基于生態脆弱性與發展潛力的礦區搬遷村莊識別

賀鈺蕊,張 鵬,劉瑤瑤,李世峰

1 中國農業大學水利與土木工程學院, 北京 100083

2 中國農業大學農業農村部設施農業工程重點實驗室, 北京 100083

受壓煤村莊的影響,平原地區煤炭資源開發的采出和供應率被嚴重制約；采煤引起的地面塌陷,水土流失等生態問題[1—2],影響了礦區村莊居民生產建設和生活質量[3]。居住適宜度的下降以及礦區保護性開采的要求,致使大部分壓煤村莊必須采取搬遷避讓,另選新村址進行建設[4]。平原地區村莊密集,不合理的村莊搬遷不僅會加大煤炭企業初期的投資力度,制約礦區開采進度,同時人口的遷入遷出,造成產業結構的調整,對遷入地的經濟建設水平有著較高的要求。然而,由于政府和煤炭企業之間溝通協調的偏差,加上數據未能有效及時共享,導致搬遷村莊存在嚴重的滯后性,礦區村莊部分房屋嚴重斑裂,甚至倒塌,房屋周邊積水嚴重,村民生產生活受阻。因此盡早弄清“誰要搬、搬去哪”,建立一套科學高效的礦區搬遷理論體系,對煤礦區的產業發展和生態建設工作尤為重要[5]。

當前礦區搬遷的研究主要集中搬遷意愿[6—7]、搬遷政策[8]、搬遷安置模式[9—10]及搬遷效益[11—12]等方面,對搬遷村莊識別缺乏關注[13]。《鄉村振興戰略規劃(2018—2022年)》第九章指出對位于生態環境脆弱的村莊,可通過易地搬遷、生態宜居搬遷等方式,實施村莊搬遷撤并,統籌解決村民生計、生態保護等問題。生態脆弱性評價是判斷區域生態系統穩定性和易損性的重要手段之一[14],國外學者根據各地區的實際情況,初步完成烏克蘭、美國、非洲等多個國家和地區的生態脆弱形勢圖[15]。此外,在評價模型構建方面,David和Tony提出了“壓力-狀態-響應”(Pressure-State-Responses,PSR)模型,后將模型應用于環境影響評價研究[16]。Polsky等提出了“暴露度-敏感性-適應力”(Vulnerability-Scoping-Diagram,VSD)[17]模型,為系統進行脆弱性評價提供了基本思路[18]。當前生態脆弱性評價逐步納入到礦區規劃環評中,對礦產資源開發合理布局和加強礦區生態保護具有重要意義[19]。村莊發展潛力是村莊在當前政策環境下利用已有和將有的各種資源來發展的能力,能較好地反映村莊綜合實力[20]。目前村莊發展潛力評價在農村居民點整理[21]、中心村選擇[22]、村莊布局規劃[23—24]中發揮著重要作用。把小的、分散的、不具有發展潛力的村莊整合成具有一定功能、服務一定范圍的中心村,既節約了大量土地,又有利于地方產業的布局和產業結構的升級[20]。

本文選取位于魯西基地巨野礦區的山東省鄆城縣作為研究區域,基于VSD模型構建礦區生態脆弱性評價體系,著重考慮開采影響程度、開采工藝對研究區域的影響,并在此基礎上以建設水平、經濟發展水平和人居環境為準則構成村莊發展潛力評價體系,將礦區生態脆弱性評價與村莊發展潛力相結合,從而建立平原礦區搬遷村莊的識別體系,明確鄆城縣礦區搬遷次序和安置位置,指導礦區村莊搬遷工作。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

鄆城縣位于115°40′—116°08′E,35°19′—35°52′N,地處山東省菏澤市東北部,北鄰梁山縣,南接巨野縣、牡丹區,東與嘉祥縣接壤,西與鄄城縣毗鄰,南北長44.4 km,東西寬35.7 km,總面積1643 km2,全縣常住人口127.9萬人,其中農業人口比例為84%,遠高于菏澤市其他區縣,是魯西南地區重要的農業人口大縣。

