黃河流域水利風(fēng)景區(qū)集群與風(fēng)光帶空間布局適宜性評(píng)價(jià)

劉昌輝,趙 楠,董 青,李維華,李勤英,孟 明,祝世華,朱珂瑩

(1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南 鄭州 450003; 2.水利部黃河流域水治理與水安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(籌),河南 鄭州 450003; 3.水利部綜合事業(yè)局,北京 100032; 4.衢州市水利局,浙江 衢州 324000)

隨著黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展,生態(tài)文明理念、鄉(xiāng)村振興等戰(zhàn)略的提出,水利風(fēng)景區(qū)的建設(shè)和發(fā)展也面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。水利部印發(fā)的《關(guān)于推動(dòng)水利風(fēng)景區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》為水利風(fēng)景區(qū)的集群和風(fēng)光帶發(fā)展指明了方向。我國(guó)自20世紀(jì)70年代初開始逐漸形成了適宜性評(píng)價(jià)學(xué)科,并在實(shí)踐中取得了一些積極的成果。

適宜性評(píng)價(jià)是從自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與文化4個(gè)方面對(duì)土地資源的適宜性程度進(jìn)行評(píng)價(jià),以確定土地利用方式的科學(xué)、合理和可持續(xù)性[1]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在適宜性評(píng)價(jià)研究方面做了大量的工作,先進(jìn)的評(píng)價(jià)理論和方法不斷涌現(xiàn),其中以土地單元適宜性評(píng)價(jià)為主要的研究方向[2]。然而,由于各國(guó)的自然和社會(huì)條件不同,適宜性評(píng)價(jià)的方法體系和側(cè)重點(diǎn)也有所不同。如歐美國(guó)家注重對(duì)生態(tài)環(huán)境[3]和社會(huì)文化的評(píng)價(jià)[4-5],而我國(guó)則更側(cè)重于對(duì)土地生產(chǎn)力和土地利用功能的評(píng)價(jià)[6]。在實(shí)踐應(yīng)用中,適宜性評(píng)價(jià)成果主要用于決策支持[7]、土地利用規(guī)劃[8]和生態(tài)保護(hù)[9]等領(lǐng)域。如在城市規(guī)劃與建設(shè)領(lǐng)域,適宜性評(píng)價(jià)在縮小城市擴(kuò)張范圍[10]、尋找新城區(qū)[11]、合理規(guī)劃藍(lán)圖[12]等方面起到了重要作用;在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,適宜性評(píng)價(jià)可以幫助農(nóng)民合理選擇作物[13],制定管理方案[14],促進(jìn)農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展[15-16]。

水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶中,風(fēng)光帶是指連接城市與水利風(fēng)景區(qū)的線性景觀帶,通常是地理環(huán)境中自然、文化元素、歷史遺址以及現(xiàn)代城市等因素綜合構(gòu)成的生態(tài)廊道或景觀保護(hù)帶[17-18]。水利風(fēng)景區(qū)集群是將多個(gè)水利風(fēng)景區(qū)進(jìn)行有機(jī)整合,實(shí)現(xiàn)了水利文化、旅游、科普等多功能的整合和集成,并以水利文化為主題,具有游覽、觀光、度假、科普和文化傳播等功能[19]。因此,水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)使集群及風(fēng)光帶輻射較大范圍的人口、文化和自然資源,從而釋放出更大的綜合效益。然而,傳統(tǒng)的集群和廊道規(guī)劃方法多基于要素的空間分布特征,以河流、路網(wǎng)等線性要素構(gòu)建空間廊道和分區(qū),或是基于要素空間分布情況,連點(diǎn)成線形成空間廊道。該空間布局方法存在一定的主觀性,其結(jié)果容易受到設(shè)計(jì)者主觀認(rèn)知的影響。為此,本研究以黃河流域水利風(fēng)景區(qū)為研究對(duì)象,在集群及風(fēng)光帶規(guī)劃設(shè)計(jì)中引入適宜性評(píng)價(jià),綜合評(píng)價(jià)影響集群及風(fēng)光帶布局的自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文化等因素,并構(gòu)建水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,利用層次分析法(AHP)、粒子群優(yōu)化算法和群決策法等,以定性與定量相結(jié)合的方法,劃分集群及風(fēng)光帶適宜建設(shè)分區(qū),為水利風(fēng)景區(qū)宏觀布局和水利風(fēng)景區(qū)風(fēng)光帶集群建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 黃河流域水利風(fēng)景區(qū)概況

