陕南秦巴山区乡村聚落空间分布特征及影响因素——以陕西省汉中市为例

马晓蓉, 查小春

(陕西师范大学 地理科学与旅游学院, 西安710062)

中国山区面积占国土面积的2/3，且全国有45%的人口生活在山区，山区聚落作为山区最基本的社会经济单元和最基础的社会组织单元，是山区人民主要的聚居场所[1-2]。但由于自然、社会和历史等因素的综合影响，山区聚落存在规模小，数量多，布局分散等多种问题，已经成为制约山区发展的重要因素。因此探讨山区聚落的空间分布，对于指导乡村聚落的规划布局，推动山区经济发展和城镇化建设具有重要意义。

近年来，随着我国乡村振兴和扶贫攻坚等战略的实施，针对我国山区聚落的研究成果逐渐丰富，研究范围包括黄土丘陵区[3-5]、西南山区[6-7]、江南丘陵区[8]以及大巴山区等[9-11]；研究内容涉及乡村聚落的数量、聚落体系、聚落规模、空间分布形态、空间演变及其驱动机制、乡村聚落发展及空间结构优化等；研究方法采取定性与定量结合，并将GIS空间分析、RS、景观格局指数和城镇位序—规模法则等方法引入乡村聚落的研究当中。但对陕南秦巴山区乡村聚落空间分布的研究较少，仅包括对历史时期聚落的选址[12]，现阶段聚落体系和形态[13-14]，以及聚落更新发展的研究[15]，研究方法主要结合历史资料和实地考察，偏于定性描述。因此，本文以陕南秦巴山区的汉中市为例，基于ArcGIS 10.2平台，运用地理空间分析和点模式分析等方法，探究陕南秦巴山区乡村聚落的空间分布特征，并从自然和社会两个角度，深入分析乡村聚落空间分布的影响因素，以期为陕南农村居民点的合理布局、移民搬迁和脱贫攻坚的顺利进行提供理论支持，同时也对提高陕南秦巴山区水资源和土地资源的合理利用，保障生态安全和可持续发展具有重要意义。

1 研究区概况

陕南秦巴山区位于陕西南部，属于秦巴山区腹地，北依秦岭，南靠巴山，区内80%以上为山地丘陵地貌，地势条件复杂，构造运动强烈，地震、滑坡、泥石流、洪水和水土流失等灾害频繁发生，是我国集中连片特困区和扶贫攻坚重点区。陕南自西向东依次分布着汉中、安康、商洛3个地级市，其中汉中市地处陕南秦巴山区西段，北倚秦岭与宝鸡市、西安市相邻，南隔大巴山与四川省相望，东与安康市相接，西与甘肃陇南地区毗连，介于东经105°30＇50″—108°16＇45″，北纬32°08＇54″—33°53＇16″(图1)。汉中市地形以山地为主，其中中高山区面积占总面积的57%，低山、丘陵占32.8%，平坝仅占10.2%。北部的秦岭、南部的大巴山以及由汉江自西向东横贯中部冲积而成的汉中盆地，形成了南北高，中间低的地势格局。汉中兼具暖温带和亚热带的气候特征，年均气温为14.3℃，降雨量达871.8 mm，区内河网密布，主要由东西横贯的汉江水系和南北纵穿的嘉陵江水系组成。

图1 研究区范围

汉中市行政面积居陕南首位，且人口总数稳居第一。截至2018年，汉中市共辖汉台区、南郑区两个区，和城固、勉县、洋县、西乡、略阳、宁强、留坝、佛坪和镇巴9个县，包括24个街道办事处和152个镇，总人口达3.44×106人，其中乡村人口约1.70×106人，占总人口的49.49%。全市耕地面积为9.51×102km2，农业经营总人数达1.18×106人。2018年全市实现生产总值1.44×1012元，经济发展水平居陕南第一，其中农业生产总值为3.23×1010元，农民人均可支配收入11 213元，均高于安康和商洛。除汉台区外，汉中市其余10个县(区)均被列入秦巴山集中连片特困地区区域发展与扶贫攻坚规划扶持范围，是国家扶贫开发工作重点地区。因此，本文选取陕南秦巴山区中地形地貌具有一定代表性，面积最大，人口数量最多，经济发展水平较好的汉中市作为研究案例。

