村居民點(diǎn)、城市、建制鎮(zhèn)的圖斑中心點(diǎn)；使用鄰域分析工具計(jì)算各農(nóng)村居民點(diǎn)到鄰近的交通干線、水源、農(nóng)村居民點(diǎn)的距離；以村為單位合并各村莊農(nóng)村居民點(diǎn)斑塊，將合并后的農(nóng)村居民點(diǎn)圖斑矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為30 m×30 m的柵格數(shù)據(jù)，并通過Fragstats 4.2計(jì)算各個(gè)村莊的相關(guān)景觀格局指數(shù)；將農(nóng)村居民點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)據(jù)與坡度等級(jí)圖疊加，提取各農(nóng)村居民點(diǎn)坡度等級(jí)數(shù)據(jù)。由于村莊包含一個(gè)或多個(gè)農(nóng)村居民點(diǎn)斑塊，斑塊之間有所差異，因此采用面積加權(quán)法計(jì)算村莊居民點(diǎn)到相應(yīng)位置的距離和坡度級(jí)別。

2 研究思路與方法

2.1 研究思路

村莊是人類歷史長期形成的具有明顯家族聚居現(xiàn)象的低級(jí)形式聚落，農(nóng)村居民點(diǎn)布局是地域自然和人文要素相互耦合的結(jié)果[7]。城鎮(zhèn)化速度的加快改變了傳統(tǒng)鄉(xiāng)村地域系統(tǒng)，農(nóng)村居民點(diǎn)內(nèi)部耦合狀態(tài)被打破，同時(shí)自然、社會(huì)、歷史和經(jīng)濟(jì)因素不同導(dǎo)致各村莊農(nóng)村居民點(diǎn)空間形態(tài)各異、發(fā)展實(shí)力差距懸殊。本文選取村莊作為評(píng)價(jià)單元，以農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性為切入點(diǎn)研究孟州市村莊農(nóng)村居民點(diǎn)的布局適宜性。在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，遵循評(píng)價(jià)指標(biāo)可操作性、可比性、科學(xué)性、獨(dú)立性的原則選取20個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)，其中正向指標(biāo)用“+”號(hào)表示，逆向指標(biāo)用“-”號(hào)表示。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用改進(jìn)突變級(jí)數(shù)模型評(píng)價(jià)村莊農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性，評(píng)價(jià)指數(shù)大小分別表征農(nóng)村居民點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)弱和村莊發(fā)展實(shí)力高低。同時(shí)，根據(jù)兩者的耦合協(xié)調(diào)分析結(jié)果將農(nóng)村居民點(diǎn)布局劃分為4種類型，結(jié)合農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果和村莊所處區(qū)域特征提出5種布局優(yōu)化模式，并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。

2.2 研究方法

2.2.1農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

區(qū)位條件差、布局分散的村莊農(nóng)村居民點(diǎn)用地粗放、空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對(duì)較弱，可改造性較強(qiáng)，尤其對(duì)于發(fā)展實(shí)力較強(qiáng)而空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較弱的村莊，通過優(yōu)化農(nóng)村居民點(diǎn)布局提高農(nóng)村居民點(diǎn)用地效率、集約節(jié)約利用土地資源并改善村莊生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間，對(duì)村莊的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?？臻g結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性表征農(nóng)村居民點(diǎn)的空間布局適宜性，主要指村莊區(qū)位條件的優(yōu)劣、農(nóng)村居民點(diǎn)用地的粗放程度以及人為規(guī)劃干擾程度，分別從區(qū)位條件、規(guī)模特征和形態(tài)結(jié)構(gòu)3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。發(fā)展適宜性表征農(nóng)村居民點(diǎn)的發(fā)展要素布局適宜性，指村莊是否具備產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需基本條件，即優(yōu)質(zhì)的資源條件、穩(wěn)定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、良好的生態(tài)環(huán)境條件，因此村莊發(fā)展適宜性從資源稟賦、村莊引力、公共基礎(chǔ)設(shè)施和自然生態(tài)條件4個(gè)方面進(jìn)行指標(biāo)體系構(gòu)建和評(píng)價(jià)。

表1 農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Indicator system for layout suitability of rural settlements