2021年10月,中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》作為指導(dǎo)當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的綱領(lǐng)性文件。2022年8月水利部印發(fā)的《關(guān)于推動(dòng)水利風(fēng)景區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出,到2025年,水利風(fēng)景區(qū)總體布局應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化,以推動(dòng)水利風(fēng)景區(qū)風(fēng)光帶和集群發(fā)展。建設(shè)黃河流域水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶建設(shè)是踐行《關(guān)于推動(dòng)水利風(fēng)景區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》中完善水利風(fēng)景區(qū)總體布局的重要舉措。作為水利與多產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的產(chǎn)物,水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶建設(shè)可在維護(hù)水工程、保護(hù)水資源、改善水環(huán)境、修復(fù)水生態(tài)、弘揚(yáng)水文化、發(fā)展水經(jīng)濟(jì)等方面發(fā)揮重要的集聚作用。

截至2022年底,黃河流域共有260余家水利風(fēng)景區(qū),其中125家為國(guó)家水利風(fēng)景區(qū)(圖1),涉及空間范圍廣,在河源水源涵養(yǎng)區(qū)、上游生態(tài)功能區(qū)、中游糧食主產(chǎn)區(qū)、下游黃河濕地區(qū)均有分布。

圖1 黃河流域水利風(fēng)景區(qū)分布

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

建設(shè)水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶,除了考慮水利風(fēng)景區(qū)的空間分布、水系水網(wǎng)布局、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值等自然因素外,還需考慮區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、交通路網(wǎng)布局、人口分布密度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等人文因素,以及國(guó)家重點(diǎn)水利工程分布、相關(guān)生態(tài)保護(hù)區(qū)等政策因素[20]。

本研究從水利風(fēng)景區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的基本內(nèi)涵出發(fā),考慮水利風(fēng)景區(qū)的自然、人文和政策因素,結(jié)合專家意見和已有研究成果,構(gòu)建了由3個(gè)準(zhǔn)則層和9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成的水利風(fēng)景區(qū)集群與風(fēng)光帶空間布局評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。表1對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)主要來源于中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布數(shù)據(jù)集、基于DEM提取的中國(guó)流域和河網(wǎng)數(shù)據(jù)集、資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)注冊(cè)與出版系統(tǒng)、水利風(fēng)景區(qū)綜合服務(wù)平臺(tái)、中國(guó)GDP空間分布公里網(wǎng)格數(shù)據(jù)集、國(guó)家文物局綜合行政管理平臺(tái)、中國(guó)人口空間分布公里網(wǎng)格數(shù)據(jù)集和中國(guó)自然保護(hù)區(qū)生物標(biāo)本資源共享平臺(tái)。

表1 水利風(fēng)景區(qū)集群與風(fēng)光帶空間布局適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

通過對(duì)國(guó)家、省和地市3個(gè)層級(jí)相關(guān)規(guī)劃內(nèi)列的重點(diǎn)水利工程進(jìn)行人工搜集,并利用相關(guān)平臺(tái)捕獲重點(diǎn)水利工程的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)以獲得國(guó)家、省和地市重點(diǎn)水利工程的空間分布數(shù)據(jù),其他相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可通過已有的開源數(shù)據(jù)平臺(tái)獲取。國(guó)家、省、重點(diǎn)地市相關(guān)規(guī)劃涉及的重點(diǎn)工程分別為25、132和217個(gè),其規(guī)劃統(tǒng)計(jì)見表2。通過這些數(shù)據(jù)可以更好地評(píng)估水利風(fēng)景區(qū)布局的各項(xiàng)指標(biāo)。