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源和处理

汉中市30 m分辨率数字高程模型(DEM)数据，来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云(http:∥www.gscloud.cn/)。利用DEM数据进行投影转换，在此基础上生成汉中市高程图和坡度图；国家1∶25万地形要素数据，来源于国家地理测绘信息局，从中提取汉中市乡村聚落、河流、交通等数据，并基于Google Earth，对汉中市目前所辖村庄、交通进行核对补充，最终生成汉中市乡村聚落、河流和交通的分布现状图；汉中市人口、经济数据来源于《汉中市统计年鉴-2018年》和《汉中市第三次全国农业普查主要数据公报》[16-17]。

2.2 研究方法

2.2.1 标准差椭圆分析 标准差椭圆(standard deviation ellipse,SDE)最早由美国社会学家韦尔蒂.利菲弗提出，用来度量一组点或区域的方向和分布特征，是以平均中心为起点，通过计算x坐标和y坐标的标准差得到椭圆的长轴和短轴，此椭圆被称为标准差椭圆[18]。其中，椭圆的长半轴表示数据分布方向，短半轴表示数据分布范围。基于乡村聚落点数据，利用该方法即可得到汉中市乡村聚落的空间方向特征和分布特征。

标准差椭圆圆心表示为：

(1)

(2)

x轴，y轴的标准差x，y为：

(3)

2.2.2 Voronoi图分析 Voronoi图是对平面的一种剖分，假设平面上一个离散的发生点集S={P1,P2,…,Pn}，那么任意一点Pi的Voronoi图可定义为：

Ti=x:d(x,Pi)

(4)

式中:d为欧氏距离;x表示集合Ti中的元素。在任意一个Voronoi多边形中,任意一个内点到该多边形的发生点Pi的距离都小于该点到其他任何发生点Pj的距离,通常用来解决点集的空间分布模式[19]。

点集的分布模式有集聚分布、随机分布和均匀分布3种类型，分布模式不同，形成的Voronoi多边形面积不同，一般用Voronoi多边形的变异系数值(the Coefficient of Variation,Cv)衡量点集空间中的变化程度。其计算公式为：

Cv=(Std/Ave)×100%

(5)

式中:Std,Ave分别为Voronoi多边形面积的标准差和平均值。利用Cv值分析点模式时，Duyckaerts提出了3个建议值:当Cv值>64%时,点集为集聚分布;当Cv值为33%～64%,点集为随机分布;当Cv值<33%时,点集为均匀分布[20]。

2.2.3 点模式分析 点模式分析(Point Pattern Analysis,PPA)是根据地理实体的空间位置，对其空间分布模式进行识别和探索以及通过点模式显示的信息进一步预测和总结的方法[21]。主要包括以分散性为基础的基于距离的分析和以聚集性为基础的基于密度的分析。

平均最近邻分析(average nearest neighbor,ANN)是一种以随机分布作为标准去衡量实际点的分布模式的测度方法，能清楚区分非随机分布点[22]。通过比较各聚落斑块质心之间的最小距离与随机分布中的理想距离，从全局上判断聚落是否为聚集分布模式，判断指标为最近邻距离指数R，其计算公式为：

(6)

核密度估计是基于密度的点模式分析方法，属于非参数密度估计的一种，核密度值的高低能够反映研究对象在空间上的集聚情况，在地理空间中常用来热点和冷区的识别和分析[23]。本文借助核密度估计方法来探讨乡村聚落密度特征的局部差异，其模型如下：

(7)

