昌吉州人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)研究

柴正英，肖 函，張 麗，劉亞靜

（1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100094）

昌吉州人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)研究

柴正英1，肖 函2*，張 麗2，劉亞靜1

（1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100094）

以 1 km×1 km 柵格為基本單元，選取地形、植被指數(shù)、水文、交通等因子，利用 GIS的疊置分析、緩沖區(qū)分析、密度分析等空間分析技術(shù)，采用單因子評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)昌吉州人居環(huán)境適宜性進(jìn)行定量綜合評(píng)價(jià)分析，對(duì)其城鎮(zhèn)化發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

GIS；人居環(huán)境；適宜性評(píng)價(jià)；昌吉州

昌吉州位于天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，地處亞歐大陸中心，位于 86°24'～87°37'E、 43°06'～45°20'N。南北長(zhǎng)260 km，東西寬30 km，全市總面積8 215 km2。建成區(qū)面積60 km2，總?cè)丝?3萬(wàn)，其中漢族人口占72%。

昌吉州作為典型的干旱半干區(qū)域，自然條件惡劣，生態(tài)脆弱，限制了城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。

1 研究方法

在前人研究的基礎(chǔ)上[1-6]，本文選取自然和社會(huì)兩個(gè)方面的因素對(duì)昌吉進(jìn)行人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)。所構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系分為目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B和評(píng)價(jià)層C，如表1。

表1 昌吉州人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

DEM數(shù)據(jù)分辨率為30 m，來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/）；NDVI來(lái)自 LAADS 的 16 d合成陸地標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（MODIS13Q1），時(shí)間為2006～2010年，空間分辨率為250 m；水資源數(shù)據(jù)通過(guò)Landsat 8的OLI_TRIS衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品提取，分辨率為30 m，來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/）。氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn），為 500 m×500 m 的多年平均數(shù)據(jù)；人口分布數(shù)據(jù)是2010 年全國(guó)人口空間分布公里網(wǎng)格數(shù)據(jù)，來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn)。

通過(guò)拼接、裁切、格式轉(zhuǎn)換、投影變換、評(píng)價(jià)單元大小的統(tǒng)一化等數(shù)據(jù)預(yù)處理操作，使所有因子的投影坐標(biāo)統(tǒng)一為WGS_1984_UTM_ZONE_45N，數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一為 ArcGIS的GRID格式，柵格大小統(tǒng)一為1 km×1 km。

1.2 評(píng)價(jià)因子提取

采用兩點(diǎn)的高程差與其水平距離的百分比來(lái)表示坡度；參考楊海艷基于“海拔高度和發(fā)生高原反應(yīng)人數(shù)的關(guān)系”和“不同海拔段人群發(fā)生高原反應(yīng)的不同癥狀的差異”得到的海拔適宜性分級(jí)[7]，并進(jìn)一步細(xì)化，分析研究區(qū)海拔適宜性;氣溫與降水?dāng)?shù)據(jù)通過(guò)ArcMap柵格計(jì)算得到其真實(shí)值；植被條件分析中，以10 a數(shù)據(jù)的最大值、平均值表示研究區(qū)的NDVI空間分布情況；基于Landsat數(shù)據(jù)提取研究區(qū)的水域空間分布數(shù)據(jù)，確定建立以間隔1 km 為緩沖距離的5級(jí)水資源可用性緩沖區(qū)。

1.3 單因子評(píng)價(jià)與分析

單因子評(píng)價(jià)是對(duì)參與人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)的各因子逐一進(jìn)行賦值，表現(xiàn)其對(duì)適宜性評(píng)價(jià)的影響。根據(jù)單因子評(píng)價(jià)原理，劃分各評(píng)價(jià)因子的等級(jí)并通過(guò)專家打分法確定各等級(jí)分值。分值采用百分制，100分表示最佳適宜，分值越低越不適宜。各影響因素的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2。

1.4 確定權(quán)重

研究表明，人口分布對(duì)人居環(huán)境指數(shù)的影響顯著[8]。本文根據(jù)各因素與人口空間分布的相關(guān)性系數(shù)來(lái)定權(quán)。利用ArcMap的波段統(tǒng)計(jì)工具，依次輸入人口、坡度、海拔、氣溫、降水、植被、水資源和交通數(shù)據(jù)層進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果及權(quán)重如表3。

表2 人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)單因子評(píng)價(jià)表

表3 各指標(biāo)因子與人口分布的相關(guān)系數(shù)與權(quán)重

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)結(jié)果

在ArcGIS平臺(tái)下，結(jié)合以上分析和權(quán)重賦值，運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)法[9]得到昌吉州人居環(huán)境適宜性指數(shù)空間分布結(jié)果。結(jié)果表明，昌吉州整體人居適宜性指數(shù)在6.8～86.7 之間，平均值為 33.9。昌吉州各縣市的適宜性指數(shù)西高東低，由大到小排序依次為瑪納斯縣、呼圖壁縣、奇臺(tái)縣、阜康市、昌吉市、吉木薩爾縣、木壘哈薩克自治縣。

