濕熱巖溶山區人居環境適宜性評價
——以廣西紅水河流域為例

李史干,周慧杰,朱 杰,吳燕婷,周 強

(1.廣西師范學院北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室,廣西 南寧 530001； 2.廣西師范學院廣西地表過程與智能模擬重點實驗室,廣西 南寧 530001； 3.廣西師范學院 地理與規劃學院，廣西 南寧 530001)

1 引言

人居環境是人類在大自然中賴以生存的基地，是人類利用自然、改造自然的主要場所[1]。基于自然生態與環境基礎、資源狀況和區位條件，遵循空間接近性、區域相似性和差異性原則，對人居環境進行適宜性評價，劃分不同等級適宜性的空間，可為區域人口和產業布局指導，以便緩解人類活動與資源環境的空間矛盾。

目前，基于地形起伏度的人居環境適宜性的研究，在我國已有一定的研究基礎，其研究的方法體系、分級標準可供借鑒，但前人研究的區域主要集中在我國中部、東部以及西北部地區，對西南濕熱巖溶地區的研究尚為空白[5～10]。

濕熱巖溶山區是指在濕熱季風環境下形成的巖溶地貌地區，呈地帶性和多帶性特征，在我國主要集中分布在西南巖溶區一帶[11]。

該區存在地上地下雙層巖溶空間結構和山高水深、地形陡峻、土壤貧瘠等兩重性的特點，在人為活動的干擾影響下很容易導致生態退化，產生水土流失和石漠化等生態環境問題[12]，嚴重地制約了區域經濟社會的可持續發展。

廣西紅水河流域屬典型的濕熱巖溶山區，以該流域為例，基于地形起伏度對濕熱巖溶山區開展人居環境適宜性研究，為紅水河流域人口和產業合理布局提供理論支撐和決策參考，同時也可為濕熱巖溶山區人居環境適宜性研究提供可借鑒的方法。

2 研究區概況

廣西紅水河流域位于中北部，東經106°14′～110°20′和北緯22°52′～25°27′之間，包括樂業、凌云、天峨、南丹、鳳山、巴馬、東蘭、金城江、大化、都安、馬山、忻城、柳江、上林、合山、賓陽、興賓、象州、武宣、桂平等20個縣(市、區)，地處我國南亞熱帶向中亞熱帶過渡的中間地帶，主體屬于中亞熱帶季風濕潤、半濕潤氣候區，水熱條件豐富，年均溫度在16.9～21℃之間，年降水量在1244～1582 mm之間，地貌類型以巖溶山地為主(圖1)。

2015年廣西紅水河流域總人口1039.91萬人，占廣西總人口的18.78%；地區生產總值達1773.01億元，占廣西地區的10.74%；人均生產總值為17049.62元，人均產糧283.61 kg，屬于欠發達地區。

3 研究方法與數據處理

3.1 數據來源

本研究涉及的數據主要有：廣西紅水河流域GDEMDEM 30M分辨率數字高程數據，來源于地理空間數據云提取；2013～2015年廣西紅水河流域20縣(市、區)統計數據，數據來源于廣西壯族自治區統計局；廣西紅水河流域20個縣(市、區)矢量邊界數據。

3.2 研究方法

一般來說，地形起伏度是指地表一定范圍內最大的相對高程差，它在一定程度上體現了該區域地勢的變化以及地表高低起伏的狀況，在一定程度上能夠反映區域的地貌類型。本研究在參考牛文元等人研究的基礎上[13～18]，基于ARCGIS10.2軟件中空間分析功能，并運用空間分析模塊中的窗口分析工具，采用式(1)計算廣西紅水河流域地形起伏度。

圖1 研究區地理區位示意

RDLS=ALT/1000+{[Max(H)-Min(H)×[1-P(A)/A]}/500

(1)

