涪江流域地貌特征及其與人口、經(jīng)濟(jì)的相關(guān)性研究

陳 浩,林孝先,董廷旭,李 勇

(1.綿陽(yáng)師范學(xué)院 資源環(huán)境工程學(xué)院,四川 綿陽(yáng) 621006;2.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610059)

地貌形態(tài)是人類(lèi)社會(huì)賴(lài)以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)自然地理要素,區(qū)域地貌特征對(duì)人口分布格局、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r影響顯著[1-4]。海拔和地形起伏度是描述和反映地貌形態(tài)的最重要指標(biāo)[5]。分析地貌特征與人口、經(jīng)濟(jì)的相關(guān)性,是了解自然環(huán)境與人類(lèi)社會(huì)相互關(guān)系的有效手段。在地貌形態(tài)與人口分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系方面,前人進(jìn)行了諸多探析,如從國(guó)家層面分析中國(guó)地形起伏度與人口分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)聯(lián)性[6],從省級(jí)層面對(duì)中等尺度區(qū)域地形起伏度、海拔與人口、經(jīng)濟(jì)的相關(guān)性進(jìn)行探討[7-11],對(duì)山區(qū)自然環(huán)境下的人口分布、經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行分析[12-15]。以往研究表明,地形特征是人口密度、經(jīng)濟(jì)水平的主要限制因子,也是宜居地選址的主要考量因素。前人主要基于國(guó)家、省市等行政單元研究地貌形態(tài)與人口布局、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相關(guān)性,對(duì)流域等特定地形條件下的人口分布、經(jīng)濟(jì)狀況研究甚少。同一流域內(nèi)地貌形態(tài)往往存在較大差異,研究流域尺度地形因子對(duì)人口和經(jīng)濟(jì)的影響通常比基于行政單元的研究數(shù)據(jù)更能體現(xiàn)人口分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的空間差異性。尤其在高分辨率影像和GIS技術(shù)的支持下,地貌類(lèi)型的劃分更為精細(xì)化,社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的空間分辨率亦更高。

位于青藏高原與四川盆地過(guò)渡地帶的涪江流域地形復(fù)雜,特別是上游地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后,交通不便,屬于欠發(fā)達(dá)區(qū)域,與中、下游流域在經(jīng)濟(jì)狀況、人口分布方面差異顯著。該流域上、中、下游的海拔和地形起伏差異明顯,復(fù)雜的地形條件對(duì)涪江流域各行政單元內(nèi)人口、經(jīng)濟(jì)格局的形成起重要約束作用,因此開(kāi)展地貌特征對(duì)人口、經(jīng)濟(jì)的影響研究尤為必要。表征地貌特征的地形起伏因子計(jì)算具有不確定性及尺度依賴(lài)性,科學(xué)界定其計(jì)算尺度(即最佳統(tǒng)計(jì)單元)是確定區(qū)域地形起伏度的關(guān)鍵,“均值變點(diǎn)分析法”能夠快速、準(zhǔn)確地計(jì)算最佳統(tǒng)計(jì)單元[16]。本次研究運(yùn)用該方法確定涪江流域地形起伏度的最佳統(tǒng)計(jì)單元,在此基礎(chǔ)上結(jié)合各行政區(qū)域平均海拔,對(duì)涪江流域地貌特征與人口、經(jīng)濟(jì)的相關(guān)性進(jìn)行定量研究,以期為該區(qū)域宜居地選址、改善人居環(huán)境、制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策以及探尋脫貧機(jī)理和開(kāi)展精準(zhǔn)扶貧工作提供理論參考。

1 研究區(qū)域

涪江發(fā)源于岷山主峰雪寶頂,是嘉陵江以西最大支流,其流域處于中國(guó)地形由第一級(jí)階梯向第二級(jí)階梯的過(guò)渡地帶,同時(shí)也位于青藏高原東緣與四川盆地的過(guò)渡地帶,地勢(shì)自西北向東南傾斜(圖1)。涪江源頭至江油武都鎮(zhèn)為上游,地處川西北高山區(qū),河谷深切,江水迂回跌宕;武都鎮(zhèn)至遂寧為中游,流經(jīng)緩丘、平壩區(qū),河谷寬闊,水流平緩,江中漫灘發(fā)育;遂寧至合川河口為下游,以中、低丘陵地貌為主,沿江兩岸間隔分布著河流沖積層形成的Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地,河道灘沱相間、曲折蜿蜒。涪江流域面積約3.95萬(wàn)km2,包括31個(gè)縣(區(qū)、市),總體來(lái)看,上游山區(qū)各縣地廣人稀,森林茂密,礦產(chǎn)資源較豐富,主要出產(chǎn)玉米、小麥、馬鈴薯等農(nóng)作物;中、下游各縣土地開(kāi)墾率高,人稠物豐,城鎮(zhèn)密集,交通發(fā)達(dá),沿江城市已初步建成各具特色的輕、重工業(yè)體系。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

