劉 壯，李遠耀，張 為，譚建民，劉 月，付 圣

(1.中國地質(zhì)大學(武漢)地質(zhì)調(diào)查研究院， 湖北 武漢 430074；2.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北 武漢 430205;3.中國地質(zhì)大學(武漢)地球物理與空間信息學院，湖北 武漢 430074)

三峽庫區(qū)是我國典型的生態(tài)敏感區(qū)域，同時也是地質(zhì)災害最為發(fā)育的山地丘陵地區(qū)之一[1]。隨著三峽庫區(qū)移民新城的不斷發(fā)展，人地矛盾十分突出，因此對于庫區(qū)廣大新建或移民城鎮(zhèn)，亟待探索一套符合山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價的方法，為指導山區(qū)城鎮(zhèn)土地利用規(guī)劃提供科學依據(jù)。

國內(nèi)外許多學者圍繞城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價開展了大量的研究工作。如張東明等[2]以昆明市為例，重點研究了城市建設用地的影響因素、城市建設用地適宜性評價指標的選取和確定指標權重的方法；王海鷹等[3]以深圳市為例，利用德爾菲法確定了影響城市建設用地生態(tài)適宜性的自然、社會經(jīng)濟和生態(tài)安全等因素,并采用層次分析法計算了相關影響因子的權重，建立了一套城市建設用地生態(tài)適宜性評價模型體系和方法；薛松等[4]以蘭州榆中縣為例，引入潛力-阻力評價模型，開展了城市生態(tài)建設用地適宜性評價；南曉娜[5]以陜西省嵐皋縣為例，針對山地城市用地特征和要求，探討了山地城市建設用地適宜性評價指標體系、評價模型以及GIS技術支持下的分析評價方法。

綜上所述，針對城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價，前人的研究多側(cè)重于評價指標體系、評價模型、評價因子權重等方面，而針對山區(qū)城鎮(zhèn)評價單元劃分方法的研究則相對較少。鑒于此，本文以三峽庫區(qū)重慶市云陽縣雙江鎮(zhèn)為例，結合該山區(qū)城鎮(zhèn)地形地貌特征，首先采用改進的斜坡單元法——盆域山體陰影法的評價單元劃分方法對研究區(qū)建設用地適宜性進行評價，然后將改進的斜坡單元法的評價結果與傳統(tǒng)柵格單元法的評價結果進行對比分析，最后將兩種評價單元劃分方法所得到的研究區(qū)建設用地適宜性評價結果與實際建設用地土地利用現(xiàn)狀進行對比分析，驗證改進的斜坡單元法對山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價的合理性與適用性。

1 研究區(qū)概況

云陽縣位于重慶市東北部的長江兩岸，地處三峽庫區(qū)腹心地帶。研究區(qū)雙江鎮(zhèn)位于長江北岸，為云陽縣城所在地，規(guī)劃為三峽庫區(qū)重點規(guī)劃城市和區(qū)域交通樞紐，評價區(qū)面積約為74 km2，其地理位置見圖1。

圖1 重慶市云陽縣雙江鎮(zhèn)地理位置圖Fig.1 Geographical location map of Shuangjiang Town,Yunyang County,Chongqing

研究區(qū)屬亞熱帶季風氣候，常年氣候濕潤，多年平均年降雨量為1 436.5 mm。該區(qū)域嶺谷地貌明顯，以山地為主，呈現(xiàn)出“一山二嶺一槽”的總體地貌特征。

云陽縣地處四川盆地東部邊緣的丘陵向山地過渡帶，受華鎣山-方斗山弧形褶皺體系和大巴山斷褶皺帶控制，地質(zhì)構造以褶皺為主，斷裂規(guī)模很小。研究區(qū)地層主要包括第四系、侏羅系和三疊系，巖性以侏羅系的砂巖、泥巖等分布最為廣泛。境內(nèi)地表水系發(fā)育，長江、數(shù)十條支流及小型溪溝構成了復雜的地表徑流網(wǎng)絡。區(qū)內(nèi)地質(zhì)災害頻發(fā)，以滑坡和崩塌為主。

