基于引力模型的中心村空間布局分析
——以貴州省錦屏縣為例

王詩文，楊 柳，趙楊茜

(貴州大學 公共管理學院，貴州 貴陽 550025)

改革開放四十年來，鄉(xiāng)村空間布局發(fā)生了顯著變化[1]。鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的提出，使得合理規(guī)劃鄉(xiāng)村空間格局，打破城鄉(xiāng)二元結構成為城鄉(xiāng)發(fā)展當下亟需解決的問題[2]。中心村作為連接城鎮(zhèn)與農(nóng)村的重要節(jié)點，其合理布局成為實現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化和鄉(xiāng)村振興的重要途徑之一[3-4]。20世紀90年代中后期，國內(nèi)開始對中心村建設進行研究，主要以理論研究和經(jīng)驗分析為主，但不具有普適性，很難對實際工作做出具體指導[5-6]。總體來看，學者們從定性的角度做了很多研究分析，但從定量角度對中心村空間布局進行系統(tǒng)性研究分析的則比較少。基于此，研究從定量分析的角度對貴州省錦屏縣的中心村空間布局進行評估確定。首先運用引力模型[7]計算出引力值，其次建立綜合評價體系對錦屏縣187個行政村的綜合發(fā)展實力進行評價分析，最后結合地形位指數(shù)[8]，分析了錦屏縣的地形條件。本文對鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊之間的相互作用、村莊的綜合發(fā)展實力以及地形條件進行綜合定量分析，以此確定錦屏縣中心村空間布局方案，對錦屏縣的中心村建設選址具有實踐指導意義。

1 資料與研究方法

1.1 資料來源

1.1.1 研究區(qū)概況 錦屏縣坐落于黔東南州東部，貴州省東南部，東鄰湖南省靖州縣，南鄰黎平縣，西界劍河縣，北抵天柱縣，是黔東南通往湖南、廣東、桂林的重要門戶，距黔東南自治州首府凱里182 km，距省會貴陽358 km(圖1)。地理坐標為地跨東經(jīng)108°48′37″～109°24′35″，北緯26°23′29″～26°46′49″，南北寬39.6 km，東西長55.5 km。錦屏縣轄區(qū)有7個鎮(zhèn)8個鄉(xiāng)，國土總面積1596.9 km2，2016年區(qū)域總?cè)丝谶_23.41萬。近年來，錦屏縣經(jīng)濟發(fā)展水平不斷提高，2016年實現(xiàn)生產(chǎn)總值403622萬元，財政總收入達38930萬元。錦屏縣為積極實施“工業(yè)強縣、城鎮(zhèn)帶縣、旅游活縣”三大戰(zhàn)略，推進城鄉(xiāng)一體化進程，合理布局村莊空間分布顯得尤為重要。

圖1 錦屏縣區(qū)位及行政區(qū)位

1.1.2 資料來源 本文采用的空間數(shù)據(jù)來自錦屏縣2017年土地利用矢量數(shù)據(jù)庫和錦屏縣30 m×30 m數(shù)字高程模型圖(DEM)；屬性數(shù)據(jù)中社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來自錦屏縣的村經(jīng)濟報表和2017年錦屏年鑒。研究前，先用Arcgis 10.2軟件將土地利用現(xiàn)狀圖需要用到的研究部分進行矢量化，并對其空間投影坐標進行統(tǒng)一，然后運用相關工具提取鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設用地等研究需要用到的圖斑，最后將各類數(shù)據(jù)進行分類匯總，形成研究需要的數(shù)據(jù)庫。

1.2 研究方法

1.2.1 引力模型 引力模型分為基于負冪律的阻抗函數(shù)的傳統(tǒng)引力模型和基于負指數(shù)律的阻抗函數(shù)的最大熵引力模型[9-10]。本文選用基于負冪式引力關系的傳統(tǒng)引力模型對錦屏縣各行政村間相互影響的作用引力進行分析，其表達式為：