鄆城縣地處黃河沖積平原,全縣地勢平坦,是魯西煤炭基地的重要組成部分,轄區現有煤礦開采井田總面積為624.6 km2,涉及12個鄉鎮2個街道的290個村莊(圖1)。自2007年煤礦開采以來煤炭經濟突飛猛進,推動著縣城鎮化的發展,2018年鄆城縣煤炭銷售收入達到74.38億元,與此同時截止2017年底,鄆城縣因采煤造成塌陷面積12 km2。

圖1 鄆城縣礦區及礦區村莊分布圖

1.2 數據來源

構建礦區生態脆弱性評價指標體系數據A1、A2、A3、A4、A5、A7、A12通過鄆城縣煤炭局的統計提供的2018年1月統計數據獲得；A6、A11通過《2018年鄆城縣統計年鑒》統計獲得；A8、A9通過解譯2018年Landsat 8影像衛星數據獲得,影像來源于地理空間數據云網站 (http://www.gscloud.cn/),數據分辨率為30 m,行/列號為123/35,選擇云量為0或接近于0的遙感影像圖,利用ArcGIS 10.5進行幾何校正、裁剪,采用監督分類最大似然法進行目視解譯后提取河流植被信息,進行測距和植被覆蓋率計算；A10根據鄆城縣農業局2018年9月份普查數據獲得。構建村莊發展潛力評價體系數據來源于《2018年鄆城縣統計年鑒》、鄆城縣自然資源規劃局及鄆城縣農業局提供的相關資料。

2 研究方法

2.1 生態脆弱性評價方法

2.1.1生態脆弱性評價指標體系的構建與權重確定

本文基于VSD模型,構建礦區生態脆弱性評價指標體系,其由“目標層-子目標層-要素層-指標層”四個層次組成。在借鑒已有研究的基礎上[18,25—28],綜合鄆城縣煤炭局、農業局和生態規劃專家的意見,按照指標構建原則,依據礦區特點,從暴露度、敏感度和適應能力三個方面,選取12項指標構建平原礦區生態脆弱性評價指標體系(表1)。考慮研究區為平原地區且在同一縣域范圍內,各村莊之間坡度、高程、降水量等自然因素接近[26],故剔除相關因子。

暴露度指生態系統受外界干擾或脅迫的程度。暴露度越高的區域,生態系統受到壓力越大。礦區生態系統的外界干擾主要來源于礦區煤炭的開采所造成的土地塌陷,研究選取塌陷面積、下沉深度、距塌陷中心距離來反映暴露度。敏感度是指生態系統面對外界的脅迫和壓力,容易朝著不利于系統發展的方向演變的程度。研究從煤層條件、人口壓力和水文條件選取5項指標反映生態系統的敏感度。適應性是指系統在面對外界壓力產生負面影響后,恢復到原來狀態的能力。研究從生態活力選取植被覆蓋度和耕地質量,建設能力選取受教育率和復墾治理程度共4項指標來反映礦區生態適應能力[27]。

使用層次分析法確定要素的權重。采用1—9 標度對各要素的重要性進行兩兩比較,通過訪談研究區煤炭局和農業局的專家、鄉鎮政府的負責人和生態規劃相關專家,構建要素層判斷矩陣,利用Yaahp 7.5層次分析軟件,群決策工具對判斷矩陣進行計算,對比各判斷矩陣進行一致性檢驗,得到12項指標的最終權重(表1)。

表1 平原礦區生態脆弱性評價指標體系

2.1.2生態脆弱性評價指標評分標準

首先,運用極值法將部分原始數據進行標準化處理,標準化處理方法見下式:

將標準化處理的數據按照0—0.2、0.2—0.4、0.4—0.6、0.6—0.8、0.8—1.0五個等級依次打分為20、40、60、80、100。其中部分未有具體數值的指標結合專家意見,按照表2等級打分。

表2 礦區生態脆弱性指標評分標準

2.1.3生態脆弱性評價空間可視化

利用加權求和法分別計算各行政村暴露度(Fb)敏感性(Fm)和適應能力(Fs) 的數值,再構建生態脆弱性模型(Fz)。公式分別如下:

式中,wi為各指標權重。將求得的暴露度、敏感性和適應能力及脆弱性分別利用ArcGIS軟件的Reclassify工具進行數據空間化顯示。并按照等間距法將礦區分為不脆弱區、一般脆弱區、中度脆弱區、高度脆弱區和極度脆弱區五個等級。同時導入村莊面圖層,得到礦區村莊的生態脆弱性。

