基于熵權法的宅基地空間布局適宜性評價及優化策略研究
——以鲹魚河鎮為例

王世忠,張利紅,邵貴平,王曉慶,袁建明,黃程璐

(1.浙江財經大學公共管理學院,浙江杭州 310018;2.華東勘測設計研究院,浙江杭州 311122;3.浙江商業職業技術學院,浙江杭州 310053)

農村居民點是農業生產者居住和進行生產活動場所,農村居民點的形成和發展往往受到經濟、社會、文化因素的影響,從而形成一定的集聚規律[1-2]。在新型城鎮化、鄉村振興、鄉村結構轉型的背景下,農村居民點的空間布局優化問題日益成為國內學術界重點關注的話題[3-4]。國外學者對農村居民點用地布局優化的研究起源較早,且多集中于居民點選址的影響因素及其布局理論研究[5]。比如: Lewis等[6]、Vermeer等[7]、Knapp等[8]從經濟和政府行為角度研究農村居民點的分布特征。Robinson[9]、Tiwrsen等[10]根據居民點選址的綜合因素提出了居民點布局優化的相關理論;Hill[11]研究村落選址與地形、光照、海拔等地理因素的關系。國內學者,比如:謝作輪等[12]通過綜合黃土丘陵溝壑區農村居民點的影響力、居住場勢等評價結果對農村居民點布局進行了空間重構;陳偉強等[13]提出了一種基于迭代評價法的農村居民點優化布局方法,通過對農村居民點的適宜性評價和迭代評價,結合Voronoi圖對農村居民點的類型進行了劃分,并根據不同的農村居民點類別,提出了相應的優化布局方案;葉艷妹等[14]采用加權集覆蓋模型,并在選址方案制定時著重強調自然村的服務半徑,對集聚發展型農居點數量及位置進行了選擇;李衛民等[15]采用引力模型和加權Voronoi圖的結合來劃分農村居民點類型,對西安市相橋街道農村居民點進行優化布局。農村居民點的形成過程是綜合了經濟、社會、自然資源稟賦、歷史、文化傳統等各種復雜因素綜合作用的結果,而綜觀國內外已有的有關居民點優化布局的研究文獻可知,現有的農村居民點布局適宜性評價的方法比較單一,且沒有考慮到農村居民點布局適宜性評價是個動態變化過程,因此,難以完全滿足我國農村宅基地空間優化布局相關實踐發展的需要,值得更進一步深入研究。

1 農村宅基地布局適宜性評價及優化策略的理論解析

農村宅基地的空間布局是否適宜,應該從宅基地的使用者農民自身的角度出發,來進行適宜性評價,而隨著經濟社會的快速發展,中國農民自身的角色在不停地變換,已經先后從自給自足的專職農民、半工半農的兼業農民和城市化農民逐步轉換。隨著農民角色的變換,農民自身對宅基地選址的要求也發生了很大的變化。

1.1 自給自足的專職農民時代改革開放之前,特別是經濟社會發展水平落后的廣大農村地區,農民“面朝黃土背朝天”,農業是農民最主要的收入來源,農村地區經濟社會發展普遍比較落后,農村經濟以自給自足的小農經濟為主,農村和外界的物資交換很少,而種植業本身又是農地密集型產業,因此,耕作半徑是當時農村宅基地選址的最主要考慮因素,經濟社會發展越落后的地區,這種情況越明顯。

1.3 城市化農民時代在中國某些經濟社會高度發達的農村地區,農地已經大規模的集中流轉,由專業農業公司或者種糧大戶,通過農業機械化規模化種植,農民已經完全脫離了農地,非農收入已經成為農民的最主要收入來源。農民普遍進城買房,在城鎮地區生活和工作,小汽車家家戶戶已經基本普及,農村住宅已經成為農民的第二住所,主要承擔的是節假日和退休后的休閑度假及養老功能,農民在宅基地選址的時候,主要關心的是交通區位、醫療配套、生態區位等因素。

按照現行的法律,農村宅基地僅僅限于農村本集體經濟組織內部符合規定的成員,按照法律法規規定標準享受使用,用于建造自己居住房屋,而占有、利用本集體所有的土地,不可將其出賣、轉讓、抵押。由此可見,現有的宅基地法律制度安排,是比較適合自給自足的專職農民時代的一種制度安排,是改革開放前特殊的農村經濟社會發展的產物,已經完全不符合改革開放后,經濟社會快速發展,城鎮化快速推進背景下,農民對宅基地選址的要求,必然導致宅基地的分散、細碎化布局,導致大量的空心村的產生,既增加了政府對農村基礎設施的配套成本,也不利于農村集體建設用地集約節約利用水平的提高。因此,在國家進行新一輪的空間規劃編制的背景下,根據廣大農村不同的經濟社會發展階段,必須從多視角對農村宅基地的空間布局進行適宜性評價,建立鄉鎮一級的農村宅基地標準地價體系,至少在鄉鎮一級內部突破現有的宅基地政策的限制,通過建立市場機制,補交宅基地的土地級差價格,鼓勵農民把宅基地從不適宜區往適宜區集聚,優化廣大農村的宅基地空間布局,提高農村宅基地的集約節約利用水平。