表2 國(guó)家、省、地市級(jí)涉及重點(diǎn)水利工程的規(guī)劃統(tǒng)計(jì)

3 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法與專家數(shù)據(jù)

引入基于粒子群優(yōu)化算法改進(jìn)的層次分析法對(duì)評(píng)價(jià)體系準(zhǔn)測(cè)層和指標(biāo)層進(jìn)行權(quán)重分析。邀請(qǐng)生態(tài)、園林、城市規(guī)劃、水文以及水利風(fēng)景區(qū)管理機(jī)構(gòu)共計(jì)45人參與權(quán)重分析。①45位專家分別對(duì)不同層次評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性進(jìn)行判斷并構(gòu)建判斷矩陣;②采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)判斷矩陣進(jìn)行矯正,計(jì)算并獲得各評(píng)價(jià)因素的重要性排序,即權(quán)重分配;③進(jìn)行一致性驗(yàn)證,若驗(yàn)證通過則表明權(quán)重分配合理,若不通過則表明權(quán)重分配不合理,需重新對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行重要性判斷并完成其他步驟,直至通過一致性檢驗(yàn);④采用群決策法直接求出45位專家權(quán)重分配結(jié)果的平均值。指標(biāo)權(quán)重分析過程如圖2所示。

圖2 指標(biāo)權(quán)重分析過程

在群決策結(jié)論方法中,專家群決策單個(gè)權(quán)重的結(jié)果相當(dāng)于每個(gè)專家各相關(guān)權(quán)重值的平均數(shù)。若各專家的影響因子不同,則上述平均值為各專家的加權(quán)平均值。一般推薦采用群決策結(jié)論法進(jìn)行群決策求解。采用專家群決策方法,直接求出45位專家結(jié)論的平均值。本研究展示1個(gè)專家數(shù)據(jù)用于說明求解步驟,其他專家的過程與此完全相同的,故不再展示。專家1求解過程數(shù)據(jù)見表3～8(λmax為最大特征根;CI為一致性指標(biāo);CR為一致性比例),參與問卷調(diào)查的45位專家的用表形式見圖3。

表3 專家1各項(xiàng)評(píng)價(jià)內(nèi)容結(jié)論

表4 修正后計(jì)算用準(zhǔn)則層權(quán)重矩陣

表5 修正后計(jì)算用自然因素權(quán)重矩陣

表7 修正后計(jì)算用政策因素權(quán)重矩陣

表8 準(zhǔn)則層權(quán)重

4 群決策結(jié)論與歸一化計(jì)算

群決策方法是直接求解專家結(jié)論的平均值方法,即沒有群矩陣;若各打分專家的權(quán)重不同,由于群矩陣無法求幾何平均值,只能通過專家結(jié)論平均值法求解,即仍沒有群矩陣[21]。本研究45位專家的權(quán)重相同,表9是通過群決策獲得的準(zhǔn)則層和指標(biāo)層權(quán)重表。

表9 基于群決策獲得的準(zhǔn)則層和指標(biāo)層權(quán)重

為了在進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和分析時(shí)更加準(zhǔn)確和公正,采用歸一化方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。歸一化方法是將數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則轉(zhuǎn)換為一定范圍內(nèi)的數(shù)值,以消除數(shù)據(jù)間的量綱和維度差異。歸一化常用的兩種方式分別是Min-Max歸一化和Z-score歸一化方法。本研究采用Min-Max歸一化方法對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化計(jì)算,其計(jì)算公式為(x-xmin)/(xmax-xmin),其中x為原始數(shù)據(jù),xmin為數(shù)據(jù)集的最小值,而xmax即數(shù)據(jù)集的最大值。在Arc Gis中對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)按照Min-Max歸一化方法計(jì)算,得到歸一化后的柵格數(shù)據(jù)。

