李史干,周慧杰,朱 杰,吳燕婷,周 強(qiáng)
(1.廣西師范學(xué)院北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530001; 2.廣西師范學(xué)院廣西地表過程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530001; 3.廣西師范學(xué)院 地理與規(guī)劃學(xué)院,廣西 南寧 530001)
人居環(huán)境是人類在大自然中賴以生存的基地,是人類利用自然、改造自然的主要場(chǎng)所[1]?;谧匀簧鷳B(tài)與環(huán)境基礎(chǔ)、資源狀況和區(qū)位條件,遵循空間接近性、區(qū)域相似性和差異性原則,對(duì)人居環(huán)境進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià),劃分不同等級(jí)適宜性的空間,可為區(qū)域人口和產(chǎn)業(yè)布局指導(dǎo),以便緩解人類活動(dòng)與資源環(huán)境的空間矛盾。
目前,基于地形起伏度的人居環(huán)境適宜性的研究,在我國已有一定的研究基礎(chǔ),其研究的方法體系、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可供借鑒,但前人研究的區(qū)域主要集中在我國中部、東部以及西北部地區(qū),對(duì)西南濕熱巖溶地區(qū)的研究尚為空白[5~10]。
濕熱巖溶山區(qū)是指在濕熱季風(fēng)環(huán)境下形成的巖溶地貌地區(qū),呈地帶性和多帶性特征,在我國主要集中分布在西南巖溶區(qū)一帶[11]。
該區(qū)存在地上地下雙層巖溶空間結(jié)構(gòu)和山高水深、地形陡峻、土壤貧瘠等兩重性的特點(diǎn),在人為活動(dòng)的干擾影響下很容易導(dǎo)致生態(tài)退化,產(chǎn)生水土流失和石漠化等生態(tài)環(huán)境問題[12],嚴(yán)重地制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。
廣西紅水河流域?qū)俚湫偷臐駸釒r溶山區(qū),以該流域?yàn)槔诘匦纹鸱葘?duì)濕熱巖溶山區(qū)開展人居環(huán)境適宜性研究,為紅水河流域人口和產(chǎn)業(yè)合理布局提供理論支撐和決策參考,同時(shí)也可為濕熱巖溶山區(qū)人居環(huán)境適宜性研究提供可借鑒的方法。
廣西紅水河流域位于中北部,東經(jīng)106°14′~110°20′和北緯22°52′~25°27′之間,包括樂業(yè)、凌云、天峨、南丹、鳳山、巴馬、東蘭、金城江、大化、都安、馬山、忻城、柳江、上林、合山、賓陽、興賓、象州、武宣、桂平等20個(gè)縣(市、區(qū)),地處我國南亞熱帶向中亞熱帶過渡的中間地帶,主體屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤、半濕潤氣候區(qū),水熱條件豐富,年均溫度在16.9~21℃之間,年降水量在1244~1582 mm之間,地貌類型以巖溶山地為主(圖1)。
2015年廣西紅水河流域總?cè)丝?039.91萬人,占廣西總?cè)丝诘?8.78%;地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)1773.01億元,占廣西地區(qū)的10.74%;人均生產(chǎn)總值為17049.62元,人均產(chǎn)糧283.61 kg,屬于欠發(fā)達(dá)地區(qū)。
本研究涉及的數(shù)據(jù)主要有:廣西紅水河流域GDEMDEM 30M分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù),來源于地理空間數(shù)據(jù)云提?。?013~2015年廣西紅水河流域20縣(市、區(qū))統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)來源于廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)計(jì)局;廣西紅水河流域20個(gè)縣(市、區(qū))矢量邊界數(shù)據(jù)。
一般來說,地形起伏度是指地表一定范圍內(nèi)最大的相對(duì)高程差,它在一定程度上體現(xiàn)了該區(qū)域地勢(shì)的變化以及地表高低起伏的狀況,在一定程度上能夠反映區(qū)域的地貌類型。本研究在參考牛文元等人研究的基礎(chǔ)上[13~18],基于ARCGIS10.2軟件中空間分析功能,并運(yùn)用空間分析模塊中的窗口分析工具,采用式(1)計(jì)算廣西紅水河流域地形起伏度。
