基于GIS技術的城市土地利用適宜性評價研究

張博航

（西南林業大學生態與環境學院 云南昆明 650224）

土地利用適宜性評價最早可追溯到20世紀初，其起源于美國景觀設計師進行的基于土地評價的景觀設計實踐［1］。1976年，聯合國糧農組織（FAO）制定并頒布了《土地評價綱要》，提出從適宜性角度對土地進行定級，為土地利用規劃服務。隨后，世界各國參照這一綱要建立了各自的土地評價體系，廣泛開展土地適宜性評價［2-4］。

目前，土地利用適宜性評價技術方法主要有模糊數學概念模型、神經網絡模型及物元分析法等［5-7］。盡管目前土地利用適宜性評價研究取得了豐富成果，但仍未形成統一和公認的評價方法?；诖?，本文旨在探索構建基于GIS技術的土地利用適宜性評價的模型與方法，并以湖北省崇陽縣為實證研究對象，以期為深化土地利用適宜性評價技術方法研究提供參考和借鑒。

1 評價模型和方法

根據城市“人—地”復合系統理論，城市土地利用適宜性評價需要從“人”和“地”兩個方面進行，其中，“人”的方面主要包括經濟社會子系統及其評價因子，“地”的方面主要包括生態子系統及其評價因子。城市土地利用適宜性等級決定于其自然生態因子和經濟社會因子的多元耦合，可以看作是自然生態適宜性等級和經濟社會適宜性等級的和，即有：

式中，S是土地利用適宜性等級，Sn是生態適宜性等級，Ses是經濟社會適宜性等級。經濟社會適宜性等級Ses可利用線性加權和法進行計算，而生態適宜性等級Sn可以看作是生態敏感性等級的反方向結果，即空間單元的生態敏感性越高，則其開發的適宜性就越低，因此，可以利用生態敏感性評價結果而得到自然生態的適宜性等級值，公式如下：

式中：Sn是自然生態適宜性等級；K是所選用的常數，其值要根據研究所需進行靈活選擇；Smg是生態敏感性值。上述模型綜合考慮了城市生態、經濟、社會3個子系統對土地利用的綜合適宜性，全面反映了城市“人—地”復合系統對土地利用適宜性的等級、水平和狀態，由此將能得到更為科學、系統、綜合的評價結果。進一步，生態敏感性評價和經濟社會適宜性評價可采用線性加權和法，公式為：

式中：S是生態敏感性或經濟社會適宜性等級；xi是用于評價的指標值；wi是指標權重，權重計算目前常用的是層次分析法。上述土地利用適宜性評價模型需要在GIS技術平臺上進行計算。GIS技術是空間信息技術的典型代表，是計算機技術和空間數據的集成應用，是收集、儲存和分析地球上某一區域空間信息的系統，GIS具有的空間數據管理、空間分析、空間建模、空間決策支持等技術可以為土地利用適宜性評價提供一個全面而高效的技術平臺。在具體評價時，每一個土地利用適宜性評價指標都對應GIS 中的一個空間數據圖層，利用GIS強大的空間分析功，能完成空間疊加分析，從而得到評價結果，由此為土地利用規劃決策提供科學依據。

2 案例研究

2.1 指標體系構建

本文以湖北省崇陽縣為案例研究區。崇陽縣位于湖北省南部，居湘、鄂、贛三省交界處，全縣土地總面積1959.33km2。遵循土地利用適宜性評價指標體系構建的系統性、科學性和數據可獲得性原則，考慮到崇陽縣生態系統的特點和經濟社會發展的總體情況，研究選取地形、水體、土地利用、保護區和地質災害等五大指標進行生態敏感性分析，選取道路交通、建成區、人口規模、經濟發展和社會發展等五大指標進行經濟社會適宜性分析，同時，對一級指標進行細化，得到更為詳細與可實際測度的二級指標，具體如表1所示。

