三峽庫區(qū)低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)村聚落空間分布特征及影響因素基于GIS的三峽庫區(qū)低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)村聚落空間分布研究以忠縣涂井鄉(xiāng)、石寶鎮(zhèn)為例

三峽庫區(qū)低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)村聚落空間分布特征及影響因素基于GIS的三峽庫區(qū)低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)村聚落空間分布研究以忠縣涂井鄉(xiāng)、石寶鎮(zhèn)為例

農(nóng)村居民點是指農(nóng)村居民點的基本生產(chǎn)和生活場所，包括住宅、道路和公共空間等生產(chǎn)和生活設(shè)施，包括城市市場、中心村、自然村、分散村等類型的村。鄉(xiāng)村聚落是鄉(xiāng)村人口空間分布的載體,目前,中國鄉(xiāng)村人口占全國總?cè)丝诘谋戎厝愿哌_53.4%,有7.13億農(nóng)村人口居住在上百萬個村落與集鎮(zhèn),因此,鄉(xiāng)村聚落依然是中國人口的主要聚居形式［２］。鄉(xiāng)村聚落空間分布是在特定生產(chǎn)力水平下,人類認(rèn)識自然、利用自然的綜合反映,是鄉(xiāng)村經(jīng)濟社會文化過程綜合作用的結(jié)果［３］,鄉(xiāng)村聚落空間分布的特點、規(guī)模、動態(tài)變化等受到環(huán)境基礎(chǔ)因子的制約,同時受社會經(jīng)濟發(fā)展、歷史、文化習(xí)俗等因素的影響［４］。國外鄉(xiāng)村聚落的研究起步較早,始于19世紀(jì)末至20世紀(jì)初,從總體上呈現(xiàn)出由定性描述到定量研究,從空間分析向社會人文方向轉(zhuǎn)型并且向多學(xué)科綜合研究方向發(fā)展。我國鄉(xiāng)村聚落的研究興起于20世紀(jì)30年代［５］,一直以來以定性研究為主,主要研究領(lǐng)域集中在典型地區(qū)的鄉(xiāng)村聚落體系與結(jié)構(gòu)、鄉(xiāng)村聚落的地域類型、快速城市化影響下的鄉(xiāng)村聚落的演化等方面［６－９］。近年來國內(nèi)學(xué)者對鄉(xiāng)村聚落空間分布的定量研究開始增多,研究的區(qū)域主要集中在東部地區(qū)的遼寧、江蘇、浙江、廣州等沿海地區(qū),南部的貴州、云南等地區(qū),西部地區(qū)的黃土高原,而針對三峽庫區(qū)鄉(xiāng)村聚落的空間分布研究很少。三峽庫區(qū)(重慶段)的農(nóng)村人口占其總?cè)丝诘?6.6%(2011年末),改革開放以來,受工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化以及三峽大壩水利樞紐工程建設(shè)的影響,三峽庫區(qū)鄉(xiāng)村聚落形態(tài)與功能、空間分布、空間格局都在發(fā)生顯著的變化［１０］,研究三峽庫區(qū)鄉(xiāng)村聚落空間分布及其優(yōu)化策略具有重要現(xiàn)實意義。本文選取三峽庫區(qū)腹地典型低山丘陵區(qū)的忠縣涂井鄉(xiāng)和石寶鎮(zhèn)為實證研究區(qū)域,借助遙感影像,運用GIS定量分析方法,分析三峽庫區(qū)低山丘陵區(qū)鄉(xiāng)村聚落的空間分布格局特征以及驅(qū)動因素,以期為鄉(xiāng)村居民點規(guī)劃建設(shè)與調(diào)控管理提供決策參考。1研究區(qū)域的概況和數(shù)據(jù)來源1.1地貌類型及分布涂井鄉(xiāng)、寶石鎮(zhèn)位于忠縣東北部,東接萬州,南瀕長江,西靠忠州鎮(zhèn)、黃金鎮(zhèn)、汝溪鎮(zhèn),北連野鶴鎮(zhèn),地處東經(jīng)108°3′—108°14′、北緯30°21′—30°30′。