基于生態(tài)安全角度的城鎮(zhèn)村建設用地空間預警——以北京市房山區(qū)為例

譚 敏，孔祥斌，段建南，范文洋，余強毅，張青璞

（1.湖南農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，湖南 長沙 410128；2.中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100193；3.河北農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河北 保定 071001；4.中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

1 引言

土地資源的生態(tài)安全是指一定時空范圍內，土地生態(tài)系統(tǒng)能夠保持其結構與功能不受威脅或少受威脅的健康、平衡的狀態(tài)，并能夠為保障人類社會經濟與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供穩(wěn)定、均衡、充裕的自然資源，從而維持土地自然、社會、經濟復合體長期協(xié)調發(fā)展［1］。隨著人類活動的加劇和對土地資源不合理利用行為的增多，土地資源的生態(tài)安全受到了極大地威脅，如何預防土地資源的生態(tài)環(huán)境遭到破壞成為今后合理利用土地資源的重要發(fā)展道路。國內學者從生態(tài)安全角度對土地資源利用進行預警的研究也日益增多。如傅伯杰、陳國階對區(qū)域生態(tài)環(huán)境預警的原理進行了深入的研究［2-3］；劉邵權、陳國階等人對三峽庫區(qū)山地生態(tài)系統(tǒng)進行了綜合預警［4］；王瑞玲、陳印軍在深入了解土壤污染物來源的基礎上，以鄭州城郊為例，對農田生態(tài)環(huán)境質量進行了預警［5］；王耕、吳偉將生態(tài)安全狀態(tài)和隱患相結合，以遼河流域為例，提出了預警指數(shù)的測算方法［6］；劉普幸、李筱琳以酒泉綠洲為例，依據(jù)環(huán)境現(xiàn)狀利用層次分析法構建了區(qū)域的預警指標體系［7］。目前，生態(tài)安全預警的研究范圍已經擴展到農業(yè)、水資源、綠洲等領域，研究手段也越來越豐富，然而，這些研究多是從時間角度對區(qū)域的生態(tài)安全狀況進行預警，缺乏從空間的角度對區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況進行預警。

本文以北京市房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設用地（未包括交通用地和水利設施用地）地塊作為基本預警單元，選擇預警因子，構建預警指標評價體系，從空間上對現(xiàn)狀建設用地分布進行預警評價，為建設用地合理布局提供依據(jù)。

2 研究區(qū)域概況和數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域概況

房山區(qū)地處東經115°25′—116°15′，北緯39°30′—39°55′，東隔永定河與大興區(qū)相望，南與河北省涿州市為鄰，西與河北省淶水縣接壤，西北與門頭溝區(qū)相連，總面積1995.38km2，其中建設用地總面積為310km2，占總面積的15.54％。全區(qū)位于暖溫帶半濕潤地區(qū)，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。境內地貌類型復雜多樣，由西北向東南依次為中山、低山、丘陵、崗臺地、洪沖積平原和沖積平原。山地和丘陵面積占總面積的2/3以上。至2005年末，全區(qū)總人口約為75.44萬人。共轄6個鄉(xiāng)、14個鎮(zhèn)、3個辦事處，106個社區(qū)委員會，462個村委會。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文以北京市房山區(qū)2006年集體土地調查數(shù)據(jù)為基礎性數(shù)據(jù)；房山區(qū)地貌圖來自《北京市地貌與流域劃分及三維景觀項目結題報告》中提供的矢量數(shù)據(jù)；災害數(shù)據(jù)和保護區(qū)數(shù)據(jù)來自北京市地質研究所提供的相關圖件。

3 研究方法

3.1 預警因子的選擇

本文是基于生態(tài)安全的角度對城鎮(zhèn)村建設用地布局的現(xiàn)狀合理性進行預警研究，根據(jù)可操作性、代表性、可量化以及敏感性等原則，結合房山區(qū)的實際情況，并參照國內有關研究成果［8-11］，從自然資源分布情況、地形地貌、地質災害和土地退化等方面選取預警因子。

3.1.1 自然資源分布因素

（1）保護區(qū)因子。保護區(qū)主要有自然保護區(qū)、風景旅游保護區(qū)和森林保護區(qū)，它作為生態(tài)系統(tǒng)最為復雜、生態(tài)結構最具多樣性的區(qū)域，對于改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境、維護生態(tài)平衡、保持水土等方面有重要作用，應該禁止保護區(qū)內及其周邊的開發(fā)建設活動。（2）水域因子。水域主要是指區(qū)域內的河流和湖泊，水域不但是人類用水的重要來源地，有保護環(huán)境、調節(jié)溫度等作用，原則上規(guī)定水域范圍一定區(qū)域內不允許進行開發(fā)建設。（3）濕地因子。濕地作為最重要的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，具有調節(jié)大氣、涵養(yǎng)水源、保護生物多樣性等眾多功能，因此也稱作“地球之腎”。由于水域已經作為單項因子進行考慮，本研究中的濕地只包括沼澤、葦?shù)睾蜑┩俊?/p>