5 評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

5.1 評(píng)價(jià)結(jié)果

采用ArcGIS軟件的“加權(quán)總和”工具,將進(jìn)行歸一化計(jì)算后獲得的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)按照對(duì)應(yīng)權(quán)重(表9)進(jìn)行疊加,獲得多要素權(quán)重疊加數(shù)據(jù)(圖4)。使用相等間隔法將疊加后的數(shù)據(jù)分為5類,分別表示高適宜區(qū)域、較高適宜區(qū)域、中適宜區(qū)域、低適宜區(qū)域和不適宜區(qū)域,見圖5。通過該方法可更直觀地了解黃河流域水利風(fēng)景區(qū)宏觀布局評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖4 多要素權(quán)重疊加數(shù)據(jù)

圖5 黃河流域水利風(fēng)景區(qū)宏觀布局

由圖5可以發(fā)現(xiàn),黃河流域適宜建設(shè)水利風(fēng)景區(qū)和集群的區(qū)域主要分布在關(guān)中平原、中原城市群、山東半島和黃河幾字灣等區(qū)域。結(jié)合黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的要求,提出“五群六帶”的水利風(fēng)景區(qū)宏觀布局構(gòu)想。其中,“五群”是指寧夏平原集群、晉中盆地集群、關(guān)中平原集群、中原集群和山東半島集群,而“六帶”則包括河湟風(fēng)光帶、黃河幾字灣風(fēng)光帶、黃河中游風(fēng)光帶、涇河風(fēng)光帶、黃河下游風(fēng)光帶和河口風(fēng)光帶。這一布局構(gòu)想以黃河干支流、城市水網(wǎng)、四五級(jí)河流和主要交通干線為基礎(chǔ),結(jié)合重點(diǎn)水利工程、人口、交通和文化等方面的空間分布情況,旨在充分挖掘黃河流域豐富的自然和人文資源,打造具有區(qū)域特色和較高綜合價(jià)值的水利風(fēng)景區(qū)集群和風(fēng)光帶,推動(dòng)黃河流域的生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展。

為了進(jìn)一步明確黃河流域適宜建設(shè)水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶所在縣(區(qū)),將高適宜區(qū)域數(shù)據(jù)與黃河流域地級(jí)市地圖進(jìn)行疊加,通過篩選得到黃河流域水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶高適宜建設(shè)縣(區(qū))統(tǒng)計(jì)表(表10)。從表10可以發(fā)現(xiàn),沿黃9省(自治區(qū))中,青海省和四川省沒有適宜建設(shè)水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶的縣(區(qū)),而其他7省(自治區(qū))均有適宜建設(shè)的縣(區(qū))。此外,河南省和陜西省的適宜建設(shè)區(qū)域較多,且兩省均以省會(huì)城市形成適宜建設(shè)的熱點(diǎn)區(qū)域,這主要是因?yàn)檫@些區(qū)域經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá),路網(wǎng)和水系較為密集,文化資源較為富集,且國(guó)家級(jí)水利風(fēng)景區(qū)的分布數(shù)量較多。

表10 黃河流域水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶高適宜建設(shè)縣(區(qū))統(tǒng)計(jì)

