基于GIS的郧县低丘缓坡土地开发建设适宜性评价

李可，邓文胜，刘海

（湖北大学资源与环境学院，湖北武汉430062）

0 引言

低丘缓坡土地指广大低山丘陵区集中连片分布的.坡度25°以下的缓坡地，主要包括荒草地、裸土地、废弃园地、低效林地等多种土地后备开发资源［1］.我国是一个丘陵坡地资源丰富的国家.如今，城市化的快速推进，使得各项建设用地指标严重不足，人地矛盾日渐突出，已经成为了制约经济发展的重要因素.合理开发低丘缓坡土地资源能为建设用地拓展空间，有效保护耕地和节约集约用地，是当前解决用地矛盾的重要途径.因此，低丘缓坡土地资源的开发具有非常重要的现实意义.

世界许多国家非常重视山地丘陵的开发利用，已陆续进行了山坡地资源的开发研究.如由数千个岛屿组成的日本，利用山地植树造林种草，发展以林为主的综合经营，建立集蔬菜、畜牧、旅游为一体的综合基地；再如山国意大利，他们致力开垦，充分利用山地与丘陵地带，使意大利的农业上了山［2］.

近年来，我国也陆续对低丘缓坡的开发利用进行了研究，各地区在低丘缓坡的开发利用上也陆续取得了成功.陈正法等对长江南岸丘陵区坡地开发进行了一系列研究：开发利用荒山荒地巩固已有园地、加强丘陵坡地生态改造与水土流失治理等［2］.湖北省京山县组织开展全国山区生态农业试点县建设，通过开发，已经取得很大成效［2］.

从各种文献资料来看，国内外对山地丘陵土地后备资源的利用研究多为对农业的开发利用，而对其用于建设用地开发的研究涉及较少.低丘缓坡土地的开发建设作用在于缓解人多地少、建设用地紧张的格局，其重点不同于农业开发，它涉及到产业布局调整、地质灾害防治、生态环境保护等方面［2］.郧县地处鄂西北山区，低丘缓坡土地资源丰富.本文中以郧县为例，基于GIS平台构建了低丘缓坡土地资源评价体系，对低丘缓坡土地开发建设进行了适宜性评价.

1 研究区概况

郧县位于鄂西北边远山区，北依秦岭，南接巴山，处于秦岭与大巴山东延余脉之间，跨东经110°07′～111°15′，北纬32°25′～33°15′.汉水横贯中间，由西向东，地貌形态复杂多样，境内最高海拔沧浪山1 824.7m，最低处（丹江水库最高水位线）海拔160m，以丘陵山地面积居多，约占全县土地总面积的95%.郧县辖一个副县级经济开发区，19个乡镇（场），1个国营林场，总人口62.11万人.全县基础设施完善，现已形成以县城为中心，以209国道、316国道和4条省道为骨架的“三纵三横”交通网络.2012年，郧县已全面完成市、县对接，将全面启动汉江生态经济带建设、郧阳岛开发及老城区全面改造等工作，实现县域经济科学快速发展，成为十堰中心城市的重要支撑和十堰“一城两带”的核心区域.

2 评价因子选择与分析

2.1 评价因子选择 影响一个区域生态环境的因素很多，郧县为典型的山地城镇，地貌形态复杂，山岭河谷纵横，地形起伏大，坡地所占比例高，地质灾害分布广泛，这种复杂的地貌环境成为影响低丘缓坡土地开发建设最重要的因素.综合以上几点，本研究最终选择了对郧县生态环境影响较大的5类因子作为本次建设用地适宜性分析的关键因素，分别是：植被、坡度、高程、重点保护对象、地质灾害.

2.2 单因子生态适宜性分析 本研究将单因素生态适宜性等级，根据实际情况分为适宜、基本适宜、基本不适宜、不适宜4类，同时分别赋权值1、3、5、7，数值大小与该因素生态适宜性的大小成反比，与该因素生态敏感性的大小成正比［3］.

2.2.1 高程 高程既影响植被和生物的分布，也对山地城镇空间布局有很大的影响.山地地区的城市一般修建在不同的阶地上，然而用地高差过大会给基础设施建设带来技术上的困难.本研究通过分析DEM高程数据，对全县的海拔高度做了统计分析：郧县低丘缓坡土地资源海拔高度分布差异较大，理论上海拔高度小于300m适宜作为低丘缓坡区，然而地处鄂西北山区的郧县地势较高、经济活动圈往往大于海拔300m，从当地实际情况出发，本研究将部分海拔高于300m的土地资源也列入低丘缓坡适宜区范围.考虑到1 000m以上的区域开发难度较大，因此高度以300m、1 000m为临界点进行划分，划分结果为：0～300m、300～500m、500～1 000m、1 000m以上，单因子评价分值为：1、3、5、7，如图1所示.

