中國山地城鎮(zhèn)的土地適宜性評價研究
——以重慶市武隆縣為例

朱康文, 周夢甜

(1.重慶師范大學 地理與旅游學院, 重慶 400047; 2.三峽生態(tài)環(huán)境遙感研究所,重慶 400047; 3.重慶市高校GIS應用研究重點實驗室, 重慶 400047)

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中國山地城鎮(zhèn)的土地適宜性評價研究
——以重慶市武隆縣為例

朱康文1,2,3, 周夢甜1,2,3

(1.重慶師范大學 地理與旅游學院, 重慶 400047; 2.三峽生態(tài)環(huán)境遙感研究所,重慶 400047; 3.重慶市高校GIS應用研究重點實驗室, 重慶 400047)

以重慶市武隆縣為研究區(qū)域，采用25 m×25 m柵格大小，針對中國山地城鎮(zhèn)的特點，綜合運用GIS和RS技術，構建土地適宜性評價模型，參與評價的彈性因子包括：距離城鎮(zhèn)的距離、距離主要道路的距離、高程、地表起伏度、坡度和各種土地利用現(xiàn)狀，采用層次分析法(AHP)確定各因子的權重，權重結果分別為0.253 3，0.211 6，0.093 0，0.136 9，0.206 9，0.098 3，剛性因子包括基本農(nóng)田、重要生態(tài)用地和各類保護區(qū)，剛性因子作為評價的限制因素。綜合運用ArcGIS 10.0軟件的數(shù)據(jù)管理和空間分析功能，結合選取的評價因子建立武隆縣土地適宜性評價數(shù)據(jù)庫，為武隆縣城鎮(zhèn)建設提供數(shù)據(jù)支撐。研究結果表明：適宜建設用地和較適宜建設用地面積分別為46.78，70.11 km2，占總面積的比例分別為1.62%，2.43%。

適宜性評價; AHP; GIS; 承載力; 武隆縣

土地適宜性分析指在考慮人類一些未來活動、需求或者規(guī)劃而確定的最適合的土地利用空間模式，即土地對某種用途的適應情況[1-2]。目前基于GIS技術的土地適宜性評價應用領域主要包括動植物的棲息地[3-4]、農(nóng)業(yè)種植類型[5-6]、景觀評價及規(guī)劃[7]、區(qū)域規(guī)劃[8]和環(huán)境影響評價[9]等。

GIS技術的廣泛運用為土地適宜性評價提供了一個有力的工具，其強大的空間分析功能使土地適宜性評價變得更易于實現(xiàn)，隨著RS技術的發(fā)展，多源多時相的遙感數(shù)據(jù)源也為土地適宜性評價提供了豐富的數(shù)據(jù)源[10]。不少學者嘗試運用不同方法[11-15]進行土地適宜性評價，目前常用的土地適宜性評價方法[16-17]主要是多因子綜合權重疊加分析法，多指標決策模型和人工智能[18-19]的方法，多因子綜合權重疊加分析法是目前最常用的土地適宜性評價方法。因子權重大小的確定方法常用的有專家打分法、主成分分析法、層次分析法(AHP)等。其中AHP相比其他方法可以有效的減少人為主觀因素的影響，提高決策過程的客觀性和科學性。

隨著中國城鎮(zhèn)化進程加速，由城市建設帶來的人地矛盾、人居安全、生態(tài)環(huán)境等問題日益增多[20]。城市的發(fā)展速度加快導致城市用地不斷外擴，需要大量的城市建設用地，而對于大部分地區(qū)尤其是山地城鎮(zhèn)，適宜發(fā)展建設的區(qū)域是非常有限的，往往通過占用耕地以滿足城市發(fā)展的需要，這與我們國家一致提倡的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是相矛盾的，因此為了解決這一問題，設計出更合理的城鎮(zhèn)發(fā)展空間布局，非常有必要對武隆縣的土地資源進行適宜性評價。

本研究在綜合考慮武隆縣各局統(tǒng)計數(shù)據(jù)、武隆縣目前城市發(fā)展情況、目前武隆縣現(xiàn)有規(guī)劃數(shù)據(jù)、未來規(guī)劃情況等資料情況下，研究中采用25 m×25 m柵格大小以保證評價精度，采用GIS，RS與AHP方法相結合的方法對武隆縣土地資源進行適宜性評價研究，為城市建設規(guī)劃工作者提供用力的資料，對武隆縣生態(tài)城鎮(zhèn)的建設布局有很大的現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)概況