式中:f(x,y)为位于(x,y)位置的密度估计;K为核函数;h为带宽;n为带宽内的观测数值;di为(x,y)位置距第i个观测位置的距离。

3 汉中市乡村聚落的空间分布特征

3.1 聚落集中分布在中东部地区，且沿西北—东南向分布

利用GIS软件中的方向分析工具，得到表征汉中市乡村聚落空间分布特征和方向特征的标准差椭圆(图2)。标准差椭圆范围覆盖了汉中盆地和西乡盆地，主要包括汉台区、南郑区、勉县、城固、西乡和洋县等中东部地区；其次，椭圆表征的乡村聚落中心位于汉台区、南郑区和城固的交界处，而汉中市的地理重心虽位于汉台区，但相较聚落中心略偏西；二者均表明汉中市乡村聚落主要分布在中东部地区。标准差椭圆的长轴从西北向东南延伸，与汉中市行政区分布方向大致相同，且长短半轴相差约31.04 km，表明汉中市乡村聚落主要沿西北—东南向集中分布。

图2 汉中市乡村聚落标准差椭圆

3.2 聚落为集聚分布模式，且区域分异明显

利用平均最近邻指数R表征汉中市乡村聚落的分布模式。由表1可知，平均最近邻指数R为0.86，小于参考值1，表明汉中市乡村聚落为集聚分布特征；对该结果进行Z得分检验，其中Z值远小于临界值-2.58，p值小于参考值0.01，表明该集聚分布模式在随机过程中产生的概率小于1%，结果置信度达到99%。由此可以得出汉中市乡村聚落总体呈集聚分布模式。

表1 汉中市乡村聚落的平均最邻近距离分析

为进一步探究各县区乡村聚落的分布模式，以乡村聚落为发生元，运用GIS软件平台，得到汉中市乡村聚落的Voronoi图(图3)。通过计算汉中市各县区聚落的Cv值发现，汉中市聚落分布模式存在显著的空间差异特征。南郑区、城固、留坝、洋县、佛坪、勉县的Cv值高于临界值64%，乡村聚落分布模式为集聚分布，而汉台区、镇巴、宁强、略阳、西乡的Cv值介于33%～64%，分布模式均为随机分布，整体表现为以汉台区为中心，逐渐向外围形成随机—集聚—随机的环状分布特征。

图3 汉中市乡村聚落Voronoi

3.3 聚落分布中部密南北疏，密度分异明显

为进一步探测聚落分布的高密度区(热点区)和低密度区(冷区)，利用核密度估计方法得到汉中市乡村聚落的密度分布图(图4)。由图4可知，汉中市乡村聚落中部密南北疏，表现为从中东部高密度区逐渐向四周低密度区过渡的特征。结合自然地理条件，将汉中市乡村聚落划分为高密度区(0.22～0.37个/km2)、低山丘陵中密度区(0.13～0.21个/km2)和中高山地低密度区(0～0.12个/km2)。乡村聚落高密度区主要分布在汉中市中东部的平原盆地区，包括汉台区、城固、洋县、西乡、南郑区的北部以及勉县的东南部区域，这与标准差椭圆包含的区域范围大致相同，尤其在汉台区与南郑区、城固与洋县相接处以及洋县东南部和西乡形成4个的高密度核心区，即聚落分布热点区。这是由于该区域内汉江及其支流冲积形成的汉中盆地和西乡盆地，地势平坦，水资源丰富，且靠近汉中市行政中心和经济中心，交通便利，聚落分布最为密集。中密度区主要分布在高密度区外围的低山丘陵区，包括留坝、略阳、镇巴、佛坪西南部以及宁强北部等地区。区内地势起伏明显，沟谷纵横，谷与谷相会聚处往往形成平坦开阔的谷底，即当地人所说的“坝地”，聚落大多分布在这些宽谷坝地中。低密度区主要分布在汉中南北界的秦岭和大巴山一带，主要包括略阳、佛坪、宁强、镇巴等的中高山区，区内山高坡陡，地势险峻，交通不便，且滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害频发，人口分布稀少，乡村聚落仅沿道路两侧稀疏分布，密度分布低。