(1)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：依據(jù)面積加權(quán)距離法測算農(nóng)村居民點(diǎn)與城鎮(zhèn)(城市、建制鎮(zhèn))和交通干線的距離以表示區(qū)位條件。形狀指數(shù)(AWMSI)和分維數(shù)(AWMPFD)是度量景觀空間格局復(fù)雜性的兩個(gè)重要指標(biāo)，分別反映景觀邊緣復(fù)雜性和人類活動(dòng)對(duì)景觀格局干擾程度。將形狀指數(shù)和分維數(shù)作為衡量農(nóng)村居民點(diǎn)形態(tài)結(jié)構(gòu)的逆向指標(biāo)，通過AWMSI值衡量農(nóng)村居民點(diǎn)邊緣復(fù)雜程度，AWMPFD值衡量農(nóng)村居民點(diǎn)受人類活動(dòng)(如：村莊規(guī)劃、整治)干擾程度。采用農(nóng)村居民點(diǎn)占地率和平均斑塊面積(MPS)作為正向指標(biāo)、人均居民點(diǎn)用地面積分值作為逆向指標(biāo)表示村莊農(nóng)村居民點(diǎn)用地的規(guī)模特征，參照GB 50188—2007《鎮(zhèn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》，將110 m2/人作為人均農(nóng)村居民點(diǎn)用地面積的最適宜值。

(2)村莊發(fā)展適宜性：生產(chǎn)和生活依賴于土地，選取耕地、園地、采礦用地面積和復(fù)種指數(shù)表示村莊資源稟賦情況。人是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體，村莊規(guī)模、居民點(diǎn)平均鄰近距離和勞動(dòng)力人口是產(chǎn)業(yè)園區(qū)選取的重要因素，歷史古跡彰顯一個(gè)地區(qū)的歷史文化，具有良好傳承作用又是村莊旅游發(fā)展的重要依托，故將勞動(dòng)力人口、村莊規(guī)模、歷史古跡和居民點(diǎn)鄰近距離作為衡量村莊引力的指標(biāo)，其中居民點(diǎn)鄰近距離通過村莊與最鄰近3個(gè)農(nóng)村居民點(diǎn)斑塊距離的平均值表示；通過賦值法量化歷史古跡，市級(jí)歷史古跡賦值為1、省級(jí)歷史古跡賦值為3、國家級(jí)賦值為5。以道路占地率和學(xué)校面積衡量公共基礎(chǔ)設(shè)施，通過道路占地率表征交通通達(dá)度，學(xué)校面積體現(xiàn)村莊內(nèi)部公共設(shè)施配置狀況。選取生境質(zhì)量指數(shù)、坡度等級(jí)和與水源距離作為評(píng)價(jià)村莊自然生態(tài)條件的指標(biāo)，生境質(zhì)量指數(shù)依據(jù)HJ 192—2015《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(表2)；坡度小的區(qū)域生態(tài)條件相對(duì)穩(wěn)定，適宜人類居住且農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)成本低。河流、水庫和灘涂用地既具有生態(tài)涵養(yǎng)功能又有較大的觀賞價(jià)值，將村莊與河流、水庫、灘涂距離作為衡量村莊自然生態(tài)條件的指標(biāo)。

表2 生境質(zhì)量指數(shù)各生境類型權(quán)重Tab.2 Habitat quality index and habitat type weights

注：草地的結(jié)構(gòu)類型按照草地基部覆蓋度(即單位面積內(nèi)植物基部實(shí)際所占的土地面積與調(diào)查面積的百分比)分類，0～5%為低覆蓋度、5%～25%為中覆蓋度、25%～100%為高覆蓋度。

農(nóng)村居民點(diǎn)到相應(yīng)位置的距離計(jì)算公式為

(1)

式中rij——i村莊j農(nóng)村居民點(diǎn)圖斑到相應(yīng)位置的距離

Ri——i村莊到相應(yīng)位置的距離

Sij——i村莊j農(nóng)村居民點(diǎn)圖斑的面積

Si——i村莊農(nóng)村居民點(diǎn)占地面積

人均農(nóng)村居民點(diǎn)用地面積分值計(jì)算公式為

(2)

式中Pi——i村莊人均農(nóng)村居民點(diǎn)用地面積分值

si——i村莊人均農(nóng)村居民點(diǎn)用地面積

生境質(zhì)量指數(shù)計(jì)算公式為

E=Abio(0.35SL+0.21SC+0.28SS+0.01SG+
0.04SJ+0.01SW)

(3)

