环嵩山地区史前聚落选址偏好区划分

闫丽洁，石忆邵，杨瑞霞，鲁 鹏

（1.同济大学 测绘与地理信息学院，上海 200092；2.河南省科学院 地理研究所，河南 郑州 450052；3.中国科学院 对地观测与数字地球科学中心，北京 100094）

聚落考古是考古学的重要方法之一，是以聚落为对象，研究其具体形态及其所反映的社会形态，进而研究聚落形态的演变所反映的社会形态的发展轨迹［1］.聚落与自然环境的关系是聚落考古研究的主要内容之一.目前，有不少学者对史前聚落分布与地理环境间的关系进行分析，发现聚落分布与地形、坡度与坡向、地貌、水系、气候等环境因素有着紧密的关系［2－6］.也有不少学者将GIS空间分析方法引入聚落考古领域，如Dorel Micle等人利用GIS与遥感技术对罗马尼亚蒂米什县内的聚落遗址的地形形态进行了分析，确定了遗址的界限、结构、形态、功能等参数，分析了聚落遗址与周围环境的相关性［7］.陈诚［8］等人运用GIS空间分析方法研究淹没区旧石器时代遗址点的时空分布规律.刘建国［9］采用GIS的空间分析方法揭示了不同时期古代聚落分布与自然环境的关系.张海［10］利用Are View软件进行中原地区聚落考古研究，研究考古遗物的空间位置关系和考古遗址的地理分布等.毕硕本［11］等人对郑洛地区三个连续文化时期的史前聚落遗址的坡向、坡度进行了分析.

虽然聚落与环境关系的研究成果颇多，但目前还没有利用已发现的聚落及其与环境的关系划分出史前聚落选址的不同偏好等级区.本文提出了一种新的有效的史前聚落选址偏好区划分模型，将此模型用于环嵩山地区的史前聚落选址中，确定史前聚落选址偏好等级，根据此等级，可预测末发现聚落分布的位置，指导田野考古调查工作，帮助考古学家比较准确地确定田野考古调查的范围.

1 研究地区概况

环嵩山地区是指以嵩山为中心的郑州、洛阳、许昌、平顶山及其周边地区.经度111°8′20″～114°19′20″，纬度33°6′50″～35°3′30″，东西长约294km，南北长约214km，总面积3.6万km2.总地势为西高东低，以嵩山为中心，西部为山地，东、南部为山前侵蚀剥蚀丘陵和黄土丘陵地貌，北部为凹陷盆地.这一区域地势的基本轮廓，“早在距今1.5亿年前后的燕山运动时期就已经形成了，进入全新世以来，本区地势、地形的基本轮廓没有突出的变化”［12］.这里是中华文明的发源地，是黄河中下游文化遗址密集程度和重要程度都很高的一个区域.

2 数据来源与处理

数字高程模型（DEM）（图1a）数据来源于SRTM （shuttle radar topography mission）4.1，分辨率精度为90m.坡度（图1b）数据由DEM分析后得到.水系数据是由DEM为底图，利用GIS的水文分析模块提取.根据已有学者对古河道的研究成果，伊洛河河道在更新世以来不断发生变化［13］，古黄河下游河道也不断发生改道［14］，因此在构建河流水系时，参考了上述研究成果，对伊洛盆地的伊洛河道和黄河下游河道进行了适当的修整，结果见图1c.地貌、土壤、气候数据均来源于河南省农业资源与农业区划地图集［15］，比例尺均为1：250万，将原始数据扫描、配准、裁切、矢量化等处理，得到环嵩山地区的地貌（图1d）、土壤（图1e）、气候分布图（图1f）.根据DEM数据的精度，选择100m×100m的格网作为评价单元.

史前聚落分布数据来源于第三次全国文物普查、《中国文物图集河南分册》、河南省文物志等.第三次全国文物普查的史前聚落数据是GPS经纬度坐标的点数据，利用Excel将其转化成地理坐标后，利用ArcGIS转成史前聚落分布的点数据.其他图片格式的数据经过地形图校正配准后，以点状要素对史前聚落进行矢量化.最终采集整理聚落共计1 452处，利用SPSS软件随机抽取60%的871处聚落，讨论分析史前聚落选址与地理环境的关系.图1为数据处理结果与随机抽取的史前聚落叠加图.