兩地總面積164km２,下轄29個行政村,總?cè)丝?9032人,農(nóng)業(yè)人口49144人,鄉(xiāng)村戶數(shù)17910戶。平均海拔450m,平均降雨量1200mm,多年平均氣溫19.2℃,屬亞熱帶東南季風(fēng)氣候。重慶市三峽庫區(qū)地貌結(jié)構(gòu)復(fù)雜,全區(qū)地貌形態(tài)類型有中山、低山、高丘陵、中丘陵、低丘陵、緩丘陵、臺地和平壩等幾大類。重慶市三峽庫區(qū)山地、丘陵地貌類型,占庫區(qū)各類地貌總面積70.02%。忠縣地處三峽庫區(qū)重慶段腹心地帶,研究區(qū)屬三峽庫區(qū)典型的單斜深丘,背斜低山丘陵地貌。域內(nèi)汝溪河兩岸由河流階地依次過渡為單斜深丘,背斜低山區(qū),境內(nèi)汝溪河及其支流呈東南—西北、東北—西南走向,大小支流、湖沼、水庫密集。1.2ot5數(shù)據(jù)處理本文的研究數(shù)據(jù)來自4個方面,通過中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站獲取忠縣2010年的SPOT5衛(wèi)星影像(分辨率10m),經(jīng)過幾何校正、坐標(biāo)配準(zhǔn),并經(jīng)解譯、矢量化處理,提取研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落及河流(常年河、時令河和渠道、山坪塘)、道路(縣道、鄉(xiāng)道)等的要素;忠縣2010年1∶250000地形數(shù)據(jù),來源于重慶市測繪局;忠縣30m分辨率的地形圖和坡度圖,來源于中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站。2農(nóng)村村莊的空間分布特征2.1景觀破碎度及斑塊面積利用ArcGIS10.0,從2010年研究區(qū)影像中提取鄉(xiāng)村聚落用地,生成鄉(xiāng)村聚落分布矢量圖,并選取斑塊數(shù)(NP)、最小斑塊面積(MINP)、最大斑塊面積(MAXP)、斑塊總面積(CA)、平均斑塊面積(MPS)等景觀指數(shù)(表1)。在此基礎(chǔ)上,本文計算出研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落景觀的破碎度。鄉(xiāng)村聚落的景觀破碎度,是用以反映研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,由于自然或人為干擾,所導(dǎo)致的景觀由單一、均質(zhì)和連續(xù)的整體趨向于復(fù)雜、異質(zhì)和不連續(xù)的斑塊鑲嵌體的過程。計算公式如下:式中:Cｉ———景觀i的破碎度;Nｉ———景觀i的斑塊數(shù);Aｉ———景觀i的總面積。景觀破碎度(C),表示研究區(qū)內(nèi)單位面積居民點的個數(shù),反映了研究區(qū)內(nèi)居民點的分散及聚集程度,C值越大區(qū)域內(nèi)居民點的空間分布越密集。平均斑塊面積(MPS),表示研究區(qū)內(nèi)居民點斑塊的平均值大小,反映居民點大小及聚集程度。提取的信息顯示(表1),研究區(qū)共5548個鄉(xiāng)村聚落斑塊,斑塊面積大小懸殊,從24m２到24528m２之間不等,兩者相差1022倍,平均斑塊面積為824m２。由式(1)得出,鄉(xiāng)村聚落的景觀破碎度為0.0012,由此可知,該區(qū)鄉(xiāng)村聚落的分布較為稀疏。