嘉陵江流域居民點空間分布格局及影響因素研究

吳宏陽,舒成強,吳 勇,羅明良,蔣良群

(西華師范大學 國土資源學院,四川 南充 637002)

居民點是人類生活的場所,也是聚落地理的主要研究對象,居民點的形成、發展及其變化和環境息息相關。居民點的位置是人類在長期演變下選擇的最佳生存位置,反映了人與自然相互依存、相互影響的關系[1]。長期以來,對居民點的空間分布因素分析一直停留在大局觀上,并沒有具體到每一個明確的因素[2]。對居民點的空間分布進行定性與定量分析,有利于深層次剖析影響居民點的因素及其影響程度,揭示對應因素與居民點空間分布的關系。自然因素和社會條件是控制居民點分布的主要因素,主要有坡度、坡向、交通狀況、流域情況、高程和社會經濟等。楊恒喜等[3]從數字高程模型中提取各地形因子并進行定量分析,量化研究區居民點分布與其影響因素的關系;薛海燕等[4]利用核密度估計分析法研究了渭河流域居民點分布格局及其影響因素;魏偉等[5]利用地統計和空間分析方法分析了石羊河流域空間分布格局與結構形態異質性;邵新娟等[6]利用最小累計阻力模型、GIS空間分析和層次分析法等方法分析了基于生態安全格局的農村居民點布局;任平等從空間自相關性研究了農村居民點時空演變格局與特征[7]。

嘉陵江流域是長江流域的一部分,該流域的天水、漢中、南充、合川等城市歷史上曾經無比輝煌,戰略地位多次升降變遷,但近代開始走向衰落,今日則面臨新的崛起[8]。根據對既有文獻分析,至今還沒有學者對其居民點空間分布進行定量研究,更缺少將自然和社會因素進行綜合分析的定量研究[9]。本研究運用GIS空間分析方法,探討了嘉陵江流域的居民點空間分布格局,并從自然和社會因素兩個方面對嘉陵江流域居民點的影響因素進行了綜合分析,以期為流域總體資源分配及區域經濟協調發展提供參考依據。

1 研究區概況

嘉陵江為長江上游支流,因流經陜西鳳縣東北嘉陵谷而得名。嘉陵江發源于秦嶺北麓的陜西省鳳縣代王山,干流流經陜西省、甘肅省、四川省、重慶市,在重慶市朝天門匯入長江。嘉陵江的主要支流有八渡河、西漢水、白龍江、渠江、涪江等,全長1345km[10],干流流域面積3.92×104km2,流域面積16×104km2,位于102°52′—109°28′E、29°28′—34°54′N之間,是長江支流中流域面積最大，長度僅次于雅礱江，流量僅次于岷江的大河。嘉陵江流域地形復雜、起伏明顯、氣候條件多變、資源豐富、社會經濟實力雄厚、水利工程較完善。

2 數據來源與處理

2.1 數據來源

本研究采用嘉陵江流域90m×90m數字高程模型數據(DEM)、全國1∶100萬基礎地理信息數據庫的居民點數據、全國五級河流和嘉陵江二級流域和三級流域的數據作為基礎數據,其中DEM在SRTM 90m Digital Elevation Data(http://srtm.csi.cgiar.org/)網站下載,居民點數據在全國地理信息資源目錄服務系統(http://www.webmap.cn/main.do?method=index)下載,嘉陵江二級流域和三級流域數據由國家地球科學數據共享服務平臺提供。

2.2 數據處理

空間參照統一采用Asia-Lambert-Conformal-Conic坐標系統,利用ArcGIS10.2軟件平臺對90m分辨率DEM進行拼接并用嘉陵江流域邊界對其進行裁剪,得到90m分辨率的嘉陵江流域DEM數據。利用GIS空間分析功能提取嘉陵江流域高程、坡度、坡向信息,得到含有高程、坡度、坡向信息的GRID數據層,分類后與含有居民點信息的數據層進行空間疊置分析,居民點與河流水系的關系則通過對水系進行緩沖區分析和空間疊加來完成,居民點與上、中、下游關系通過空間分析中的提取分析實現。

3 結果和分析

3.1 嘉陵江流域居民點空間分布特征

研究區內共有1838個鄉級居民點,整體分布上南部居民點數量多于北部,大部分居民點分布在地勢較平緩的盆地和河流階梯上。研究區的大部分居民點都伴水而居,靠路而建,地理位置較好。居民點位置見圖1。

3.2 坡度和居民點的關系

本文利用ArcGIS表面分析工具提取流域坡度信息,參照崔吉林等[11]的坡度劃分,將本研究區坡度分為6個等級(表1):0°—5°為1級、5°—8°為2級、8°—15°為3級、15°—25°為4級、25°—35°為5級、>35°為6級,坡度分類結果見圖2。

圖1 嘉陵江流域居民點分布

圖2 嘉陵江流域坡度分級

從圖1可見,嘉陵江流域中下游的坡度較低,基本在4級以下;上游坡度較高,絕大部分都是在4級以上,超過25°。研究區坡度分界線明顯,以安縣—江油市—廣元市—旺蒼縣—南江縣—通江縣—萬源市—宣漢市為坡度分界線,分界線以北坡度大,分界線以南坡度小。通過對坡度與居民點數據的空間疊加統計分析,得到不同等級內居民點的統計情況,結果見表1。