式中，Iij為i、j兩地間的相互影響作用引力；G為經(jīng)驗系數(shù)；Mi、Mj分別為i、j2個聚落的“質(zhì)量”；r為i、j兩地之間的距離，b為距離衰減指數(shù)。

為使M能科學地反映村莊間的真正影響引力，深化了引力模型中“質(zhì)量”和“距離”的內(nèi)涵。首先構建綜合評價指標體系[11]，其次計算各指標的權重，最后計算出村莊的“質(zhì)量”。引力模型中的“距離”用時間距離替換空間距離，其中經(jīng)驗常數(shù)G取值1，距離衰減指數(shù)b取值2[12]。最終替代優(yōu)化后的公式為：

式中，Iij為i、j兩地的引力強度，Wi、Wj分別為i、j指標的權重；Mi，Mj為i、j兩地的“綜合質(zhì)量”；d為i、j兩地通行的時間距離。

1.2.2 熵權法 熵權法是一種根據(jù)各指標傳遞給決策者的信息量大小來確定權重的客觀評價方法[13]。當評價對象在某項指標上的值相差較小時，熵值較大，說明該指標提供的信息量較小，對應該指標的權重也應該較小；反之，當評價對象在某項指標上的值相差較大，熵值較小，說明該指標能提供的信息量較大，相應的該指標的權重也應較大[14]。熵權法賦權步驟如下：

(1)對原始數(shù)據(jù)矩陣進行標準化處理，得到標準化矩陣：

R=(Xij)m×n

其中，對大者為優(yōu)的收益性指標的標準化公式為：

對小者為優(yōu)的成本性指標的標準化公式為：

式中，rij為第j個評價對象在第i個評價指標上的標準值，rij∈[0,1]。

(2)定義熵

在有m個評價指標，n個評價對象的評估問題中，第i個指標的熵定義為：

(3)定義熵權

第i個指標的熵權定義為：

1.2.3 多因素綜合評價法 選擇村莊規(guī)模、經(jīng)濟條件、基礎設施等能反映村莊自身實力的因素，建立評價指標體系，通過熵權法確定權重，然后用加權分值的公式進行累加，確定錦屏縣每個行政村的總分值，最后通過村莊的分值對行政村的綜合發(fā)展實力進行評價。

1.2.4 地形位指數(shù) 在山地丘陵地區(qū)，地形差異是中心村選址的重要影響因素，很大程度上決定了村莊空間布局的基本框架,但是只考慮坡度或高程一種因素很難反映出真實的地形空間分異，因此，本文采用將坡度和高程相結合的地形位指數(shù)[15-16]對錦屏縣的地形特征進行分析，其公式為：

2 結果與分析

2.1 引力測算分析

2.1.1 指標選取及處理 中心村作為城鄉(xiāng)體系的重要節(jié)點，一方面受到鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展帶來的影響，另一方面各村莊之間又相互聯(lián)系和相互影響。如何使中心村的職能得到發(fā)揮，必須得考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)對其功能的影響甚至替代[10]。簡言之，受鄉(xiāng)鎮(zhèn)影響比較大的行政村，鄉(xiāng)鎮(zhèn)在該區(qū)域就可以代替中心村的職能，如果選這一類的行政村作為中心村，其職能得不到充分發(fā)揮。基于此，本文通過引力模型計算出錦屏縣15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)對其周邊行政村的影響程度，用引力值確定各行政村的空間適宜性等級。但隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，單一指標已經(jīng)很難完成村莊之間影響引力的科學測算，因此選取建設用地規(guī)模、人口規(guī)模以及農(nóng)民人均可支配收入3個指標來綜合分析村莊的“質(zhì)量”[17]。

根據(jù)人們選擇不同的出行方式，計算出各行政村到最近鄉(xiāng)鎮(zhèn)所需的時間就是時間距離。首先，運用Arcgis10.2確定各行政村到最近鄉(xiāng)鎮(zhèn)的空間距離；其次，調(diào)研發(fā)現(xiàn)大巴車和小車是村民通常會選擇的出行方式，計算出行的平均速度，最后用空間距離/平均速度得到時間距離。由“質(zhì)量”和“距離”所表達的引力模型測算指標體系見表1。