2 研究區(qū)建設用地適宜性評價過程

2.1 研究思路

本次對研究區(qū)建設用地進行適宜性評價的研究思路如下：首先，在收集整理云陽縣雙江鎮(zhèn)社會經(jīng)濟、地質(zhì)環(huán)境和自然生態(tài)等相關資料的基礎上，確定了研究區(qū)建設用地適宜性評價指標體系和評價模型；然后基于改進的斜坡單元法對研究區(qū)建設用地適宜性進行評價，并將改進的斜坡單元法的評價結果與傳統(tǒng)柵格單元法的評價結果進行了對比分析；最后結合研究區(qū)實際的土地利用現(xiàn)狀，對比驗證采用改進的斜坡單元法對山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價的合理性與適用性。具體的評價流程見圖2。

圖2 研究區(qū)建設用地適宜性評價的流程Fig.2 Process chart of the suitability evaluation for construction land in the study area

2.2 評價指標體系的構建

根據(jù)山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地的特點，科學、合理地構建評價指標體系是適宜性評價中的首要步驟。本文參考現(xiàn)行標準規(guī)范[6-7]，以因地制宜為先導原則，對標準規(guī)范中的評價指標進行了改進，以適用于山區(qū)城鎮(zhèn)的特殊性。通過資料分析整理和專家咨詢等方法，并結合云陽縣雙江鎮(zhèn)城鎮(zhèn)建設用地的特點，篩選出地質(zhì)地貌、自然生態(tài)和社會經(jīng)濟三大類評價指標。其中，二級評價指標包含地災易發(fā)性、地層巖性(工程地質(zhì)巖組)、地面坡度、地形起伏度、洪水淹沒程度、河流水系輻射、植被覆蓋率、土地利用現(xiàn)狀、距國道或省道距離(國省道緩沖距離)和距縣道或鄉(xiāng)道距離(縣鄉(xiāng)道緩沖距離)10個評價因子，詳見表1。本次參照《城鄉(xiāng)建設用地適宜性評價技術規(guī)程》[8]對各評價指標進行分級定量取值。

2.3 評價指標權重的確定

在山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價中，各評價指標權重的確定是關鍵問題之一[9]。本文采用層次分析法(AHP)[10]確定各評價指標因子的權重。AHP法通過人為判斷每個層級指標之間包含的隸屬關系，將復雜問題中的各種要素歸納為條理秩序明確的多個層級，并對每個層級的要素進行兩兩比較，根據(jù)各自的相對重要性得出各個評價指標的相對權重。該方法比較適合于具有分層交錯評價指標的目標系統(tǒng)，且目標值又難于定量描述的決策問題。

表1 山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價指標的分級定量標準Table 1 Classification quatitative criteria of suitability evaluation indexes of urban construction land in mountainous area

采用AHP法確定場地適宜性評價指標的權重主要包括以下6個步驟：①確定評價指標體系；②建立遞階層次結構模型；③構造出各層次中的所有判斷矩陣；④進行層次單排序及一致性檢驗；⑤進行層次總排序及一致性檢驗；⑥確定最底層各評價指標因子的權重。本文采用AHP法確定的各評價指標因子的權重，見表2。

2.4 評價模型的選取

目前常用的建設用地適宜性評價模型主要有模糊綜合評價模型、多因子綜合評價模型、多目標綜合評價模型、綜合指數(shù)評價模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型等。其中，操作性強、可考慮多因素綜合影響的多因子綜合疊加模型更適合受限因素復雜的山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價。因此，本次適宜性評價選取了多因子綜合疊加模型[11-12]。該模型的計算公式如下：

(1)

式中：S為某個評價單元的適宜性綜合得分值；wi為第i個評價因子的權重；Xi為某個評價單元第i個評價因子的得分值；n為評價因子的個數(shù)。

表2 山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價指標的權重分配Table 2 Weight distributionTable of basic indicators for suitability evaluation indexes construction land in mountainous towns