3 史前聚落选址影响因子分析与分值定量化

式中：fi为定量化后的得分；vi为某一地理要素上i段分布的史前聚落个数；vmax为某一地理要素上所有分段上分布的史前聚落个数的最大值.定量化后的结果使得分值的最大值为100，最小值为0，100代表史前聚落选址偏好程度最高的地区，0代表偏好最低的地区.

3.1 海拔高度

经过分析，环嵩山地区史前聚落的最低高程为54m，最高为900m，平均高程为186m.在海拔900 m以下，按100m间隔对海拔高程进行重新分类，结果见表1.在0～100m，聚落分布数量与比例比较小，说明地形最低处并不适宜聚落选址；在100～200 m内分布数量和比例最多，说明100～200m高程段是古人偏好最强的地区；在200m以上，聚落数随着海拔高程的增加而逐渐减少，而且在500m高程以下，聚落数为861个，所占比例为98.86%.由此推断，聚落选址对海拔高程的偏好在500m以下.

将史前聚落与海拔高程、坡度、水系、地貌、土壤、气候数据相叠加，获取每个遗址点的海拔高程、坡度、距离水系的距离、地貌、土壤、气候类型，添加到遗址点的属性表中，总结地理要素对史前聚落选址的影响规律.

按照聚落数量在某一地理要素区间上数量的分布，对此地理要素范围进行分值定量化.分值定量化的方法采用如下公式：

表1 区域史前聚落分布与海拔高程关系统计表Tab.1 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and elevation

图1 史前聚落与地理环境要素叠加图Fig.1 Overlay map of prehistoric settlement and geographic environments

3.2 坡度

由表2可知，随着坡度的增加，聚落数量与所占比例逐渐减小，由此得出坡度越小的平坦地区，越适宜聚落的选址，坡度越大的陡坡越不适宜聚落选址，即古人对聚落选址的偏好是随着坡度的增加而降低的.在坡度为0～3°的地带，总数量有647个，占了总数的74.28%，由此推知史前人类进行聚落选址对坡度的偏好在3°以下地势平坦的地区.

3.3 水系

由表3可知，在距离河流500m以内，史前聚落数与比例最高，说明500m以内是聚落选址偏好最高的地区；随着距离水系的距离的增加，聚落数与所占比例均逐渐减少，表明古人类的居住主要沿河流分布，一般是距离河流越近，分布的聚落越多；在3 000m以内，聚落数量为827个，所占比例达94.94%，说明在交通不发达的古代，人类不会距离河流水源太远.

表2 区域史前聚落分布与坡度关系统计表Tab.2 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and slop

表3 区域史前聚落分布与距水系水平距离关系统计表Tab.3 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and the distance away from river

3.4 地貌

由表4可知，三门峡—洛阳黄土丘陵区分布史前聚落数最多，有546处，占总数的62.69%，远远大于其他地貌类型.

表4 区域史前聚落分布与地貌类型关系统计表Tab.4 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and the geomorphology

3.5 土壤

由表5可知，豫西北丘陵褐土、红粘土这一土壤类型上的史前聚落数最多，有686处，占总数的78.76%，远远大于其他土壤类型.

表5 区域史前聚落分布与土壤类型关系统计表Tab.5 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and the soil

3.6 气候

由表6可知，环嵩山地区的史前聚落大多数均分布在豫西丘陵干旱少雨区，有617处，占总数的70.84%，远大于其他气候类型.

表6 区域史前聚落分布与气候区划关系统计表Tab.6 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and the climate

由此可以得出，环嵩山地区史前时期聚落选址的最优选择为：海拔高程在100～200m以内，坡度为0～1°，距离河流水平距离为0～500m，三门峡—洛阳黄土丘陵地貌区，豫西北丘陵褐土、红粘土区，豫西丘陵干旱少雨区.经过叠加分析，完全符合以上各种条件的区域很小，分布的遗址数量也不多，经统计，在841处聚落遗址中，完全符合以上条件的遗址只有92处.因此环嵩山地区史前人类在进行聚落选址时对各地理环境的选择有所偏好.