图4 汉中市乡村聚落核密度分布

4 汉中市乡村聚落空间分布的影响因素分析

乡村聚落作为人类生产生活的场所，其位置、空间分布与规模既要与周围自然环境相适应，又受到社会文化环境和生产环境的影响[24]。其中，乡村聚落的分布与地形、河流等自然环境因素密切相关，随着生产力的发展，社会因素处于不断变化中，逐渐成为影响聚落分布及演变的重要因素[25]。因此，本文主要选取了地形、水系等自然因素以及人口、交通、耕地半径等社会因素，分析这些因素对于汉中市乡村聚落空间分布的影响。

4.1 自然影响因素

4.1.1 地形因素 海拔和坡度通过影响聚落的气候、耕地资源以及取水和交通的便利性，成为影响聚落分布的重要因素。基于DEM栅格数据，提取汉中市的海拔和坡度信息，进行分级、重分类后，转为矢量数据，与乡村聚落分布图进行叠置，获取不同等级的海拔和坡度上乡村聚落的分布特征。

汉中地区地处秦巴山区西段，地形情况复杂，主要包括高山、中山、低山、丘陵、平原盆地、宽谷坝地等地貌类型。参考《汉中地区志》中汉中市地貌类型的划分[26]，将海拔划分为5级，小于600 m为平坝盆地区，600～1 000 m为低山丘陵区、1 000～1 400 m为中山区，1 400～1 800 m为高中山区，大于1 800 m为高山区。由表2可知，随着海拔的升高，乡村聚落数量呈先增加后减少的趋势。在海拔低于1 400 m的区域内，集中了汉中市乡村聚落总数的93.64%，表明汉中市乡村聚落集中分布在1 400 m以下的山地丘陵区和平坝盆地区。汉中地形主要以山地丘陵为主，其面积占全区总面积的一半以上，其间分布的河谷坝地地势平坦，土壤深厚，水源充足，是汉中重要的农业生产区和聚落集居区，聚落数量占比达到70%以上，但受地形限制，聚落只有在地势较为开阔的河谷坝地处呈集聚分布，而谷坡处常为散居。此外，仅占全区面积10.2%的平原盆地区，聚落数量占总数的23.41%，分布密度最大。汉江及其支流两岸分布着广阔的阶地平原，地势低平，土壤肥沃，人口密集，是主要交通线和城镇聚落的所在地；在平原与丘陵或山地的交界地带，如汉江北岸沿秦岭南坡坡麓一带，日光充足，耕地广阔，聚落沿山麓呈串珠状分布，而且由于山地排水冲刷，交界处形成高度一致的山岭，山岭之间规模较大的低槽平地往往成为人口和聚落分布密集区。海拔位于1 400 m以上的高中山和高山区，主要分布在南郑、西乡和镇巴南部大巴山一带以及勉县、留坝、洋县、佛坪北部秦岭一带，随着海拔的升高，自然环境条件变差，不再适合人类活动，人口和聚落分布稀少。

汉中市坡度变化范围为2°～76.57°，平均坡度22.69°。结合《第二次全国土地调查技术规程》耕地坡度划分标准[27]，将汉中市坡度划分为平地(≤7°)、平缓坡(7°～15°)、缓坡(15°～25°)、陡坡(25°～35°)、急陡坡(>35°)5个级别。由表2可知，随着坡度的增加，汉中市乡村聚落数量和密度均表现为先增加后减少的趋势。坡度小于25°的区域内的聚落数量最多，占聚落总数的81.03%，且分布密度高；大于25°陡坡和急陡坡聚落数量减少，分布密度降低。一般而言，乡村聚落的分布往往与耕地的分布相一致[28]。在以山地为主的汉中地区，耕地和聚落大多分布在坡度相对较缓、水源充足、利于农业建设的平原盆地、宽谷坝地和丘陵地区。随着坡度的增大，崩塌、滑坡、泥石流以及水土流失等地质灾害发生的概率增大，适合农作耕地的面积减少，乡村聚落的数量也逐渐减少。

表2 汉中市不同海拔、坡度乡村聚落空间分布

4.1.2 河流因素 水是人类赖以生存的重要物质，河流取水是否便利，水质条件是否合格等都会影响聚落的分布，同时河流作为天然的航运通道，对聚落的发展有重要意义。汉中河流属于长江水系，褒河、牧马河、湑水河、泾洋河、玉带河等汉江支流与西汉水、八渡河、青泥河、黑水河等嘉陵江支流共同组成横贯东西的汉江水系和纵穿南北的嘉陵江水系。

