村域尺度下基于arcgis技術(shù)的農(nóng)村居民點布局優(yōu)化研究基于ArcGIS的農(nóng)村居民點選址研究以重慶市石柱縣冷水鎮(zhèn)八龍村為例

村域尺度下基于arcgis技術(shù)的農(nóng)村居民點布局優(yōu)化研究基于ArcGIS的農(nóng)村居民點選址研究以重慶市石柱縣冷水鎮(zhèn)八龍村為例

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和土地利用管理的細化，目前的全國和省級土地規(guī)劃體系（市、區(qū)）不能滿足土地利用管理的基本要求，其缺點逐漸體現(xiàn)在對鄉(xiāng)村地區(qū)的規(guī)劃上。對農(nóng)村地區(qū)，土地規(guī)劃不能滿足社會主義新農(nóng)村建設(shè)和城鄉(xiāng)發(fā)展的要求。因此，更多的村莊土地利用規(guī)劃引起了人們的關(guān)注。目前，對村莊土地利用規(guī)劃的研究主要集中在村莊土地利用規(guī)劃的理論基礎(chǔ)和方法上。農(nóng)村居民點規(guī)劃選址是土地利用規(guī)劃中的一個重要環(huán)節(jié),通過土地利用規(guī)劃實踐,目前國內(nèi)外關(guān)于農(nóng)村居民點選址優(yōu)化的相關(guān)研究已有了較為成熟的探索,國外學(xué)者［９－１１］從自然角度到社會經(jīng)濟因素角度對居民點選址進行了較為深入的探討,表明農(nóng)村居民點選址是一項系統(tǒng)工程;近年來,我國學(xué)者也加深了該領(lǐng)域的研究,如劉曉清［１２］、朱雪欣［１３］、劉明浩［１４］等人根據(jù)影響農(nóng)村居民點現(xiàn)狀分布因素,分別對黃土高原區(qū)、廣州清遠地區(qū)和重慶山區(qū)的農(nóng)村居民點進行了優(yōu)化研究,并依此提出居民點的發(fā)展類型或優(yōu)化布局的原則;楊立［１５］等人運用空間相互理論,基于層次聚類分析法對曲周縣的農(nóng)村居民點用地的空間結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化分析,進而確立農(nóng)村居民點用地調(diào)控方向;姜廣輝［１６］等人對北京市平谷區(qū)農(nóng)村居民點用地進行了空間結(jié)構(gòu)調(diào)整的研究,強調(diào)農(nóng)村居民點的空間結(jié)構(gòu)調(diào)整應(yīng)堅持分類整治的原則;吳得文［１７］等人基于影響因子基礎(chǔ)上采用運用層次分析法對村鎮(zhèn)住宅類型區(qū)進行適宜性劃分,取得了良好實際運用效果;潘娟［１８］等人基于空間分析技術(shù)對潼南縣八角村的居民點選址進行了初步探討.綜合目前的研究現(xiàn)狀,可以發(fā)現(xiàn)目前農(nóng)村居民點選址優(yōu)化的基本研究區(qū)域仍以縣(區(qū))和鎮(zhèn)(鄉(xiāng))級為主,以村域為研究尺度的居民點選址優(yōu)化研究仍然欠缺和深入.現(xiàn)實中,鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃中對于農(nóng)村居民點的規(guī)劃較為宏觀,易與現(xiàn)實情況脫節(jié),缺乏可操作性.因此,以我國農(nóng)村土地管理最基層社會組織的行政村為單元進行的農(nóng)村居民點規(guī)劃選址具有重要意義,其將在改善村莊風(fēng)貌與居住環(huán)境、合理配置村域農(nóng)村土地資源、優(yōu)化農(nóng)村居民點布局、提高農(nóng)村土地節(jié)約集約利用水平、促進農(nóng)村社會經(jīng)濟健康發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)等方面發(fā)揮積極作用.1研究概念和數(shù)據(jù)1.1山地氣候條件八龍村位于重慶市石柱縣冷水鎮(zhèn)的東北部,地處重慶市與湖北省交界處,北與石柱縣楓木鎮(zhèn)相連,東與湖北省利川市相鄰,南連石柱縣冷水鎮(zhèn),西連石柱縣黃水鎮(zhèn).八龍村對外交通較為便利,緊鄰滬蓉高速公路(圖1);其地形主要為兩山夾一槽的長槽地形,境內(nèi)海拔在1150~1895m之間,屬于典型的山地區(qū)域;氣候系亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),春季升溫快,夏初多陰雨,夏末秋初多伏旱,秋季多綿雨低溫,冬季多霜雪;雨量充沛,年平均降水量在1370mm左右,其中夏秋季節(jié)的雨量占全年總降雨量的85%;八龍村幅員面積1846.02hm２,轄雙坪、鳳凰、小康、雙壩、碓窩壩等5個社,2010年末,八龍村有農(nóng)戶392戶,總?cè)丝?258人,勞動力945人.2010年,八龍村農(nóng)民人均年純收入4936元,高于同期石柱縣農(nóng)民人均年純收入(4765元),但低于重慶市農(nóng)民人均年純收入(5277元).