表2統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,研究區(qū)24~400m２之間鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)量達到2936個,占斑塊數(shù)目百分比52.9%;400~800m２之間,斑塊數(shù)量達到1246個,占斑塊數(shù)目的22.4%;從鄉(xiāng)村聚落斑塊面積來看,2000~5000m２的鄉(xiāng)村聚落面積占整個聚落總面積的23.7%。,由此可得出,研究區(qū)以中型聚落為主,缺少大型聚落,小聚落和散戶的面積較小,但數(shù)量偏大,規(guī)模等級不明顯［１１］,這種結(jié)構(gòu)屬于鄉(xiāng)村聚落空間演變的低級形態(tài)階段,缺乏規(guī)劃整合。2.2鄉(xiāng)村聚落的分布2.2.1密度分布具有東部集聚,西部、西南部稀疏的特點,表現(xiàn)出較大的地域差異運用ArcGIS10.0中的FeatureToPoint模塊,根據(jù)研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落的空間分布圖(圖1)提取2010年研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落斑塊的中心點,采用Kernel方法生成涂井鄉(xiāng)、石寶鎮(zhèn)鄉(xiāng)村聚落密度圖(圖2),由此可以看出,鄉(xiāng)村聚落斑塊在空間分布上存在明顯的高密度區(qū),這種分布特點與兩地自然地理條件(海拔、坡度、水源、道路)密切相關(guān)。河谷平壩地區(qū)自然條件較好,地勢相對平坦,水源豐富,交通運輸方便,因而聚落相對密集,平均每1km２分布有100個以上的聚落,聚落規(guī)模也較大(聚落斑塊面積最大者落在該區(qū))。而該地局部地區(qū)的一些山區(qū)因自然條件較差,地形崎嶇,水源貧乏,人畜飲水及交通不便,人口和聚落密度相對較低,平均每1km２分布的聚落僅10個,聚落規(guī)模也較小。由圖2可知,研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落密集區(qū)主要集中在石寶鎮(zhèn)的東部、北部地區(qū),而鄉(xiāng)村聚落的稀疏區(qū)則主要分布在兩地交界的中部地區(qū)以及涂井鄉(xiāng)的西南部地區(qū),且表現(xiàn)出涂井鄉(xiāng)鄉(xiāng)村聚落的分布北密南疏。2.2.2聚落空間分布隨著距水源、道路距離的增大呈指數(shù)遞減形式水源、道路分別是影響鄉(xiāng)村聚落空間分布格局的重要因素,距離水源、道路越近,優(yōu)越的區(qū)位條件使鄉(xiāng)村聚落的吸引力進一步增強,進而推動鄉(xiāng)村聚落空間的不斷擴展［１２］。本文應(yīng)用ArcGIS10.0中的Buffer功能,采用基于漸變尺度的空間結(jié)構(gòu)度量方法,對研究區(qū)水源、道路分別以150m和100m為緩沖半徑建立11個緩沖帶分別做緩沖分析,將各緩沖結(jié)果圖層與鄉(xiāng)村聚落分布圖層進行疊加分析,得到不同水源與道路緩沖區(qū)內(nèi)的鄉(xiāng)村聚落分布(表3),由表3可知,不同緩沖區(qū)內(nèi)的聚落斑塊面積與聚落斑塊數(shù)差異顯著,在水源緩沖帶為150m時緩沖區(qū)內(nèi)分布的聚落斑塊數(shù)為2221,占該研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落總數(shù)的40.03%,所占比重最高。與此同時,在道路100m緩沖半徑范圍內(nèi),鄉(xiāng)村聚落的面積所占該研究區(qū)整個鄉(xiāng)村聚落面積比重高達64.95%,并且隨著距水源及道路距離的增大,緩沖區(qū)內(nèi)的聚落斑塊面積、斑塊數(shù)量呈指數(shù)遞減趨勢。