式(1)中：RDLS代表地形起伏度；ALT為某區域的平均海拔高程(m)；Max(H)和Min(H)分別代表該區域內的最高和最低海拔(m);P(A)為該區域內的平地面積(km2);A則為該區域總面積(km2)[20]。

3.3 地形起伏度及其各因子的提取

地形起伏度的提取主要是基于ARCGIS軟件中空間分析模塊，采用窗口分析法并利用柵格領域計算工具來實現。以整個廣西紅水河流域為研究區，開辟研究柵格大小單元為90 m×90 m,實現操作單元逐個柵格區地形起伏度的提取。再提取地形起伏度之前，剔除DEM中的異常值，再分別計算式(1)中的各個地形因子。

3.3.1 海拔的提取

在柵格領域計算工具對話框中先后選擇該分析窗口內高程的最大值Max(H)、平均值Mean(H)和最小值Min(H),則可以自動生成3個新的數據層，即：Max(H)，ALT和Min(H)數據層。然后再利用柵格計算器中進行[Max(H)]-[Min(H)]，即可得到最大高程和最小高程的差值數據層。

3.3.2 平地面積提取

本研究中將海拔高程最大值和最小值相差10 m的網絡單元定義為平地[21]，并通過ARCGIS中3D分析模塊中的重分類工具對[Max(H)-Min(H)]進行重分類，從而提取平地面積P(A)和區域總面積A。

3.3.3 地形起伏度的提取

利用ARCGIS中空間分析模塊中的柵格計算器工具，將上述提取到的ALT、[Max(H)-Min(H)]、P(A)、A等數據帶入到式(1)中進行計算，實現地形起伏度的最終提取，得到圖2。

由圖2可知，廣西紅水河流域地形起伏度總特點是西北高，東南低，地勢由北到南傾斜的特點也很明顯。地形起伏度低值主要分布于廣西紅水河流域下游， 包括賓陽縣、興賓區、合山市、桂平市、武宣縣、象州縣、柳江區；地形起伏度高值主要分布于廣西紅水河流域上游，包括樂業縣、凌云縣、天峨縣、南丹縣、鳳山縣、東蘭縣；從海拔高度來看，廣西紅水河流域地形起伏度隨著海拔高度的增加呈現逐漸升高的趨勢,表現出很強的高度規律性。

4 廣西紅水河流域地形起伏度與人口分布的相關性分析

4.1 廣西紅水河流域人口密度分布

根據廣西紅水河流域2013、2014、2015年人口統計數據，通過ARCGIS軟件將廣西紅水河流域人口密度數據層與地形起伏度疊加，得到地形起伏度和人口密度分布圖(圖3)。如圖3所示，從上游地區到下游地區，人口密度依次遞增。下游地區桂平市、賓陽縣和合山市人口密度均超過300人/km2，這3個地區是人口高度密集區，而緊靠周圍的柳江區、興賓區和武宣縣人口密度均達到200人/km2，屬于較高密集區；中游地區上林縣、馬山縣和象州縣人口密度達到150人/km2，屬于中度密集區，金城江區、大化縣、都安縣、忻城縣和巴馬縣人口密度大于100人/km2，屬于低度密集區；上游地區鳳山縣、凌云縣、東蘭縣、南丹縣、樂業縣和天峨縣人口密度均小于100人/km2，人口分布較為稀疏，其中天峨縣人口密度小于50人/km2，人口分布最稀疏。

圖2廣西紅水河流域地形起伏度分級

圖3 地形起伏度與人口密度分布

4.2 地形起伏度與人口分布回歸分析

根據廣西紅水河流域3年的人口數據，處理后得到3年中廣西紅水河流域的平均人口密度數據，再利用分區統計工具統計廣西紅水河流域20縣(市、區)的平均地形起伏度數據，最后在SPSS軟件的支持下，對地形起伏度與人口密度進行回歸分析，獲取地形起伏度與人口密度的關系曲線圖(圖4)。

