嘉陵江流域居民点空间分布格局及影响因素研究

吴宏阳,舒成强,吴 勇,罗明良,蒋良群

(西华师范大学 国土资源学院,四川 南充 637002)

居民点是人类生活的场所,也是聚落地理的主要研究对象,居民点的形成、发展及其变化和环境息息相关。居民点的位置是人类在长期演变下选择的最佳生存位置,反映了人与自然相互依存、相互影响的关系[1]。长期以来,对居民点的空间分布因素分析一直停留在大局观上,并没有具体到每一个明确的因素[2]。对居民点的空间分布进行定性与定量分析,有利于深层次剖析影响居民点的因素及其影响程度,揭示对应因素与居民点空间分布的关系。自然因素和社会条件是控制居民点分布的主要因素,主要有坡度、坡向、交通状况、流域情况、高程和社会经济等。杨恒喜等[3]从数字高程模型中提取各地形因子并进行定量分析,量化研究区居民点分布与其影响因素的关系;薛海燕等[4]利用核密度估计分析法研究了渭河流域居民点分布格局及其影响因素;魏伟等[5]利用地统计和空间分析方法分析了石羊河流域空间分布格局与结构形态异质性;邵新娟等[6]利用最小累计阻力模型、GIS空间分析和层次分析法等方法分析了基于生态安全格局的农村居民点布局;任平等从空间自相关性研究了农村居民点时空演变格局与特征[7]。

嘉陵江流域是长江流域的一部分,该流域的天水、汉中、南充、合川等城市历史上曾经无比辉煌,战略地位多次升降变迁,但近代开始走向衰落,今日则面临新的崛起[8]。根据对既有文献分析,至今还没有学者对其居民点空间分布进行定量研究,更缺少将自然和社会因素进行综合分析的定量研究[9]。本研究运用GIS空间分析方法,探讨了嘉陵江流域的居民点空间分布格局,并从自然和社会因素两个方面对嘉陵江流域居民点的影响因素进行了综合分析,以期为流域总体资源分配及区域经济协调发展提供参考依据。

1 研究区概况

嘉陵江为长江上游支流,因流经陕西凤县东北嘉陵谷而得名。嘉陵江发源于秦岭北麓的陕西省凤县代王山,干流流经陕西省、甘肃省、四川省、重庆市,在重庆市朝天门汇入长江。嘉陵江的主要支流有八渡河、西汉水、白龙江、渠江、涪江等,全长1345km[10],干流流域面积3.92×104km2,流域面积16×104km2,位于102°52′—109°28′E、29°28′—34°54′N之间,是长江支流中流域面积最大，长度仅次于雅砻江，流量仅次于岷江的大河。嘉陵江流域地形复杂、起伏明显、气候条件多变、资源丰富、社会经济实力雄厚、水利工程较完善。

2 数据来源与处理

2.1 数据来源

本研究采用嘉陵江流域90m×90m数字高程模型数据(DEM)、全国1∶100万基础地理信息数据库的居民点数据、全国五级河流和嘉陵江二级流域和三级流域的数据作为基础数据,其中DEM在SRTM 90m Digital Elevation Data(http://srtm.csi.cgiar.org/)网站下载,居民点数据在全国地理信息资源目录服务系统(http://www.webmap.cn/main.do?method=index)下载,嘉陵江二级流域和三级流域数据由国家地球科学数据共享服务平台提供。

2.2 数据处理

空间参照统一采用Asia-Lambert-Conformal-Conic坐标系统,利用ArcGIS10.2软件平台对90m分辨率DEM进行拼接并用嘉陵江流域边界对其进行裁剪,得到90m分辨率的嘉陵江流域DEM数据。利用GIS空间分析功能提取嘉陵江流域高程、坡度、坡向信息,得到含有高程、坡度、坡向信息的GRID数据层,分类后与含有居民点信息的数据层进行空间叠置分析,居民点与河流水系的关系则通过对水系进行缓冲区分析和空间叠加来完成,居民点与上、中、下游关系通过空间分析中的提取分析实现。

3 结果和分析

3.1 嘉陵江流域居民点空间分布特征

研究区内共有1838个乡级居民点,整体分布上南部居民点数量多于北部,大部分居民点分布在地势较平缓的盆地和河流阶梯上。研究区的大部分居民点都伴水而居,靠路而建,地理位置较好。居民点位置见图1。

3.2 坡度和居民点的关系

本文利用ArcGIS表面分析工具提取流域坡度信息,参照崔吉林等[11]的坡度划分,将本研究区坡度分为6个等级(表1):0°—5°为1级、5°—8°为2级、8°—15°为3级、15°—25°为4级、25°—35°为5级、>35°为6级,坡度分类结果见图2。

图1 嘉陵江流域居民点分布

图2 嘉陵江流域坡度分级

从图1可见,嘉陵江流域中下游的坡度较低,基本在4级以下;上游坡度较高,绝大部分都是在4级以上,超过25°。研究区坡度分界线明显,以安县—江油市—广元市—旺苍县—南江县—通江县—万源市—宣汉市为坡度分界线,分界线以北坡度大,分界线以南坡度小。通过对坡度与居民点数据的空间叠加统计分析,得到不同等级内居民点的统计情况,结果见表1。