根據(jù)表4，對(duì)結(jié)果進(jìn)行重分類，得到昌吉州人居環(huán)境適宜性分布圖（圖2）。根據(jù)人居環(huán)境適宜性指數(shù)的高低，本文將全州劃分為人居環(huán)境一級(jí)適宜區(qū)、二級(jí)適宜區(qū)、三級(jí)適宜區(qū)、四級(jí)適宜區(qū)和不適宜區(qū)等5種類型區(qū)。

表4 昌吉州人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)

一級(jí)適宜區(qū)主要分布在中部沖積平原，所占土地面積為1 286 km2，占全州土地面積的1.7%，所占比例很少。地形條件較好，坡度小，適合作為建設(shè)用地；海拔低，適合人類居住；氣溫適宜，雖然降水量不多，但離水源近，供水條件較好；植被覆蓋度較高，交通便利。各個(gè)條件均滿足人類居住和城鎮(zhèn)化發(fā)展。從現(xiàn)狀來(lái)看，一級(jí)適宜區(qū)也是目前昌吉州人口最密集區(qū)，昌吉州首府和各縣縣城分布在此區(qū)域，是目前經(jīng)濟(jì)水平最高的區(qū)域。

二級(jí)適宜區(qū)圍繞一級(jí)適宜區(qū)分布，大部分屬于城鎮(zhèn)郊區(qū)。大部分耕地位于此區(qū)域，所占土地面積為5 874 km2，占全州土地面積的7.9%，所占比例很小。這部分區(qū)域的地形條件、氣候條件、植被條件與一級(jí)適宜區(qū)基本相同，但是距水源較遠(yuǎn)，交通線較密集，人口密度較高。

圖2 昌吉州人居環(huán)境適宜性分布圖

三級(jí)適宜區(qū)絕大部分圍繞二級(jí)適宜區(qū)分布，所占土地面積為8 692 km2，占全州土地面積的11.7 %。這部分區(qū)域的地形條件、氣候條件、植被條件與二級(jí)適宜區(qū)相差不大，但距水源更遠(yuǎn)，交通線不夠發(fā)達(dá)，人口密度較高，現(xiàn)有農(nóng)村居民點(diǎn)部分分布在此區(qū)域，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平一般。

四級(jí)適宜區(qū)分布在三級(jí)適宜區(qū)的南北兩側(cè)，所占土地面積為53 666 km2，占全州土地面積的72.4%，所占比例最大。這部分區(qū)域的地形、氣候條件較好，植被覆蓋度低，水源條件差，交通線比較不發(fā)達(dá)，人口密度很低，較難進(jìn)行城鎮(zhèn)化發(fā)展。天山北坡分布有部分農(nóng)村居民點(diǎn)，北部的大片荒原為無(wú)人區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較差。

不適宜區(qū)分布在南部天山山區(qū)以及木壘縣北部山區(qū)，所占土地面積為4 584 km2，占全州土地面積的6.2%，所占比例較小。盡管這部分區(qū)域大部分為山區(qū)，降水量較其他區(qū)域多，植被條件也較好，但由于低氣溫、大坡度、高海拔及交通不變，極不適宜人類居住和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

2.2 發(fā)展建議

人口空間分布與各評(píng)價(jià)因子之間的相關(guān)性依次為交通＞水資源＞NDVI＞海拔＞坡度＞氣溫＞降水，人口分布與交通和水資源的相關(guān)性最大。因此，交通條件對(duì)昌吉州的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展以及空間格局有著至關(guān)重要的作用，在其城鎮(zhèn)化建設(shè)中應(yīng)特別注重交通建設(shè)。

昌吉州地區(qū)優(yōu)勢(shì)突出，水資源相對(duì)充沛，在國(guó)家“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”大戰(zhàn)略背景下，其城市發(fā)展定位和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿薮蟆；诒疚牡娜司舆m宜性研究結(jié)果，昌吉地區(qū)未來(lái)的人居環(huán)境布局應(yīng)采取“大集中、小分散”的多層次城鎮(zhèn)結(jié)構(gòu)。圍繞人居適宜性指數(shù)較高的中間地區(qū)，建成集政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通于一體的西部特色新型城鎮(zhèn)，承擔(dān)“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”重要支點(diǎn)城市戰(zhàn)略使命。同時(shí)，應(yīng)注重南北兩側(cè)分散適宜區(qū)的合理開發(fā)和利用，因地制宜地打造有西部特色的小城鎮(zhèn)群體，擴(kuò)大城市空間容量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，發(fā)展特色經(jīng)濟(jì) 。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文提出的人居環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)模型，綜合考慮自然和社會(huì)因素，分析了坡度、海拔、氣溫、降水、植被、水資源和交通條件的情況，定量給出了昌吉州人居環(huán)境適宜性空間分布情況。但是，人居環(huán)境研究是多層次、廣泛的，本研究選定的指標(biāo)因子有限，還應(yīng)進(jìn)一步完善。

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P208

B

1672-4623（2017）12-0045-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.12.014

2016-10-14。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41501475）；中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所基金資助項(xiàng)目（Y6SJ1800CX）。（*為通訊作者）

柴正英，碩士研究生，研究方向?yàn)榇蟮販y(cè)量學(xué)與測(cè)量工程。