表1 引力模型測算指標體系

2.1.2 引力值結果分析 通過分析歸一化處理后的引力值，發(fā)現(xiàn)引力值較大的行政村如培寨村、錦額村、者蒙村不僅距鄉(xiāng)鎮(zhèn)近而且村莊規(guī)模較大；而村莊規(guī)模小、距鄉(xiāng)鎮(zhèn)遠的行政村如八里村、黃門村、八客村等引力值較小。基于此，對引力值進行頻率直方圖分析，以頻率突變點0.01和0.1作為空間適宜性等級劃分的依據(jù)，將錦屏縣各行政村劃分為高度、中度、低度適宜村莊3類。引力值較大的行政村在區(qū)域內(nèi)受鄉(xiāng)鎮(zhèn)影響較大，如果作為中心村建設，無法充分發(fā)揮其中心村職能，因此此類行政村空間適宜性等級就低；相反，引力值較小的行政村作為中心村建設的空間適宜性等級就較高。基于測算得出的引力值，將錦屏縣行政村的空間適宜性等級劃分為低度適宜、中度適宜、高度適宜3類(圖2)。

從圖2可以看出，3類村莊圍繞距各自較近的鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布，其中高度適宜村莊距離鄉(xiāng)鎮(zhèn)較遠，低度適宜村莊距離鄉(xiāng)鎮(zhèn)較近。這個分布規(guī)律與引力模型中距離所起的作用相對應，結果符合實際。因此，城中村或城邊村從空間適宜性角度來看并不適合作為中心村建設。

2.2 行政村的綜合發(fā)展實力分析

2.2.1 評價指標體系 本文以錦屏縣的行政村作為評價單元，以各行政村的權屬界線作為評價單元的邊界，建立行政村的綜合發(fā)展實力評價指標體系，以此來分析各行政村是否具備可以作為中心村建設的條件[18-19]，最后確定的錦屏縣行政村綜合發(fā)展實力評價指標體系見表2。

表2 行政村綜合發(fā)展實力評價指標體系

圖2 基于引力模型的錦屏縣中心村空間適宜等級

村莊規(guī)模的大小在很大程度上取決于人口的數(shù)量，人口是村莊快速發(fā)展的基礎保障。中心村的建設必然帶來人口的集中，足夠的耕地資源能保障村莊具備較強的聚合能力，耕地面積是評價村莊發(fā)展實力不可忽視的指標。鄉(xiāng)村基礎設施、居民點建設等都需要占用土地資源，因此，將建設用地面積作為評價村莊規(guī)模的指標。村莊的發(fā)展主要依靠經(jīng)濟收入，但經(jīng)濟收入已經(jīng)不能僅靠農(nóng)業(yè)收入，也需要其他收入，風景名勝用地面積可以反映村莊旅游業(yè)發(fā)展情況，因此選取農(nóng)民人均可支配收入和風景名勝占地面積來代表村莊的經(jīng)濟條件。村莊的基礎設施完善程度主要是通過學校、水利設施、交通條件來反映。中心村的發(fā)展是以綜合實力強的村莊為依托發(fā)展起來的，因此選取居民點距離指數(shù)和農(nóng)村居民點分散度來反映村莊的集中程度。居民點距離指數(shù)Di=ni/ai，ni為研究區(qū)域范圍內(nèi)基層村的個數(shù)，ai為研究區(qū)域范圍內(nèi)基層村的總面積。農(nóng)村居民點分散度Fi=Di/Pi，其中Pi=ai/A，式中A為研究區(qū)域總面積。

