鄒寶裕 ，羅明良,茍嬌嬌

(1.西華師范大學 國土資源學院,四川 南充 637009；2.中國科學院 水利部水土保持研究所,陜西 楊陵 712100)

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地形起伏度與行政區(qū)劃相關(guān)性初探
——以四川省為例

鄒寶裕1，羅明良1,茍嬌嬌2

(1.西華師范大學 國土資源學院,四川 南充 637009；2.中國科學院 水利部水土保持研究所,陜西 楊陵 712100)

以ASTER GDEM為數(shù)據(jù)源，運用GIS空間分析法提取四川地形起伏度(RDLS)，并采用相關(guān)性分析方法，定量計算了各市州地形起伏度值與行政區(qū)劃面積相關(guān)性。研究結(jié)果表明，四川省地形起伏度呈從西向東、從盆周向成都平原降低的空間格局；四川省各市州行政區(qū)劃調(diào)整時空分布格局變化明顯，調(diào)整模式多樣；各市州地形起伏度與行政面積在0.01相關(guān)性水平下呈顯著正相關(guān)，即隨著地形起伏度的增大，行政區(qū)劃面積相應增大。研究展示了四川省行政區(qū)劃變更歷史及現(xiàn)狀，定量說明了其與自然要素-地形起伏度的相互關(guān)系，可為相關(guān)部門進行區(qū)域性資源配置提供參考。

GIS；地形起伏度；行政面積；四川省

0 引 言

地形起伏度研究起源于1948年蘇聯(lián)科學院地理研究所提出的切割深度[1]。目前國內(nèi)外相關(guān)研究將地形起伏度作為劃分地貌類型和地圖編制的一項指標[2]。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，運用ArcGIS軟件加載DEM數(shù)據(jù)提取地形起伏度逐漸盛行[3,4]，由于研究領(lǐng)域及應用方向的不同，地形起伏度提取的有效性與實用性成為其研究的關(guān)鍵。從研究進展來看，地形起伏度被廣泛應用于區(qū)域資源與環(huán)境的定量評價之中[5-8]，人口分布研究亦成為一大熱點[9]，如封志明等探討了中國地形起伏度與人口分布的相關(guān)性[10]。關(guān)于行政區(qū)劃的研究，相關(guān)學者在不同領(lǐng)域都提出了不同見解，指出行政區(qū)劃是一項涉及面廣，周期長的工作[11-16]。劉君德認為行政區(qū)劃是國家對行政區(qū)域的劃分, 是國家權(quán)力的空間或者地域的分割和配置體系的主要方面[17,18]。國家行政區(qū)劃體制同樣需要改革以適應經(jīng)濟社會健康發(fā)展，科學合理的政區(qū)模式與結(jié)構(gòu)體系有利于穩(wěn)定、發(fā)展與治理。反之,不合理的政區(qū)體制對地方政治生態(tài)、經(jīng)濟社會發(fā)展乃至城市區(qū)域的管制帶來不利影響[18,19]。

從目前的研究進展來看，地形起伏度及其應用領(lǐng)域多集中在資源開發(fā)和環(huán)境評價方面，定量分析自然要素與行政區(qū)劃的相關(guān)性還不多見,如地形起伏度與行政區(qū)劃相關(guān)性研究涉足甚少。為了探尋其相關(guān)性及關(guān)聯(lián)程度，本文基于GIS方法提取了四川省各市州地形起伏度，將其與各市州行政區(qū)劃面積進行相關(guān)性擬合，結(jié)果顯示二者在0.01水平下呈顯著正相關(guān)，定量說明了兩者之間的相互關(guān)系。研究結(jié)果可為相關(guān)部門進行區(qū)域性資源配置提供一定的參考。

1 樣區(qū)及數(shù)據(jù)

1.1 樣區(qū)介紹

四川省同重慶市、貴州省、云南省、西藏自治區(qū)、青海省、甘肅省和陜西省七省、市、區(qū)相鄰，介于東經(jīng)97°21′—108°33′及北緯26°03′—34°19′之間。四川省主體為四川盆地，西部為川西高原，中部為成都平原，東部為丘陵區(qū)。四川地勢特征總體上呈西高東低的態(tài)勢，河流大多由北向南注入長江，主要河流有大渡河、雅礱江、岷江、嘉陵江等。

