基于GIS的吉林省东辽县乡村聚落空间分布特征研究

吕 静，田志朋

(吉林建筑大学建筑与规划学院，长春 130118)

0 引言

乡村聚落是一种以农业人口聚居为主要特点的人类聚落方式，其分布空间、分布特点体现了在不同生产力水平下人类生产、生活及其与周围环境的关系[1]。乡村聚落的分布受到社会人文因素和自然因素的影响，自然因素是影响乡村聚落空间分布的基础[2]，其中地形地貌、河流水系是对乡村聚落空间分布的两个最主要因素。

东辽县位于吉林省中南部，是东北重要水系辽河的发源地之一，东辽河贯穿全境，是辽河流域的重要组成部分。其境内地形涵盖了平原、丘陵、山地和河谷。丰富的水资源和地形类别可以为研究自然因素对乡村聚落分布的影响提供良好的样本，进而可以以点带面，对整个辽河流域内乡村聚落的研究起到启发作用，也是对河源地乡村聚落分布研究的一次有意义的尝试。同时，东辽县人居历史悠久，据考古研究，早在新石器时代，就有人类在此居住、繁衍生息。长期的生活繁衍使东辽县境内聚落形成了稳定的形态和结构，也形成了丰富的聚落特征和文化，对该区域乡村聚落的研究具有较强的典型性，是整个辽河流域乡村聚落空间演变研究的一个组成部分，具有重要意义。

1 研究区域概况

东辽县位于吉林省中南部，东辽河上游。地理坐标为124°50′至125°35′13″，北纬42°36′50″至43°13′36″之间，东西宽61 km，南北长68.2 km。东和东南与东丰县接壤，西和西南与辽宁省西丰县毗邻，北靠伊通县、隔二龙湖与梨树县相望[3]。地处半湿润中温带大陆性气候区，四季分明，雨热同期。春季干燥而且多风，夏季炎热时常伴有降雨，秋季凉爽潮湿，冬季低温严寒。

东辽县属于吉林省辽源市下辖县，共辖有9个镇、4个乡，分别是白泉镇、安石镇、泉太镇、辽河源镇、建安镇、云顶镇、安恕镇、平岗镇、凌云乡、甲山乡、足民乡、金州乡(如图1)。234个行政村，全县乡村人口280 071人[4]。为保证研究的全面性和完整性，本文以东辽县全境为研究对象(不包括辽源市西安区和龙山区)，包含所有9个镇、4个乡所辖范围及乡村聚落。总研究面积为2 186.1 km2。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

本文所采用的数据主要来自于地理空间数据云下载的Landsat8 oli卫星遥感影像，拍摄日期为2017年4月2日，轨道号为118/30，云量为0.18%。高程数据同样来自于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云，为30 m分辨率的2017年DEM数字高程数据。东辽县的行政区划来源于BIGEMAP地图下载器，并且经过地理坐标配准后提取。

图1 东辽县行政区划图

2.2 研究方法

我们对获取的遥感数据进行了必要的预处理，首先选择754波段组合的Landsat8 oli卫星遥感影像，以更好地突出人工建筑的波段特征，然后，将其与8波段全色波段进行融合，获得分辨率为15 m的遥感影像图。随后，按照东辽县区划对遥感影像图进行裁剪，获得研究区域遥感影像。最后，运用监督分类和人工解译的方法对遥感影像地物进行分类，从而提取出乡村聚落斑块，通过混淆矩阵进行精度判定，分类精度达到88%以上。运用Arcgis10.2软件对提取的乡村聚落斑块进行矢量化处理，并通过栅格转点工具将其转换为要素点。通过Arcgis10.2的空间分析功能对该区域乡村聚落的分布情况进行归纳性描述。

3 东辽县乡村聚落分布特征

为了探究东辽县乡村聚落在自然因素影响下的分布情况，笔者选取了对乡村聚落影响最大的3个自然因素：高程、坡度、水源作为切入点来对研究区内乡村聚落的分布情况进行梳理和描述。主要方法有：

1)通过Arcgis10.2空间统计工具，对东辽县乡村聚落进行平均最近邻分析，来判断乡村聚落的离散聚类情况。

2)运用Arcgis10.2空间分析工具将研究区高程数据及坡度信息与乡村聚落点叠加分析，分别获得不同高程和坡度区域的乡村聚落的数据。

3)运用缓冲区工具生成东辽县河流缓冲区，并将其与乡村聚落点叠加分析，获得沿河流水源的乡村聚落的分布情况。

3.1 东辽县乡村聚落整体分布

运用Arcgis10.2要素转点工具，将2017年东辽县乡村聚落斑块转成矢量点，共得到1 432个聚落点，使用平均最近邻工具分析这些聚落点得到平均最近邻汇总图(如图2～3)。平均最近邻工具是Arcgis空间统计工具，它可以用来计算每个要素与其周围要素之间的平均距离。该距离与自动生成的假设随机分布的预期平均距离相比较，如果该平均距离大于假设随机分布中的平均距离，则会将要素视为分散要素。如果平均最近邻比率小于1，则表现模式为聚类；如果指数大于1，则表现的模式趋向于扩散。东辽县乡村聚落点的最近邻比率为1.011 830，大于1，反映为趋向扩散。p值反映了数据是随机分布的概率，该数据p值为0.391 748，随机分布概率较大。z得分反映了数据的离散程度，该数据z得分为0.85，离散程度较高。平均最近邻分析结果反映出东辽县乡村聚落呈分散分布，集聚程度较低。