式中Abio——?dú)w一化系數(shù)，參考值511.26

SL——林地面積

SC——草地面積

SS——水域濕地面積

SG——耕地面積

SJ——建設(shè)用地面積

SW——未利用地面積

2.2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)量化處理

為消除評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)之間量綱的影響，使指標(biāo)之間具有可比性，本文采用極值法對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，具體公式為

(4)

(5)

min(xj)、max(xj)——指標(biāo)j最小值、最大值

xij——評(píng)價(jià)單元i的j指標(biāo)值

2.2.3突變級(jí)數(shù)模型構(gòu)建

突變級(jí)數(shù)法是以雷內(nèi)·托姆提出的突變理論為理論基礎(chǔ)的一種定量評(píng)價(jià)方法[21]，研究內(nèi)部機(jī)理未知的系統(tǒng)。該方法的控制變量一般不超過4個(gè)，常被用于產(chǎn)品、工程、技術(shù)等多目標(biāo)(準(zhǔn)則、要求)方案的決策中。其計(jì)算過程是先將評(píng)價(jià)目標(biāo)分解為多個(gè)層次，其次對(duì)指標(biāo)的重要程度排序，再按照分歧方程推導(dǎo)的歸一化公式求取相應(yīng)控制變量的隸屬度函數(shù)值，最后根據(jù)“互補(bǔ)取均值”、“非互補(bǔ)取小值”的原則求取狀態(tài)變量值。農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化是將農(nóng)村居民點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)和村莊發(fā)展實(shí)力進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一的過程，農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性評(píng)價(jià)中包含了農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性兩個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)，且每個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)中包含多個(gè)準(zhǔn)則。因此，可運(yùn)用突變級(jí)數(shù)模型測度農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)層向其準(zhǔn)則層、再由準(zhǔn)則層向其目標(biāo)層遞歸獲取評(píng)價(jià)目標(biāo)的指數(shù)值。為克服人為排序的主觀性，本文運(yùn)用熵值法計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行排序。

(1)權(quán)重確定

底層指標(biāo)的權(quán)重通過指標(biāo)在樣本的比重確定熵值和效用值計(jì)算得到；上層指標(biāo)的權(quán)重通過熵值的可加性計(jì)算的上層指標(biāo)效用值確定。

底層指標(biāo)在樣本中的比重計(jì)算公式為

(6)

式中Qij——底層指標(biāo)j在i樣本中的比重

底層指標(biāo)熵值計(jì)算公式為

(7)

式中Mj——底層指標(biāo)j的熵值

底層指標(biāo)權(quán)重計(jì)算公式為

(8)

其中

uj=1-Mj

式中wj——底層指標(biāo)j的權(quán)重

uj——底層指標(biāo)j的效用值

上層指標(biāo)權(quán)重計(jì)算公式為

(9)

式中Uk——上層指標(biāo)k的效用值

Wk——上層指標(biāo)k的權(quán)重

(2)突變級(jí)數(shù)模型及其等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)制訂

常見的突變類型包括折疊突變、尖點(diǎn)突變、燕尾突變和蝴蝶突變4種類型(表3)，本文主要涉及的類型為尖點(diǎn)突變、燕尾突變和蝴蝶突變。由于突變級(jí)數(shù)法是通過層層遞歸求取的評(píng)價(jià)值，易造成整體評(píng)價(jià)指數(shù)偏高、評(píng)價(jià)結(jié)果之間差距較小，使評(píng)價(jià)對(duì)象好壞難以判斷。因此，本文借鑒孫茜等[22]提出的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將評(píng)價(jià)對(duì)象的初始綜合值Vi根據(jù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)映射到對(duì)應(yīng)的10個(gè)均勻區(qū)間[vt,vt+1]，當(dāng)Vi∈[vt,vt+1]時(shí)得到調(diào)整后綜合評(píng)價(jià)指數(shù)V′i，計(jì)算公式為

(10)

式中vt——底層控制變量全部為{0,0.1,…，t/10+0.1}時(shí)的頂層評(píng)價(jià)指數(shù)

V′i——調(diào)整后綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

表3 突變級(jí)數(shù)模型Tab.3 Catastrophe progression models

注：f(x)表示突變系統(tǒng)的勢(shì)函數(shù)；x表示突變系統(tǒng)的狀態(tài)變量；a1、a2、a3、a4表示突變系統(tǒng)的控制變量；xa1、xa2、xa3、xa4表示系統(tǒng)變量對(duì)應(yīng)的突變級(jí)數(shù)值。