八龍村以第一產(chǎn)業(yè)為主,主要種植經(jīng)濟作物莼菜和黃連,2010年莼菜種植約86hm２,黃連種植約123.31hm２,逐漸形成了“山上種藥、林下養(yǎng)殖、水中莼菜”的“立體特色生態(tài)農(nóng)業(yè)”體系.同時,優(yōu)越的氣候條件,也為八龍村提供了豐富的旅游資源,其正在打造以莼菜觀光園,夏季避暑為特色的都市人群休閑旅游,第三產(chǎn)業(yè)正得到加速發(fā)展.1.2居民點選址方案確定按照社會主義新農(nóng)村建設(shè)的總體要求,結(jié)合研究區(qū)域的自然經(jīng)濟狀況,本研究認為,八龍村居民點規(guī)劃選址應(yīng)滿足集中布局、不占用耕地、方便生產(chǎn)與生活、避開不易建設(shè)區(qū)及盡量利用現(xiàn)有居民點用地的原則.全文的研究思路為:在系統(tǒng)分析八龍村居民點現(xiàn)狀布局基礎(chǔ)上,根據(jù)人口與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢,預(yù)測未來農(nóng)村人口,確定農(nóng)村居民點用地規(guī)模,分析居民點選址影響因素,最終確定居民點選址方案.全文研究技術(shù)路線見圖2.1.3土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫本文所采用數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù),空間數(shù)據(jù)來源于2010年10月石柱縣冷水鎮(zhèn)八龍村1∶2000實測土地利用現(xiàn)狀圖(CAD圖件)和本輪石柱縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)(shapefile格式),屬性數(shù)據(jù)來源于八龍村2010年土地利用現(xiàn)狀臺賬、當(dāng)?shù)剞r(nóng)經(jīng)報表、實地調(diào)研數(shù)據(jù)以及《石柱縣統(tǒng)計年鑒(2001—2010年)》.針對土地利用現(xiàn)狀CAD圖件,通過ArcGIS轉(zhuǎn)換工具,得到矢量格式數(shù)據(jù),基于ArcGIS平臺,對地類圖斑賦以相關(guān)地類名稱,獲取八龍村土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù),通過空間分析中featuretoraster工具,得到土地利用現(xiàn)狀柵格數(shù)據(jù);將八龍村等高線CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到ArcGIS平臺,在Arcmap平臺上對其進行屬性賦值,等高距為2m,利用ArcGIS軟件中3D分析模塊生成TIN,由TIN轉(zhuǎn)換生成八龍村DEM數(shù)據(jù).考慮到分析精度,文中涉及的柵格大小統(tǒng)一設(shè)置為10m×10m.2社區(qū)景觀分散度冷水鎮(zhèn)八龍村轄5個村民小組,現(xiàn)狀農(nóng)村居民點主要分布于村域東部狹長地帶和村域南部平壩區(qū)域.根據(jù)2010年八龍村1∶2000實測土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù),其建設(shè)用地21.61hm２,人均建設(shè)用地面積為171.80m２/人,明顯高于國家《鎮(zhèn)規(guī)劃標準》(GB50188-2007)規(guī)定的人均建設(shè)用地最高級別Ⅳ級(120.1~140m２)的標準;其中農(nóng)村居民點用地面積為15.87hm２,人均農(nóng)村居民點面積為126.97m２/人,遠高于《重慶市村規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則(2009年試行)》規(guī)定的集中居住的村民住宅建筑面積標準(65m２/人)和其它散居村民的住宅建筑面積標準(60m２/人).