2.2 村莊發展潛力評價方法

村莊發展潛力評價指標體系由“目標層-子目標層-要素層-指標層”四個層次構成。在借鑒已有研究的基礎上[13,20,29],結合數據的可獲取性原則,將村莊建設水平、經濟發展水平和人居環境現狀作為3個子目標層,最終選取13項指標構建村莊發展潛力評價指標體系(表3)。

表3 村莊發展潛力評價指標體系

同生態脆弱性評價相同,將指標數據標準化處理后,按五個等級賦值打分。部分未有具體數值的指標結合專家意見打分。將290個村莊發展潛力評價的相關指標導入ArcGIS中利用加權求和法進行可視化分析。并按照等間距法將村莊分為發展潛力低、發展潛力較低、發展潛力一般、發展潛力較好、發展潛力好五個等級。

2.3 礦區搬遷村莊識別方法

因脆弱性程度越高,越需要搬遷；發展潛力越高,越不需要搬遷；故在礦區搬遷村莊識別中,生態脆弱性按照正向指標標準化處理,發展潛力按照負向指標標準化處理。根據專家意見,對生態脆弱性賦予0.55,村莊發展潛力賦予0.45的權重分,計算結果作為礦區搬遷村莊識別的依據,平原礦區搬遷村莊識別體系如圖2所示。

圖2 平原礦區搬遷村莊識別體系

本研究認為,礦區內處于極度脆弱區的村莊,無論建設水平、經濟發展水平及人居條件如何,都不適宜保留；位于高度脆弱區和發展潛力低的村莊也不建議保留,建議作為優先搬遷區。位于中度脆弱區和發展潛力較低的村莊暫緩搬遷；位于中度脆弱區和發展潛力一般的村莊建議原址保留,后續采取相應措施提升其發展水平；位于不脆弱區及發展潛力好的村莊現狀條件良好,建議作為安置點選區。礦區外發展潛力好的村莊優先作為安置點選區。具體情況以及其他未涉及情況依據所得數據進行劃分(表4)。搬遷工作分階段、分鄉鎮進行,在優先搬遷區和暫緩搬遷區的村莊可根據所處鄉鎮的排名先后劃分更小的時間節點。

表4 礦區搬遷村莊分類標準

3 結果與分析

3.1 生態脆弱性評價

根據礦區村莊生態脆弱性評價指標體系,得出鄆城縣礦區暴露度、敏感度和適應能力評價結果(圖3)。

圖3 鄆城縣礦區暴露度、敏感度和適應能力分析

鄆城縣礦區暴露度值在0.056—0.978之間,與塌陷深度有顯著關系,暴露度高的區域位于已有塌陷尤其是下沉深度高的地區,集中分布在楊莊集鎮、潘渡鎮交界處,張營鎮東南部,丁里長鎮、雙橋鎮、郭屯鎮交界處,以及南趙樓鎮南部。暴露度較低的部分位于去除塌陷的區域內,集中于潘渡鎮西部、鄆城鎮中部、唐廟鎮東部等。未來,隨著各個采區煤炭開采計劃的實施,暴露度隨之增加。

鄆城縣礦區敏感度與煤炭儲量分類有顯著關系,而河流在礦區范圍內密集分布,因此對各部分的敏感度影響較弱。礦區的敏感度值在0.244—0.785之間相對均勻分布。鄆城煤礦所在的潘渡鎮、楊莊集鎮敏感度高,一方面是因為其煤炭開采經濟意義大,勘探程度較好,從而導致開采時序靠前,開采強度大；另一方面是因為潛水埋深淺,一旦塌陷極易引起積水。除設有保護煤柱的中心城區外,張營鎮東部敏感性最低,主要是因為暫無煤層分布。

礦區的適應能力在0.093—0.628之間,數值越大,適應能力越高,脆弱性越低。適應能力與耕地質量有顯著關系。適應能力較好的片區位于鄆城鎮南部,及其他植被覆蓋率高的區域。復墾程度對適應能力的影響較弱,主要因為各礦區雖已編制土地復墾方案,但真正落實的區域較少,大部分屬于待復墾區,這也是接下來要關注的部分。