2.2.4耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合度是描述系統(tǒng)或要素彼此作用影響的程度。協(xié)調(diào)度是度量系統(tǒng)或要素發(fā)展過程中的協(xié)同作用和協(xié)調(diào)程度[23]。本文借鑒物理學(xué)中容量耦合概念[24]，參考劉耀彬等[25]、姜磊等[26]采用的耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算模型，計(jì)算農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系統(tǒng)和村莊發(fā)展適宜性系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度，具體計(jì)算公式為

(11)

其中

T=αVs(x)+βVd(y)

式中D——協(xié)調(diào)度

C——耦合度

Vd(y)——村莊發(fā)展適宜性指數(shù)

Vs(x)——農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)

T——綜合協(xié)調(diào)指數(shù)

α、β——待定系數(shù)，分別取0.5

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

3.1 空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性

以孟州市為研究區(qū)，采用GIS技術(shù)提取距離、坡度等相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過極值法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。然后結(jié)合熵值法確定的權(quán)重對(duì)指標(biāo)(準(zhǔn)則)重要程度排序，依據(jù)歸一化公式(表3)，按照“互補(bǔ)取均值”的原則從農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)層向目標(biāo)層逐層遞歸得到目標(biāo)層的初始評(píng)價(jià)指數(shù)，并根據(jù)式(10)調(diào)整后得到最終評(píng)價(jià)結(jié)果。孟州市農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)和村莊發(fā)展適宜性指數(shù)的區(qū)間分別為[0.086，0.694]、[0.068，0.463]，均值為0.499、0.143。用自然斷點(diǎn)法將空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果分為穩(wěn)定(Vs(x)>0.53)、較穩(wěn)定(0.430.23)、較適宜(0.14

圖1 農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分級(jí)圖Fig.1 Stability level map of spatial structure

圖2 村莊發(fā)展適宜性分級(jí)圖Fig.2 Village development suitability level map of rural residential area

評(píng)價(jià)等級(jí)穩(wěn)定s1較穩(wěn)定s2不穩(wěn)定s3合計(jì)適宜d1312419較適宜d239391088不適宜d3575940156合計(jì)9911054263

為驗(yàn)證突變級(jí)數(shù)模型的評(píng)價(jià)精度，將孟州市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)地方測度結(jié)果及排名情況(表5)與實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行對(duì)比分析。首先，除中心城區(qū)(大定辦、會(huì)昌辦、何雍辦、河陽辦)外，西虢鎮(zhèn)、南莊鎮(zhèn)是孟州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)最為發(fā)達(dá)的兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，吸納了不少農(nóng)村剩余勞動(dòng)力就業(yè)，西虢鎮(zhèn)毗鄰洛陽吉利區(qū)，優(yōu)越的區(qū)位和交通條件使其工業(yè)發(fā)展經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯，南莊鎮(zhèn)是全國重點(diǎn)鎮(zhèn)，以皮毛加工和電子商務(wù)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)；其次，趙和鎮(zhèn)和化工鎮(zhèn)則憑借優(yōu)越的自然地理位置，具有良好的生態(tài)環(huán)境和豐厚的資源稟賦；而谷旦鎮(zhèn)和城伯鎮(zhèn)作為典型的平原區(qū)，地勢(shì)平坦、村莊建設(shè)規(guī)整，但缺乏二、三產(chǎn)業(yè)的支撐造成村莊空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性雖高但發(fā)展適宜性整體偏低；處于遠(yuǎn)郊區(qū)的槐樹鄉(xiāng)位于丘陵地帶，與其他幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)相比區(qū)位和交通條件較差、村落規(guī)模小且布局零散，近年來農(nóng)村剩余勞動(dòng)力不斷外流，其空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性在所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)中最低。因此，根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)際情況，西虢、趙和、化工和南莊4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的村莊整體發(fā)展適宜性優(yōu)于谷旦、城伯和槐樹鄉(xiāng)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，同時(shí)，由于中心城區(qū)、西虢鎮(zhèn)、南莊鎮(zhèn)的村莊受到城鎮(zhèn)擴(kuò)張的影響，村莊空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性低于平原區(qū)的城伯鎮(zhèn)和谷旦鎮(zhèn)。經(jīng)驗(yàn)證，評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況一致，突變級(jí)數(shù)模型對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性評(píng)價(jià)具有較強(qiáng)的適用性。