2.2.2 地质灾害 地质灾害是破坏城市建筑物、限制土地建设适宜性的主要自然力.地质灾害主要有滑坡、崩塌、泥石流、断层等.在自然灾害多发区进行建设，不仅对建筑物的防灾标准要求高、费用大，而且风险也比较大.因此，地质灾害的威胁程度是山地城市建设用地适宜性评价的一个重要要素［4］.

郧县地处汉江中游秦巴山区，主要分布于黄龙滩水库（堵河）与汉水河两岸及汉水以南一带，地形相对高差较大.坡度较陡地带，河流纵坡降较大，地质灾害分布相对较广.地质灾害点主要集中在汉江两岸沿线，汉水以南（鲍峡）地段地质灾害点较多，其他地质灾害点零星分布于黄龙滩库区两岸及汉水以北.地质灾害低易发区占全县总面积的51.9%，中易发区占全县总面积的37.6%，高易发区的面积只占全县面积的10.5%.可见，大部分地区的地质灾害发生的可能性不高.本研究将郧县地质灾害情况分为不易发区、低易发区、中易发区和高易发区，单因子评价分值为：1、3、5、7，如图2所示.

图1 高程评价图

图2 地质灾害评价图

2.2.3 坡度 以湖北省各项总体规划为标准，具体坡度分层梯度开发模式为：坡度5°以下土地为重点保护区域；坡度5°～15°土地为重点开发区域，加快城镇新区建设和鼓励工业园区发展；坡度15°～25°为调整全优化区域，在此区大力发展山地农业和积极发展混农林业；坡度25°以上为生态屏障区，此区适宜进行退耕还林、综合整治水土流失.

郧县境内以丘陵山地居多，约占全县土地总面积的95%.坡度小于25°的区域理论上有条件进行低丘缓坡的开发.坡度在25°以上的低丘缓坡土地仅占全县总面积的16.43%，理论上有较多土地后备资源，有开发建设的潜力.本研究按坡度划分为4个等级：0°～6°、6°～15°、15°～25°、25°以上，单因子评价分值为：1、3、5、7，如图3所示.

2.2.4 植被 植被主要由森林、灌丛和草甸群落组成，在自然界中的作用至关重要，它是大自然的调节器，对维护和改善生态环境、保持生态平衡意义重大.植被覆盖状况对斜坡稳定性具有一定的影响作用，除了能够大幅度减少坡面破坏以外，其根茎还具有一定的根固作用，有利于减缓坡面水流的流动速度，减少山洪、泥石流等地质灾害发生的机率.人类社会的可持续发展离不开对生态环境的保护，因此应积极保护地表植被，禁止人类对其进行建设或开发.郧县林地覆盖面广，面积为269 168.95hm2，占全县土地总面积的70.23%；本研究将植被因素分为3类，分别为生态林、经济林及非林地，单因子评价分值为7、5、1，如图4所示.

图3 坡度评价图

图4 植被评价图

2.2.5 重点保护区 在进行低丘缓坡地开发建设时，应着重考虑重点保护区对开发的限制.重点保护对象覆盖的区域应划入生态敏感区，不适宜进行建设用地的开发.一般应优先开发工矿等己建设用地，以及旱地等不适于耕种的未利用地，尽量保护耕地、林地.重点保护区主要有一般农田、基本农田和某些特殊用地，如文物古迹、风景名胜等.本研究将重点保护因素分为4类，分别为：其他、一般农田、基本农田、风景名胜，单因子评价分值为：1、3、5、7，如图5所示.

3 指标权重确定

山地城市用地生态系统复杂模糊，如果对实地用地情况了解不够，机械地使用数学模型来确定指标权重，反而使指标难以正确反映实地情况，本研究选用由美国运筹学家T.L.Saat提出的层次分析法（AHP）来确定权重，此方法适合对生态条件复杂的山地城市用地进行适宜性评价［4］.因为各单项评价因子对用地适宜性评价的影响的程度不同，故根据影响程度的不同给各单项评价因子分配相应的权重值.在YAAHP软件中对参评因子进行两两对比打分，构造出判断矩阵，并对各判断矩阵进行一致性检验，确定最终的指标权重，见表1.

图5 重点保护区评价图

表1 生态适宜性因子分级标准及权重

4 低丘缓坡土地开发建设适宜性分区

4.1 评价单元划分 用地评价单元的划分会影响评价的应用价值和评价结果精度，合理准确地划分评价单元对用地适宜性评价使评价结果具有参考价值.划分方法主要有2种：一是将评价区域相关的要素图层进行矢量叠加分析，将叠加后由各图层的要素边界叠合所产生的不规则形状的斑块作为评价单元；二是将评价区域划分为大小一致的规则网格（栅格），每个栅格作为一个评价单元［4－5］.本研究采用网格法在ARCGIS平台上将规划区划分为30m×30m的栅格，每一个栅格作为一个评价单元.