將暴露度、敏感度和適應能力結果加權分析得到鄆城縣礦區村莊生態脆弱性綜合評價結果(圖4)。

圖4 鄆城縣礦區村莊生態脆弱性綜合評價

極度脆弱區主要分布于潘渡鎮、楊莊集鎮、鄆城鎮交界處的王莊村、河涯村、吳皮村等；位于張營鎮的小屯村、陳河口村等；位于丁里長鎮、雙橋鎮、郭屯鎮三鎮交界處的車樓村、邵集村、秦莊村等以及南趙樓鎮南部的邵垓村、白王莊村等,共計30個,約占礦區內村莊總數的 10.34%。這些村莊目前大多已有不同程度塌陷,甚至形成常年積水區,房屋破裂倒塌、耕地損壞,嚴重影響生產生活。

高脆弱區主要圍繞極脆弱區分布,村莊總數66個,占比22.76%。面積較大的區域位于鄆城煤礦所處的潘渡鎮以及趙樓煤礦所屬南趙樓鎮,共含有26個村莊,占高脆弱區村莊總數的40.28%。距離塌陷區近、煤炭儲量處于111b級以及采取的開采工藝是脆弱性高的主要原因。此外,張營鎮、丁里長鎮、郭屯鎮等均有少數村莊處于高脆弱區。

中度脆弱區主要圍繞高脆弱區分布,村莊共計75個,占比25.86%。面積較大的仍處于潘渡鎮,有13個,其次是南趙樓鎮,有10個,其余鄉鎮各有少量分布,張營鎮最少,只有兩個。處于該區域的村莊或是煤炭開采經濟性、可行性一般,或是潛水埋深低,或著耕地質量差,但各指標平均下來處于中間水平。

一般脆弱區和不脆弱區零散分布于礦區邊界處,分別占礦區村莊總數的18.97%和 22.07%。面積較大的部分位于鄆城鎮東部。鄆城中心城區因設置足量的保護煤柱,因此也屬于不脆弱區,但不計入不脆弱區村莊個數內。

3.2 村莊發展潛力評價

根據礦區村莊發展潛力評價指標體系,得出鄆城縣礦區建設水平、經濟發展和人居環境評價結果(圖5)。

圖5 鄆城縣礦區村莊建設水平、經濟發展和人居環境分析

建設水平分析。建設水平高的區域具有以縣區為中心,呈中心放射狀的空間分布特征,主要源于研究區國道、省道和縣道形成的中心放射式網絡結構。各鄉鎮由鎮區向外,建設水平逐漸降低；位于縣區周邊的雙橋鎮、丁里長鎮、張營鎮的部分村莊,受到縣區的輻射作用更強,因此建設水平并未因遠離鎮區而降低。礦區南部與東部均有國省道經過,交通條件較好。

經濟發展水平分析。唐塔街道和鄆州街道作為全縣的政治經濟文化活動中心,經濟發展水平最高。丁里長鎮西前營村、王兵馬集村等發展酒類包裝和玻璃制造業,張營鎮二十里鋪村、后彭莊村、北張村等發展商貿物流,因此經濟發展水平也較高。唐塔街道宋堂村、丁里長鎮晁莊村等皆因發展旅游業促進經濟發展。南趙樓鎮以農業種植為主,經濟發展稍弱勢。

人居環境分析。人居環境好的地區主要以縣區為中心,向周邊擴散,有集聚發展的趨勢。新農村建設集中居民點主要集中于唐塔街道、鄆州街道。500 kv及 220 kv 高壓走廊內村莊包括丁里長鎮、張營鎮、楊莊集鎮等,其中楊莊集鎮所含所含村莊數最多,為14 個；其次是隨官屯鎮和張營鎮。

將建設水平、經濟發展水平及人居環境分析結果疊加得到鄆城縣礦區村莊發展潛力綜合評價(圖6)。因處于平原地區,因此發展潛力較好的村莊主要圍繞縣城、交通干道及鎮區呈現一定的分布規律。