表5 評(píng)價(jià)結(jié)果及排名Tab.5 Evaluation results and ranking

3.1.1農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

孟州市農(nóng)村居民點(diǎn)整體空間結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)較高，263個(gè)村莊中有99個(gè)村莊為穩(wěn)定型、110個(gè)為較穩(wěn)定型，僅有54個(gè)村莊為不穩(wěn)定型。河陽辦、大定辦、谷旦鎮(zhèn)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)較高，平均指數(shù)分別為0.554、0.552、0.533；槐樹鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最低，平均穩(wěn)定性指數(shù)為0.424，44個(gè)村莊中包含了27個(gè)空間結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定型村莊。

結(jié)果顯示(圖1)：孟州市西北部丘陵區(qū)的農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)較不穩(wěn)定、中東部平原區(qū)穩(wěn)定性指數(shù)整體較高、南部黃河灘區(qū)多為較穩(wěn)定狀態(tài)。受地形條件限制，槐樹鄉(xiāng)和趙和鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)邊緣都相對(duì)復(fù)雜、分維數(shù)較高，與槐樹鄉(xiāng)相比位于過渡帶的趙和鎮(zhèn)的農(nóng)村居民點(diǎn)平均斑塊面積(MPS)較大，因此空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對(duì)較高；在經(jīng)濟(jì)條件好的平原區(qū)，隨著人口的增長村莊不斷擴(kuò)張，但由于村莊建設(shè)過程中缺乏合理規(guī)劃使農(nóng)村居民點(diǎn)無序擴(kuò)張，造成農(nóng)村居民點(diǎn)邊緣復(fù)雜化，使農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低，如河雍辦事處的王廟村和會(huì)昌辦事處的堤北頭村。

3.1.2村莊發(fā)展適宜性分析

孟州市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的村莊發(fā)展適宜性評(píng)價(jià)指數(shù)差距較大，在所有評(píng)價(jià)的村莊中共包含發(fā)展適宜型村莊19個(gè)、較適宜88個(gè)、不適宜156個(gè)。孟州市西北部的槐樹鄉(xiāng)、谷旦鎮(zhèn)、趙和鎮(zhèn)的不適宜型村莊數(shù)量較多，占不適宜型總數(shù)的53.21%。

結(jié)果顯示(圖2)：發(fā)展適宜性高的村莊具有明顯的沿交通干線分布的特征，不適宜型的多圍繞發(fā)展適宜性較高區(qū)域分布或分布相對(duì)獨(dú)立但與鄰近居民點(diǎn)有一定距離；位于近郊區(qū)的南莊鎮(zhèn)、西虢鎮(zhèn)的村莊整體發(fā)展水平較高，這主要由于該區(qū)域地勢(shì)平坦、區(qū)位條件優(yōu)越、村莊集中分布形成了集聚效應(yīng)，并受城區(qū)輻射帶動(dòng)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展，加強(qiáng)了區(qū)域內(nèi)村莊的經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)力；而槐樹鄉(xiāng)受到地形條件和資源稟賦限制，村莊布局較為分散，削弱了村與村、城與鄉(xiāng)之間的聯(lián)系，引起區(qū)域內(nèi)人口外流、村莊發(fā)展緩慢；谷旦鎮(zhèn)雖處于東部平原區(qū)，但由于農(nóng)村居民點(diǎn)布局分散、區(qū)位條件差造成村莊發(fā)展適宜性整體偏低。

3.2 農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化分析

目前，大多學(xué)者在實(shí)際應(yīng)用中采用均勻分布函數(shù)法劃分協(xié)調(diào)度級(jí)別[26-29]。本研究依據(jù)式(11)計(jì)算孟州市空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性之間的協(xié)調(diào)度，根據(jù)實(shí)際測度結(jié)果的區(qū)間(0.235≤D≤0.511)，采用均勻分布函數(shù)法將孟州市各個(gè)村莊的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性協(xié)調(diào)度劃分為高度協(xié)調(diào)(0.5≤D≤1)、中度協(xié)調(diào)(0.4≤D<0.5)、低度協(xié)調(diào)(0.3≤D<0.4)和瀕臨失調(diào)(0≤D<0.3)4個(gè)等級(jí)(圖3)。并根據(jù)農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果將農(nóng)村居民點(diǎn)分成多個(gè)適宜性級(jí)別，同時(shí)依據(jù)各級(jí)別村莊的空間結(jié)構(gòu)特征和村莊發(fā)展特征提出5種農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化模式(圖4)。