四川省行政區(qū)劃目前由18個地級市和3個少數(shù)民族自治區(qū)構(gòu)成，即成都市、達州市、巴中市、廣安市、南充市、遂寧市、廣元市、綿陽市、德陽市、資陽市、內(nèi)江市、自貢市、眉山市、樂山市、宜賓市、瀘州市、雅安市、攀枝花市、阿壩藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州及涼山彝族自治州。四川省轄區(qū)面積48.6×104km2，如圖1。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文實驗及相關(guān)數(shù)據(jù)來自ASTER GDEM和2014年四川省統(tǒng)計年鑒。2009年7月2日日本經(jīng)貿(mào)及工業(yè)部和美國航天航空管理局共同發(fā)布ASTER GDEM，相比SRTM DEM的90m空間分辨率，其30m的空間分辨率，在小尺度范圍內(nèi)提取地形特征，有一定的優(yōu)勢。Alberts等積圓錐投影為本文數(shù)據(jù)投影方式。各市州及四川省行政地圖通過矢量化獲取，矢量原圖來自成都地圖出版社出版的四川省地圖集。

2 地形起伏度求取過程

地形起伏度，是指單位面積內(nèi)海拔最高點與最低點之差[20]，可用以反映地表的切割程度和起伏狀況。參照前人提取地形起伏度的方法及過程，本文提取地形起伏度采用如下公式：

(1)

公式中：RDLS代表地形起伏度；Max(H)為區(qū)域內(nèi)海拔最高程，Min(H)為區(qū)域內(nèi)海拔最低程；A為區(qū)域總面積；P(A)為區(qū)域內(nèi)的平地面積。

由公式(1)及借助ArcGIS 軟件中的空間分析(Spatial Analyst)模塊, 運用鄰域分析(Neighborhood)中的柵格計算器(Raster Calculator)和Zonal模塊提取四川各市州地形起伏度，實驗過程如下：

①首先在ArcMap中加載經(jīng)校正過后的四川DEM數(shù)據(jù)，運用空間分析(Spatial Analyst)工具求取DEM高程最大值和最小值，運用柵格計算器(Raster Calculator)將差值計算出來，并生成對應數(shù)據(jù)層，到此成功提取四川省初級地形起伏度，如圖2。

②接下來是對研究樣區(qū)平地的提取，本文以坡度小于或等于5度的地區(qū)判定為平地。坡度提取運用slope工具，提取后對其結(jié)果進行重分類，對坡度大于5度的區(qū)域定義為非平地，并將其設(shè)置為空值，小于或等于5度的區(qū)域定義為平地并賦值為1，運用求和函數(shù)SUM得到新的數(shù)據(jù)層P(A)。

③當所有要素準備好之后，將其帶入公式(1)，利用Zonal Statistics工具求取四川各市州地形起伏度值RDLS，其結(jié)果如表1。

3 地形起伏度與行政區(qū)劃面積相關(guān)性分析

3.1 地形起伏度空間分布格局

四川省地形起伏度空間分布格局總體呈現(xiàn)兩種態(tài)勢：其一為，地形起伏度西部高、東部低，呈現(xiàn)由西向東降低的空間格局；其二為，地形起伏度呈現(xiàn)由環(huán)盆周向成都平原降低的空間格局。

四川盆地西部為川西高原，山高谷深，奠定了其高起伏的特征，四川中東部主要為平原及丘陵，地勢起伏不大，受其影響，地形起伏度較低，表現(xiàn)出地形起伏度由西向東降低的空間格局；四川盆地四周被山區(qū)環(huán)繞，如北部的秦巴山脈，東部的川東平行嶺谷區(qū)，南部的云貴高原，西部的青藏高原，而盆地內(nèi)部海拔相對較低，因此呈現(xiàn)出地形起伏度由環(huán)盆周向成都平原降低的空間格局。