2.2.2 行政村綜合發(fā)展實力分析 通過計算出來的分數(shù)分析得出，綜合分數(shù)較高的行政村大多都人口較多、經(jīng)濟收入較高、建設用地面積較大、交通方便，如文斗村、格溪村、林星村等；綜合分數(shù)較低的村莊基礎設施落后且經(jīng)濟發(fā)展慢，如九桃村、萬豐村、色界村等。計算結果和錦屏縣的實際情況相符合，能夠代表行政村的綜合發(fā)展實力。對計算出來的結果進行統(tǒng)計，把錦屏縣各個行政村的綜合發(fā)展實力分為強實力村莊、一般實力村莊、弱實力村莊3個等級，中心村在綜合發(fā)展實力強的行政村中確定。從空間分布看，不同發(fā)展實力等級的行政村并沒有明顯的分布規(guī)律，但綜合發(fā)展實力較強的行政村分布在南部和東南部地區(qū)的數(shù)量遠多于其他地區(qū)，這是因為錦屏縣南部和東南部地區(qū)的高程和坡度比其他地區(qū)要平緩，地理位置的優(yōu)勢有利于該區(qū)域村莊的發(fā)展(圖3)。

2.3 基于地形位指數(shù)的地形條件分析

錦屏縣的高程在266～1334 m之間,坡度處于0～70°之間，地形起伏較大，地形因素對中心村的選擇有很大的影響。因此，選擇地形條件適宜的行政村作為中心村建設，可以主動避免因生態(tài)環(huán)境因素帶來的不利影響[20]。基于此，通過分析錦屏縣的地形位指數(shù)，可以科學地評判各行政村的地形優(yōu)劣等級。通過Arcgis 10.2中的柵格計算器得出錦屏縣的地形位指數(shù)范圍在0.38～2.50之間，以自然突變點1.12和1.52作為臨界值，運用重分類工具將錦屏縣的地形位指數(shù)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等級(圖4)。其中地形指數(shù)范圍在0.38～1.12之間的行政村最適宜建設中心村，地形指數(shù)范圍在1.52～2.50之間地形最不適宜建設中心村。

圖3 錦屏縣行政村綜合發(fā)展實力等級

圖4 錦屏縣地形位指數(shù)等級

運用Arcgis 10.2軟件中的提取工具，提取出各行政村的地形位指數(shù)，從而確定行政村的地形條件等級，本文將地形條件等級分為高度、中度和低度適宜3個等級(圖5)。分析可知最適宜建設中心村的村莊多數(shù)分布在地形平坦的區(qū)域，而不適應建設中心村的村莊大多位于地形條件差且生態(tài)環(huán)境脆弱的地區(qū)。

2.4 錦屏縣中心村空間布局方案

基于上述的分析結果，確定錦屏縣中心村的空間布局方案。首先，選擇同時具備空間位置適宜、綜合發(fā)展實力強和地形條件等級高的行政村確定為錦屏縣的中心村，然后選擇具備其中2項條件的行政村作為中心村的備選方案。其中，空間位置和地形條件是村莊發(fā)展的內(nèi)生條件，對中心村的建設起著關鍵性的作用[21]，因此，在錦屏縣中心村的備選方案中，側(cè)重選擇空間位置適宜和地形條件好的行政村。

通過對錦屏縣行政村進行綜合歸類，然后根據(jù)歸類結果確定中心村的空間布局方案。結果顯示，空間位置適宜且發(fā)展實力強的類型Ⅰ的行政村有40個；空間位置適宜且地形條件等級高的類型Ⅱ的行政村有32個；發(fā)展實力強且地形條件等級高的類型Ⅲ的行政村有41個；同時具備3項條件的類型Ⅳ的行政村有18個，歸類結果見圖6。