2.5 評價單元的劃分

評價單元是指特定區(qū)域建設用地評價中的最小制圖單元，評價單元劃分得恰當與否直接決定了評價結果的可靠性和實用性。常用的評價單元有6類：柵格單元、地貌單元、斜坡單元、唯一條件單元、地形單元、行政單元[13-17]。其中，在城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價中，多采用的是柵格單元法，其原理是用一定尺度的規(guī)則網(wǎng)格將研究區(qū)劃分為若干規(guī)整統(tǒng)一的評價單元。柵格單元法的劃分原理決定了其單元劃分過程中考慮的評價因素較為單一，且只是按照固定的柵格大小進行單元劃分，不能很好地考慮到山區(qū)地形的變化，同時在最終結果的表達上過于離散，可能會將基本的地形單元割裂開來，從而得出與實際地質(zhì)條件不相符的評價結果。

相比之下，斜坡單元法在地形表達上更具有優(yōu)勢，斜坡單元體現(xiàn)的是自然斜坡邊界的范圍，將評價區(qū)域看成由大小不一的斜坡單元組成，本質(zhì)上利用斜坡單元進行適宜性評價更加適用于山地丘陵地貌多樣、地形起伏度大、平地地段較少的區(qū)域。其中，采用斜坡單元作為評價單元，可以綜合體現(xiàn)地質(zhì)地貌等地質(zhì)環(huán)境條件與適宜性評價之間的緊密聯(lián)系和關聯(lián)作用[18-20]。

斜坡單元的劃分主要有兩種方法：水文分析法和曲率分水嶺法。其中，水文分析法劃分斜坡單元的精度與原始柵格的大小、集水面積閾值的設置有關，通過水文分析法劃分得到的斜坡單元需要進行大量的手動修改才能確保精度[21]；曲率分水嶺法提取斜坡單元的操作簡便，但劃分得到的斜坡單元數(shù)量較多，斜坡單元的面積過小，與地形的契合程度不如水文分析法[22]?；诖耍疚脑谒姆治龇ǖ幕A上，采用改進的斜坡單元法——盆域山體陰影法進行評價單元的劃分。

盆域山體陰影法劃分斜坡單元的基本步驟如下：①獲取整個評價區(qū)的山體陰影圖層，將高度角設置為90°、方位角設置為任意，得到后續(xù)分析所需的山體陰影圖；②以山體陰影圖為基礎提取流向，虛擬水流的方向由高值到低值依次指示著山脊、坡面、山谷；③計算盆域面，利用ArcGIS工具箱中的空間分析工具的水文分析下的盆域分析功能分析流向圖，即可得到盆域圖；④矢量化，將盆域柵格矢量化為面文件，即得到初步的斜坡單元，得到的初步斜坡單元通過軟件匹配坡度、坡向的標準差，完成初步篩選，篩選出成熟的斜坡單元，再經(jīng)過斜坡單元面合并、矢量面的融合直至滿足參數(shù)要求，最后得到斜坡單元成果，后期經(jīng)過少量的手動修改即可滿足要求。改進的斜坡單元法——盆域山體陰影法詳細的斜坡單元劃分流程見圖3。

圖3 改進的斜坡單元法——盆域山體陰影法劃分 斜坡單元的流程圖Fig.3 Flow chart of division evaluation units based on optimized slope unit method—basin area mountain shadow method

本文采用3種斜坡單元劃分方法，即改進的斜坡單元法——盆域山體陰影法、曲率分水嶺法、水文分析法對研究區(qū)的斜坡單元進行了劃分，得到的劃分結果見表3和圖4至圖6。

表3 3種斜坡單元劃分方法劃分結果Table 3 Division results of three slope unit methods

圖4 改進的斜坡單元法——盆域山體陰影法 斜坡單元的劃分圖Fig.4 Division of slope units by optimized slope unit method—basin area mountain shadow method