3.2 行政區(qū)劃調(diào)整概況

自改革開放以來，四川省行政區(qū)劃調(diào)整頻繁，尤以地級行政區(qū)數(shù)量和面積的調(diào)整為特色。截至目前，四川省共轄18個地級市，3個少數(shù)民族自治州，共21個地級行政單位。

四川省地級行政管理層級經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已達到21個，同1978年相比,數(shù)量明顯增多,1978年底，四川共有成都、重慶、自貢、渡口四個省轄市，類似于目前的地級市，但其管轄面積相對較小[21]；1983年，國家開始試行“市管縣”體制，地級市開始大規(guī)模設(shè)置，并相應擴大其管轄范圍，四川在1983—1985年間新設(shè)的地級市有瀘州、德陽、廣元、遂寧、樂山、內(nèi)江、綿陽等；撤地設(shè)市政策于90年代后在四川展開，包括達川地區(qū)和南充地區(qū)調(diào)整為達州市和南充市，在其基礎(chǔ)上，新設(shè)廣安市與巴中市。同一時期，眉山與資陽也分別從樂山與內(nèi)江分出，單獨成為地級市。調(diào)整過程見圖3及表1。

圖3顯示，四川行政區(qū)劃版圖總的趨勢是行政單位數(shù)量增多、行政面積減小和行政體制層級更加明確。當前,行政管理層級呈現(xiàn)為：地級市(自治州)—縣(區(qū)、自治縣)—鎮(zhèn)(鄉(xiāng))三級，層級明確，有助于社會管理和經(jīng)濟發(fā)展。

3.3 行政面積空間分布格局

通過統(tǒng)計和分析四川省地級行政區(qū)面積，得出行政區(qū)面積大小呈現(xiàn)不均勻性的同時具有一定規(guī)律性，不均勻體現(xiàn)在各地級行政區(qū)面積大小不一，規(guī)律性則表現(xiàn)為各行政區(qū)面積以成都平原區(qū)為中心向盆周增大的趨勢,尤以向川西高原方向增大明顯。

四川省國土面積48.6×104km2，21個地級行政區(qū)面積見表1。川西高原的涼山彝族自治州、阿壩藏族羌族自治州，面積分別達60 294km2、83 016km2，甘孜藏族自治州甚至高達149 599km2。成都平原區(qū)的地級行政區(qū)面積則相對較小，如遂寧市、資陽市、自貢市面積分別為5 323 km2、7 960 km2、4 381km2。通過行政區(qū)面積大小對比，得出各行政區(qū)面積相差懸殊，呈現(xiàn)不均勻性。

表1 四川行政區(qū)劃概況

注：設(shè)置時間以地級市設(shè)立時間為準。

在說明各行政區(qū)面積大小的基礎(chǔ)上，進一步分析行政區(qū)面積。成都平原區(qū)的德陽、遂寧、資陽、自貢、內(nèi)江、眉山面積均在8 000 km2以下。盆周區(qū)東部的達州、巴中、廣元、瀘州、宜賓面積則均在10 000 km2以上，盆周區(qū)西部的甘孜、阿壩、涼山行政區(qū)面積均超過60 000 km2。面積分布展現(xiàn)出低值區(qū)集中于盆地中的平原地區(qū)，高值區(qū)分布于盆周地區(qū)，呈現(xiàn)一定規(guī)律性，即以成都平原為中心向盆周增大的趨勢,向西增大明顯。

3.4 相關(guān)性定量分析

通過上文提取的各市州RDLS值與各市州行政區(qū)面積進行相關(guān)性擬合，結(jié)果如圖4a。相關(guān)性擬合結(jié)果顯示兩者擬合系數(shù)R2=0.5402。隨著RDLS值的增大，各市州行政區(qū)面積呈顯著增大的趨勢。如成都平原及其附近地區(qū)的遂寧、資陽、內(nèi)江、自貢，其RDLS值均低于0.2，其行政面積也均低于8 000km2；而川西高原的甘孜州、阿壩州及涼山州RDLS值均高于0.8，同樣，其行政區(qū)劃面積也均大于60 000km2。首次試驗中，出現(xiàn)了偏離點攀枝花市和雅安市，其異常情況在很大程度上影響了相關(guān)性擬合水平，因此進行了第二次相關(guān)性擬合實驗。