3.1.2 地形地貌因素

（1）坡度因子。地面坡度是決定地表物質與能量再分配的關鍵因子，地面坡度的高低對土地利用類型的結構有很大影響，過大的坡度將對開發(fā)建設活動造成不利影響，同時也危害了建設用地的安全。（2）地貌因子。地貌是地球表面各種高低起伏的形體的總稱，是內外營力綜合作用的結果［12］。地貌對地理環(huán)境的其他要素及人類的生產和生活具有深刻的影響，房山區(qū)作為一個地貌類型復雜多樣的地區(qū)，該因素對建設用地布局的有很大的影響。

3.1.3 災害因素

（1）泥石流因子。房山區(qū)地貌類型復雜，多有泥石流發(fā)生。泥石流突發(fā)性和破壞力大等特點對周邊的建設用地構成了很大的危害。在泥石流多發(fā)地帶應禁止進行建設活動，以保護人民的生命安全。（2）塌陷因子。塌陷多是由于地下過度挖掘導致的，房山的塌陷區(qū)多是由礦山的開墾產生的。塌陷易破壞房屋的結構，導致房屋的坍塌，對人民的生命財產構成了極大的威脅。（3）水土流失因子。水土流失不但破壞周圍的生態(tài)環(huán)境，也制約著當?shù)氐慕洕l(fā)展。該因子以水土流失嚴重程度作為判斷標準，對現(xiàn)狀建設用地的適宜性進行預警。

3.2 預警指標體系的構建

3.2.1 預警參照標準的設立

預警參照標準是判斷建設用地與預警因子之間交互脅迫效應從而產生警報的依據(jù)［13］。根據(jù)房山區(qū)的生態(tài)安全狀況以及預警標準的分級原則，分為5個警報級別，分別為無警、輕警、中警、重警、巨警，并在0-10的取值范圍對各級別進行賦值，規(guī)定各級別的值域（表1）。

3.2.2 預警因子的無量綱化

在建設用地的生態(tài)預警因子確立之后，對各預警因子進行標準化處理，使其處于一個可以比較的范圍內。本文根據(jù)預警標準，對預警因子進行無量綱化處理，計算得到各因子的標準預警指數(shù)。

表1 預警因子參照標準Tab.1 Reference standard of early warning factors

上述式中，Xn為各因子量綱化后的數(shù)值；Un為各因子量綱化前的數(shù)值；同時，S1＞S2＞S3＞S4＞S5＞S6，分別表示不同警度區(qū)間的臨界值。

3.2.3 預警因子警度區(qū)間及權重的確定

如何確定預警因子的臨界值是定義預警因子警度區(qū)間的關鍵所在，本文根據(jù)房山區(qū)的發(fā)展狀況和生態(tài)環(huán)境特征，借鑒了國內外相關研究成果［14-16］，參考有關技術規(guī)程和保護條例（《北京市限建區(qū)規(guī)劃》；《關于劃定郊區(qū)主要河道保護范圍的規(guī)定》；風景名勝區(qū)規(guī)劃規(guī)范（國家標準）），確立了各因子的警度區(qū)間范圍。預警因子權重通過采用層次分析法，判斷各因子的相對重要程度，構建判斷矩陣，最后得到權重值。因子警度區(qū)間及各權重值見表2。

表2 各預警因子警度及權重劃分表Tab.2 Early-warning ranks and weight division for each early-warning factor

3.3 數(shù)據(jù)的處理

本文以2006年房山區(qū)集體土地調查數(shù)據(jù)作為底圖，并結合北京市房山區(qū)地質環(huán)境現(xiàn)狀圖、北京市房山區(qū)旅游資源圖和房山區(qū)地貌圖等相關資料（對相關柵格圖件，利用ArcGIS進行矢量化處理，從中提取所需數(shù)據(jù)），應用ArcGIS的空間分析功能，從集調數(shù)據(jù)中提取城鎮(zhèn)村建設用地（去除了交通用地和水利設施用地部分）地塊作為基本評價單元，進行距離測算、緩沖區(qū)分析和疊置分析。對房山區(qū)的城鎮(zhèn)村建設用地進行預警分析，分析的方法為單因子分析法和多因子綜合分析法，多因子綜合分析法具體方式如下：

式6中，Pi，j為第j個斑塊參評因子的綜合分值；Wi，j為第j個斑塊第i個因子的權重；Xi，j為第j個斑塊第i個因子的分值。

3.3.1 預警因子到建設用地距離的測算

城鎮(zhèn)村建設用地地塊到各預警因子的遠近將直接決定此地塊的預警結果的大小，本文利用ArcGIS的距離測算功能，得到每個城鎮(zhèn)村建設用地地塊到參評預警因子的最小距離，將所得地塊的距離數(shù)據(jù)表同集調圖進行鏈接，形成了參評預警因子的距離圖。

3.3.2 預警因子的緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是按照目標要素設定一定的距離條件，圍繞要素構建緩沖多邊形實體的過程。對目標要素Oi構建緩沖區(qū)的基本方程為［17］：