4 区域史前聚落选址偏好区划分模型构建

4.1 评价因子的权重确定

权重确定是否合理对评价结果的真实性有直接影响，通过对各种权重求取方法的比较，并结合史前聚落选址指标因子的实际情况，选取变异系数法确定各指标因子的权重.利用此方法可完全去除主观人为因素的影响，基本思想是取值差异越大的因子，在被评价执行时达到平均水平的难度较大，越能反映被评价单位的差距，该指标应赋予较大的权重；反之，则应赋予较小的权重.

变异系数公式为

式中：Vi是第i项指标的变异系数，也称为标准差系数；σi是第i项指标的标准差；是第i项指标的平均数.

各项指标的权重为

在计算时，由于地貌、土壤、气候属性均为文本类型，首先要将其转成数值型，为了使转换后的数值能与高程、坡度、水系的处理数据有可对比的关系，将定量化后的分值赋值给各区.经计算，得到各指标因子的权重如表7所示.

表7 指标因子的权重值Tab.7 Weight values of index factors

权重大的因子，对聚落选址的影响就大，也是古人在选址时首要考虑的因子.由各因子的权重得到，史前时期环嵩山地区人类在聚落选址时选择地理环境影响因子的偏好顺序为：坡度、距离水系距离、地貌、海拔高程、气候、土壤.

4.2 模型构建

采用空间加权叠加法构建史前聚落选址偏好等级模型，即把每个因素的作用分层进行叠加，最终生成环嵩山地区史前聚落选址偏好等级分布图，模型公式如下：

式中：F为某评价单元综合评价分值；Wi为第i个因子的权重；Pi为评价单元对应的第i个因子分值；n为因子总数.

5 评价结果与模型验证

5.1 评价结果

运行模型，得到6大地理因子权重叠加综合指数图，数值为19～99.通过绘制所有评价单元偏好指数的频率分布直方图［16］，将直方图发生明显变化部位所对应的偏好指数值，作为不同等级划分的界线，划分史前聚落选址偏好等级，见图2.由图2可见，偏好等级共分成3级：19～70为偏好最低等级区，面积为1.53万km2；71～88为偏好中等级区，面积为1.4万

km2；89～99为偏好高等级区，面积为0.62万km2.偏好高等级区分布在平原与山地交接的丘陵区，偏好中等级区分布在较低海拔的平原地区，偏好低等级区，主要分布在西部的崤山、熊耳山、伏牛山及中部的嵩山地区以及南部的桐柏—大别山山地丘陵区一带.

5.2 模型验证

将剩余的所占比例为40%的史前聚落与聚落选址偏好区划图叠加，见图2，统计落入每个区内的聚落数，见表8.高等级区分布有57.89%的史前聚落，密度最大；中等级区分布有38.04%的史前聚落，密度次之；低等级区面积只分布了4.48%的史前聚落，密度最小.由此可看出，高等级区是最有可能发现聚落遗址的地区，中等级区次之，低等级区是发现聚落遗址概率最小的地区.该模型也可用于其他地区的聚落选址偏好等级划分，从而实现对未发现的聚落的可能位置进行预测，用于指导田野考古调查.

图2 史前聚落与聚落选址偏好区划叠加图Fig.2 Overlay map of prehistoric settlement sites and suitability classification

表8 史前聚落分布适宜区划图与聚落分布关系Tab.8 Relationship table of prehistoric settlement sites suitability classification and prehistoric settlement

6 结论

（1）环嵩山地区史前时期聚落选址的最优选择为：海拔高程在100～200m以内，坡度为0～1°，距离河流水平距离为0～500m，三门峡—洛阳黄土丘陵地貌区，豫西北丘陵褐土、红粘土区，豫西丘陵干旱少雨区.

（2）史前时期环嵩山地区人类在聚落选址时选择地理环境影响因子的优先顺序为：坡度、距离水系距离、地貌、海拔高程、气候、土壤.

（3）环嵩山地区史前聚落选址偏好等级结果表明，偏好等级高的地区是史前聚落存在概率最大的地区，中等级区次之，低等级区是发现聚落遗址概率最小的地区.根据此等级，可对未发现的聚落存在的地区进行预测，用于指导田野考古调查，帮助考古学家比较准确地确定田野考古调查的范围.

（4）对于本文采取的利用现代数据对史前聚落分布的研究，虽然不能完全解释古代的环境，但作为区域环境的差异性进行研究，是十分有必要的.若有古代的环境数据替代现有的数据，得出来的结果会更真实.

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