圖6 鄆城縣礦區村莊發展潛力綜合評價

I-發展潛力低的村莊共31個,占礦區村莊總數的10.69%, 多數為鐵路及高壓走廊穿過的村莊,居住環境較差。礦區南部的南趙樓鄉較為集中,主要原因有以傳統農作物種植為主,且耕地質量較差,經濟發展速度較其他地區較為緩慢；礦區北部的楊集莊鎮,村莊人口密度低,空心村現象嚴重。

II-發展潛力較低的村莊共44個,占總數15.17%,零散分布于鎮域交界處,受鎮區輻射力不夠,礦區中南片區的隨官屯鎮和北部的潘渡鎮所含村莊數相對較為集中。

III-發展潛力一般村莊106個,占總數36.55%,比重最大,分布于遠離鎮中心一定距離的區域,從圖中可以看出,張營鎮、丁里長鎮、郭屯鎮,較為集中。現狀建設、農村規模均一般,除個別村莊外,大多數均無特色產業支撐或人居環境較差。

IV-發展潛力較好村莊72個,占總數的24.83%,主要圍繞發展潛力好的村莊展開,受到鄆城縣縣城的影響較大,其中鄆城鎮與丁里長鎮、張營鎮有較集中分布,約占村莊總數的23%,此類村莊二三產業發展水平較高,但耕地質量較差,難以實行大規模現代化農業。

V-發展潛力好村莊37個,占總數的12.76%,散分布于礦區中各鎮的鎮政府駐地及周邊村莊、交通干道附近,呈現明顯軸線狀。其中,唐塔街道有15個村莊位于該區,為所有鄉鎮中最高；主要因其距離城區近,區位條件優越。郭屯鎮因只有郭屯村位于該區域而排名最后。這些區域區位優越,現狀建設良好；或農村規模(建設用地及耕地)較大,農業生產有特色、有條件實行大規模現代化農業,或有旅游資源、產業發展水平高的村莊等。

3.3 礦區搬遷村莊識別

結合生態脆弱性綜合評價與潛力發展綜合評價得出搬遷村莊識別結果(圖7),當前鄆城縣優先搬遷區村莊共72個,約占礦區村莊總數的 24.82%。集中分布于潘渡鎮與楊莊集鎮交界處、張營鎮、郭屯鎮與雙橋鎮交界處以及南趙樓鎮,尤其是位于煤礦塌陷區的村莊,不僅農村建設用地受到影響,而且耕地也受影響,農民失去原有的務農基礎,故應在搬遷到安置點選區之后進行原村莊范圍內的土地復墾等工作。處于高度脆弱區且村莊發展潛力低,如在水源地保護、重大基礎設施的建設等因素影響下,村莊的農村建設及發展受到的影響較大,但不會影響耕地的使用,村莊拆除后應就近選址合為社區或者結合就近的發展勢態良好的村莊共同建設為社區,故也應作為優先搬遷區。

圖7 鄆城縣礦區搬遷村莊識別

暫緩搬遷區的行政村共80個,占礦區所有村莊總數的27.59%。搬遷的一部分原因是煤炭開采經濟性和勘探程度較高,隨著礦區進一步開采,塌陷范圍擴大,涉及村莊數目增多。此類村莊主要分布于南趙樓鎮與隨官屯鎮、郭屯鎮、唐廟鎮交界處,程屯鎮、潘渡鎮等地。另一部分是發展潛力較低,如位于鐵路及高壓走廊穿過處；村莊規模小、人口密度低,空心村現象嚴重；距離中心城區、交通干道較遠。單方面或者多方面原因共同造就村莊不適宜繼續居住,建議搬遷。

原址保留區的行政村共91個,占所有村莊總數的 31.38%。各鄉鎮均有分布,其中,鄆城鎮、張營鎮和唐廟鎮所含村莊數較多。此類村莊雖部分處于一般脆弱區,但其區位條件、現狀建設、農村規模、產業經濟發展水平處于鄆城中等偏上水平,綜合所有指標因素,也將其劃為建議保留區。在后期發展中也應加強文化體育、醫療衛生、公共綠地等設施和服務建設,同時與周邊的新社區及新農村共用基礎設施,共謀發展。