6 適宜建設(shè)區(qū)域水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶打造策略

水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶的建設(shè)需要在宏觀、中觀、微觀3個(gè)層面進(jìn)行規(guī)劃和實(shí)施。

a.在宏觀層面(流域或省域?qū)用?,水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶應(yīng)注重區(qū)域集聚效應(yīng),以圖5為依據(jù),從流域整體層面,根據(jù)區(qū)域城市集群和黃河干支流規(guī)劃水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶,并注重與全國(guó)水利風(fēng)景區(qū)總體規(guī)劃的銜接以及沿黃各省市水利風(fēng)景區(qū)規(guī)劃的傳導(dǎo),加強(qiáng)與流域綜合規(guī)劃、區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃及文旅規(guī)劃的銜接。

b.在中觀層面,以相關(guān)市域?qū)用鏋檠芯糠秶M(jìn)行資源評(píng)價(jià),注重要素集群效應(yīng)規(guī)劃水利風(fēng)景區(qū)集群,以國(guó)家水網(wǎng)、路網(wǎng)、文旅線路為軸線,統(tǒng)籌沿線(岸)水利風(fēng)景及文化旅游資源,形成水利風(fēng)景區(qū)風(fēng)光帶?？山Y(jié)合表10的內(nèi)容,選定試點(diǎn)地區(qū),推出水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶建設(shè)試點(diǎn),對(duì)于入選試點(diǎn)建設(shè)的地區(qū)加大政策和資金支持。

c.在微觀的景區(qū)建設(shè)層面,注重水利風(fēng)景區(qū)落地建設(shè)。加強(qiáng)不同景區(qū)間道路、水系、綠島等線性要素的聯(lián)通?？梢员狙芯吭u(píng)價(jià)體系中各指標(biāo)權(quán)重分析為參考依據(jù),識(shí)別工程建設(shè)重點(diǎn),完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)內(nèi)容。

7 結(jié) 論

a.基于文獻(xiàn)綜述和專家咨詢的方法,構(gòu)建黃河流域水利風(fēng)景區(qū)集群與風(fēng)光帶空間布局適宜性評(píng)價(jià)體系。該體系涵蓋了自然、人文和政策3個(gè)層面,并通過層次分析法獲得指標(biāo)權(quán)重,為評(píng)估黃河流域水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶的適宜建設(shè)區(qū)域提供了評(píng)價(jià)依據(jù)?；谠u(píng)價(jià)體系和指標(biāo)權(quán)重,將黃河流域水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶的適宜建設(shè)區(qū)域劃分為5個(gè)等級(jí),提出了建設(shè)分區(qū)方案。按照該方案,提取56個(gè)適宜建設(shè)的縣(區(qū)),為黃河流域水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶的建設(shè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和空間布局依據(jù)。

b.在宏觀、中觀和微觀3個(gè)層面,提出對(duì)應(yīng)的建設(shè)策略和方法。在宏觀層面,提出“五群六帶”的黃河流域水利風(fēng)景區(qū)宏觀布局構(gòu)想,即將黃河流域分為5個(gè)功能區(qū),6條地域聯(lián)通帶。在中觀層面,選取適宜建設(shè)的縣(區(qū))作為試點(diǎn)地區(qū),從資源整合、政策支持、投資建設(shè)等方面提出中期建設(shè)規(guī)劃和措施,并呼吁政府加大資金和政策支持。在微觀層面,強(qiáng)調(diào)水利風(fēng)景區(qū)集群及風(fēng)光帶的落地建設(shè),提出加強(qiáng)不同景區(qū)間道路、水系、綠島等線性要素的聯(lián)通,完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)內(nèi)容等策略和方法。

c.本研究提出的方法和思路充分考慮了區(qū)域的自然條件和人文歷史、文化遺產(chǎn)等因素,在區(qū)域空間規(guī)劃、文旅規(guī)劃等領(lǐng)域的宏觀規(guī)劃中也具有參考意義,同時(shí)也為國(guó)家文化公園的建設(shè)提供了可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)和方法。黃河國(guó)家文化公園的規(guī)劃需要注重自然與人文的結(jié)合、生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)同以及區(qū)域間的聯(lián)動(dòng)和協(xié)調(diào),本研究提出的中期建設(shè)規(guī)劃和措施、落地建設(shè)思路等方法,可為黃河國(guó)家文化公園宏觀規(guī)劃提供有益的參考和指導(dǎo)。