DEM數(shù)據(jù)(ASTER GDEM)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站,空間分辨率為30 m。人口、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)為涪江流域31個(gè)縣(區(qū)、市)2020年的人口密度和地區(qū)生產(chǎn)總值,人口密度由各縣域單元人口總數(shù)除以對(duì)應(yīng)單元的面積所得,2020年人口總數(shù)和生產(chǎn)總值來(lái)源于2021年四川省統(tǒng)計(jì)年鑒。

2.2 地貌形態(tài)分級(jí)體系

海拔反映了氣溫、降水等自然因素隨高度增加的變化情況,地形起伏度描述了地表的相對(duì)高差和起伏狀況[17]。根據(jù)中國(guó)地貌劃分標(biāo)準(zhǔn)[5,18],利用DEM數(shù)據(jù),采用兩級(jí)分類(lèi)法建立涪江流域地貌形態(tài)分級(jí)體系。海拔劃分為:低海拔(<1 000 m)、中海拔(1 000～3 500 m)、高海拔(3 500～5 000 m)、極高海拔(>5 000 m),共4級(jí);地形起伏度劃分為:平原(0～30 m)、臺(tái)地(30～50 m)、丘陵(50～200 m)、小起伏山地(200～500 m)、中起伏山地(500～1 000 m)、大起伏山地(1 000～2 500 m),共6級(jí)。

2.3 地形起伏度最佳分析窗口

地形起伏度是指某一范圍內(nèi)最大高程與最小高程之間的差值,從理論上分析,隨計(jì)算范圍的擴(kuò)大,地形起伏度的值必然會(huì)增加,因而,確定“某一范圍”對(duì)地形起伏度估算的準(zhǔn)確度至關(guān)重要。本次研究使用滑動(dòng)窗口算法[17],以n×n像元的格網(wǎng)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行滑動(dòng)計(jì)算,分別獲取最大高程值與最小高程值之差,即得該提取像元的平均起伏度(表1)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)單元大小和平均起伏度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,建立對(duì)數(shù)方程并進(jìn)行回歸分析。從圖2可以看出,擬合方程的判定系數(shù)R2=0.945 9,擬合效果較好。

表1 平均起伏度與統(tǒng)計(jì)單元大小對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 1 Corresponding relation between average relief amplitude and statistical unit size

式中:t1=1,2,3…,i-1;t2=i,i+1,…,N。S和Si的最大差值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)即為地形起伏度曲線由陡變緩的拐點(diǎn),其對(duì)應(yīng)的起伏度提取窗口即為最佳統(tǒng)計(jì)窗口。從圖3可以看出,第11個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的S和Si的差值達(dá)到最大,該點(diǎn)所屬分析窗口為12×12像元,因而,本研究提取地形起伏度最佳分析窗口面積為129.6×103m2。

2.4 數(shù)據(jù)融合

以12×12格網(wǎng)作為分析窗口,采用鄰域分析方法,提取涪江流域地形起伏度,并按照本研究確定的地貌形態(tài)分級(jí)體系對(duì)所提取地形起伏度重分類(lèi)為6個(gè)等級(jí)。同理,將DEM數(shù)據(jù)的海拔重分為4個(gè)等級(jí)。將重分類(lèi)的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)之后,進(jìn)行數(shù)據(jù)融合及空間疊加分析,得到初步地貌分類(lèi)圖。考慮到某些地貌斑塊面積過(guò)小,將其合并到相鄰地貌單元中,并進(jìn)行平滑處理,最后在研究區(qū)得到16種地貌類(lèi)型。

3 地貌特征分析

涪江上游流域共提取出海拔與地形起伏度所組合的16種地貌形態(tài)(表2,圖4)。

表2 涪江流域地貌形態(tài)面積統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistical of geomorphologic shape areas in Fujiang river basin (單位:km2)

海拔與地形起伏度的空間分布特征如圖5所示,涪江流域的海拔具有自西北向東南逐級(jí)降低的地理梯度性。其中西北部的北川縣、平武縣、茂縣、松潘縣、九寨溝縣平均海拔均超過(guò)1 500 m,該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造活躍,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),也是2008年汶川特大地震中受災(zāi)最嚴(yán)重地區(qū),其中汶川地震的發(fā)震斷裂(北川—映秀斷裂)橫貫北川縣和平武縣。上述區(qū)域相對(duì)較高的海拔主要為龍門(mén)山各斷塊呈疊瓦狀依次抬升及岷山斷塊沿虎牙斷裂逆沖滑動(dòng)所致。由表2可知,低海拔地形面積達(dá)到27 790.64 km2,占研究區(qū)域總面積的70.33%。低海拔地形主要分布于研究區(qū)東南部(龍門(mén)山脈東南側(cè)),該地區(qū)為龍門(mén)山斷裂帶驅(qū)動(dòng)的逆沖作用推擠揚(yáng)子地臺(tái)形成的壓陷盆地。位于低海拔區(qū)域的各縣域地勢(shì)較為平坦,依托成渝城市群的建設(shè),經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá),人口也較集中。