為更好描述八龍村居民點分布特征,本研究引用景觀生態(tài)學(xué)中常用描述某種景觀斑塊分布狀況的定量指標景觀分散度Fｉ［１９］分析其分布特征:依據(jù)0°~6°為平地、6°~15°為緩坡、15°~25°為中坡、大于25°為陡坡的原則,對研究區(qū)坡度進行劃分,結(jié)合八龍村臺賬數(shù)據(jù)中《坡度級別表》可知,八龍村農(nóng)村居民點分布在15°以下的僅有6.49hm２,僅占農(nóng)村居民點用地的40.63%;八龍村境內(nèi)主要有3條公路,即橫穿村南部通往黃水國家森林公園的旅游公路,以及2條貫穿八龍村中部的南北走向和東西走向的鄉(xiāng)村主干道,以此3條干道為基準,按照距公路0~200m,201~400m,401~600m,>600m的劃分標準基于ArcGIS軟件進行緩沖分析、疊加分析和統(tǒng)計分析,得到八龍村居民點距主要公路直線距離200m范圍內(nèi)的居民點斑塊個數(shù)138個,面積為11.21hm２,占居民點斑塊總數(shù)和總面積的70.05%和70.64%;另外,在針對八龍村農(nóng)戶關(guān)于宅基地復(fù)墾意愿的實地調(diào)研中,發(fā)現(xiàn)村內(nèi)部分農(nóng)戶已從山坡上搬遷至公路兩旁或外遷,造成原有房屋閑置進而廢棄,以及仍居住于山坡之上的農(nóng)戶迫于交通不便、房屋破損等原因,迫切希望搬遷至公路兩旁,調(diào)研數(shù)據(jù)表明,全村閑置廢棄及意愿復(fù)墾的農(nóng)村居民點用地面積為2.11hm２,占現(xiàn)狀居民點的13.30%,涉及斑塊數(shù)達37個.通過對八龍村農(nóng)村居民點現(xiàn)狀分析,發(fā)現(xiàn)其居民點布局主要存在以下問題:①人均農(nóng)村居民點用地比重高,節(jié)約集約化程度低;②全村居民點布局分散,分散度達到19.00,多呈點狀分布,進而造成單個居民點規(guī)模較小;③居民點多位于坡度較陡區(qū)域;④部分農(nóng)村居民點閑置、廢棄,造成土地資源嚴重浪費.3居住區(qū)的規(guī)劃和空間規(guī)劃3.1農(nóng)村居民點面積z農(nóng)村居民點用地作為農(nóng)村建設(shè)用地的重要組成部分,合理確定其規(guī)模,有利于實現(xiàn)農(nóng)村土地的節(jié)約集約利用,提高土地利用率,推動資源節(jié)約型社會建設(shè),將極大推動農(nóng)村居民點整理工作的開展,為新增耕地確立方向和數(shù)量［２０］,并為新農(nóng)村建設(shè)提供土地資源保障.通過指標概算法,依據(jù)人均用地定額指標(J)計算居民點用地面積:式中:Z為規(guī)劃農(nóng)村居民點面積;N為規(guī)劃人口數(shù);J為人均用地定額;按照《重慶市村規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則(2009年試行)》規(guī)定主城九區(qū)外的其他區(qū)縣范圍內(nèi)規(guī)劃集中居住的村民住宅建筑面積的標準,人均用地定額為65m２.依據(jù)石柱縣近十年的人口數(shù)據(jù),得到全縣人口綜合增長率為6.78‰.2010年末八龍村人口為1258人,通過平均增長法計算得到規(guī)劃期末2020年八龍村總?cè)丝陬A(yù)計達到1346人.利用公式(2)計算得到八龍村規(guī)劃期末農(nóng)村居民點面積達到8.75hm２.隨著重慶市鼓勵農(nóng)民工返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)政策的實施,八龍村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級,旅游業(yè)的大力發(fā)展,多數(shù)村民不會外出務(wù)工,轉(zhuǎn)戶退地可能性較小,必然促使村內(nèi)常住人口的機械增長,從而居民點用地也伴隨增加.因此,在人均定額計算模式下,增加一定機動性指標,預(yù)測期末居民點用地面積將達到10hm２.根據(jù)各社農(nóng)村居民點現(xiàn)狀及各社發(fā)展定位,預(yù)計2020年碓窩壩社居民點用地達到1.89hm２,雙壩社達到1.47hm２,小康社達到1.87hm２,鳳凰社達到3.35hm２,雙坪社達到1.42hm２.3.2居民點選址優(yōu)化影響農(nóng)村居民點選址因素很多,主要受到地形地貌、交通、水文、耕作半徑、發(fā)展歷史、農(nóng)戶意愿、社會經(jīng)濟、政策等自然和人文因素的影響［２１］.不同區(qū)域農(nóng)村居民點其規(guī)模、布局是這些因素綜合作用的結(jié)果.準確全面提取村域居民點選址影響因素,能使居民點位置選取和優(yōu)化方案更加合理.根據(jù)對八龍村自然條件的剖析以及實地調(diào)研情況,八龍村地處山區(qū)地帶,地形地貌條件較為復(fù)雜,滑坡區(qū)域分布較多,因此,坡度及地質(zhì)災(zāi)害是影響八龍村居民點選址分布的主要自然因素.