基于熵权法的宅基地空间布局适宜性评价及优化策略研究——以鲹鱼河镇为例

王世忠,张利红,邵贵平,王晓庆,袁建明,黄程璐

(1.浙江财经大学公共管理学院,浙江杭州 310018;2.华东勘测设计研究院,浙江杭州 311122;3.浙江商业职业技术学院,浙江杭州 310053)

农村居民点是农业生产者居住和进行生产活动场所,农村居民点的形成和发展往往受到经济、社会、文化因素的影响,从而形成一定的集聚规律[1-2]。在新型城镇化、乡村振兴、乡村结构转型的背景下,农村居民点的空间布局优化问题日益成为国内学术界重点关注的话题[3-4]。国外学者对农村居民点用地布局优化的研究起源较早,且多集中于居民点选址的影响因素及其布局理论研究[5]。比如: Lewis等[6]、Vermeer等[7]、Knapp等[8]从经济和政府行为角度研究农村居民点的分布特征。Robinson[9]、Tiwrsen等[10]根据居民点选址的综合因素提出了居民点布局优化的相关理论;Hill[11]研究村落选址与地形、光照、海拔等地理因素的关系。国内学者,比如:谢作轮等[12]通过综合黄土丘陵沟壑区农村居民点的影响力、居住场势等评价结果对农村居民点布局进行了空间重构;陈伟强等[13]提出了一种基于迭代评价法的农村居民点优化布局方法,通过对农村居民点的适宜性评价和迭代评价,结合Voronoi图对农村居民点的类型进行了划分,并根据不同的农村居民点类别,提出了相应的优化布局方案;叶艳妹等[14]采用加权集覆盖模型,并在选址方案制定时着重强调自然村的服务半径,对集聚发展型农居点数量及位置进行了选择;李卫民等[15]采用引力模型和加权Voronoi图的结合来划分农村居民点类型,对西安市相桥街道农村居民点进行优化布局。农村居民点的形成过程是综合了经济、社会、自然资源禀赋、历史、文化传统等各种复杂因素综合作用的结果,而综观国内外已有的有关居民点优化布局的研究文献可知,现有的农村居民点布局适宜性评价的方法比较单一,且没有考虑到农村居民点布局适宜性评价是个动态变化过程,因此,难以完全满足我国农村宅基地空间优化布局相关实践发展的需要,值得更进一步深入研究。

1 农村宅基地布局适宜性评价及优化策略的理论解析

农村宅基地的空间布局是否适宜,应该从宅基地的使用者农民自身的角度出发,来进行适宜性评价,而随着经济社会的快速发展,中国农民自身的角色在不停地变换,已经先后从自给自足的专职农民、半工半农的兼业农民和城市化农民逐步转换。随着农民角色的变换,农民自身对宅基地选址的要求也发生了很大的变化。

1.1 自给自足的专职农民时代改革开放之前,特别是经济社会发展水平落后的广大农村地区,农民“面朝黄土背朝天”,农业是农民最主要的收入来源,农村地区经济社会发展普遍比较落后,农村经济以自给自足的小农经济为主,农村和外界的物资交换很少,而种植业本身又是农地密集型产业,因此,耕作半径是当时农村宅基地选址的最主要考虑因素,经济社会发展越落后的地区,这种情况越明显。

1.3 城市化农民时代在中国某些经济社会高度发达的农村地区,农地已经大规模的集中流转,由专业农业公司或者种粮大户,通过农业机械化规模化种植,农民已经完全脱离了农地,非农收入已经成为农民的最主要收入来源。农民普遍进城买房,在城镇地区生活和工作,小汽车家家户户已经基本普及,农村住宅已经成为农民的第二住所,主要承担的是节假日和退休后的休闲度假及养老功能,农民在宅基地选址的时候,主要关心的是交通区位、医疗配套、生态区位等因素。

按照现行的法律,农村宅基地仅仅限于农村本集体经济组织内部符合规定的成员,按照法律法规规定标准享受使用,用于建造自己居住房屋,而占有、利用本集体所有的土地,不可将其出卖、转让、抵押。由此可见,现有的宅基地法律制度安排,是比较适合自给自足的专职农民时代的一种制度安排,是改革开放前特殊的农村经济社会发展的产物,已经完全不符合改革开放后,经济社会快速发展,城镇化快速推进背景下,农民对宅基地选址的要求,必然导致宅基地的分散、细碎化布局,导致大量的空心村的产生,既增加了政府对农村基础设施的配套成本,也不利于农村集体建设用地集约节约利用水平的提高。因此,在国家进行新一轮的空间规划编制的背景下,根据广大农村不同的经济社会发展阶段,必须从多视角对农村宅基地的空间布局进行适宜性评价,建立乡镇一级的农村宅基地标准地价体系,至少在乡镇一级内部突破现有的宅基地政策的限制,通过建立市场机制,补交宅基地的土地级差价格,鼓励农民把宅基地从不适宜区往适宜区集聚,优化广大农村的宅基地空间布局,提高农村宅基地的集约节约利用水平。