圖4表明，廣西紅水河流域各縣(市、區)平均人口密度與平均地形起伏度之間的關聯較大，廣西紅水河流域人口大多分布在平均RDLA<0.8區域，而且平均人口與平均地形起伏度之間存在一定的反比關系。進一步散點圖進行曲線擬合，分別選中線性、對數、二次項、冪和指數分布模型，得到各模型參數值(表1)。

圖4 地形起伏度與人口密度回歸曲線估計

方程模型匯總參數估計值R方Fdf1df2Sig．常數b1b2線性．66235．182118．000301．843-275．919對數．72948．496118．00050．655-131．603二次．73523．548217．000395．407-733．220416．599冪．80574．264118．00069．120-．830指數．79569．613118．000349．717-1．816

注：因變量為人口密度，自變量為平均地形起伏度

表1表明，在5種曲線擬合模型中，冪曲線模型能最好地模擬廣西紅水河流域各縣(市、區)平均人口密度與地形起伏度之間的相關關系，其中R2為0.805，Sig值小于0.01，也就說廣西紅水河流域各縣(市、區)的平均人口密度與平均地形起伏度在0.01的置信水平上極顯著相關，當平均地形起伏度不斷增大時，平均人口密度隨之不斷減小。由此可見，廣西紅水河流域地形起伏度對人口分布有著較為顯著的影響，研究區人口集中分布于低起伏地區，這與全國地形起伏度與人口分布的情況基本一致[22]。

5 人居環境自然適應性評價

結合以上分析，在此基礎上參考前人研究[23，24]，根據研究區的實際情況，將廣西紅水河流域不同地區人居環境的地形適宜程度劃分為不適宜、臨界適宜、一般適宜、中度適宜和高度適宜5類。①不適宜地區，地形起伏度大于1.5，平均海拔在800 m以上，主要分布于廣西紅水河流域上游的樂業和凌云縣；②臨界適宜地區，地形起伏度在1.0～1.5，平均海拔在500～800 m的地區，主要分布于廣西紅水河流域上游的天峨、南丹、東蘭、鳳山和巴馬縣；③一般適宜地區，地形起伏度在0.5～1.0，平均海拔300～500 m的地區，主要分布于廣西紅水河流域中游地區，包括忻城、馬山、都安、大化、金城江區和上林縣；④中度適宜地區，地形起伏度在0.25～0.50，平均海拔高度150～250 m的地區，主要分布在廣西紅水河流域下游地區，包括象州、武宣、柳江、合山和賓陽縣；⑤高度適宜地區，地形起伏度在0～0.25，平均海拔低于150 m，主要分布于廣西紅水河流域下游地區的興賓區和桂平市。

在分析了廣西紅水河人居環境地形適宜性空間分布規律的基礎上，將評價結果與廣西紅水河流域柵格平均人口密度數據進行了疊置分析。結果表明，地形條件是影響人口分布的重要因數之一，全流域人口明顯集中分布于地形適宜度較高的地區，表2與圖5為廣西紅水河流域人居環境地形適宜性評價結果。

表2 廣西紅水河流域人居地形適宜性評價

圖5 廣西和紅水河流域人居環境地形適宜性評價

5 結論與討論

地形作為自然環境要素之一，影響著區域人口分布。基于廣西紅水河流域GDEMDEM 30M分辨率數字高程數據,利用ARCGIS軟件，采用窗口分析等方法，利用領域分析，提取廣西紅水河流域柵格尺度范圍內的地形起伏度，系統分析了廣西紅水河流域地形起伏度的分布規律及其人口分布的相關性。較好地刻畫了廣西紅水河流域人居環境的地形起伏差異和人口分布差異，可以較好的為廣西洪水河流域引導人口合理分布提供借鑒參考，同時也可為濕熱巖溶山區人居環境適宜性研究提供可借鑒的方法。然而人居環境是有多個復雜系統組成，地形適宜性只是其適宜性評價的一個方面。因此，廣西紅水河流域人居環境的定量評價還有很多的課題有待深入研究。

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