圖4b展示了第二次相關(guān)性擬合實驗結(jié)果，本次實驗剔除了異常值攀枝花和雅安，相關(guān)性系數(shù)R2高達0.8034，說明了各市州地形起伏度與行政區(qū)劃面積良好的相關(guān)性水平。關(guān)于攀枝花與雅安的異常情況，從其現(xiàn)實情況加以說明，兩市都位于高原地區(qū)或高原邊緣過渡地帶，地勢起伏大、海拔高，相應RDLS值均較大，分別為0.76與0.97，接近甘孜、阿壩的RDLS值，而行政面積遠不及它們，故在實驗中呈現(xiàn)偏離狀態(tài)。實驗表明地形起伏度對行政區(qū)劃面積有較大影響。

4 結(jié)論與討論

本文基于四川省DEM原始數(shù)據(jù)，運用ArcGIS軟件空間分析工具中的鄰域分析提取了四川省各市州的地形起伏度，基于地形起伏度空間分布規(guī)律，探討了地形起伏度與行政區(qū)劃面積相關(guān)性,分析結(jié)果得出：

四川省地形起伏度呈西高東低，環(huán)盆周高、成都平原低的空間格局，展示了階梯過渡區(qū)的特點。地形起伏度高值區(qū)位于川西高原區(qū)及川北大巴山區(qū)，尤其以青藏高原向四川盆地的過渡區(qū)域典型，并以此向東逐漸降低。低值區(qū)主要分布在成都平原及其以東的川中、川東丘陵區(qū)。四川省行政區(qū)劃調(diào)整時空變化明顯,自1949年以來,行政區(qū)劃調(diào)整以地級市數(shù)量增多,行政管理面積減小為特點。

運用各地市州地形起伏度與行政區(qū)劃面積進行相關(guān)性擬合，兩者的對數(shù)曲線擬合系數(shù)R2高達0.8034，在0.01水平下呈顯著性正相關(guān)。即隨著地形起伏度增大，各地市州行政面積相應增大，說明地形起伏度對行政區(qū)劃面積有顯著影響。通過提取各市州地形起伏度與探討其與行政面積相關(guān)性，得出其相互關(guān)系式：y=0.2305 ln(x)-1.7772。該式初步反映了地形起伏度與行政區(qū)劃面積的相互關(guān)系，對相關(guān)性區(qū)劃工作有一定的參考意義。當然，本研究只以四川省為例進行了相關(guān)性研究，而對于其它省區(qū)或更大區(qū)域是否有類似規(guī)律，值得探討和后續(xù)研究。

[1] A·N·斯皮里頓諾夫.地貌制圖學[M].北京:地質(zhì)出版社,1956.

[2] 王 紅,王 均.國家基本地理單元數(shù)據(jù)集的初步研究[J].測繪科學,2004,29(3):22-25+5.

[3] 湯國安,楊瑋瑩,楊 昕,等.對DEM地形定量因子挖掘中若干問題的探討[J].測繪科學,2003,28(1):28-32+1.

[4] 涂漢明,劉振東.中國地勢起伏度最佳統(tǒng)計單元的求證[J].湖北大學學報(自然科學版),1990,12(3):266-271.

[5] PACHAURI A K,GUPTA P V,CHANDER R.Landslide zoning in a part of the Garhwal Himalayas[J].Environmental Geology,1998,36(3):25-33.

[6] 馬曉微,楊勤科.基于GIS的中國潛在水土流失評價指標研究[J].水土保持通報,2001,21(2):41-44.

[7] 徐 燕,周華榮.初論我國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價研究進展[J].干旱區(qū)地理,2003,26(2):166-172.

[8] 齊清文,何大明,鄒秀萍,等.云南沿邊境地帶生態(tài)環(huán)境3S監(jiān)測、評價與調(diào)控研究[J].地理科學進展,2005,24(2):11-12+131.