2 研究方法

2.1 基于熵權法的宅基地布局適宜性評價模型

2.1.1宅基地布局適宜性評價指標體系的構建。當今我國大量農民特別是年輕農民,已經從兼業農民轉化為產業工人,越來越多的農村人進入城鎮工作和生活,農民對農地的依賴度越來越低,農民對宅基地空間布局的關注度已經從原先的耕作半徑往宅基地空間布局的交通區位、經濟區位和生態區位等方面轉變,因此,該研究從生態保護、交通區位、經濟區位、空間熱點、空間密度、氣候、坡度、地質災害、污染9個方面構建宅基地布局適宜性的評價指標體系。

(1)生態保護。結合新一輪的空間規劃,根據“三調圖斑”和“三生”功能分區成果,可知生態保護極重要區、生態保護重要區和生態保護一般區。宅基地處于生態保護極重要區,適宜性得分為1;宅基地處于生態保護重要區,適宜性得分為2;宅基地處于一般區,適宜性得分為3。

(2)交通區位。對交通干道(不包括高速公路和鐵路)分別作500和1 500 m的緩沖區,結合空間疊加技術,把交通干道500 m緩沖區內作為交通便捷區,把交通干道500～1 500 m緩沖區內作為交通一般區,把剩下的地區作為交通不便捷區。宅基地處于交通不便捷區,適宜性得分為1;宅基地處于交通一般區,適宜性得分為2;宅基地處于交通便捷區,適宜性得分為3。

(3)經濟區位。以城鎮為中心,分別做2和5 km的緩沖區,結合空間疊加技術,把農村宅基地接受城鎮的經濟輻射能力分為3個梯次,2 km以內為第一梯次,2～5 km為第二梯次,5 km以外為第三梯次。宅基地處于第三梯次,適宜性得分為1;宅基地處于第二梯次,適宜性得分為2;宅基地處于第一梯次,適宜性得分為3。

MHD方程組的求解難點在于：① 方程組含有非線性項。② MHD方程組是多方程耦合的方程組，導致方程組的計算量偏大。針對這兩個難題，本文基于區域分解技術和兩步有限元方法提出并行兩步有限元方法，并利用數值算例體現它的高效性。

(4)空間熱點。空間熱點分析,即局部聚類檢驗(Getis-Ord Gi*),可以用來分析農村居民點規模在局部地區是否存在明顯的高值集聚特征和低值集聚特征,即各個農村居民點單元的空間集聚模式,其具體原理如下:通過計算某個農村居民點要素及其給定距離范圍內相鄰農村居民點要素的局部總和,將計算結果與該區域范圍內所有要素的總和進行比較,用于分析該農村居民點要素的屬性值在局部空間水平上的集聚程度,其結果可以體現出農村居民點規模的空間分異情況,即在局部地區是否存在“冷點”區和“熱點”區[16-17]。其數學模型如下:

(5)空間密度。宅基地核密度估計分析是一種通過移動的窗口(1 km2)估計宅基地在其周圍領域中密度的非參數估計方法。該方法能直觀表現宅基地的分布規律,有效測度宅基地聚落空間分布的位置與強度關系,宅基地核密度值的高低代表宅基地聚落在空間分布上的聚集程度,采用自然斷點法,把宅基地空間分布密度分為3個區,即高密度區、一般密度區和低密度區。宅基地處于低密度區,適宜性得分為1;宅基地處于一般密度區,適宜性得分為2;宅基地處于高密度區,適宜性得分為3。

(6)氣候(高程)。氣候評價使用溫濕指數來表征舒適度。可根據氣象站點數據,分別計算各站點的12 個月的多年平均的月均溫度和月均空氣相對濕度;通過空間插值(溫度差值需結合海拔校正,具體方法與積溫差值部分相同)得到格網尺度的月均溫度和月均空氣相對濕度,最終得到相應的溫濕指數和相應的舒適度等級。宅基地處于7等或者8等(很舒適區),適宜性得分為3;宅基地處于6等或者9等(舒適區),適宜性得分為2;宅基地處于其他等級(一般區),適宜性得分為1。