目前八龍村以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主,同時,其正積極加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級,著力發(fā)展旅游業(yè)與生態(tài)農(nóng)業(yè),推動村域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),因此區(qū)域耕作條件、交通要素、現(xiàn)狀用地狀況、產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向及工程建設(shè)等要素是影響八龍村居民點優(yōu)化選址的主要社會經(jīng)濟因素.在對影響農(nóng)村居民點選址因素處理過程中,其中定量選取坡度、交通和耕作距離影響下的適宜區(qū)域,并采取“一票否決制”扣除地質(zhì)災(zāi)害和工程建設(shè)等不宜建設(shè)區(qū)域;在此基礎(chǔ)上,根據(jù)村域現(xiàn)狀用地狀況和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,進行定性分析,確定“規(guī)劃農(nóng)村居民點適宜區(qū)域”.3.2.1坡度等級劃分根據(jù)實際生產(chǎn)生活經(jīng)驗,其中平地與緩坡更適宜于居住及農(nóng)業(yè)耕種,修建交通等基礎(chǔ)設(shè)施成本更低,更方便于農(nóng)民生產(chǎn)生活.結(jié)合現(xiàn)狀,規(guī)劃居民點應(yīng)分布于坡度為0°~15°地帶.利用處理過的八龍村DEM數(shù)據(jù),在Arcmap平臺下,運用空間分析模塊下的表面分析工具surfaceanalysis,計算其坡度,按照劃定的坡度等級對坡度數(shù)據(jù)進行重分類,按照不同等級賦以不同的權(quán)重,認為0°~6°最易建房,其權(quán)重值設(shè)置為10,6°~10°設(shè)置為8,10°~15°設(shè)置為6,>15°設(shè)置為“nodata”,得到賦值后的八龍村坡度等級圖(圖3).3.2.2地形地貌因素交通因素是影響居民點選址布局的重要因素,交通通達度直接影響村民的出行與生產(chǎn)生活.根據(jù)八龍村現(xiàn)狀居民點與主要公路關(guān)系的特征分析,結(jié)合其地形情況,為使規(guī)劃居民點控制在距主干公路400m范圍以內(nèi),按距3條主干道距離每隔一百米一個等級,共劃分4個等級.即:0~100m為第一等級,權(quán)重為10;101~200m為第二等級,權(quán)重為8;201~300m為第三等級,權(quán)重為6;301~400m為第四等級,權(quán)重為4;>400m的區(qū)域則排除在適選區(qū)域.按照此標準,對3條主干道按等間距100m做緩沖區(qū)分析,得到八龍村距主干道交通等級圖(圖4).3.2.3農(nóng)戶可接受的耕作半徑耕作距離是滿足農(nóng)民居住宜居性的一個重要因素,根據(jù)潘娟等人［２２］對重慶山地農(nóng)村地區(qū)關(guān)于農(nóng)村居民點宜居性的調(diào)查研究,農(nóng)戶可接受的耕作半徑平均值為613m,為保證規(guī)劃居民點與耕地距離符合農(nóng)戶可接受半徑,因此,以耕地為中心,作緩沖區(qū)分析,向外延伸劃分4個等級:0~150m為第一等級,權(quán)重為10;151~300m為第二等級,權(quán)重為8;301~450m為第三等級,權(quán)重為6;451~613m為第四等級,權(quán)重為4.得到耕作半徑等級圖(圖5).3.2.4滑坡主要分布在村域結(jié)合八龍村實際情況,村內(nèi)不易建設(shè)區(qū)主要包括灘涂、滑坡區(qū)域和規(guī)劃水庫建設(shè)區(qū)域.灘涂主要分布于碓窩壩社南部;滑坡區(qū)域主要分布在村南部旅游公路西端入村沿路地帶、鳳凰社西北地帶以及雙壩社中部地帶;規(guī)劃水庫建設(shè)即曹家溝水庫位于雙坪社曹家溝(圖6).根據(jù)實地情況對灘涂、滑坡區(qū)域和曹家溝水庫及淹沒地帶進行扣除.3.2.5居民點分區(qū)布局根據(jù)八龍村現(xiàn)狀用地情況和冷水鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,八龍村將重點推動莼菜種植基地(村內(nèi)大部分耕地)、黃連種植基地(村內(nèi)部分園地)和土家風(fēng)情街(位于村東南角,村內(nèi)主干道與旅游路交匯處)的建設(shè),以升級產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),拉動村域經(jīng)濟,促進八龍村旅游業(yè)的發(fā)展.