圖3 協(xié)調(diào)度分級(jí)圖Fig.3 Level map of coupling coordination

圖4 農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化模式分布圖Fig.4 Distribution results of optimization model of rural residential area

3.2.1農(nóng)村居民點(diǎn)協(xié)調(diào)度分析

孟州市農(nóng)村居民點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性多處于低度協(xié)調(diào)級(jí)別(表6)，孟州市農(nóng)村居民點(diǎn)布局整體協(xié)調(diào)度較低，263個(gè)村莊中共包含226個(gè)村莊處于低度協(xié)調(diào)狀態(tài)，占農(nóng)村居民點(diǎn)總面積的72.60%；西虢鎮(zhèn)的韓莊為高度協(xié)調(diào)，下口、湯廟、段西等32個(gè)村莊為中度協(xié)調(diào)，共占農(nóng)村居民點(diǎn)總面積的26.90%；王廟、青龍、馬吉嶺和秦溝4個(gè)村莊為瀕臨失調(diào)。

槐樹鄉(xiāng)和谷旦鎮(zhèn)的村莊分別為典型的山地丘陵區(qū)農(nóng)村和典型平原區(qū)農(nóng)村，兩種類型的農(nóng)村居民點(diǎn)布局耦合協(xié)調(diào)度都不高。受地形條件限制，槐樹鄉(xiāng)較難形成大規(guī)模發(fā)展類型的農(nóng)村居民點(diǎn)，因此農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、村莊發(fā)展實(shí)力較弱，整體布局協(xié)調(diào)性較低；谷旦鎮(zhèn)的農(nóng)村居民點(diǎn)雖然分布規(guī)則且具有良好的資源稟賦，但由于農(nóng)村居民點(diǎn)之間相對(duì)分散使居民點(diǎn)之間的空間集聚程度低，村莊發(fā)展受到限制，因此農(nóng)村居民點(diǎn)布局整體協(xié)調(diào)性較低；如果缺乏二、三產(chǎn)業(yè)支撐，這兩類地區(qū)的村莊將會(huì)逐漸衰退。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)達(dá)的南莊鎮(zhèn)和西虢鎮(zhèn)的村莊分布集中，村莊空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、發(fā)展程度高，整體布局協(xié)調(diào)性高，但在發(fā)展過程中應(yīng)對(duì)村莊合理規(guī)劃，不能盲目擴(kuò)張。

表6 孟州市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村居民點(diǎn)布局評(píng)價(jià)結(jié)果分布Tab.6 Evaluation results of rural residential area distribution of towns in Mengzhou City

3.2.2農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化模式劃分及其優(yōu)化方向分析

受農(nóng)村鄉(xiāng)土觀念、生活習(xí)慣、農(nóng)田日常管理、農(nóng)村土地集體所有制度等因素限制，目前大規(guī)模的遷村并點(diǎn)的模式并不適用于農(nóng)村居民點(diǎn)的布局優(yōu)化，該模式不但工程量和資金投入量較大，而且大多數(shù)搬遷后的農(nóng)村居民點(diǎn)仍處于閑置、再利用率不高的狀態(tài)，易造成土地資源浪費(fèi)，因此應(yīng)從村莊實(shí)際情況出發(fā)整治農(nóng)村居民點(diǎn)，以村莊的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展為優(yōu)化理念提出適宜的優(yōu)化方法。本研究從農(nóng)村居民點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性兩方面出發(fā)，結(jié)合兩者之間的耦合協(xié)調(diào)程度，將孟州市農(nóng)村居民點(diǎn)劃分為重點(diǎn)建設(shè)型、一般發(fā)展型、保留型、產(chǎn)業(yè)引進(jìn)型和重點(diǎn)改造型5種布局優(yōu)化模式(圖4、表7)。

表7 孟州市農(nóng)村居民點(diǎn)布局類型及其優(yōu)化模式Tab.7 Layout type and optimization mode of rural residential area in Mengzhou City