圖5 水文分析法斜坡單元的劃分圖 Fig.5 Division of slope units by hydrological analysis

圖6 曲率分水嶺法斜坡單元的劃分圖Fig.6 Division of slope units by curvature watershed method

由表3、圖4至圖6可見，采用3種方法劃分出的斜坡單元結果的差異性較大，其中水文分析法劃分出的斜坡單元會出現(xiàn)一系列長條狀面，得到的斜坡單元面積分布不均勻，不能反映實際的地形地貌；曲率分水嶺法劃分出的斜坡單元數(shù)量過多，部分斜坡單元的面積過小，未能考慮與地形、地質(zhì)界線之間的契合；盆域山體陰影法劃分出的斜坡單元數(shù)量和平均面積較為適中，不同斜坡單元面積分布符合實際的地形地貌。

3 研究區(qū)建設用地適宜性評價結果與分析

3.1 評價結果

由前述評價單元的設置可知，在采用柵格單元為基礎的評價因子的處理中，所有評價因子均以柵格的形式進行分級處理，而在采用斜坡單元為基礎的評價因子的處理中，評價因子采用斜坡單元進行分級處理。圖7至圖16為研究區(qū)地面坡度、地形起伏度、地災易發(fā)性、植被覆蓋率和適宜性評價分別采用改進的斜坡單元法和柵格單元法進行分級處理的結果。

由圖7至圖16可見，研究區(qū)共劃分1 508個斜坡單元，每一斜坡單元當中包含若干由柵格轉(zhuǎn)面而來的面積不同的基礎面構成的斜坡單元。利用ArcGIS中的柵格計算器工具，計算出初步的斜坡單元劃分結果后導出至Excel中，再計算出每一個斜坡單元的最終得分，最后根據(jù)斜坡單元最終得分的分布情況，將各評價單元劃分為4個等級：不適宜級、適宜性較差級、較適宜級、適宜級，進而得出最終的評價結果。

圖7 改進的斜坡單元法研究區(qū)地面坡度分級圖Fig.7 Gradation map of topographic gradient in study area based on optimized slope unit method

圖8 柵格單元法研究區(qū)地面坡度分級圖Fig.8 Gradation map of topographic gradient in study area based on grid unit method

圖9 改進的斜坡單元法研究區(qū)地形起伏度分級圖Fig.9 Topographic relief in study area based on optimized slope unit method

圖10 柵格單元法研究區(qū)地形起伏度分級圖Fig.10 Topographic relief grading diagram in study area based on grid unit method

圖11 改進的斜坡單元法研究區(qū)地災易發(fā)性分級圖Fig.11 Grading diagram of geological hazard susceptibility in study area based on optimized slope unit method

圖12 柵格單元法研究區(qū)地災易發(fā)性分級圖Fig.12 Grading diagram of geological hazard susceptibility in study area based on grid unit method

圖13 改進的斜坡單元法研究區(qū)植被覆蓋率分級圖Fig.13 Grading diagram of vegetation coverage in study area based on optimized slope unit method

圖14 柵格單元法研究區(qū)植被覆蓋率分級圖Fig.14 Grading diagram of vegetation coverage in study area based on grid unit method

圖15 改進的斜坡單元法研究區(qū)建設用地適宜性評價 分級圖Fig.15 Grading diagram of the suitability evaluation results for construction land in study area based on optimized slope unit method

圖16 柵格單元法研究區(qū)建設用地適宜性評價分級圖Fig.16 Grading diagram of the suitability evaluation results for constructuion land in study area based on grid unit method

3.2 評價結果分析與驗證

本文采用改進的斜坡單元法對研究區(qū)建設用地適宜性進行評價的結果顯示(見圖15)，研究區(qū)適宜建設區(qū)主要分布在雙江鎮(zhèn)大壩子、大埡口、龍泉堂、貴灣廣場、海峽小學、蜀光村、沙門市等地區(qū)；采用改進的斜坡單元法和柵格單元法兩種評價方法所得到的研究區(qū)建設用地適宜、較適宜建設區(qū)的分布較為一致。在實際建設用地中，所選場地只考慮適宜級和較適宜級兩類適宜性分區(qū)。不同評價方法的研究區(qū)建設用地適宜性評價結果，見表4。