與海拔特征類(lèi)似,涪江流域地形起伏度也存在明顯梯度規(guī)律性(圖5)。涪江流域的地形起伏度與平均海拔呈正相關(guān)關(guān)系,隨著海拔增加,地形起伏度亦呈增大趨勢(shì),兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)0.916 7。總體來(lái)看,涪江流域地形起伏度也呈西北高、東南低的空間格局,在西北部的青藏高原東緣各縣域,分布有近南北走向的岷山山脈、近東西走向的摩天嶺山脈和近北東—南西走向的龍門(mén)山脈,該區(qū)域地殼抬升幅度大,在流水等外營(yíng)力侵蝕作用下,溪溝縱橫,地形起伏度相對(duì)較大。研究區(qū)東南部各縣域主要位于川中丘陵區(qū)域,相對(duì)于青藏高原東緣地區(qū),其地殼抬升幅度較小,地殼抬升驅(qū)動(dòng)的河流下切作用較弱,因而地勢(shì)起伏相對(duì)平緩,地形起伏度較小。由表2、圖4可知,在研究區(qū),丘陵面積最大,為14 071.50 km2,平原面積次之(10 472.59 km2),上述兩類(lèi)地形占研究區(qū)域總面積的62.12%;小起伏山地分布最廣,該類(lèi)地形廣布于低海拔、中海拔、高海拔、極高海拔等各級(jí)海拔,面積達(dá)到7 613.82 km2。

4 人口與縣域經(jīng)濟(jì)空間分布

4.1 人口空間分布

涪江流域各縣(市、區(qū))人口空間分布差異較大(圖6),人口密度總體呈自上游(流域西北部)向中、下游遞增的趨勢(shì)。其中,位于涪江中游的綿陽(yáng)市涪城區(qū)、遂寧市船山區(qū)、德陽(yáng)市旌陽(yáng)區(qū)人口密度高達(dá)2 238.34人/km2、1 347.90人/km2和1 277.78人/km2,位于下游各縣的人口密度均不低于400人/km2。與中、下游河段相比,涪江上游的九寨溝縣、松潘縣、茂縣、平武縣、北川縣人口密度較低,除北川縣人口密度達(dá)到56.44人/km2外,上述各縣人口密度均低于30人/km2,其中,松潘縣人口密度最低,僅為7.90人/km2,其人口密度值約為綿陽(yáng)市涪城區(qū)(涪江流域人口密度值最高區(qū)域)的1/283。

4.2 縣域經(jīng)濟(jì)空間特征

涪江流域31個(gè)縣(市、區(qū))地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)差異顯著(圖6),總體來(lái)看,地區(qū)生產(chǎn)總值空間分布特征與人口密度分布特征類(lèi)似,呈現(xiàn)東南部高、西北部低的趨勢(shì)。處于涪江中下游(研究區(qū)東南部)的綿陽(yáng)市涪城區(qū)、德陽(yáng)市旌陽(yáng)區(qū)、重慶市合川區(qū)、銅梁區(qū)、大足區(qū)、永川區(qū),生產(chǎn)總值均超過(guò)600億元,其中,綿陽(yáng)市涪城區(qū)GDP達(dá)到1 065.91億元;處于涪江上游的九寨溝、松潘、茂縣、平武、北川5縣,生產(chǎn)總值均低于80億元,其中松潘縣GDP僅為25.95億元,為綿陽(yáng)市涪城區(qū)(涪江流域GDP最高的縣域單元)GDP的1/41。

5 地貌特征與人口、經(jīng)濟(jì)關(guān)系

5.1 海拔與人口經(jīng)濟(jì)相關(guān)性分析

為了探討海拔對(duì)人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的約束程度,分別對(duì)涪江流域31個(gè)縣(市、區(qū))海拔與人口密度、地區(qū)生產(chǎn)總值的相關(guān)性進(jìn)行曲線擬合(圖7)。結(jié)果表明,涪江流域各縣(市、區(qū))平均海拔與人口密度、地區(qū)生產(chǎn)總值相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.805 4、0.744 0,其相關(guān)性較為顯著。海拔較高的區(qū)域,植被、農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的水熱條件匹配較差,交通通達(dá)程度較弱,人口密度相對(duì)較低,從事工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人口較少,導(dǎo)致海拔較高區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)落后。反之,涪江流域低海拔區(qū)域一般雨熱同期,有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng),另外,自然地理環(huán)境優(yōu)越的低海拔地區(qū)交通通達(dá),有利于工業(yè)集聚布局,人口相對(duì)集中,區(qū)域人口密度高,縣域經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)。