(1)重點(diǎn)建設(shè)型：此類村莊多沿交通干線分布、區(qū)位條件優(yōu)越、農(nóng)村居民點(diǎn)規(guī)模大且對(duì)周邊村莊具有較強(qiáng)吸引能力，應(yīng)加強(qiáng)醫(yī)療、教育等基礎(chǔ)配套設(shè)施的配置，鄰近周邊村莊的可進(jìn)一步發(fā)展為小城鎮(zhèn)；與附近村莊集聚程度低的可建設(shè)為中心村并服務(wù)于周邊村莊。

(2)一般發(fā)展型：空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、發(fā)展程度較好、村莊空間布局相對(duì)協(xié)調(diào)，村莊自身有一定發(fā)展?jié)摿?，?duì)于此類村莊可分為兩種優(yōu)化方向：近郊區(qū)域的村莊可依附城鎮(zhèn)發(fā)展；遠(yuǎn)郊區(qū)域村莊應(yīng)加強(qiáng)與周邊村莊的聯(lián)系，挖掘村莊自身發(fā)展?jié)摿χ饾u發(fā)展。

(3)保留型：村莊發(fā)展實(shí)力和村莊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性整體不高，多分布于遠(yuǎn)郊區(qū)且布局分散，但村莊整體布局較協(xié)調(diào)，對(duì)于此類農(nóng)村居民點(diǎn)短期內(nèi)予以保留，根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行優(yōu)化。

(4)產(chǎn)業(yè)引進(jìn)型：村莊空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且具有一定規(guī)模但缺乏產(chǎn)業(yè)支撐，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源稟賦狀況和生態(tài)條件引入其他產(chǎn)業(yè)或與周邊村莊抱團(tuán)發(fā)展。如位于黃河灘區(qū)的新北村，可以打造生態(tài)觀光農(nóng)業(yè)，處于典型平原區(qū)的谷旦鎮(zhèn)的董村、黨宋馬村可在其周邊建設(shè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)與薛村和張劉李村共同發(fā)展。

(5)重點(diǎn)改造型：村莊空間結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、村莊發(fā)展適宜性低的村莊為重點(diǎn)改造對(duì)象。隨著村莊的變遷，山地丘陵區(qū)許多村莊的農(nóng)村居民點(diǎn)被荒廢、村莊內(nèi)人口外流，此類村莊應(yīng)逐步與同類型村莊共同遷并，形成集聚優(yōu)勢(shì)構(gòu)建適宜區(qū)域發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，對(duì)于古文化村落以及有特色的村莊應(yīng)予以保存建設(shè)為美麗鄉(xiāng)村；處于平原區(qū)的村莊大多由于村莊擴(kuò)張無序性造成村莊整體協(xié)調(diào)性較低，應(yīng)加強(qiáng)規(guī)劃治理，拆除雜亂違規(guī)用地。

4 結(jié)論

(1)孟州市農(nóng)村居民點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)整體較穩(wěn)定，但受到地形、區(qū)位以及建設(shè)過程缺乏合理規(guī)劃造成農(nóng)村居民點(diǎn)無序化擴(kuò)張，因此部分村莊空間結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；村莊發(fā)展實(shí)力懸殊，受到地形條件影響，西北部村莊布局分散，村莊發(fā)展受到限制；中南部地區(qū)村莊大多集中分布，村莊發(fā)展適宜性較高。

(2)根據(jù)農(nóng)村居民點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和村莊發(fā)展適宜性之間的協(xié)調(diào)度，將農(nóng)村居民點(diǎn)布局劃分為高度協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)、低度協(xié)調(diào)和瀕臨失調(diào)4種類型。同時(shí)，結(jié)合村莊的農(nóng)村居民點(diǎn)布局適宜性提出重點(diǎn)建設(shè)型、一般發(fā)展型、保留型、產(chǎn)業(yè)引進(jìn)型和重點(diǎn)改造型5種優(yōu)化模式，并根據(jù)區(qū)域特征提出了農(nóng)村居民點(diǎn)的優(yōu)化方向。

(3)經(jīng)驗(yàn)證突變級(jí)數(shù)模型和耦合協(xié)調(diào)度模型適用于農(nóng)村居民點(diǎn)布局優(yōu)化的研究中，突變級(jí)數(shù)模型減小了以往研究中出現(xiàn)的主觀影響程度，耦合協(xié)調(diào)程度能反映村莊布局中存在空間和發(fā)展之間的問題，研究結(jié)果有效、合理且符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況。