中國山地城鎮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; 2.三峽生態環境遙感研究所,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; 2.三峽生態環境遙感研究所,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域，采用25 m×25 m柵格大小，針對中國山地城鎮的特點，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田、重要生態用地和各類保護區，剛性因子作為評價的限制因素。綜合運用ArcGIS 10.0軟件的數據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據庫，為武隆縣城鎮建設提供數據支撐。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]、農業種植類型[5-6]、景觀評價及規劃[7]、區域規劃[8]和環境影響評價[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，隨著RS技術的發展，多源多時相的遙感數據源也為土地適宜性評價提供了豐富的數據源[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。

隨著中國城鎮化進程加速，由城市建設帶來的人地矛盾、人居安全、生態環境等問題日益增多[20]。城市的發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，而對于大部分地區尤其是山地城鎮，適宜發展建設的區域是非常有限的，往往通過占用耕地以滿足城市發展的需要，這與我們國家一致提倡的可持續發展戰略是相矛盾的，因此為了解決這一問題，設計出更合理的城鎮發展空間布局，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計數據、武隆縣目前城市發展情況、目前武隆縣現有規劃數據、未來規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，為城市建設規劃工作者提供用力的資料，對武隆縣生態城鎮的建設布局有很大的現實意義。

1 研究區概況

重慶市劃分為都市功能核心區、都市功能拓展區、城市發展新區、渝東北生態涵養發展區、渝東南生態保護發展區五大功能區，武隆縣作為重慶市渝東南生態保護發展區最主要區縣之一，位于東經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個鄉鎮，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，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濟圈邊緣，客觀上已進入重慶市”三環”，既將成為重慶市主城新的衛星城，也是重慶市一小時經濟圈的重要組成部分，即將成為重慶市經濟的戰略支點，地區生產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濟發展都處于非常重要的戰略地位。

2 研究方法

2.1 數據來源及處理

本研究采用的數據主要包括：1) 遙感數據包括：重慶市2012年土地利用基礎數據、重慶市25 m×25 m柵格大小的DEM數據、TM遙感影像數據；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、水系等矢量數據；3) 運用ArcGIS 10.0中的Spatial Analyst Tools/Euclidean Distance工具分別計算距離城鎮的距離、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狀)進行重分類并生成評價因子圖；4) 根據土地利用現狀圖提取出剛性因子(基本農田、重要生態用地和各類保護區)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生土地適宜性評價結果圖;6) 運用Spatial Analyst Tools/Reclassify工具根據適宜性分級標準提取出武隆縣城鎮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據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的發展情況及城鎮發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：建設經濟性、建設安全性、用地現狀、生態保護。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實際情況的了解和已有成果以及城鎮發展規劃來確定。

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不同評價因子對評價目標影響大小賦予適當的權重，然后將評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，選用適當的方

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；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業土地的可供養人口研究方面[24]，評價方法基本上都是根據耕地的生物生產量來確定[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方法產生的權重結果可以看出距離城鎮的距離的權重最大，說明其對城鎮發展用地的選取影響最大，權重最小的是高程和土地利用現狀，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護或適宜保護的程度，適宜保護的得分低，適宜建設開發的得分高(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

城鎮與區位因子在分析時主要考慮了鎮政府駐地以上級別的城鎮，對全區土地與這些城鎮的區位關系進行了評價；交通因子主要考慮了縣級以上公路的可達性對城鎮總體規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地面高程分為5級，并根據專家意見進行賦值；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總體規劃建設用地適宜性；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總體規劃建設用地適宜性；土地利用現狀因子主要是根據不同的土地利用方式來確定城鎮總體規劃建設用地的適應性特征；基本農田因子在本研究中主要是根據國土部門規定的武隆縣基本農田指標，然后結合專家知識對基本農田的空間分布數據進行提取。提取方法：1) 現有的水田都化歸為基本農田(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田(約400.34 km2)。此處，基本農田空間數據的提取是利用遙感解譯的土地利用現狀圖獲得的，提取的基本農田總面積約等于國土部門規定的武隆縣基本農田指標509.94 km2；重要生態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域參與建設用地適宜性評價分析；各類保護區因子主要包括白馬山自然保護區和黑葉猴自然保護區。

3.3 GIS多因子疊加分析

根據式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

根據武隆縣土地適宜性評價結果，武隆縣城鎮建設用地適建區的面積為116.89 km2，占總面積的4.05%，適建區主要分布在水系附近以及原有居民點比較集中的區域，說明山地城鎮中，尤其在經濟發展還不是太好的情況下，很少會出現城鎮建設用地突然出現在離水系、交通線或者離居民點很遠的位置，整個區域面積來說，不宜建設用地和不可建設用地面積達到了80%左右，反映出山地城鎮大部分面積都不適宜用于建設城鎮，考慮到作為重慶市渝東南生態保護發展區的主要區縣之一，需要進一步控制生態用地的范圍，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

根據國家和重慶市的相關規范標準，設定武隆縣城鎮規劃人均用地指標為150 m2/人。按目前適建區(適宜和較適宜建設用地)116.89 km2，同時考慮部分區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(按適建區的80%計算)作為最終的適建區空間。

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地位，作為渝東南生態保護發展區的主要區縣之一勢必要求在城鎮建設方面充分考慮對生態環境的影響，為了城鎮的可持續發展有必要了解整個區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土地適宜性評價方面可以說是一種創新，因為山地城鎮本身由于多種因素的限制，使其在城鎮建設發展方面沒有太大的優勢，本研究結合了相關的現狀及規劃情況，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。

通過分析表5和附圖4可以看出，區域內不可建設用地面積占了全區總面積的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建設。武隆縣城鎮發展適宜和較適宜用地，約46.78 km2和70.11 km2，占全區是比例分別為1.62%和2.43%，結合目前武隆縣城鎮分布情況可以發現本研究土地適宜性評價結果精度較高，與現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建設適宜性評價是可行的，武隆縣城鎮發展適宜和較適宜用地空間上主要分布在現有主要城鎮及其周邊地勢平坦，現有城鎮發展基礎較好和交通網絡較發達的區域，如巷口鎮、仙女山鎮、白馬鎮、土坎鄉、江口鎮等片區，適宜和較適宜用地分布相對比較集中，這樣更有利于城鎮發展的需要，也說明本研究進行的山地城鎮土地適宜性評價結果與現實城鎮布局有很好重合度，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、動態化和綜合化的方向發展，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，并綜合考慮現狀情況和各部門規劃方案的基礎上進行的適宜性評價，實現了中小尺度范圍內高分辨率、高精度的適宜性評價結果。由于山地城鎮存在較多的突發性地質災害的影響，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