表1 崇陽縣土地利用適宜性評價指標體系

2.2 指標數據處理

根據指標體系，收集崇陽縣的各相關數據。崇陽縣的自然生態要素數據主要包括行政區劃數據、遙感影像數據、數字高程模型數據、土地利用現狀和規劃數據等。經濟社會數據主要包括各級各類道路數據、各個建成區的規模數據、各個鄉鎮的人口和經濟發展數據等。利用崇陽縣的遙感影像數據，結合現狀地形圖，得到崇陽縣的第一手矢量數據，進而在ARCGIS軟件平臺上建立崇陽縣的空間數據庫，由此為適宜性評價做好數據支撐。

2.2.1 生態敏感性指標數據處理

在ARCGIS中應用重分類命令，將生態敏感性指標根據不同等級分別賦值1、3、5、7、9，代表極低敏感、低敏感、中敏感、高敏感和極高敏感，值越大，表示指標的生態敏感性越高。

在ARCGIS中，應用崇陽縣的數字高程模型對地形因子進行空間分析，坡度指標按照0～5°、5°～10°、10°～20°、20°～30°、大于30°的標準，分別賦值1、3、5、7、9；高程指標則按照0～100m、100～200m、200～300m、300～500m、大于500m 的標準，分別賦予1、3、5、7、9 的等級值。水體因子包括水庫、河流與坑塘等二級指標，對3個二級指標應用多重緩沖區命令進行不同距離的緩沖區分析，再基于不同的緩沖距離賦予不同的生態敏感性等級值，其中，水體本身賦予9，50m緩沖區內賦予7，100m 緩沖區內賦予5，200m 緩沖區內賦予3，200m 緩沖區外則賦予1。土地利用根據地類的不同分別賦予不同的敏感性等級值，其中，灘涂、公益林和自然保留地均賦值9，基本農田賦值7，林地賦值5，園地賦值3，其他用地賦值1。保護區包括國家級和省級兩類，保護區本體均賦值9，國家級保護區按照200m、500m、1000m 的距離進行緩沖區分析，省級保護區按照100m、200m、500m 的距離進行緩沖區分析，并分別賦予7、5、3、1的等級值。地質災害指標中的高風險區賦值7，中風險區賦值5，低風險區賦值1。

最后，在ARCGIS 中應用矢量轉柵格工具，將所有指標數據轉為柵格數據，空間分辨率統一設為30m，再利用鑲嵌新柵格工具對地形、水體、土地利用、保護區和地質災害5 個因子進行空間疊加分析，從而得到最終的生態敏感性評價結果。在具體計算時，疊加方式要選取“取大疊加”方法，即對于同一個空間單元選取其不同指標敏感性的最大值作為最終的評價等級，由此體現盡可能保護生態環境的理念。

2.2.2 經濟社會適宜性指標數據處理

在ARCGIS 中，根據經濟社會適宜性指標等級，分別賦值1、3、5、7、9，代表極低適宜、低適宜、中適宜、高適宜和極高適宜，值越大，表明指標的經濟社會適宜性越高。

在道路交通指標處理上，將其細分為高速公路、國道和省道、縣道和鄉道等3 個二級指標，其中，道路本身均賦值9，高速公路按照1000m、2000m、3000m 的距離進行緩沖區分析，國道和省道按照500m、1000m、2000m 的距離進行緩沖區分析，縣道和鄉道按照200m、500m、1000m的距離進行緩沖區分析，并分別賦值7、5、3、1。建成區包括縣城中心城區和鄉鎮兩個二級指標，其中，建成區本身均賦值9，中心城區按照1000m、2000m、3000m的距離進行緩沖區分析，鄉鎮按照200m、500m、1000m的距離進行緩沖區分析，并分別賦值7、5、3、1。人口規模按照各個鄉鎮的人口數量進行分級，包括小于2 萬、2 萬～3 萬、3 萬～4 萬、4 萬～5 萬和大于5萬，分別賦值1、3、5、7、9。經濟發展按照各個鄉鎮的總產值進行分析，包括小于2億元、2億元～3億元、3億元～10億元、10億元～20億元和大于20億元，分別賦值1、3、5、7、9。社會發展按照各個鄉鎮的人均收入進行分級，包括小于1 萬元、1 萬元～1.2 萬元、1.2 萬元～1.4萬元、1.4萬元～1.7萬元和大于1.7萬元，分別賦值1、3、5、7、9。