式7中，Bi為Oi的距離為d且小于R的全部點的集合；x表示全部點的集合；d表示點距Oi的距離；R為目標要素的緩沖半徑。

4 預警結果的分析

4.1 單項因子預警結果分析

根據(jù)集調數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結果房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設用地面積為295378.29hm2，斑塊數(shù)量為16238塊。通過對城鎮(zhèn)村建設用地各斑塊預警因子進行賦值后分析可得，從單項預警因子各預警級別所占面積比重上看，處于無警狀態(tài)的面積比重最大，絕大部分預警因子在該狀態(tài)的面積比重都超過了50％（因房山區(qū)整個區(qū)域內都存在水土流失，在該警別中面積比重為0），其中泥石流因子的面積比重更是達到了94.51％；處于輕警狀態(tài)的預警因子以水土流失因子所占比重最大，達到了83.97％，其他因子該狀態(tài)所占比重較小；處于中警狀態(tài)的預警因子面積普遍低于10％；重警狀態(tài)中，地貌因子面積比重較高，接近于20％；從處于巨警狀態(tài)的預警因子中分析，自然資源分布因素面積比重較高，都超過了10％，災害因素面積比重較低，其中水土流失因子在該狀態(tài)上的面積比重為0（表3）。從面積比例上分析，房山區(qū)警情狀況多處在無警或輕警狀況，基本態(tài)勢良好，個別因子出現(xiàn)了較為嚴重的警情。

4.2 綜合預警結果的分析

表3 單項因子各預警級別面積比例表Tab.3 Area proportions of each early warning rank for individual factors

表4 綜合因子各預警級別面積比例表Tab.4 Area proportion of each early-warning rank for comprehensive factors

本文通過采用多因子綜合分析法，利用ArcGIS的統(tǒng)計分析功能，對房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設用地地塊綜合預警分析結果為：房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設用地地塊大部分處于無警狀態(tài)，占建設用地比重的65.88％，預警級別處于重警和巨警狀態(tài)的城鎮(zhèn)村建設用地所占比重較小，只占到城鎮(zhèn)村建設用地比重的3.46％（表4），房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設用地用地布局總體上處于安全狀態(tài)。城鎮(zhèn)村建設用地各用地類型中處于重警和巨警狀態(tài)面積最大的為農村居民點，占到總面積的77.31％，這主要是由農村居民點在總用地類型中所占面積較大，分布零散造成的。

從城鎮(zhèn)村建設用地各預警級別的空間布局上看，處于重警和巨警狀態(tài)的城鎮(zhèn)村建設用地地塊主要分布在房山區(qū)北部和西南部的河北鎮(zhèn)、佛子莊鄉(xiāng)和十渡鎮(zhèn)，中部的周口店鎮(zhèn)和大石窩鎮(zhèn)也有少量的分布。處于正常狀態(tài)的建設用地地塊主要分布在房山區(qū)的東部和東南部且呈集中式分布（圖1）。因此，房山區(qū)城鎮(zhèn)村建設用地的警度級別由東往西逐漸增高，西部自然資源豐富，地貌類型復雜多樣，造成了此區(qū)域建設用地警度級別較高。

圖1 綜合因子預警分析圖Fig.1 Early warning analysis for comprehensive factors

5 結論與討論

（1）本文以城鎮(zhèn)村建設用地斑塊作為預警分析的基本評價單元，從自然資源分布因素、地形地貌因素和災害因素三個方面選取預警因子，構建預警指標體系，應用ArcGIS軟件，對現(xiàn)狀城鎮(zhèn)村建設用地的空間分布情況進行預警，直觀地展現(xiàn)了各地塊的警度級別，在保護區(qū)域生態(tài)安全上取得了一定的成果。

（2）本文是從城鎮(zhèn)村建設用地的現(xiàn)狀空間分布對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的危害程度進行預警，結果表明房山區(qū)建設用地布局總體態(tài)勢還是比較理想的，局部地區(qū)分布不是特別合理，處于重警和巨警狀態(tài)的用地類型以農村居民點為主，且多分布在北部和西南部地區(qū)。

（3）由于房山部分城鎮(zhèn)村建設用地存在著重警和巨警，應對存在著此類警情的自然村進行整體搬遷，以減少警情對人民生命財產的危害。本文根據(jù)各村鎮(zhèn)的警情的嚴重程度，建議部分村鎮(zhèn)近期（5年）和遠期（10年）的搬遷計劃，具體如下：①近期搬遷自然村：十渡鎮(zhèn)的七渡村、八渡村、九渡村、北石村、臥龍村、平峪村、西河村、西關上村和佛子莊鄉(xiāng)的北窖村；②遠期搬遷自然村：十渡鎮(zhèn)的六渡村、十渡村、馬安村、西莊村，河北鎮(zhèn)的北辛莊相村、磁家務村、河東村，佛子莊鄉(xiāng)的陳家臺村和下英水村，張坊鎮(zhèn)的穆家口村。

（4）如何預測未來城鎮(zhèn)村建設用地的數(shù)量及其分布情況，進而對未來城鎮(zhèn)村建設用地的空間分布情況進行預警并未在本文中涉及，這也是以后尚待加強的部分。

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