因此,規(guī)劃居民點禁止占用現(xiàn)狀耕地資源、黃連種植園地、獨立建設(shè)用地、農(nóng)村道路和農(nóng)田水利用地,同時鳳凰社和雙坪社規(guī)劃居民點應(yīng)趨近于土家風(fēng)情街.另外,為了減少整理、搬遷工程量,避免資源浪費,在滿足其他因素的前提下,盡可能選取現(xiàn)有的居民點加以改造或擴建.通過定性分析,認為八龍村農(nóng)村居民點規(guī)劃選址區(qū)域應(yīng)集中分布于土家風(fēng)情街、莼菜種植基地和現(xiàn)有居民聚集區(qū)域.3.3基于arcgis平臺的農(nóng)村居民點選址優(yōu)化由于村域范圍內(nèi)影響居民點布局因素相對較少,為了選取最佳布局區(qū)域,對坡度、交通和耕作半徑因素進行等權(quán)重求和,定量選取權(quán)值最大的兩級區(qū)域,在此基礎(chǔ)上扣除滑坡區(qū)、工程建設(shè)區(qū)、部分園地(黃連)、其他獨立建設(shè)用地和農(nóng)村道路及農(nóng)田水利用地等,定性選取靠近民族風(fēng)情街和現(xiàn)有居民點聚居區(qū)域.基于農(nóng)村居民點適宜區(qū)域,結(jié)合各社規(guī)劃年間預(yù)測,設(shè)定所需農(nóng)村居民點用地規(guī)模以及當(dāng)?shù)卣睾透綄儆玫乜傔M深約為20m的標準,在ArcGIS平臺下,對適宜區(qū)域進行圖形處理,得到八龍村農(nóng)村居民點選址優(yōu)化方案(圖6).基于ArcGIS對圖形進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,規(guī)劃選址后農(nóng)村居民點的相關(guān)景觀參數(shù)及通過部分居民點復(fù)墾后各社新增耕地數(shù)量見表2.由圖6、表2可知,優(yōu)化選址后農(nóng)村居民點主要分布于主干道兩側(cè)200m范圍之內(nèi),坡度在0°~15°之內(nèi),呈帶狀、團狀分布,最大耕作半徑在600m以內(nèi);規(guī)劃后全村農(nóng)村居民點距離指數(shù)為0.039,分散度下降到7.72;現(xiàn)狀居民點的197個斑塊,經(jīng)重新規(guī)劃選址后,歸并為11個斑塊;按照規(guī)劃居民點的聚集程度統(tǒng)計,居民點個數(shù)下降到8個,其中利用現(xiàn)有居民點面積達4.65hm２;通過對部分農(nóng)村居民點整理復(fù)墾,按“宜農(nóng)則農(nóng)”原則,全村可新增耕地2.65hm２.3.4農(nóng)村居民點用地結(jié)合本輪石柱縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃,比較鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃與村級規(guī)劃下八龍村居民點布局的差異,發(fā)現(xiàn)《石柱縣冷水鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》在全鎮(zhèn)總體土地利用方向和指標控制下,理論上到2020年八龍村農(nóng)村居民點全部位于鳳凰社與雙坪社交界處,總面積11.95hm２,人均農(nóng)村居民點用地面積88.78m２,相比村級規(guī)劃多23.78m２;另外,鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用總體規(guī)劃中僅利用2處現(xiàn)有居民點,共0.5hm２,其余11.45hm２用地需占用其他地類,其中占用3.3hm２耕地;同時其他3個村農(nóng)村居民點用地已全部退出,但是根據(jù)冷水鎮(zhèn)八龍村社會經(jīng)濟發(fā)展趨勢和耕地分布狀況,八龍村其他3個社應(yīng)保留一定規(guī)模的居民點用地,才更符合當(dāng)?shù)貙嶋H情況;通過ArcGIS空間距離分析,鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃下農(nóng)村居民點的最大耕作半徑超過4000m,遠超出農(nóng)戶可接受的耕作半徑.4村域尺度下土地利用規(guī)劃的多維度影響.本研究基于ArcGIS平臺,通過選址優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)八龍村農(nóng)村居民點分散度大幅度減小,布局趨于集中,集聚性增強;村域耕地資源得到有效保護,為加快生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了保障;農(nóng)村居民點選址優(yōu)化后,均位于地勢平坦,地質(zhì)條件優(yōu)良地帶,其交通