(7)坡度。按照林地的坡度分級標準,坡度等級可分為7級,0°～5°為平坡(1級),6°～15°為緩坡(2級),16°～25°為斜坡(3級),26°～35°為陡坡(4級),36°～40°為急陡坡(5級),41°～45°為急坡(6級),46°以上為險坡(7級)。當宅基地處于0°～15°坡度(即1級和2級,平坡和緩坡),適宜性評價得分為3分;當宅基地處于16°～25°坡度(即3級,斜坡),適宜性評價得分為2分;當宅基地處于大于26°坡度(即4級,陡坡;5級,急陡坡;6級,急坡;7級,險坡)的時候,適宜性評價得分為1。

(8)地質災害。地質災害危險性是指城鎮建設及人類生存居住受到地震、地質災害等影響的大小和可能性。其中,地震由活動斷裂分布與規模表征,通過活動斷層距離及地震動峰值加速度綜合反映;地質災害易發性主要通過崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降等地質災害的易發程度和強度綜合反映。根據各鄉鎮地質災害易發性分區,可劃分為3個等級,即地質災害危險區、地質災害中危險區和地質災害低危險區。宅基地處于地質災害高危險區,適宜性得分為1;宅基地處于地質災害中危險區,適宜性得分為2;宅基地處于地質災害低危險區,適宜性得分為3。

(9)污染。整理區域內及周邊地區土壤污染狀況詳細調查等成果,進行各點位主要污染物含量分析,通過空間插值得到土壤污染物含量分布圖層,依據《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 15618—2018),根據各鄉鎮土壤重金屬(鎘、汞、鉛、砷、鉻)含量,可將土壤環境容量劃分為重金屬污染防控重點區、一般區域2個等級。宅基地處于重金屬污染防控重點區,適宜性得分為1;宅基地處于重金屬污染防控一般區,適宜性得分為2;宅基地處于重金屬防控無影響區,適宜性得分為3。

2.1.2基于熵權法的權重確定。

(1)熵權法介紹。熵權法的基本思路是根據指標變異性的大小來確定客觀權重。一般來說,若某個指標的信息熵越小,表明指標值變異的程度越大,提供的信息量越多,在綜合評價中所能起到的作用也越大,其權重也就越大。相反,某個指標的信息熵越大,表明指標值變異程度越小,提供的信息量也越小,在綜合評價中所起到的作用也越小,其權重也就越小。

(2)熵權法賦權步驟。第一步,數據標準化。將各個指標的數據進行標準化處理。假設給定了k個指標x1,x2,…,xk,其中:xi={x1,x2,…,xn}。假設對各個指標數據標準化的值為Y1,Y2,…,Yk,那么:

第二步,求各指標的信息熵。根據信息論中信息熵的定義,一組數據的信息熵:

第三步,確定各指標權重。根據信息熵的計算公式,計算出各個指標的信息熵為:E1,E2,…,Ek。通過信息熵計算各指標的權重:

2.1.3宅基地適宜性綜合評價結果。宅基地布局的綜合適宜性評價得分:

其中:si是各指標的單向得分;wi是由熵權法確定的各指標權重。

3 研究尺度選擇和研究區域概況

3.1 研究尺度選擇參考國內外已有的有關居民點優化布局的研究文獻可知[2,6,14-17],有相當多的研究文獻的研究尺度都是定在鄉鎮(街道)一級,而根據已有的農村居民點優化布局的實踐經驗也表明,村一級內部的居民點優化布局,相對而言,整體上意義有限,而跨越鄉鎮(街道)一級的農村居民點優化布局,由于涉及各方利益調整過于復雜,優化布局調整難度相對較大,而鄉鎮一級內部的農村居民點布局優化調整,實施難度相對較低,實施的可行性較大,實施的效果較好,績效較高。考慮到研究的精度和研究的實際利用價值,該研究的尺度選為鄉鎮(街道)一級。

3.2 研究區域概況鲹魚河鎮位于四川省會東縣,于2015年8月成立,是會東縣的縣城。會東縣屬于西南山區,地處云貴高原邊緣地帶,“一山有四季”,崇山峻嶺,層巒疊嶂,地質災害頻發,但轄區內礦產資源、光熱資源、水能資源開發潛力巨大,具有“攀西聚寶盆”“川滇明珠”之美譽。隨著經濟社會的快速發展和城鎮化的迅速推進,鲹魚河鎮農民對農地的依賴度越來越低,農民已經從原來的專職農民轉為兼業農民和城鎮常住居民,原來分散化、破碎化布局的農村宅基地布局,已經越來越適應不了時代發展的需要,因此,以會東縣新一輪空間規劃編制為契機,很有必要重新審視鲹魚河鎮的農村宅基地空間布局并進行逐步的優化配置。鲹魚河鎮在會東縣的區位圖以及鲹魚河鎮的宅基地布局分布見圖1。