安置點選區。礦區內建議安置點選區的村莊共47個,占礦區所有村莊總數的16.21%；主要位于鄆城鎮的鄆州街道、唐塔街道,其余各鄉鎮僅有零散分布。此類村莊不僅脆弱性低或者不脆弱,且大多位于交通干道附近或距離鎮區、城區較近,區位優越,人流、物流、信息流暢通；現狀建設條件良好,形成能夠集聚發展的產業；在搬遷過程中,考慮到未來的優先選擇礦區外的村莊作為安置點,其次才是礦區內。安置點選區村莊統一配備便民服務中心、教育、文化、商業、體育設施等,服務于周邊的農村,提高人居質量,鼓勵和引導農民居住向鎮區、社區、新農村集聚,從而促進村莊整體有序、協調發展。

4 討論

礦區資源的開采與利用帶來的環境污染、生態資源破壞以及地質災害等生態環境問題[28,30]使得與一般地區的人居環境存在較大差異,所以需要針對性選擇評價礦區生態脆弱性的指標。本研究目的為建立平原礦區搬遷村莊的識別體系,為村莊搬遷安置決策提供借鑒,由于搬遷工作是一項復雜細致的工作,直接關系到居民人身財產安全以及生產生活,甚至農工關系,所以在避免二次搬遷的基礎上盡量保留加固和修復后適宜居住的場所。在指標選取時考慮到研究區范圍社會、文化、政治、經濟差異較小,為能更細致識別村莊,生態脆弱性評價指標圍繞開采活動造成的影響進行選取,村莊發展潛力評價指標需要盡可能準確反應村莊間差異,最后的搬遷識別才能真正反映出研究的意圖。

本研究構建的平原礦區村莊搬遷識別方法對村莊搬遷工作有一定的指導意義,但由于是以鄆城縣行政村為基礎單元,村莊數量多,各項數據獲取難度大,在指標選取過程中具有局限性。同時由于在經濟發展過程中,各項指標都處于一個動態變化的過程中,隨著時間推進,指導意義會相對減弱。因此,在現狀分析的基礎上,引入動態預測性數據,是今后有待進一步完善和探討的方向。

5 結論

本研究以平原煤礦區搬遷村莊識別為研究點,通過構建平原礦區生態脆弱性評價體系和村莊發展潛力指標評價體系,分析村莊生態和發展現狀,結合兩個評價體系最終實現對平原礦區搬遷村莊進行識別。結論如下所示:

(1)平原礦區的生態脆弱性受塌陷及煤炭資源儲量分類的影響較大。且開采時序越靠前,其所引起的脆弱性問題越嚴重。通過生態脆弱性體系識別出的生態脆弱村莊與現狀相符,具有較強的實用性。

(2)村莊發展潛力整體受交通以及與鎮區、中心城區輻射的影響較大,村莊的經濟發展水平與村莊特色產業有密切關系,尤其發展旅游業、商貿物流、木材深加工的村莊；耕地收入與耕地質量及耕種作物種類有關。此外,發展潛力較好的村莊一般擁有小學、集市、衛生院、公交場站等便民服務設施。

(3)將礦區生態脆弱性評價與村莊發展潛力疊加,按照結果劃分,建議優先搬遷村莊72個,占礦區內村莊總數的24.82%,分布于潘渡鎮與楊莊集鎮交界處、張營鎮、郭屯鎮與雙橋鎮交界處以及南趙樓鎮；建議暫緩搬遷村莊80個,占總數的 27.59%,主要分布于南趙樓鎮與隨官屯鎮、郭屯鎮、唐廟鎮交界處,程屯鎮、潘渡鎮等地；建議原址保留的村莊 91 個,主要分布于鄆城鎮、張營鎮和唐廟鎮。建議搬遷按照分批次,分鄉鎮進行,并可依據具體情況和排名前后設置更為詳細的搬遷小節點。

(4)建議安置點選區村莊47個,集中于發展潛力較好的村莊,以便充分利用已有設施,減少搬遷的前期投入,主要位于鄆城鎮的鄆州街道、唐塔街道,其余各鄉鎮僅有零散分布。應優先選擇礦區外的村莊作為安置點,其次才是礦區內,并鼓勵和引導農民居住向鎮區、社區、新農村集聚,從而促進村莊整體有序、協調發展。