2.2.3聚落隨高程和坡度呈顯著的偏正態(tài)分布海拔和坡度等地形因素對鄉(xiāng)村聚落空間分布具有重要的影響,根據(jù)該研究區(qū)的地形特征,將海拔高度分為0~200,200~400,400~600,600~800,800~998m五個等級范圍,將坡度分為0°~5°,5°~15°,15°~25°,25°~35°,35°~45°,45°~63°六個等級范圍。并將DEM柵格數(shù)據(jù),按照分類后的結(jié)果轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù),得到在不同高程與坡度鄉(xiāng)村聚落斑塊的分布。運用ArcGIS10.0的Overlay模塊將鄉(xiāng)村聚落屬性數(shù)據(jù)分別與海拔高程及坡度屬性數(shù)據(jù)疊加,得出不同海拔高程分類級別上鄉(xiāng)村聚落所分布的斑塊數(shù)、斑塊面積(表4)。定量地揭示該研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落空間分布與地形間的內(nèi)在關(guān)系。由表4可知,研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落斑塊主要分布在海拔200~400m和坡度5°~15°范圍內(nèi),在海拔200~400m范圍內(nèi),其所分布的鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)為2897個,鄉(xiāng)村聚落面積則達2489964m２;在坡度5°~15°范圍內(nèi),其所分布的鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)為3873個,鄉(xiāng)村聚落面積則達2507397m２之多。由圖3可明顯看出,鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)量和斑塊面積隨高程和坡度的增加呈偏左態(tài)分布。3農(nóng)村居民點空間分布的影響因素分析3.1空間分布及水文條件分析自然因素是鄉(xiāng)村聚落空間結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展演變的基礎(chǔ)。在該研究區(qū)內(nèi),自然因素對鄉(xiāng)村聚落空間結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在以下兩個方面:地形、水文條件,地形和水文因素是影響鄉(xiāng)村聚落的選址、布局,聚落規(guī)模,聚落建筑型式的首要約束條件。(1)地形因素。地形條件是影響農(nóng)村居民進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生活的重要因素,它是鄉(xiāng)村聚落空間分布格局形成的主導(dǎo)因素［１３］。一般說來,在海拔較高,坡度較大的山區(qū),農(nóng)村居民點規(guī)模分布較為分散,規(guī)模也較小,而在地形相對平坦的平壩等地,居民點分布較為集中,聚落規(guī)模較大。研究區(qū)地形地貌主要以坪狀淺丘、深丘窄谷單斜深丘,背斜低山丘陵地貌為主,并且有河谷階地發(fā)育。由表4可知,該區(qū)鄉(xiāng)村聚落斑塊數(shù)量最多、面積最大的分布主要處于200~400m的海拔高程范圍內(nèi),200~400m高程主要為汝溪河流域的河流階地,因此,有利于聚落的形成和發(fā)展,鄉(xiāng)村聚落密度較高。但由于研究區(qū)西部及北部的部分地區(qū)海拔相對較高,可開發(fā)利用的耕地及建設(shè)用地非常有限,在很大程度上限制了聚落的形成和發(fā)展。除河谷階地分布有大型聚落外,丘陵山區(qū)破碎的地形極大限制了聚落的空間集聚與擴展,導(dǎo)致聚落在空間分布上較為分散,且規(guī)模較小。