圖1 鲹魚河鎮的區位和宅基地的空間布局Fig.1 Spatial layout of homestead of Trevally River Town

4 鲹魚河鎮宅基地空間布局的適宜性多視角評價

4.1 現狀宅基地布局評價(耕作半徑視角)對鲹魚河鎮宅基地作500 m的緩沖區,結合空間疊加技術,可得圖2。鲹魚河鎮有耕地和園地共103.989 1 km2,其中耕地(旱地和水田)100.003 7 km2,園地3.985 4 km2,而宅基地500 m的緩沖區內有耕地和園地共96.846 6 km2,其中耕地93.0674 km2,園地3.779 2 km2。也就是說,鲹魚河鎮93.13%的耕地和園地,其中93.06%的耕地,94.83%的園地,在鲹魚河鎮宅基地500 m的緩沖區內。由此可見,鲹魚河鎮的耕地和園地93%以上都在500 m的耕作半徑以內,鲹魚河鎮的宅基地布局基本上是圍繞著種植業耕作的便捷性而展開的。

由此可見,從耕作半徑視角,從耕作的便捷性這個角度,目前鲹魚河鎮的農村宅基地布局已經比較優化。但由此帶來的問題是:宅基地布局過于分散,政府農村基礎設施配套成本高昂,農民生活和出行的便利性深受影響,農村建設用地集約節約利用水平太低,難以適應鲹魚河鎮農民從專職農民時代轉為兼業農民時代發展的需要。

4.2 基于熵權法的宅基地布局適宜性評價模型的評價

4.2.1宅基地適宜性評價模型的指標權重確定。根據信息熵和權重的公式計算得到影響宅基地布局適宜性評價的各個因子的信息熵和權重,具體見表1。

4.2.2模型綜合評價結果。根據表1綜合適宜性評價得分計算公式和由熵權法確定的權重,可得各宗宅基地布局的綜合適宜性評價得分值(1.178 5～2.778 3),其中:滿分為3分,綜合得分最低為1.178 5分,最高為2.778 3分。按照自然斷點法,把宅基地布局的適宜性程度分為3類,分別為高適宜區、一般適宜區和低適宜區,具體見圖3。由圖3可知:處于低適宜區的宅基地面積為2 012 294 m2,占宅基地總面積的28.76%,處于高適宜區的宅基地面積為2 645 752 m2,占宅基地總面積的37.81%,處于一般適宜區的宅基地面積為2 339 105 m2,占宅基地總面積的33.43%。

圖3 鲹魚河鎮宅基地布局的適宜性綜合評價結果Fig.3 Comprehensive evaluation result for suitability of the layout of the residential land in Trevally River Town

5 宅基地空間布局的優化策略

打破現有的鄉鎮一級內部的宅基地政策體系,構建鲹魚河鎮農村宅基地基準地價體系,通過補交土地地價級差的方式,鼓勵農民逐步把宅基地從低適宜區和一般適宜區向高適宜區轉移,從而提高鲹魚河鎮農村宅基地的集聚度,降低政府對農村基礎設施的配套成本,提高農村建設用地的集約節約利用水平。

具體實施方案由圖3可知:椿河村、馬頭山村、官村村、普發村、安樂村、青杠村等的宅基地都處于低適宜區,可以考慮合并到其他村域;筆落村、民主村、秧發村、水塘子村、朱家墳村、南山村、撒者邑村、長新村等的宅基地絕大部分都位于低適宜區,一小部分位于一般適宜區,可以考慮在合并到其他村域的同時,進行村內部的整理挖潛,進行村內部的宅基地優化布局;滴水巖村、葡萄村、王家墳村、白拉度村、小河村、長魚村等的宅基地全部或者絕大部分處于一般適宜區,可以考慮在接收其他村莊宅基地合并進來的同時,進行村內的整理挖潛,進一步提高村內部的宅基地優化布局;新云村、老街村、杉松村、團結村、勝利村、魚山村、順河村、埡口村、各可村、熱水塘村、新洪村、小岔河村、車拉河村等全部或者絕大部分宅基地分布在高適宜性區域,可以考慮在接受其他宅基地合并進來的同時,積極向現有宅基地布局的高適宜區靠攏,以進一步優化村內宅基地布局。