重慶市劃分為都市功能核心區(qū)、都市功能拓展區(qū)、城市發(fā)展新區(qū)、渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)、渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)五大功能區(qū)，武隆縣作為重慶市渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)最主要區(qū)縣之一，位于東經(jīng)107°13′—108°05′，北緯29°02′—29°40′，年均氣溫為17.4℃，年均降水量1 094.4 mm，東鄰彭水，南接貴州省道真縣，西靠南川、涪陵，北抵豐都，縣境東西長82.7 km，南北寬75 km，距重慶主城139 km，幅員面積2 901.3 km2，轄26個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，187個行政村，2011年全縣常住人口34.85萬，地處世界上最大的喀斯特高原—中國南方喀斯特高原丘陵地區(qū)，武陵山脈與大婁山脈的交匯地帶，屬川東平等褶皺地帶，地勢東寬西窄，東北高，西南低，境內地形起伏大，山高坡陡，地貌類型多樣。武隆縣位于重慶市一小時經(jīng)濟圈邊緣，客觀上已進入重慶市”三環(huán)”，既將成為重慶市主城新的衛(wèi)星城，也是重慶市一小時經(jīng)濟圈的重要組成部分，即將成為重慶市經(jīng)濟的戰(zhàn)略支點，地區(qū)生產(chǎn)總值增速進入重慶市前10位，武隆縣對于重慶市的城市建設和經(jīng)濟發(fā)展都處于非常重要的戰(zhàn)略地位。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究采用的數(shù)據(jù)主要包括：1) 遙感數(shù)據(jù)包括：重慶市2012年土地利用基礎數(shù)據(jù)、重慶市25 m×25 m柵格大小的DEM數(shù)據(jù)、TM遙感影像數(shù)據(jù)；2) 在ArcGIS10.0軟件中結合高清影像及已有成果對居民點及道路進行矢量化，獲得武隆縣居民點、道路、水系等矢量數(shù)據(jù)；3) 運用ArcGIS 10.0中的Spatial Analyst Tools/Euclidean Distance工具分別計算距離城鎮(zhèn)的距離、距離主要道路的距離，運用Spatial Analyst Tools/Slope工具提取出坡度，運用Spatial Analyst Tools/Neighborhood工具提取最大和最小高程點計算地表起伏度，運用Spatial Analyst Tools/Reclassify工具對彈性因子(距離城鎮(zhèn)的距離、距離主要道路的距離、高程、地表起伏度、坡度和各種土地利用現(xiàn)狀)進行重分類并生成評價因子圖；4) 根據(jù)土地利用現(xiàn)狀圖提取出剛性因子(基本農(nóng)田、重要生態(tài)用地和各類保護區(qū))并生成評價因子圖；5) 運用AHP(層次分析法)對彈性因子的權重進行確定，運用Spatial Analyst Tools/Map Algebra/Raster Calculator工具進行權重疊加產(chǎn)生適宜性評價圖，將其轉為矢量圖，采用Analysis Tools/Overlay/Update工具將剛性因子疊加在適宜性評價圖上產(chǎn)生土地適宜性評價結果圖;6) 運用Spatial Analyst Tools/Reclassify工具根據(jù)適宜性分級標準提取出武隆縣城鎮(zhèn)建設可用土地空間大小，參考國家和重慶市人均建設用地標準，根據(jù)人均建設用地空間指標計算武隆縣土地空間承載能力，分析目前武隆縣城市發(fā)展需要注意的問題及提供相應的方案。

2.2 適宜性評價模塊

土地適宜性評價模型主要包括評價因子提取模塊、權重確定模塊和空間疊加分析模塊(圖1)，其中評價因子提取模塊主要包括基礎數(shù)據(jù)的處理以及各評價因子的提取，權重確定模塊主要是參考目前研究區(qū)的發(fā)展情況及城鎮(zhèn)發(fā)展要求確定各評價因子的權重，空間疊加分析模塊主要是將前兩個模塊的結果通過ArcGIS 10.0空間分析功能融合在一起產(chǎn)生土地適宜性評價結果圖。

2.2.1 評價因子選擇 土地適宜性評價因子的選擇主要考慮以下四個方面因素：建設經(jīng)濟性、建設安全性、用地現(xiàn)狀、生態(tài)保護。因子分為彈性因子和剛性因子，本研究的因子選取結果如表1所示：