通過實地調(diào)研發(fā)現(xiàn),研究區(qū)坡度變化較不規(guī)則,鄉(xiāng)村聚落分布隨坡度的變化較為明顯,以坡度5°~15°的范圍較為集中,河流階地與坡麓坪壩為主要分布區(qū)域,由于耕地資源較為豐富,交通以及用水方便,地形相對平坦,生產(chǎn)勞作便利,因而是鄉(xiāng)村聚落的主要分布區(qū)域［１４］。由以上分析可知,研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落數(shù)量及面積隨高程和坡度呈偏正態(tài)分布。(2)水文因素。水文條件是影響聚落空間分布的主要因素之一,生產(chǎn)生活用水的便捷性和安全性,是聚落選址的重要依據(jù)。該研究區(qū)域分別屬于長江流域(一級水系),以及二級水系汝溪河流域,本文通過遙感影像解譯研究區(qū)水系、水庫、堰塘等水文相關(guān)的要素通過緩沖區(qū)分析,由表3河流緩沖區(qū)分析可知,在水源0~450m緩沖區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)村聚落面積占該區(qū)總鄉(xiāng)村聚落面積的88.82%,在該緩沖區(qū)內(nèi)聚落高度集聚,聚落規(guī)模也較大,而在水源150m緩沖區(qū)范圍內(nèi)居民點的分布面積最大,同時,聚落分布也最為密集,聚落斑塊數(shù)也最多。由于河谷階地靠近河流,用水方便,驅(qū)使聚落沿河流、水庫、山平塘等水文要素呈帶狀、組團狀分布。當(dāng)居民點距水源緩沖在1500~2000m時,居民點面積僅為1532m２,所占該區(qū)整個居民點面積的0.03%,同時斑塊密度較小,分布也較為分散。因此,生產(chǎn)生活用水的便捷性是聚落高度密集不可忽略的重要驅(qū)動因素。3.2鄉(xiāng)村聚落空間格局的穩(wěn)定性人文社會因素是鄉(xiāng)村聚落空間結(jié)構(gòu)演變的主要驅(qū)動因素。筆者認(rèn)為,影響該研究區(qū)域鄉(xiāng)村聚落空間結(jié)構(gòu)演變的人文社會因素主要包括以下幾個方面。(1)經(jīng)濟條件。經(jīng)濟因素決定了居民的生產(chǎn)生活方式,極大地影響著居民的生活狀況,進而深刻地影響著居民點及鄉(xiāng)村聚落的分布［１５］。對鄉(xiāng)村聚落空間結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在三個方面。首先,鄉(xiāng)村聚落空間結(jié)構(gòu)總是與其所從事的產(chǎn)業(yè)類型相適應(yīng),產(chǎn)業(yè)類型和結(jié)構(gòu)特征是決定鄉(xiāng)村聚落空間結(jié)構(gòu)特征的直接因素。如在涂井鄉(xiāng)及石寶鎮(zhèn)場鎮(zhèn)所在地,或多或少的發(fā)展有第三產(chǎn)業(yè),因此鄉(xiāng)村聚落的分布較為密集。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟所依賴的土地資源的非集中性和農(nóng)業(yè)勞作半徑的有限性,決定了鄉(xiāng)村聚落空間分布的分散性,鄉(xiāng)村聚落和農(nóng)戶總是盡可能靠近其所賴以生存的耕地資源,以方便生產(chǎn),提高勞動效率。其次,鄉(xiāng)村聚落空間結(jié)構(gòu)與其經(jīng)濟發(fā)展水平相適應(yīng)。在經(jīng)濟發(fā)展水平較低的階段,經(jīng)濟能力的弱小和生產(chǎn)協(xié)作的需要,限制了聚落的向外擴展,聚落空間結(jié)構(gòu)相對緊湊和穩(wěn)定。當(dāng)經(jīng)濟發(fā)展到一定水平之后,住宅建設(shè)有了經(jīng)濟基礎(chǔ)的支撐,導(dǎo)致聚落迅速向外擴展,聚落空間結(jié)構(gòu)也迅速演變［１６］。