最后，在ARCGIS中，將所有的指標數據統一轉為柵格數據，空間分辨率設置為30m，再應用ARCGIS的柵格計算器工具對經濟社會適宜性指標進行空間疊加分析。道路交通的3個二級指標、建成區的2個二級指標分別進行等權疊加，從而得到道路交通和建成區的適宜性等級值。利用層次分析法，計算道路交通、建成區、人口規模、經濟發展和社會發展5個指標的權重，進而根據式（3）應用柵格計算器得到最終的經濟社會適宜性等級值。

2.2.3 綜合集成處理

首先，在ARCGIS 中，應用柵格計算器工具對最終的生態敏感性和經濟社會適宜性等級數據分別進行標準化處理，方法采用極差標準化法，標準化后的等級值均處于0～1之間。其次，根據式（2），應用柵格計算器工具計算生態適宜性等級，由于生態敏感性等級已經標準化到0～1之間，因此，K取1，由此得到生態適宜性等級值。最后，根據式（1），應用柵格計算器工具對生態適宜性和經濟社會適宜性進行綜合集成，從而得到崇陽縣最終的土地利用適宜性評價等級值。

2.3 評價結果分析

根據評價結果，研究把崇陽縣土地利用劃分為四類適宜性分區，即最不適宜區、較不適宜區、較適宜區和最適宜區。

最不適宜區的面積為772.91km2，占縣域總面積的39.45%，主要包括河流、水庫、保護區等生態空間，由此構成了崇陽縣的禁止開發區和生態空間，其是剛性的生態控制線，是永久不能進行城鎮化、工業化開發建設的生態紅線地區。

較不適宜區主要分布在最不適宜區的周邊地區，如保護區、水體的核心緩沖區等，同時還包括基本農田和一般農用地如園地等。較不適宜區的面積為987.75km2，占縣域總面積的50.41%。較不適宜區應作為限制開發區域，是一種生態緩沖區域，可以在嚴格條件下進行適度開發建設。

較適宜區主要是最適宜區的周邊地區，主要包括建成區的周圍、主要交通干線的周圍等，在空間上主要呈現出斑塊狀的分布形態。較適宜區的面積共75.72km2，占縣域總面積的3.86%。較適宜區是一種建設用地的備選空間，一般情況下，不宜首先開發使用，應優先開發最適宜區的空間。

最適宜區的面積為122.95km2，占縣域總面積的6.28%，主要包括中心城區和主要鄉鎮的建成區、重要交通干線及其核心緩沖區等，在空間上，以中心城區為核心形成了適宜性空間集聚帶，同時，其他鄉鎮的建成區及其周邊地區也構成了縣域空間中的多個適宜性集中區。這些最適宜的空間必將成為崇陽縣城鎮化發展的主陣地，可以集聚更多的產業和人口，由此形成崇陽縣的主體城鎮空間。

3 結語

研究構建了基于“生態—經濟—社會”三位一體的土地利用適宜性綜合評價模型及其技術方法，通過對生態敏感性評價和經濟社會適宜性評價的有機綜合和系統集成，將能得到更科學、更全面的評價結果。在GIS技術的支持下，應用評價模型和方法，完成了崇陽縣土地利用適宜性的綜合系統評價，將全縣土地利用適宜性等級劃分為最不適宜區、較不適宜區、較適宜區和最適宜區4個等級，明確了哪些地區可以開發、哪些地區不可以開發，由此為崇陽縣土地利用規劃和開發管控提供了科學的決策依據。