2.2.2 層次分析法 層次分析法(AHP)是上世紀70年代中期由美國運籌學家托馬斯.塞蒂[21]正式提出。土地適宜性評價是一個涉及多準則、多層次、多要素的復雜決策過程，層次分析法對于解決評價過程中的因子權重問題非常適用[14-15]，且運用層次分析法進行權重值的確定，能夠有效地減少傳統(tǒng)的土地適宜性評價過程中人為主觀性的干擾，提高評價結果的科學性和準確性。

AHP層次分析結構模型如圖2所示，模型由下至上分為3層，底層為需要確定權重的因子，中間為影響頂層變化的影響因素，頂層為目標層。模型中各要素之間的關系通過對研究區(qū)實際情況的了解和已有成果以及城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃來確定。

2.2.3 多因子綜合權重疊加分析法 多因子綜合權重疊加分析法是根據(jù)不同評價因子對評價目標影響大小賦予適當?shù)臋嘀兀缓髮⒃u價因子進行加權疊加分析，得到一個綜合的土地適宜性值(式1)[22-23]。優(yōu)點是容易理解和操作，因而被廣泛使用。使用該方法時需要因地制宜選擇合適的評價因子，選用適當?shù)姆?/p>

法確定各評價因子的權重。同時該方法假定各個評價因子之間沒有相關性，并對各評價因子進行歸一化消除量綱后進行運算。

圖1 土地適宜性評價模型

表1 評價因子

圖2 AHP層次結構模型

(1)

式中：S——適宜性型號評價指數(shù)；fi——第i種評價因素的得分(無量綱)；wi——第i種評價因素的權重；n——參與評價的彈性因子數(shù)量。

2.2.4 土地空間承載力評價方法 土地承載力的研究早期主要是集中于農(nóng)業(yè)土地的可供養(yǎng)人口研究方面[24]，評價方法基本上都是根據(jù)耕地的生物生產(chǎn)量來確定[25]。隨著土地承載力研究的不斷深入，研究范圍由單一的耕地擴展到各類用地，內容由人口擴展到各種人類活動。在武隆縣土地適宜性評價的基礎上，參考國家和重慶市人均建設用地標準，以武隆縣適宜和較適宜建設用地面積作為武隆縣城鎮(zhèn)建設可用空間，進而計算武隆縣土地空間承載力。

3 結果與分析

3.1 AHP分析結果

模型的一致性檢驗的結果為：總的一致性檢驗值為CR=0.09，其中CR1=0.05，CR2=0.03，CR3=0.06，CR4=0.05，此結果均在一致性檢驗的范圍內。彈性因子的權重結果如表2所示。

表2 因子權重

AHP方法產(chǎn)生的權重結果可以看出距離城鎮(zhèn)的距離的權重最大，說明其對城鎮(zhèn)發(fā)展用地的選取影響最大，權重最小的是高程和土地利用現(xiàn)狀，說明它們對適宜性評價的影響較小。

3.2 GIS單因子提取分析

對本研究所選取的單因子分布進行適宜性分級，各因子分級的劃分主要參考國內外已有研究成果以及咨詢相關專家。

分級評估原則為：因子打分的分值在1～10之間，分值高低反映適宜開發(fā)護或適宜保護的程度，適宜保護的得分低，適宜建設開發(fā)的得分高(表3)，單因子評價空間分布如附圖2所示。

表3 單因子分類評估

城鎮(zhèn)與區(qū)位因子在分析時主要考慮了鎮(zhèn)政府駐地以上級別的城鎮(zhèn)，對全區(qū)土地與這些城鎮(zhèn)的區(qū)位關系進行了評價；交通因子主要考慮了縣級以上公路的可達性對城鎮(zhèn)總體規(guī)劃建設用地適宜性的影響；高程因子主要是利用密度分割方法將全區(qū)地面高程分為5級，并根據(jù)專家意見進行賦值；坡度因子中把坡度分為5級別分別分析不同坡度分級下城鎮(zhèn)總體規(guī)劃建設用地適宜性；地表起伏度因子主要是把其分為5級分別分析不同起伏度分級下城鎮(zhèn)總體規(guī)劃建設用地適宜性；土地利用現(xiàn)狀因子主要是根據(jù)不同的土地利用方式來確定城鎮(zhèn)總體規(guī)劃建設用地的適應性特征；基本農(nóng)田因子在本研究中主要是根據(jù)國土部門規(guī)定的武隆縣基本農(nóng)田指標，然后結合專家知識對基本農(nóng)田的空間分布數(shù)據(jù)進行提取。提取方法：1) 現(xiàn)有的水田都化歸為基本農(nóng)田(約103.3 km2)；2) 坡度<18°，高程在1 200 m以下的旱地化歸為基本農(nóng)田(約400.34 km2)。此處，基本農(nóng)田空間數(shù)據(jù)的提取是利用遙感解譯的土地利用現(xiàn)狀圖獲得的，提取的基本農(nóng)田總面積約等于國土部門規(guī)定的武隆縣基本農(nóng)田指標509.94 km2；重要生態(tài)因子主要是提取面積>3 km2的林地和主要河流及湖泊、水庫等作為嚴格加以保護的區(qū)域參與建設用地適宜性評價分析；各類保護區(qū)因子主要包括白馬山自然保護區(qū)和黑葉猴自然保護區(qū)。