再次,農(nóng)村人口的增長也是鄉(xiāng)村聚落空間格局演變的主要驅(qū)動力,農(nóng)業(yè)人口的增加勢必會促使鄉(xiāng)村居住用地空間不斷向外圍拓展。(2)區(qū)位與交通條件。道路交通是影響聚落布局的重要因素之一。道路以其交通區(qū)位優(yōu)勢,吸引聚落向道路方向或沿道路擴展,因而交通沿線往往是聚落形成與發(fā)展的活躍地帶。改革開放以來,鄉(xiāng)村聚落向交通沿線的集聚,也是鄉(xiāng)村聚落商貿(mào)服務(wù)業(yè)發(fā)展的反映。經(jīng)過影像分析和實地調(diào)查結(jié)果均表明,該研究區(qū)域交通線附近的鄉(xiāng)村聚落,斑塊面積及斑塊數(shù)量遠遠大于遠離交通線的聚落;并且,交通線附近的聚落擴展速度大于非交通線附近的聚落［１７］;同時,在農(nóng)村非農(nóng)經(jīng)濟迅速發(fā)展的時期或非農(nóng)經(jīng)濟相對發(fā)達的聚落,聚落向交通線擴展的趨勢更為明顯。隨著該研究區(qū)域道路交通條件的改善,村莊向交通沿線集聚的趨勢日益明顯,從而引起聚落空間結(jié)構(gòu)迅速演變。但總體而言,該研究區(qū)域道路交通狀況仍較為落后,特別是在海拔較高的山區(qū),道路交通條件嚴(yán)重制約著鄉(xiāng)村聚落的空間集聚和布局優(yōu)化［１８］。分析表明:1鄉(xiāng)村聚落的布局出現(xiàn)了沿交通線分布的線狀格局,顯示出較強的現(xiàn)代交通取向。2距離道路越遠,農(nóng)村居民點的斑塊數(shù)量越少和鄉(xiāng)村聚落密度越低,聚落分散程度越大,離公路距離越近,居民點集聚程度越高,鄉(xiāng)村聚落分散程度越小。3.3注重對更多的農(nóng)村移民外遷安置政策制度是影響鄉(xiāng)村聚落發(fā)展與空間演變的極為重要的因素,由于三峽大壩的建成,三峽庫區(qū)屬于國家重點移民的地區(qū),并且為了支持三峽移民搬遷安置和庫區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展,國家也出臺了相關(guān)的優(yōu)惠政策和扶持措施,三峽庫區(qū)移民政策的調(diào)整,鼓勵更多的移民外遷安置,是從庫區(qū)實際情況出發(fā)作出的科學(xué)決策。三峽工程移民工作會議也反復(fù)強調(diào),堅持多種方式安置農(nóng)村移民,把本地安置與異地安置、集中安置與分散安置、政府安置與自找門路安置結(jié)合起來,引導(dǎo)和鼓勵更多的農(nóng)村移民外遷安置。忠縣地處三峽庫區(qū)腹心地帶,自1993年水庫淹沒處理及移民安置展開以來,研究區(qū)是三峽庫區(qū)重要的移民區(qū),隨著三峽庫區(qū)移民、生態(tài)移民以及新農(nóng)村建設(shè)等國家相關(guān)政策的出臺,目前該區(qū)現(xiàn)有的鄉(xiāng)村聚落分布與以前自然形成的鄉(xiāng)村聚落的空間分布相比,有著很大部分的人為因素,根據(jù)實地調(diào)查結(jié)果表明,政策的趨勢使得鄉(xiāng)村聚落的分布趨于向道路、水源及經(jīng)濟水平較為發(fā)達地區(qū)轉(zhuǎn)移等更為明顯。4水源—結(jié)論(1)研究區(qū)聚落面積斑塊相差懸殊,最大斑塊面積是最小斑塊面積的1022倍;研究表明,該區(qū)鄉(xiāng)村聚落以中型為主,獨立院落和大型聚落為數(shù)較少。(2)研究區(qū)鄉(xiāng)村聚落分布具有東部集聚,西部、西南部稀疏,表現(xiàn)出較大的地域差異,具體表現(xiàn)為石寶鎮(zhèn)鄉(xiāng)村聚落的分布東密西疏,涂井鄉(xiāng)則為北密南疏,且總體來說,石寶鎮(zhèn)的鄉(xiāng)村聚落較涂井鄉(xiāng)的密集。在鄉(xiāng)村聚落的低密度分布區(qū),有23個/km２,而居民點的高密度分布區(qū),居民點分布則高達144個/km２。