2 研究方法

2.1 基于熵权法的宅基地布局适宜性评价模型

2.1.1宅基地布局适宜性评价指标体系的构建。当今我国大量农民特别是年轻农民,已经从兼业农民转化为产业工人,越来越多的农村人进入城镇工作和生活,农民对农地的依赖度越来越低,农民对宅基地空间布局的关注度已经从原先的耕作半径往宅基地空间布局的交通区位、经济区位和生态区位等方面转变,因此,该研究从生态保护、交通区位、经济区位、空间热点、空间密度、气候、坡度、地质灾害、污染9个方面构建宅基地布局适宜性的评价指标体系。

(1)生态保护。结合新一轮的空间规划,根据“三调图斑”和“三生”功能分区成果,可知生态保护极重要区、生态保护重要区和生态保护一般区。宅基地处于生态保护极重要区,适宜性得分为1;宅基地处于生态保护重要区,适宜性得分为2;宅基地处于一般区,适宜性得分为3。

(2)交通区位。对交通干道(不包括高速公路和铁路)分别作500和1 500 m的缓冲区,结合空间叠加技术,把交通干道500 m缓冲区内作为交通便捷区,把交通干道500～1 500 m缓冲区内作为交通一般区,把剩下的地区作为交通不便捷区。宅基地处于交通不便捷区,适宜性得分为1;宅基地处于交通一般区,适宜性得分为2;宅基地处于交通便捷区,适宜性得分为3。

(3)经济区位。以城镇为中心,分别做2和5 km的缓冲区,结合空间叠加技术,把农村宅基地接受城镇的经济辐射能力分为3个梯次,2 km以内为第一梯次,2～5 km为第二梯次,5 km以外为第三梯次。宅基地处于第三梯次,适宜性得分为1;宅基地处于第二梯次,适宜性得分为2;宅基地处于第一梯次,适宜性得分为3。

MHD方程组的求解难点在于：① 方程组含有非线性项。② MHD方程组是多方程耦合的方程组，导致方程组的计算量偏大。针对这两个难题，本文基于区域分解技术和两步有限元方法提出并行两步有限元方法，并利用数值算例体现它的高效性。

(4)空间热点。空间热点分析,即局部聚类检验(Getis-Ord Gi*),可以用来分析农村居民点规模在局部地区是否存在明显的高值集聚特征和低值集聚特征,即各个农村居民点单元的空间集聚模式,其具体原理如下:通过计算某个农村居民点要素及其给定距离范围内相邻农村居民点要素的局部总和,将计算结果与该区域范围内所有要素的总和进行比较,用于分析该农村居民点要素的属性值在局部空间水平上的集聚程度,其结果可以体现出农村居民点规模的空间分异情况,即在局部地区是否存在“冷点”区和“热点”区[16-17]。其数学模型如下:

(5)空间密度。宅基地核密度估计分析是一种通过移动的窗口(1 km2)估计宅基地在其周围领域中密度的非参数估计方法。该方法能直观表现宅基地的分布规律,有效测度宅基地聚落空间分布的位置与强度关系,宅基地核密度值的高低代表宅基地聚落在空间分布上的聚集程度,采用自然断点法,把宅基地空间分布密度分为3个区,即高密度区、一般密度区和低密度区。宅基地处于低密度区,适宜性得分为1;宅基地处于一般密度区,适宜性得分为2;宅基地处于高密度区,适宜性得分为3。

(6)气候(高程)。气候评价使用温湿指数来表征舒适度。可根据气象站点数据,分别计算各站点的12 个月的多年平均的月均温度和月均空气相对湿度;通过空间插值(温度差值需结合海拔校正,具体方法与积温差值部分相同)得到格网尺度的月均温度和月均空气相对湿度,最终得到相应的温湿指数和相应的舒适度等级。宅基地处于7等或者8等(很舒适区),适宜性得分为3;宅基地处于6等或者9等(舒适区),适宜性得分为2;宅基地处于其他等级(一般区),适宜性得分为1。