3.3 GIS多因子疊加分析

根據(jù)式1，結合權重結果利用GIS技術的空間疊加分析功能分別對參評的彈性因子進行加權疊加分析，并對結果按照均分法進行分級評價(表4)，然后與剛性因子進行疊加，最終得出武隆縣城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價結果(表5，附圖3)。

表4 土地適宜性評價分級表

根據(jù)武隆縣土地適宜性評價結果，武隆縣城鎮(zhèn)建設用地適建區(qū)的面積為116.89 km2，占總面積的4.05%，適建區(qū)主要分布在水系附近以及原有居民點比較集中的區(qū)域，說明山地城鎮(zhèn)中，尤其在經(jīng)濟發(fā)展還不是太好的情況下，很少會出現(xiàn)城鎮(zhèn)建設用地突然出現(xiàn)在離水系、交通線或者離居民點很遠的位置，整個區(qū)域面積來說，不宜建設用地和不可建設用地面積達到了80%左右，反映出山地城鎮(zhèn)大部分面積都不適宜用于建設城鎮(zhèn)，考慮到作為重慶市渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)的主要區(qū)縣之一，需要進一步控制生態(tài)用地的范圍，加上地質災害等因素的影響將是適宜建設用地面積進一步縮小，所以在以后的發(fā)展中提高土地利用集約度是非常有必要的。

3.4 土地空間承載力的計算

根據(jù)國家和重慶市的相關規(guī)范標準，設定武隆縣城鎮(zhèn)規(guī)劃人均用地指標為150 m2/人。按目前適建區(qū)(適宜和較適宜建設用地)116.89 km2，同時考慮部分區(qū)域可能由于地質災害或其他原因無法進行建設，粗略以93.51 km2(按適建區(qū)的80%計算)作為最終的適建區(qū)空間。

由此可推算出武隆縣土地空間承載力約能承載62.34萬人。2011年的武隆縣常住人口34.85萬人，剩余人口容量約27.49萬人，目前可用于城市建設的土地資源相對整個人口規(guī)模來說還是比較充足的，但是考慮到武隆縣在重慶市所處的生態(tài)地位，作為渝東南生態(tài)保護發(fā)展區(qū)的主要區(qū)縣之一勢必要求在城鎮(zhèn)建設方面充分考慮對生態(tài)環(huán)境的影響，為了城鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展有必要了解整個區(qū)域內的適宜建設用地的分布情況，提高土地資源利用率。

表5 土地適宜性評價結果

4 結論與討論

采用AHP與GIS空間分析功能相結合的方法應用在山地城鎮(zhèn)土地適宜性評價方面可以說是一種創(chuàng)新，因為山地城鎮(zhèn)本身由于多種因素的限制，使其在城鎮(zhèn)建設發(fā)展方面沒有太大的優(yōu)勢，本研究結合了相關的現(xiàn)狀及規(guī)劃情況，在25 m高分辨率下，綜合考慮多種因子對武隆縣土地適宜性評價的影響，在精度和可靠性上都有很大的提升，由于之前權重確定方法基本都是基于專家打分或者人為主觀判斷降低了結果的科學性，而采用AHP方法確定權重可以減少人為主觀因素的影響，提高分析的精度，因此能更好的為政府決策提供可靠的依據(jù)。