表4 不同評價方法的研究區(qū)建設用地適宜性評價結果Table 4 Suitability evaluation results of different evaluation unit methods in the study area

由表4可知，兩種評價方法所得到的研究區(qū)建設用地適宜級和較適宜級的面積占比總和相差很小，初步驗證了改進的斜坡單元法評價結果的可靠性；同時，采用改進的斜坡單元法得到的研究區(qū)建設用地適宜性評價結果整體較好，評價得到的適宜區(qū)和較適宜區(qū)的總面積較大，適宜區(qū)面積占比大于柵格單元法適宜區(qū)面積占比，且適宜性等級的分布主要集中在適宜級和較適宜級，其面積所占的百分比達59.6%。

為了驗證研究區(qū)建設用地適宜性評價結果的合理性，本文將上述兩種評價方法得到的研究區(qū)適宜性評價結果與實際的建設用地情況進行了對比，即選取如圖17所示的兩個區(qū)域(①海峽小學、木魚包公園、貴灣廣場附近和②王家灣附近)與遙感影像圖進行了對比，經(jīng)過對比可知：改進的斜坡單元法所得到的評價結果顯示，貴灣廣場、海峽小學附近為適宜建設區(qū)，王家灣、濱江公園附近為較適宜建設區(qū)；柵格單元法所得到的評價結果顯示，貴灣廣場、海峽小學附近部分為較適宜建設區(qū)，部分為適宜性較差建設區(qū)，王家灣、濱江公園附近也同樣如此。將兩個區(qū)域所得的評價結果與實際遙感影像圖結合，發(fā)現(xiàn)木魚包公園未開展大規(guī)模的土地利用，在貴灣廣場和海峽小學、王家灣附近已經(jīng)開展了大量的建設，進一步驗證了采用改進的斜坡單元法的評價結果更加符合實際的建設用地利用現(xiàn)狀，體現(xiàn)該方法具有可靠性和適用性。

圖17 不同評價方法的研究區(qū)建設用地適宜性評價結果與遙感影像圖的對比Fig.17 Comparison between the suitability evaluation results for construction land of different evaluation methods and remote sensing images in the study area

4 結論與建議

本文引入斜坡單元作為評價單元用于山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價，對比分析了改進的斜坡單元法和柵格單元法兩種評價方法在山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價中評價結果的可靠度和精確度，得出如下結論：

(1) 基于改進斜坡單元法的研究區(qū)建設用地適宜性評價結果表明，建設用地適宜性分區(qū)成塊分布，具有類聚性，更加符合雙江鎮(zhèn)實際建設用地中土地利用的現(xiàn)狀，體現(xiàn)了其評價結果的合理性和適用性，同時該評價結果可以更好地服務于后期的城鎮(zhèn)土地利用規(guī)劃。

(2) 基于柵格單元法的研究區(qū)建設用地適宜性評價結果表明，建設用地適宜性分區(qū)具有離散性，評價結果的適用性和合理性在山區(qū)城鎮(zhèn)建設用地適宜性評價中有待提高，特別是在后期的建設規(guī)劃使用中，分區(qū)結果仍需要人為主觀調(diào)整。

(3) 城市建設用地適宜性等級高低是相對的，它不僅受當?shù)刈匀粭l件的限制，還取決于當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和現(xiàn)今工程技術水平，一定時期不適宜建設的用地，由于城市經(jīng)濟水平和工程技術水平的提高，可能會轉(zhuǎn)化為適宜建設的用地。因此，在今后的工作中應定期對城鎮(zhèn)建設用地適宜性進行評價，以促進城市生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟和社會的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。