(7)坡度。按照林地的坡度分级标准,坡度等级可分为7级,0°～5°为平坡(1级),6°～15°为缓坡(2级),16°～25°为斜坡(3级),26°～35°为陡坡(4级),36°～40°为急陡坡(5级),41°～45°为急坡(6级),46°以上为险坡(7级)。当宅基地处于0°～15°坡度(即1级和2级,平坡和缓坡),适宜性评价得分为3分;当宅基地处于16°～25°坡度(即3级,斜坡),适宜性评价得分为2分;当宅基地处于大于26°坡度(即4级,陡坡;5级,急陡坡;6级,急坡;7级,险坡)的时候,适宜性评价得分为1。

(8)地质灾害。地质灾害危险性是指城镇建设及人类生存居住受到地震、地质灾害等影响的大小和可能性。其中,地震由活动断裂分布与规模表征,通过活动断层距离及地震动峰值加速度综合反映;地质灾害易发性主要通过崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降等地质灾害的易发程度和强度综合反映。根据各乡镇地质灾害易发性分区,可划分为3个等级,即地质灾害危险区、地质灾害中危险区和地质灾害低危险区。宅基地处于地质灾害高危险区,适宜性得分为1;宅基地处于地质灾害中危险区,适宜性得分为2;宅基地处于地质灾害低危险区,适宜性得分为3。

(9)污染。整理区域内及周边地区土壤污染状况详细调查等成果,进行各点位主要污染物含量分析,通过空间插值得到土壤污染物含量分布图层,依据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018),根据各乡镇土壤重金属(镉、汞、铅、砷、铬)含量,可将土壤环境容量划分为重金属污染防控重点区、一般区域2个等级。宅基地处于重金属污染防控重点区,适宜性得分为1;宅基地处于重金属污染防控一般区,适宜性得分为2;宅基地处于重金属防控无影响区,适宜性得分为3。

2.1.2基于熵权法的权重确定。

(1)熵权法介绍。熵权法的基本思路是根据指标变异性的大小来确定客观权重。一般来说,若某个指标的信息熵越小,表明指标值变异的程度越大,提供的信息量越多,在综合评价中所能起到的作用也越大,其权重也就越大。相反,某个指标的信息熵越大,表明指标值变异程度越小,提供的信息量也越小,在综合评价中所起到的作用也越小,其权重也就越小。

(2)熵权法赋权步骤。第一步,数据标准化。将各个指标的数据进行标准化处理。假设给定了k个指标x1,x2,…,xk,其中:xi={x1,x2,…,xn}。假设对各个指标数据标准化的值为Y1,Y2,…,Yk,那么:

第二步,求各指标的信息熵。根据信息论中信息熵的定义,一组数据的信息熵:

第三步,确定各指标权重。根据信息熵的计算公式,计算出各个指标的信息熵为:E1,E2,…,Ek。通过信息熵计算各指标的权重:

2.1.3宅基地适宜性综合评价结果。宅基地布局的综合适宜性评价得分:

其中:si是各指标的单向得分;wi是由熵权法确定的各指标权重。

3 研究尺度选择和研究区域概况

3.1 研究尺度选择参考国内外已有的有关居民点优化布局的研究文献可知[2,6,14-17],有相当多的研究文献的研究尺度都是定在乡镇(街道)一级,而根据已有的农村居民点优化布局的实践经验也表明,村一级内部的居民点优化布局,相对而言,整体上意义有限,而跨越乡镇(街道)一级的农村居民点优化布局,由于涉及各方利益调整过于复杂,优化布局调整难度相对较大,而乡镇一级内部的农村居民点布局优化调整,实施难度相对较低,实施的可行性较大,实施的效果较好,绩效较高。考虑到研究的精度和研究的实际利用价值,该研究的尺度选为乡镇(街道)一级。

3.2 研究区域概况鲹鱼河镇位于四川省会东县,于2015年8月成立,是会东县的县城。会东县属于西南山区,地处云贵高原边缘地带,“一山有四季”,崇山峻岭,层峦叠嶂,地质灾害频发,但辖区内矿产资源、光热资源、水能资源开发潜力巨大,具有“攀西聚宝盆”“川滇明珠”之美誉。随着经济社会的快速发展和城镇化的迅速推进,鲹鱼河镇农民对农地的依赖度越来越低,农民已经从原来的专职农民转为兼业农民和城镇常住居民,原来分散化、破碎化布局的农村宅基地布局,已经越来越适应不了时代发展的需要,因此,以会东县新一轮空间规划编制为契机,很有必要重新审视鲹鱼河镇的农村宅基地空间布局并进行逐步的优化配置。鲹鱼河镇在会东县的区位图以及鲹鱼河镇的宅基地布局分布见图1。