4.2 矢量数据栅格化 在做单因子叠加分析前，应将矢量数据栅格化处理，需做栅格化处理的数据层有植被、地质灾害和重点保护对象，高程和坡度数据是由DEM数字高程模型分析得来的栅格数据，不需进行转换.矢量转栅格后，要将栅格数据用统一的等级体系重新归类.重分类处理在ARCGIS空间分析模块（spatial analyst）下的数据重分类（reclassify）功能中进行，重分类赋予的新值可使用表1中评价因子的分值.

4.3 适宜性叠加分析 适宜性叠加分析是利用各项因子重分类后的数据按照评价模型进行综合叠加计算，适宜性叠加分析计算在ARCGIS栅格计算器中进行，加权计算公式为：

其中，m——基本指标个数，xi——第i项基本指标分值，wi——第i项基本指标权重［4］，叠加后得到各评价单元的用地适宜性得分，得分范围为0.999 9～5.773 5.

4.4 评价等级确定 为了分析各乡镇最适宜进行低丘缓坡开发建设的区域并划分评价等级，首先要确定低丘缓坡资源的范围.本研究选择郧县一类用地中坡度在25°以下，高度小于500m，去掉耕地和已有建设用地的区域作为低丘缓坡土地开发建设的资源.根据郧县低丘缓坡土地建设适宜性评价结果，在用地评价单元综合分值频率直方图的基础上，用ARCGIS重分类功能选择自然间距分类（natural breaks），此分类方法可根据分值变化的特征找出变化剧烈的区域作为低丘缓坡土地开发建设适宜性评价的等级划分界限，划分出区域内适宜性评价的最终结果.Ⅰ类用地得分为0.999 9～2.193 3，Ⅱ类用地得分为2.193 3～3.386 7，Ⅲ类用地得分为3.386 7～4.580 1，Ⅳ类用地得分为4.580 1～5.773 5，如图6所示.

从郧县低丘缓坡土地开发建设适宜性分类（图7）可以看出，郧县适宜建设用地和基本适宜建设用地主要为中心城镇以及其周围地势平坦、交通便利、城镇基础设施较好的区域，这些城镇大多分布在汉江周围，而不适宜建设用地和基本不适宜建设用地主要分布在地势较高的西南及西北的大片区域.

图6 自然间距分类示意图

图7 郧县低丘缓坡土地开发建设适宜性分类图

使用ARCGIS空间分析功能，将郧县行政区界线和低丘缓坡土地开发建设适宜性分类图进行叠加分析，统计出各乡镇低丘缓坡土地开发建设不同适宜性等级用地面积.按照得分评定标准，本次低丘缓坡土地开发建设适宜性评价可将全县的用地按分数高低分为4类用地，各类用地面积见表2.

表2 郧县各乡镇低丘缓坡土地开发建设不同适宜性等级

续表2

I类用地为适宜建设用地，按其所占低丘缓坡土地比例的大小为依据（表2），郧县适宜进行低丘缓坡土地资源开发建设的地区主要分布在：城关镇、安阳镇、杨溪铺镇、梅家铺镇、茶店镇以及刘洞镇、五峰乡等.其中，以城关镇、柳陂镇和茶店镇为中心，江汉一桥和江汉二桥将三镇连为一体，将建成汉江生态经济带.从区域发展来看，该片区区位条件比较优越，交通条件便利，建设用地使用的限制性影响因素少，适合进行低丘缓坡的开发.限制开发和禁止开发区域的城镇不太适合进行低丘缓坡土地的开发，这些区域海拔较高、坡度较陡，适宜进行开发建设的土地较少，属生态敏感区，其中不乏禁止建设区和重点保护区域.这些区域应限制和禁止开发，注重生态恢复和水土保持.

5 结论

本次研究以郧县为例，在GIS技术的支持下，充分考虑地形、植被、地质灾害等因素，构建低丘缓坡土地开发建设评价指标体系，并对研究区域内低丘缓坡土地资源开发建设进行了评价.评价结果显示：郧县适宜开发、允许开发、限制开发和不适宜开发的低丘缓坡土地资源分别为：10 936.55hm2、49 568.31hm2、40 825.64hm2和14 034.99hm2，分别占低丘缓坡资源总面积的9.48%，42.97%，35.39%和12.17%.全县适宜开发的区域所占比例较小，主要为汉江周边的中心镇区，大部分区域为允许开发和限制开发的区域.

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