通過分析表5和附圖4可以看出，區(qū)域內不可建設用地面積占了全區(qū)總面積的57.70%；不適宜面積的比例為22.29%，由此可見，武隆80%以上的土地面積不適宜城鎮(zhèn)建設。武隆縣城鎮(zhèn)發(fā)展適宜和較適宜用地，約46.78 km2和70.11 km2，占全區(qū)是比例分別為1.62%和2.43%，結合目前武隆縣城鎮(zhèn)分布情況可以發(fā)現(xiàn)本研究土地適宜性評價結果精度較高，與現(xiàn)實人口分布趨勢一致，說明運用AHP結合ArcGIS軟件的空間疊加分析進行城鎮(zhèn)建設適宜性評價是可行的，武隆縣城鎮(zhèn)發(fā)展適宜和較適宜用地空間上主要分布在現(xiàn)有主要城鎮(zhèn)及其周邊地勢平坦，現(xiàn)有城鎮(zhèn)發(fā)展基礎較好和交通網(wǎng)絡較發(fā)達的區(qū)域，如巷口鎮(zhèn)、仙女山鎮(zhèn)、白馬鎮(zhèn)、土坎鄉(xiāng)、江口鎮(zhèn)等片區(qū)，適宜和較適宜用地分布相對比較集中，這樣更有利于城鎮(zhèn)發(fā)展的需要，也說明本研究進行的山地城鎮(zhèn)土地適宜性評價結果與現(xiàn)實城鎮(zhèn)布局有很好重合度，反映出本研究評價精度較高。

土地適宜性評價的研究正朝著精確化、動態(tài)化和綜合化的方向發(fā)展，在大空間尺度的適宜性研究是熱點領域，但是大空間尺度下往往導致評價精度較差，中心尺度的適宜性研究雖然復雜但精度較高，如何將不同尺度下的適宜性評價方法與體系綜合運用，提高評價精度并減少計算過程的繁雜步驟是未來土地適宜性評價需要關注的問題。本研究采用多因子疊加權重的方法，并綜合考慮現(xiàn)狀情況和各部門規(guī)劃方案的基礎上進行的適宜性評價，實現(xiàn)了中小尺度范圍內高分辨率、高精度的適宜性評價結果。由于山地城鎮(zhèn)存在較多的突發(fā)性地質災害的影響，對本研究的結果精度有一定的影響，由于大多數(shù)地質災害都是偶爾事件，在實際分析中很難界定，故沒有考慮其對結果的影響，只是對最終評價結果進行了80%的折合，在以后的研究中將深入考慮這方面的問題。

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Land Suitability Evaluation of Mountainous Towns in China—A Case Study in Wulong County, of Chongqing

ZHU Kangwen1,2,3, ZHOU Mengtian1,2,3

(1.CollegeofGeographyandTourism,ChongqingNormalUniversity,Chongqing400047,China; 2.InstituteofEco-environmentRemoteSensinginThreeGorgesReservoir,Chongqing400047,China; 3.KeylaboratoryofGISApplication,Chongqing400047,China)

Taking Wulong County, Chongqing Municipality as a case, using the data of 25 m ×25 m raster, based on the integrated use of GIS and RS technology, we built land suitability evaluation model for the Chinese mountainous town. The elasticity factors involved in the evaluation model include the distance from the town, the distance from the main road, elevation, the waviness of land surface, slope and the present situation of land use. The weighting elasticity factors were 0.253 3, 0.211 6, 0.093 0, 0.136 9, 0.206 9 and 0.098 3, respectively. The rigidity factors involved in the evaluation model include the basic farmland, the ecological land and the protected areas. According to integrated use of the data management and spatial analysis function of Arcgis 10.0 software, combing with the selection of evaluation factors, we established the land suitability evaluation database of Wulong County, and provided data support for the construction of Wulong County. The results showed that the suitable and slightly suitable land for construction areas were 46.78 and 70.11 km2, respectively, percentages of total area was 1.62% and 2.43%, respectively.

suitability evaluation; AHP; GIS; carrying capacity; Wulong County

2014-05-07

2014-06-10

重慶市博士后科研項目特別資助基金(xm201102001);重慶市教委科技項目(CY120402);重慶市氣象局開放基金(Kfjj-201103)

朱康文(1990—),男,湖南省張家界市人,碩士研究生,主要從事GIS相關研究及應用。E-mail:zhukangwen0927@163.com

周夢甜(1990—),女,新疆阿勒泰地區(qū)人,碩士研究生,主要從事GIS相關研究。E-mail:412588701@qq.com

P964

1005-3409(2015)02-0178-06