表1 嘉陵江流域坡度与居民点关系

从表1可见,流域内的居民点主要分布在坡度低于5°的区域,占到总居民点的52.28%。该区域自然条件优越、土壤肥沃,适宜居住。研究区在中等坡、斜坡和陡坡的居民点分别为19.2%、18.47%和7.94%,自然条件一般,因此有小部分居民点存在;在急坡和险坡的地带,由于自然条件恶劣,少有居民点分布。一般来说,随着坡度的升高,水土流失程度就会加剧,土壤肥力也会降低,导致植被和农作物难以生存,影响人们的生产方式和生活条件。坡度越大,山体滑坡和泥石流出现的几率越大,严重威胁了人们的生命财产安全,进而导致陡坡和急坡居民点分布较少。

3.3 坡向和居民点的关系

本文利用ArcGIS表面分析工具提取流域坡向信息,分为以下5个等级:0°—45°为阴坡、45°—135°为半阴坡、135°—225°为阳坡、225°—315°为半阳坡、315°—360°为阴坡,结果见图3。

图3 嘉陵江流域坡向重分类

通过对坡向和居民点的空间叠加统计分析,得到不同等级内居民点的统计情况,结果见表2。从表2可见,流域区内的居民点以阳坡最多,占居民点总数的35.42%;半阳坡和半阴坡其次,占居民点总数的21.76%和21.66%;阴坡最少,占居民点总数的21.16%。一般来说,由于风速、雨量、光照、温度等因子的综合作用,坡向对植物的生长会产生不同的影响,从而引起植物和环境的生态关系发生变化[12],进而影响到人类的生活。向阳坡不但有利于农作物的生长,而且房屋的采光性好,因此居民点应大量聚集在向阳坡。但从表2可见,阴坡居民点数量也不少,说明有其他因素影响了居民在坡向上的选择。

表2 嘉陵江流域坡向与居民点关系

3.4 高程和居民点关系

本文将DEM和居民点进行空间叠加分析,结果见图4。从DEM中提取的高程主要分为4个等级:<1000m、1000—2000m、2000—3000m和>3000m,结果见表3。嘉陵江流域内的居民点大部分都分布在海拔1000m以下,占居民点总数的80.19%。一般来说,海拔越高，气温越低,海拔每上升100m,气温将下降0.6℃,并且随着高度增加,大气压会减小,在海拔3000m范围内每升高12m,大气压将减小1mmHg,约为133Pa。综上所述,高海拔地区的气温和气压严重束缚了人类的生活条件,在长期居住的情况下,心脏健康会受到一定影响,所以分布在高海拔地区的居民点数量很少。

图4 嘉陵江流域居民点分布

表3 嘉陵江流域高程和居民点关系

3.5 河流和居民点关系

在ArcGIS邻域分析中,笔者对河流不同范围的缓冲区进行了分析,并对缓冲区内的居民点数量进行了统计,结果见表4。根据分析可见,河流对居民点分布的影响主要体现在生产和生活用水上,其次是河谷中的地形和土壤条件[13]。由于河谷中的土壤条件较好,地形简单,所以适合居民点分布。从表4可见,很多居民点距离河流的距离较远,主要原因是嘉陵江时常发生水患,由《宋、明、清及现代水患录》可知,自宋代以来,嘉陵江共发生水灾数百次，其中大水淹城50余次、100年一遇洪水2次,都受到了灭顶之灾。因此,在嘉陵江流域的水系基础设施较完善的情况下,很多居民点与河流的距离适中,既能有效避免汛期河水上涨导致的水灾,又能保障充足的用水。

表4 河流缓冲区和居民点关系

3.6 地理位置和居民点的关系

本文对上游、中游、下游居民点数量进行了提取和分析,结果见表5。表5可见,上游居民点较少,仅占居民点总数的22.25%;中下游居民点较多,分别占了居民点总数的41.56%和36.18%。这是因为嘉陵江流域上游地区90%的县为山区贫困县,经济基础薄弱,几乎没有除农业资源外的其他资源[14],导致经济发展迟缓。由于上游坡度较陡,导致农业灌溉和机械化生产存在诸多不便，再加上交通道路不畅,生产出来的农产品不能及时外销,影响了经济发展速度。由于中下游地区自然条件好、坡度平缓、矿产资源丰富、旅游资源和人力资本充足,铁路、高速路、国道、省道交叉贯通,在便捷的交通下进行各种资源交换和共享,有利于中下游地区的经济发展,且中下游受到临近的成都、德阳、绵阳等城市的辐射影响,经济得到快速发展[15]。在环境和经济的驱动下,导致大量人口从上游向中下游定居和经商,中下游居民点数量多于上游。

表5 上、中、下游与居民点的关系

4 结论与讨论

本文分析了嘉陵江流域居民点的空间分布格局及其影响因素，研究表明坡度、坡向、海拔、河流、居民点所在地的经济情况对居民点的分布具有显著影响。居民点倾向于分布在坡度小、阳坡、海拔低、与河流距离适中、所在地区经济发达的地区。总体上,居民点的空间位置分布受到自然因素、人为因素和社会经济发展状况的影响。随着我国城市化的推进,未来居民点选址必将成为区域问题研究的重要方向[16]。为了使嘉陵江流域的地理资源得到更充分的利用,建议对上游地区采取经济开发措施,大量吸引人群居住,才能使流域内人口分布均衡,各种资源在维持生态平衡的情况下充分发挥作用,进而对区域经济发展起到重要的带动作用。

在进行数据分析时,由于数据中的居民点对应为村级,不能完全反映出每户居民点真实的分布状况,所以结果会存在一定的误差,后期将通过高分辨率的影像数据和实地调查做进一步研究。另外，由于比例尺的限制,河流的位置精度对讨论居民点分布和河流的关系也存在一定的影响,今后研究中应重视这些问题。