[9] 周自翔,李 晶,任志遠.基于GIS的關(guān)中——天水經(jīng)濟區(qū)地形起伏度與人口分布研究[J].地理科學,2012,32(8):951-957.

[10] 封志明,唐 焰,楊艷昭,等.中國地形起伏度及其與人口分布的相關(guān)性[J].地理學報,2007,62(10):1073-1082.

[11] 楊 宇,董 雯,劉 毅.多元視角下的新疆行政區(qū)劃調(diào)整思考[J].地理學報,2013,68(10):1367-1379.

[12] 劉君德.新時期中國城市型政區(qū)改革的思路[J].中國行政管理,2003,(7):48-54.

[13] 劉君德,舒 慶.論行政區(qū)劃、行政管理體制與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略[J].經(jīng)濟地理,1993,13(1):1-5+42.

[14] 顧朝林,王 穎,邵 園,等.基于功能區(qū)的行政區(qū)劃調(diào)整研究——以紹興城市群為例[J].地理學報,2015,70(8):1187-1201.

[15] 姚士謀,陸大道,王 聰,等.中國城鎮(zhèn)化需要綜合性的科學思維——探索適應中國國情的城鎮(zhèn)化方式[J].地理研究,2011,30(11):1947-1955.

[16] 朱建華,陳 田,王開泳,等.改革開放以來中國行政區(qū)劃格局演變與驅(qū)動力分析[J].地理研究,2015,34(2):247-258.

[17] 劉君德,馮春萍,華林甫.中外行政區(qū)劃比較研究[M].上海:華東師范大學出版社,2002.

[18] 劉君德.學習貫徹十六屆五中全會精神推進我國行政區(qū)劃體制改革健康發(fā)展[J].經(jīng)濟地理,2006,26(1):3-5+10.

[19] 王如淵,李翠華,張學輝,等.四川省FDI區(qū)位選擇的特征與機理[J].地理研究,2008,27(2):385-396.

[20] 劉愛利,湯國安.中國地貌基本形態(tài)DEM的自動劃分研究[J].地球信息科學,2006,(4):8-14+5.

[21] 趙爾陽.淺析改革開放以來四川省行政區(qū)劃的變遷[J].西南農(nóng)業(yè)大學學報(社會科學版),2013,11(12):50-53.

The Relationship between Terrain Relief and Administrative Area——A Case Study of Sichuan Province

ZOU Baoyu1,LUO Mingliang1,GOU Jiaojiao2

(1.School of Land and Resources,China West Normal University,Nanchong Sichuan 637009,China;2.Institute of Soiland Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources,Yangling Shanxi 712100,China)

In this paper,the ASTER GDEM data was used as the main data source to investigate the relationship between terrain relief and administrative area.The terrain relief was extracted at prefecture-level in Sichuan province based on GIS,and then a quantitative relationship was probed between terrain relief and administrative area.The results showed that the terrain relief decreased either from west to east,or from the edge of Sichuan Basin to the center of that.During the past time many adjustments have made according to different mode,which resulted in the variation both in temporal and spatial of prefecture-level division in Sichuan province.The terrain relief is positively in correlation with administrative area at prefecture-level with a significance level value of 0.01. It implies if terrain relief is bigger,then the administrative area will be bigger too.In other words,the division adjustment at prefecture-level of Sichuan province was reviewed,and quantitative interpretation has been investigated between terrain relief and administrative area.All that may be useful to related department when dealing with regional resource allocation and similar work.

GIS;terrain relief;administrative area;Sichuan province

1673-5072(2016)03-0327-06

2015-11-27 基金項目：國家自然科學基金項目(41101348);西華師范大學基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助項目(15C002) 作者簡介：鄒寶裕(1989—),男,四川達州人，碩士研究生,主要從事GIS及水土保持研究。 通訊作者：羅明良(1978—),男,河南信陽人,教授，主要從事GIS開發(fā)及應用研究。E-mail:lolean586@163.com

P942

A

10.16246/j.issn.1673-5072.2016.03.017