将河流作为线状要素来研究，提取汉江、嘉陵江及其支流，利用ArcGIS 10.2中的邻域分析工具对乡村聚落和河流作近邻分析，得到聚落距河流的最短距离D，由此判断河流对聚落的最大吸引范围。由表3可知，随最短距离D的增加，聚落数量呈递减趋势，乡村聚落表现出明显的邻近河流分布。其中，距河流3 000 m内，乡村聚落分布数量最多，表明河流对聚落分布的最大吸引范围为3 000 m。之后利用ArcGIS 10.2的多环缓冲区工具，对河流图层以500 m为间隔建立缓冲带(范围为0～3 000 m)，并将其与聚落图层进行叠加，得到各缓冲带内乡村聚落的分布情况。

表3 汉中市乡村聚落与河流和交通的近邻分析

由图5可知，在河流500 m缓冲带内聚落数量最多，聚落沿河流密集分布，随着缓冲带向外延伸，聚落数量的波动不大，呈均匀分布。

图5 汉中市河流与交通缓冲距离与乡村聚落分布

汉中市乡村聚落主要分布在距离河流3 000 m的区域内，特别是距河流500 m内聚落分布密度最大，其中平原区河流两岸常发育有阶地，地势平坦，耕地广阔，灌溉便利，聚落邻近河流呈带状或组团状分布。但值得注意的是，汉中夏秋多暴雨，洪水多发，汉中盆地中央滨江一带分布的河漫滩平原容易受洪水泛滥威胁，因此聚落分布稀疏。为便于农业生产和生活，山地丘陵区聚落多紧邻河流冲沟分布，尤其是河流交汇处地势较平坦的地方分布最为密集。

4.2 社会影响因素

4.2.1 交通因素 交通是影响聚落分布的重要因素之一。区域交通设施的建设与完善对周围乡村聚落的空间布局会产生影响，同时乡村聚落的发展与演变也会促进交通道路的延伸。汉中市交通设施完善，G5(京昆高速)、G7011(十天高速)横贯东西，G85(银昆高速)纵穿南北，逐渐打破秦巴山区的交通阻隔，成为重要的区域性交通枢纽中心。

同样将交通作为线状要素，提取研究区高速公路、国道、省道和县道等道路数据，对聚落和道路作近邻分析。由表3可知，聚落数量比重在距交通4 000 m内达到70%以上，且随着距离的增加，聚落数量逐渐减少。由此得到交通对聚落分布的最大吸引范围为4 000 m。以500 m为缓冲半径作道路的多环缓冲区分析(范围为0～4 000 m)，共建立8个缓冲带。由图5可知，道路500 m缓冲带内的聚落数量占总数的35.39%，远高于其他缓冲带，表明乡村聚落主要分布在距道路500 m的范围内。由此可知，汉中市乡村聚落邻近交通分布明显，其中，汉中盆地为东西交通干线交汇区，交通区位优势显著，吸引聚落沿道路分布；而山地丘陵区聚落分布受交通影响要大于平原盆地区，这是由于人们为便于与外界联系，聚落除了在河谷低地有分布外，多沿交通要道呈树枝状分布。

4.2.2 人口因素 聚落是人口空间分布的载体，人口因素是影响乡村聚落空间分布最主要的因素。首先，聚落选址要满足人类的需求，如“逐水而居”、“择田而居”等都是人类需求在聚落空间布局上的体现；其次，人口数量的增加导致聚落空间逐渐向外扩展或重新选址形成新的聚落，聚落逐渐由分散变为集聚；随着生活水平的提高，人们的消费水平，就业选择、基础设施要求等行为逐渐改变着聚落的形态和结构。截至2018年初，汉中市人口达3.44×106人，人口密度为139.72人/km2，其中，汉台区，南郑区，城固，勉县，西乡，洋县的人口密度均大于100人/km2，其他县区人口密度相比较低。由此可知，汉中市人口主要集中分布在中东部的平原盆地区，这与聚落分布的高密度区呈现空间一致性，说明人口的分布在一定程度上促进了聚落的集聚和发展。