5.2 地形起伏度與人口經(jīng)濟(jì)相關(guān)性分析

涪江流域的地形起伏度隨海拔高程增加呈增大趨勢(shì),人口密度和工農(nóng)業(yè)布局亦受地表崎嶇程度的影響,相對(duì)平坦的平壩和低丘陵區(qū)域有利于農(nóng)作物種植、工業(yè)企業(yè)聚集、交通運(yùn)輸線路建設(shè),從而使涪江流域的人口主要集中于地形起伏度較低的龍門(mén)山東南側(cè)川中丘陵地區(qū)。反之,與高海拔區(qū)域類(lèi)似,地形相對(duì)高差較大的山地不利于農(nóng)業(yè)、工業(yè)和交通等發(fā)展,宜居性較弱,人口分布稀疏,經(jīng)濟(jì)狀況相對(duì)落后。由圖8可知,研究區(qū)各縣(市、區(qū))地形起伏度與人口密度、地區(qū)生產(chǎn)總值相關(guān)系數(shù)分別為0.825 8、0.752 4,具有較明顯相關(guān)性。雖然地貌形態(tài)是決定區(qū)域人口經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)因素,但近年來(lái)隨著旅游業(yè)的興盛,處于岷山山脈和龍門(mén)山山脈的涪江流域部分縣域旖旎的自然風(fēng)光所帶來(lái)的旅游收入一定程度上抵消了自然環(huán)境產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)發(fā)展劣勢(shì),如地處岷山主峰雪寶頂北麓的九寨溝縣人均地區(qū)生產(chǎn)總值近年來(lái)均大于位于川中丘陵地區(qū)的部分縣域單元。

6 結(jié)論與對(duì)策

6.1 結(jié) 論

涪江流域海拔和地形起伏度均呈西北高、東南低的空間分布格局,其與人口密度、地區(qū)生產(chǎn)總值均呈顯著空間負(fù)相關(guān)。另外,對(duì)人口分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生約束作用的因素較多,本次研究主要從地貌特征角度對(duì)其進(jìn)行了探討,在后續(xù)的研究中,將深入挖掘其他因素對(duì)該區(qū)域人口、經(jīng)濟(jì)的影響,以期為涪江流域人口與經(jīng)濟(jì)合理布局提供理論參考。

6.2 對(duì) 策

基于涪江流域海拔、地形起伏度與對(duì)應(yīng)區(qū)域人口、經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián)性,提出研究區(qū)不同地貌單元人口、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的對(duì)策建議:

1)總體來(lái)看,涪江流域地勢(shì)自西北向東南傾斜,研究區(qū)東南側(cè)海拔、地形起伏度均較低。地貌特征是區(qū)域人口、經(jīng)濟(jì)空間格局形成的基底條件,研究區(qū)東南側(cè)各縣域單元應(yīng)依托較為低平的地勢(shì),利用優(yōu)越的水熱資源著力于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程、農(nóng)業(yè)規(guī)模化經(jīng)營(yíng)和集群化發(fā)展。同時(shí),應(yīng)利用該區(qū)域在地方財(cái)政、基礎(chǔ)設(shè)施、招商引資、經(jīng)濟(jì)集聚效應(yīng)等方面的優(yōu)勢(shì),高效統(tǒng)籌生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間,著力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),進(jìn)一步加快城市化進(jìn)程。

2)龍門(mén)山斷裂帶疊瓦狀推擠及岷山斷塊逆沖作用導(dǎo)致涪江流域西北側(cè)各縣域海拔和地形地伏度相對(duì)較高,崎嶇的高海拔地形對(duì)區(qū)域人口分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有顯著約束作用,隨著海拔和地形起伏度增加,交通通達(dá)程度減弱,經(jīng)濟(jì)發(fā)展成本相對(duì)增大,導(dǎo)致這一區(qū)域與涪江流域東南側(cè)各縣域之間人口密度、經(jīng)濟(jì)水平差異顯著。由于該地區(qū)自然條件和居住環(huán)境所限,致力于人口聚集不是促進(jìn)區(qū)域發(fā)展的主要方向,應(yīng)在增加交通通達(dá)性的基礎(chǔ)上努力發(fā)展該區(qū)域特色生態(tài)農(nóng)業(yè)(利用涼爽氣候進(jìn)行反季節(jié)生產(chǎn),種植喜涼作物,并采用天然生產(chǎn)方式,避免農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染)、綠色工業(yè)(水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)及藥材深加工等)和旅游業(yè)(“海拔效應(yīng)”“地形起伏度效應(yīng)”對(duì)旅游產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)大于劣勢(shì)),從而提高區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平。