圖1 研究區(qū)地理區(qū)位示意
RDLS=ALT/1000+{[Max(H)-Min(H)×[1-P(A)/A]}/500
(1)
式(1)中:RDLS代表地形起伏度;ALT為某區(qū)域的平均海拔高程(m);Max(H)和Min(H)分別代表該區(qū)域內(nèi)的最高和最低海拔(m);P(A)為該區(qū)域內(nèi)的平地面積(km2);A則為該區(qū)域總面積(km2)[20]。
地形起伏度的提取主要是基于ARCGIS軟件中空間分析模塊,采用窗口分析法并利用柵格領(lǐng)域計(jì)算工具來實(shí)現(xiàn)。以整個(gè)廣西紅水河流域?yàn)檠芯繀^(qū),開辟研究柵格大小單元為90 m×90 m,實(shí)現(xiàn)操作單元逐個(gè)柵格區(qū)地形起伏度的提取。再提取地形起伏度之前,剔除DEM中的異常值,再分別計(jì)算式(1)中的各個(gè)地形因子。
3.3.1 海拔的提取
在柵格領(lǐng)域計(jì)算工具對(duì)話框中先后選擇該分析窗口內(nèi)高程的最大值Max(H)、平均值Mean(H)和最小值Min(H),則可以自動(dòng)生成3個(gè)新的數(shù)據(jù)層,即:Max(H),ALT和Min(H)數(shù)據(jù)層。然后再利用柵格計(jì)算器中進(jìn)行[Max(H)]-[Min(H)],即可得到最大高程和最小高程的差值數(shù)據(jù)層。
3.3.2 平地面積提取
本研究中將海拔高程最大值和最小值相差10 m的網(wǎng)絡(luò)單元定義為平地[21],并通過ARCGIS中3D分析模塊中的重分類工具對(duì)[Max(H)-Min(H)]進(jìn)行重分類,從而提取平地面積P(A)和區(qū)域總面積A。
3.3.3 地形起伏度的提取
利用ARCGIS中空間分析模塊中的柵格計(jì)算器工具,將上述提取到的ALT、[Max(H)-Min(H)]、P(A)、A等數(shù)據(jù)帶入到式(1)中進(jìn)行計(jì)算,實(shí)現(xiàn)地形起伏度的最終提取,得到圖2。
由圖2可知,廣西紅水河流域地形起伏度總特點(diǎn)是西北高,東南低,地勢(shì)由北到南傾斜的特點(diǎn)也很明顯。地形起伏度低值主要分布于廣西紅水河流域下游, 包括賓陽縣、興賓區(qū)、合山市、桂平市、武宣縣、象州縣、柳江區(qū);地形起伏度高值主要分布于廣西紅水河流域上游,包括樂業(yè)縣、凌云縣、天峨縣、南丹縣、鳳山縣、東蘭縣;從海拔高度來看,廣西紅水河流域地形起伏度隨著海拔高度的增加呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì),表現(xiàn)出很強(qiáng)的高度規(guī)律性。
根據(jù)廣西紅水河流域2013、2014、2015年人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),通過ARCGIS軟件將廣西紅水河流域人口密度數(shù)據(jù)層與地形起伏度疊加,得到地形起伏度和人口密度分布圖(圖3)。如圖3所示,從上游地區(qū)到下游地區(qū),人口密度依次遞增。下游地區(qū)桂平市、賓陽縣和合山市人口密度均超過300人/km2,這3個(gè)地區(qū)是人口高度密集區(qū),而緊靠周圍的柳江區(qū)、興賓區(qū)和武宣縣人口密度均達(dá)到200人/km2,屬于較高密集區(qū);中游地區(qū)上林縣、馬山縣和象州縣人口密度達(dá)到150人/km2,屬于中度密集區(qū),金城江區(qū)、大化縣、都安縣、忻城縣和巴馬縣人口密度大于100人/km2,屬于低度密集區(qū);上游地區(qū)鳳山縣、凌云縣、東蘭縣、南丹縣、樂業(yè)縣和天峨縣人口密度均小于100人/km2,人口分布較為稀疏,其中天峨縣人口密度小于50人/km2,人口分布最稀疏。
圖2廣西紅水河流域地形起伏度分級(jí)
圖3 地形起伏度與人口密度分布
根據(jù)廣西紅水河流域3年的人口數(shù)據(jù),處理后得到3年中廣西紅水河流域的平均人口密度數(shù)據(jù),再利用分區(qū)統(tǒng)計(jì)工具統(tǒng)計(jì)廣西紅水河流域20縣(市、區(qū))的平均地形起伏度數(shù)據(jù),最后在SPSS軟件的支持下,對(duì)地形起伏度與人口密度進(jìn)行回歸分析,獲取地形起伏度與人口密度的關(guān)系曲線圖(圖4)。