圖5 錦屏縣地形條件等級

通過圖6可知，3個條件都滿足的類型Ⅳ的村莊具有空間位置適宜、經(jīng)濟發(fā)展好且地形條件好等特點，是作為中心村的最優(yōu)選擇。實際情況中，存在一些不可預知的因素，需要準備備選方案來進行相應的調(diào)整。鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心對行政村的影響程度和地形條件都屬于村莊發(fā)展的內(nèi)在限制條件，而行政村的綜合發(fā)展實力在很大程度上可以通過政府政策的調(diào)整得到改善，較容易得到解決。因此，本文對空間位置適宜，地形條件等級高的類型Ⅱ的村莊中具備一般綜合發(fā)展實力的14個行政村作為中心村的備選方案，結果見表3。

在最終確定的錦屏縣中心村空間布局方案中，中心村和備選村莊集中分布在錦屏縣的東南、東北和中部地區(qū)，這主要是由錦屏縣的地形條件決定的。錦屏縣的西部地區(qū)，地形多為山地高原，生態(tài)環(huán)境的脆弱阻礙了中心村的建設(圖7)。

研究結果與錦屏縣實際發(fā)展情況相對比，方案中所確定的行政村均具備中心村建設的條件，其中一些行政村已經(jīng)完全具備發(fā)展成為成熟中心村的條件，如亮司一村、龍池村、菜園村等村莊規(guī)模大、基礎設施完善、經(jīng)濟發(fā)展比較好的行政村只要經(jīng)過一些建設就可以直接發(fā)揮中心村的職能；而穩(wěn)江村、八河村等地理區(qū)位好，經(jīng)濟實力強的行政村也具備非常好的發(fā)展條件。這進一步說明本文的研究成果和錦屏縣的實際情況相符合，可用來指導中心村的空間布局工作。

圖6 錦屏縣行政村綜合歸類

方案數(shù)量行政村中心村18江西街村、令沖村、圭葉村、岔路村、菜園村、新寨村、普西村、穩(wěn)江村、八河村、貢村村、高寨村、坪寨村、巖寨村、亮司二村、歸朝村、龍池村、幫寨村、寨早村備選村莊14翁寨村、大興村、章山村、紹洞村、龍矮村、永寧村、竹山平村、平江村、亮司一村、三合村、者屯村、羅丹村、八里村、展金村

3 結論與討論

(1)本文以貴州省錦屏縣的中心村空間布局分析為研究點，通過引力模型計算出錦屏縣各行政村受鄉(xiāng)鎮(zhèn)影響的引力大小；其次建立村莊綜合發(fā)展實力評價體系，得出各行政村的綜合發(fā)展實力；最后利用地形位公式計算出錦屏縣的地形位指數(shù)，分析各行政村的地形條件。結合以上3項分析結果，選出同時具備空間位置適宜、綜合發(fā)展實力強和地形條件等級高的18個行政村作為錦屏縣中心村布局方案。考慮到其他不可預測的影響因素，另外選擇了具備空間位置適宜、地形條件等級高、發(fā)展實力一般的14個行政村作為錦屏縣中心村的備選方案。研究結果表明，這32個行政村都具有空間位置適宜、經(jīng)濟發(fā)展實力強、地形條件好等特點，符合中心村的建設條件。

(2)確定中心村的備選方案時，對行政村的綜合發(fā)展實力降低了要求，但沒有降低空間位置適宜度和地形條件的要求。原因是村莊的空間分布位置和地形條件屬于村莊的內(nèi)生發(fā)展條件，而村莊的綜合發(fā)展實力可以隨政策的改變等得到解決，屬于村莊發(fā)展的外在動力。研究結果不僅為錦屏縣的中心村建設提供了具體的方案，也為石漠化地區(qū)在選擇中心村的空間布局時提供了側(cè)重點。

圖7 錦屏縣中心村布局方案

(3)本文的研究區(qū)位于貴州省的東南部，境內(nèi)地形復雜多樣，地勢起伏不平，相對高差大，山地地形特征明顯，因此，研究具有一定區(qū)域性。另外，由于數(shù)據(jù)的可獲取性，在評價的過程中，并沒有充分考慮到所有的影響因素。為此，如何能夠全面考慮到影響中心村建設的所有因素，值得更進一步的研究。