表1 嘉陵江流域坡度與居民點關系

從表1可見,流域內的居民點主要分布在坡度低于5°的區域,占到總居民點的52.28%。該區域自然條件優越、土壤肥沃,適宜居住。研究區在中等坡、斜坡和陡坡的居民點分別為19.2%、18.47%和7.94%,自然條件一般,因此有小部分居民點存在;在急坡和險坡的地帶,由于自然條件惡劣,少有居民點分布。一般來說,隨著坡度的升高,水土流失程度就會加劇,土壤肥力也會降低,導致植被和農作物難以生存,影響人們的生產方式和生活條件。坡度越大,山體滑坡和泥石流出現的幾率越大,嚴重威脅了人們的生命財產安全,進而導致陡坡和急坡居民點分布較少。

3.3 坡向和居民點的關系

本文利用ArcGIS表面分析工具提取流域坡向信息,分為以下5個等級:0°—45°為陰坡、45°—135°為半陰坡、135°—225°為陽坡、225°—315°為半陽坡、315°—360°為陰坡,結果見圖3。

圖3 嘉陵江流域坡向重分類

通過對坡向和居民點的空間疊加統計分析,得到不同等級內居民點的統計情況,結果見表2。從表2可見,流域區內的居民點以陽坡最多,占居民點總數的35.42%;半陽坡和半陰坡其次,占居民點總數的21.76%和21.66%;陰坡最少,占居民點總數的21.16%。一般來說,由于風速、雨量、光照、溫度等因子的綜合作用,坡向對植物的生長會產生不同的影響,從而引起植物和環境的生態關系發生變化[12],進而影響到人類的生活。向陽坡不但有利于農作物的生長,而且房屋的采光性好,因此居民點應大量聚集在向陽坡。但從表2可見,陰坡居民點數量也不少,說明有其他因素影響了居民在坡向上的選擇。

表2 嘉陵江流域坡向與居民點關系

3.4 高程和居民點關系

本文將DEM和居民點進行空間疊加分析,結果見圖4。從DEM中提取的高程主要分為4個等級:<1000m、1000—2000m、2000—3000m和>3000m,結果見表3。嘉陵江流域內的居民點大部分都分布在海拔1000m以下,占居民點總數的80.19%。一般來說,海拔越高，氣溫越低,海拔每上升100m,氣溫將下降0.6℃,并且隨著高度增加,大氣壓會減小,在海拔3000m范圍內每升高12m,大氣壓將減小1mmHg,約為133Pa。綜上所述,高海拔地區的氣溫和氣壓嚴重束縛了人類的生活條件,在長期居住的情況下,心臟健康會受到一定影響,所以分布在高海拔地區的居民點數量很少。

圖4 嘉陵江流域居民點分布

表3 嘉陵江流域高程和居民點關系

3.5 河流和居民點關系

在ArcGIS鄰域分析中,筆者對河流不同范圍的緩沖區進行了分析,并對緩沖區內的居民點數量進行了統計,結果見表4。根據分析可見,河流對居民點分布的影響主要體現在生產和生活用水上,其次是河谷中的地形和土壤條件[13]。由于河谷中的土壤條件較好,地形簡單,所以適合居民點分布。從表4可見,很多居民點距離河流的距離較遠,主要原因是嘉陵江時常發生水患,由《宋、明、清及現代水患錄》可知,自宋代以來,嘉陵江共發生水災數百次，其中大水淹城50余次、100年一遇洪水2次,都受到了滅頂之災。因此,在嘉陵江流域的水系基礎設施較完善的情況下,很多居民點與河流的距離適中,既能有效避免汛期河水上漲導致的水災,又能保障充足的用水。

表4 河流緩沖區和居民點關系

3.6 地理位置和居民點的關系

本文對上游、中游、下游居民點數量進行了提取和分析,結果見表5。表5可見,上游居民點較少,僅占居民點總數的22.25%;中下游居民點較多,分別占了居民點總數的41.56%和36.18%。這是因為嘉陵江流域上游地區90%的縣為山區貧困縣,經濟基礎薄弱,幾乎沒有除農業資源外的其他資源[14],導致經濟發展遲緩。由于上游坡度較陡,導致農業灌溉和機械化生產存在諸多不便，再加上交通道路不暢,生產出來的農產品不能及時外銷,影響了經濟發展速度。由于中下游地區自然條件好、坡度平緩、礦產資源豐富、旅游資源和人力資本充足,鐵路、高速路、國道、省道交叉貫通,在便捷的交通下進行各種資源交換和共享,有利于中下游地區的經濟發展,且中下游受到臨近的成都、德陽、綿陽等城市的輻射影響,經濟得到快速發展[15]。在環境和經濟的驅動下,導致大量人口從上游向中下游定居和經商,中下游居民點數量多于上游。

表5 上、中、下游與居民點的關系

4 結論與討論

本文分析了嘉陵江流域居民點的空間分布格局及其影響因素，研究表明坡度、坡向、海拔、河流、居民點所在地的經濟情況對居民點的分布具有顯著影響。居民點傾向于分布在坡度小、陽坡、海拔低、與河流距離適中、所在地區經濟發達的地區。總體上,居民點的空間位置分布受到自然因素、人為因素和社會經濟發展狀況的影響。隨著我國城市化的推進,未來居民點選址必將成為區域問題研究的重要方向[16]。為了使嘉陵江流域的地理資源得到更充分的利用,建議對上游地區采取經濟開發措施,大量吸引人群居住,才能使流域內人口分布均衡,各種資源在維持生態平衡的情況下充分發揮作用,進而對區域經濟發展起到重要的帶動作用。

在進行數據分析時,由于數據中的居民點對應為村級,不能完全反映出每戶居民點真實的分布狀況,所以結果會存在一定的誤差,后期將通過高分辨率的影像數據和實地調查做進一步研究。另外，由于比例尺的限制,河流的位置精度對討論居民點分布和河流的關系也存在一定的影響,今后研究中應重視這些問題。