圖4表明,廣西紅水河流域各縣(市、區(qū))平均人口密度與平均地形起伏度之間的關(guān)聯(lián)較大,廣西紅水河流域人口大多分布在平均RDLA<0.8區(qū)域,而且平均人口與平均地形起伏度之間存在一定的反比關(guān)系。進(jìn)一步散點(diǎn)圖進(jìn)行曲線擬合,分別選中線性、對(duì)數(shù)、二次項(xiàng)、冪和指數(shù)分布模型,得到各模型參數(shù)值(表1)。
圖4 地形起伏度與人口密度回歸曲線估計(jì)
方程模型匯總參數(shù)估計(jì)值R方Fdf1df2Sig.常數(shù)b1b2線性.66235.182118.000301.843-275.919對(duì)數(shù).72948.496118.00050.655-131.603二次.73523.548217.000395.407-733.220416.599冪.80574.264118.00069.120-.830指數(shù).79569.613118.000349.717-1.816
注:因變量為人口密度,自變量為平均地形起伏度
表1表明,在5種曲線擬合模型中,冪曲線模型能最好地模擬廣西紅水河流域各縣(市、區(qū))平均人口密度與地形起伏度之間的相關(guān)關(guān)系,其中R2為0.805,Sig值小于0.01,也就說廣西紅水河流域各縣(市、區(qū))的平均人口密度與平均地形起伏度在0.01的置信水平上極顯著相關(guān),當(dāng)平均地形起伏度不斷增大時(shí),平均人口密度隨之不斷減小。由此可見,廣西紅水河流域地形起伏度對(duì)人口分布有著較為顯著的影響,研究區(qū)人口集中分布于低起伏地區(qū),這與全國地形起伏度與人口分布的情況基本一致[22]。
結(jié)合以上分析,在此基礎(chǔ)上參考前人研究[23,24],根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況,將廣西紅水河流域不同地區(qū)人居環(huán)境的地形適宜程度劃分為不適宜、臨界適宜、一般適宜、中度適宜和高度適宜5類。①不適宜地區(qū),地形起伏度大于1.5,平均海拔在800 m以上,主要分布于廣西紅水河流域上游的樂業(yè)和凌云縣;②臨界適宜地區(qū),地形起伏度在1.0~1.5,平均海拔在500~800 m的地區(qū),主要分布于廣西紅水河流域上游的天峨、南丹、東蘭、鳳山和巴馬縣;③一般適宜地區(qū),地形起伏度在0.5~1.0,平均海拔300~500 m的地區(qū),主要分布于廣西紅水河流域中游地區(qū),包括忻城、馬山、都安、大化、金城江區(qū)和上林縣;④中度適宜地區(qū),地形起伏度在0.25~0.50,平均海拔高度150~250 m的地區(qū),主要分布在廣西紅水河流域下游地區(qū),包括象州、武宣、柳江、合山和賓陽縣;⑤高度適宜地區(qū),地形起伏度在0~0.25,平均海拔低于150 m,主要分布于廣西紅水河流域下游地區(qū)的興賓區(qū)和桂平市。
在分析了廣西紅水河人居環(huán)境地形適宜性空間分布規(guī)律的基礎(chǔ)上,將評(píng)價(jià)結(jié)果與廣西紅水河流域柵格平均人口密度數(shù)據(jù)進(jìn)行了疊置分析。結(jié)果表明,地形條件是影響人口分布的重要因數(shù)之一,全流域人口明顯集中分布于地形適宜度較高的地區(qū),表2與圖5為廣西紅水河流域人居環(huán)境地形適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果。
表2 廣西紅水河流域人居地形適宜性評(píng)價(jià)
圖5 廣西和紅水河流域人居環(huán)境地形適宜性評(píng)價(jià)
地形作為自然環(huán)境要素之一,影響著區(qū)域人口分布?;趶V西紅水河流域GDEMDEM 30M分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù),利用ARCGIS軟件,采用窗口分析等方法,利用領(lǐng)域分析,提取廣西紅水河流域柵格尺度范圍內(nèi)的地形起伏度,系統(tǒng)分析了廣西紅水河流域地形起伏度的分布規(guī)律及其人口分布的相關(guān)性。較好地刻畫了廣西紅水河流域人居環(huán)境的地形起伏差異和人口分布差異,可以較好的為廣西洪水河流域引導(dǎo)人口合理分布提供借鑒參考,同時(shí)也可為濕熱巖溶山區(qū)人居環(huán)境適宜性研究提供可借鑒的方法。然而人居環(huán)境是有多個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)組成,地形適宜性只是其適宜性評(píng)價(jià)的一個(gè)方面。因此,廣西紅水河流域人居環(huán)境的定量評(píng)價(jià)還有很多的課題有待深入研究。
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