图1 鲹鱼河镇的区位和宅基地的空间布局Fig.1 Spatial layout of homestead of Trevally River Town

4 鲹鱼河镇宅基地空间布局的适宜性多视角评价

4.1 现状宅基地布局评价(耕作半径视角)对鲹鱼河镇宅基地作500 m的缓冲区,结合空间叠加技术,可得图2。鲹鱼河镇有耕地和园地共103.989 1 km2,其中耕地(旱地和水田)100.003 7 km2,园地3.985 4 km2,而宅基地500 m的缓冲区内有耕地和园地共96.846 6 km2,其中耕地93.0674 km2,园地3.779 2 km2。也就是说,鲹鱼河镇93.13%的耕地和园地,其中93.06%的耕地,94.83%的园地,在鲹鱼河镇宅基地500 m的缓冲区内。由此可见,鲹鱼河镇的耕地和园地93%以上都在500 m的耕作半径以内,鲹鱼河镇的宅基地布局基本上是围绕着种植业耕作的便捷性而展开的。

由此可见,从耕作半径视角,从耕作的便捷性这个角度,目前鲹鱼河镇的农村宅基地布局已经比较优化。但由此带来的问题是:宅基地布局过于分散,政府农村基础设施配套成本高昂,农民生活和出行的便利性深受影响,农村建设用地集约节约利用水平太低,难以适应鲹鱼河镇农民从专职农民时代转为兼业农民时代发展的需要。

4.2 基于熵权法的宅基地布局适宜性评价模型的评价

4.2.1宅基地适宜性评价模型的指标权重确定。根据信息熵和权重的公式计算得到影响宅基地布局适宜性评价的各个因子的信息熵和权重,具体见表1。

4.2.2模型综合评价结果。根据表1综合适宜性评价得分计算公式和由熵权法确定的权重,可得各宗宅基地布局的综合适宜性评价得分值(1.178 5～2.778 3),其中:满分为3分,综合得分最低为1.178 5分,最高为2.778 3分。按照自然断点法,把宅基地布局的适宜性程度分为3类,分别为高适宜区、一般适宜区和低适宜区,具体见图3。由图3可知:处于低适宜区的宅基地面积为2 012 294 m2,占宅基地总面积的28.76%,处于高适宜区的宅基地面积为2 645 752 m2,占宅基地总面积的37.81%,处于一般适宜区的宅基地面积为2 339 105 m2,占宅基地总面积的33.43%。

图3 鲹鱼河镇宅基地布局的适宜性综合评价结果Fig.3 Comprehensive evaluation result for suitability of the layout of the residential land in Trevally River Town

5 宅基地空间布局的优化策略

打破现有的乡镇一级内部的宅基地政策体系,构建鲹鱼河镇农村宅基地基准地价体系,通过补交土地地价级差的方式,鼓励农民逐步把宅基地从低适宜区和一般适宜区向高适宜区转移,从而提高鲹鱼河镇农村宅基地的集聚度,降低政府对农村基础设施的配套成本,提高农村建设用地的集约节约利用水平。

具体实施方案由图3可知:椿河村、马头山村、官村村、普发村、安乐村、青杠村等的宅基地都处于低适宜区,可以考虑合并到其他村域;笔落村、民主村、秧发村、水塘子村、朱家坟村、南山村、撒者邑村、长新村等的宅基地绝大部分都位于低适宜区,一小部分位于一般适宜区,可以考虑在合并到其他村域的同时,进行村内部的整理挖潜,进行村内部的宅基地优化布局;滴水岩村、葡萄村、王家坟村、白拉度村、小河村、长鱼村等的宅基地全部或者绝大部分处于一般适宜区,可以考虑在接收其他村庄宅基地合并进来的同时,进行村内的整理挖潜,进一步提高村内部的宅基地优化布局;新云村、老街村、杉松村、团结村、胜利村、鱼山村、顺河村、垭口村、各可村、热水塘村、新洪村、小岔河村、车拉河村等全部或者绝大部分宅基地分布在高适宜性区域,可以考虑在接受其他宅基地合并进来的同时,积极向现有宅基地布局的高适宜区靠拢,以进一步优化村内宅基地布局。