4.2.3 耕地半径 聚落与耕地分布具有空间趋同性。乡村聚落到耕作区的距离称为耕地半径，耕地半径的大小往往会影响聚落的分布与规模[29]。一般来说，人多地少地区需要精耕细作，因而聚落距离耕地区近，耕地半径小，最终形成规模小而密度大的聚落，人少地多地区则相反。由于受到自然环境和生产力水平的限制，居民地的耕作面积是有一定限度的。从理论上讲，当一定区域内乡村聚落的缓冲区面积与耕地面积相等时，该乡村聚落的缓冲半径就相当于耕作半径[30]。因此，基于各县区乡村聚落的耕地面积数据，利用缓冲区分析方法，获取各县区乡村聚落的耕作半径，进而探讨耕地半径对乡村聚落空间分布的影响。

结合表4与图1可知，镇巴、宁强、佛坪、留坝、略阳位于秦岭大巴山一带，山高坡陡，地形复杂，耕地面积小而分散，人们为了耕作方便，通常选择在耕地周围建成聚落，因此这些县区耕地半径小，乡村聚落主要邻近耕作区分布，分布零散且规模小。而汉台、城固、南郑、勉县、西乡和洋县地势起伏小，河网密布，耕地面积大，农业水利设施条件好，集约化程度高，因此耕地半径大，其中汉台区耕地半径最大，为519.59 m，乡村聚落大多分布在距耕作区较远的地方，聚落分布集中且规模大。

表4 汉中市乡村聚落耕地面积与耕地半径

5 结 论

(1) 汉中市乡村聚落主要集中在汉台区、南郑区、勉县、城固、西乡和洋县等中东部地区，总体呈西北—东南向的椭圆分布；聚落为集聚分布模式，其中，城固、南郑、留坝、洋县、佛坪、勉县为集聚分布，而汉台、镇巴、宁强、略阳、西乡为随机分布，总体表现为随机—集聚—随机的环状分布特征；聚落分布中部密，南北疏，密度分异表现为从中东部高密度区向四周低密度区阶梯状递减的特征。

(2) 汉中市乡村聚落的空间分布受自然和社会因素的交织作用。在地形、河流、交通、人口、耕地等因素的不同耦合方式的影响下，乡村聚落的空间分布具有显著差异，聚落主要分布在海拔在1 400 m以下、坡度小于25°的山地丘陵区和平坝盆地区，在空间上多邻近河流和道路分布。具体来看，平原盆地区地势平坦，土壤肥沃、人口密集，聚落分布受地形、耕地限制小，汉江及其支流两岸的阶地平原以及山前坡麓地带成为聚落分布密集区，聚落常沿交通和河流呈组团状或带状分布；山地丘陵区聚落分布受地形、河流和交通区位等的限制影响大，聚落只在山间地势平缓的河谷坝地和道路两侧分布较为密集，而在山地缓坡，谷坡等处多为散居和孤立房屋；此外，山区人口分布密度低，同时受到耕地半径的影响，聚落常作“择田而居”的分散分布。

陕南秦巴山区是国家集中连片特困区和地质灾害易发区，实施移民搬迁，优化布局乡村聚落，成为推动区域经济发展，保障人民生命财产安全的重要举措。从以上结论可知，陕南秦巴山区乡村聚落的重新选址和布局规划要考虑乡村聚落的分布规律，重视影响其空间分布和发展的各种因素，因地制宜，合理布局。在综合考虑区域环境承载力的前提下，聚落新建应优先考虑区位条件优越，低坡度、低海拔的地区；坚持集中为主，分散为辅的布局原则，将存在地质安全隐患、基础设施落后、人口规模小、交通不便的聚落，向交通较为便利，水电条件较好的城镇周边、中心村等区域迁移，从而改善陕南秦巴山区人地关系，提高资源的利用率，促进生态安全和区域可持续发展。