图2 乡村聚落平均最近邻汇总图

图3 乡村聚落平均最近邻值

3.2 东辽县乡村聚落密度分析

核密度估计方法(KDE)是空间点模式分析方法中应用最广泛的非参数估计方法[5](如图4)。从结果来看，东辽县出现了多个聚落高密度区域，分别是：位于县域西北部的云顶镇镇区周围，村落密度为0.91个/km2，平岗镇镇区周边，密度为1.17个/km2。白泉镇聚龙潭以南区域，平均密度达1.0个/km2。凌云乡南部河谷，密度为0.81个/km2渭津镇南部河谷，密度为0.92个/km2辽河源镇境内，密度为1.14个/km2。

图4 东辽县乡村核密度图

东辽县的乡村聚落整体分布有以下特点：

1)密度较小，在几个村落集聚的地区，最大密度也仅仅是1.17个/km2，可谓分布稀疏。

2)集聚的区域范围较小，最大的聚集区位于云顶镇境内，也仅仅只有50 km2，其余集聚区规模也仅是15～9 km2。范围内村落聚集数量少，无法在县域内形成集聚的效应，也从侧面印证了东辽县乡村聚落成随机分散分布。

3.3 东辽县乡村聚落在不同高程和坡度上的分布特征

3.3.1 东辽县乡村聚落在不同高程上的分布

在Arcgis10.2中对东辽县30 m分辨率DEM数字高程数据进行符号化处理，可以对东辽县县域地势有一个概览(如图5)。由于东辽县地处吉林省东部长白山与西部松辽平原的过渡地带，所以县域整体地势变化较大，利用Arcgis10.2平台做东辽县由西至东的地势剖面图(如图6)，可以看出，东辽县海拔有较大落差，海拔最高为620 m，最低为214 m，地势东高西低。东辽县最高峰乌龙山，海拔620 m，位于平岗镇榆田村。

图5 东辽县高程图

图6 东辽县地势剖面图

根据研究区的地形特征，采用相等间隔法，以80 m等高距离将研究区海拔等分为5个区间段，分别为：ⅰ)217～296 m；ⅱ)296～375 m；ⅲ)375～455 m；ⅳ)455～534 m；ⅴ)534～620 m。运用Arcgis10.2栅格重分类工具对DEM高程栅格数据重新赋值，并将东辽县乡村聚落分布图与之叠置，计算出每个高程区间内乡村聚落的分布情况。

东辽县境内第一级海拔主要分布于县域西北部的甲山乡、建安镇和云顶镇，这一区域属于向松辽平原过渡地带，地势平坦，海拔较低；另外，位于山区的辽河河谷同样属于第一级海拔。这两部分区域共同组成了东辽县境内海拔最低的部分，面积为524 km2，共计村落533个，村落密度为1.01个/km2。第二等级的海拔占了东辽县大部分面积，总共有1 174 km2，占东辽县总面积的53.8%，在此区域内的乡村聚落数目是809个，密度为0.68个/km2。第三等级海拔主要分布在县域东部和南部的山区，面积为464.8 km2。随着海拔的上升，此区域内仅有89个聚落，乡村聚落的密度为0.19个/km2。海拔455 m以上的区域仅有1个村落坐落(如图7)。

图7 不同海拔村落数量

可以看出，高程对乡村聚落的分布产生了重大影响。东辽县内海拔最低的区域以24%的面积聚集了全县37%的乡村聚落，村庄密度达到1.01个/ km2。随着海拔上升，村庄的密度也随之锐减，说明东辽县的乡村聚落有明显的低海拔聚集倾向，主要分布在县域西北的松辽平原和县域内蜿蜒的辽河河谷中，这与区域现状和东辽县乡村聚落核密度的呈现不谋而合。

3.3.2 东辽县乡村聚落在不同坡度地形上的分布

基于30 m分辨率DEM高程数据，运用Arcgis10.2坡度分析模块，得到东辽县坡度图(如图8)，东辽县境内为低山丘陵区，地势起伏较为缓和，整个县域内最小坡度为0°，最大坡度为27.8°，平均坡度为4.7°。将东辽县的地势坡度分为0°～5°，5°～11°，11°～16°，16°～22°，22°～28° 5个区间，利用Arcgis叠加工具，分别计算不同坡度中乡村聚落的个数。

结果表明，东辽县不同坡度乡村聚落分布的分异性极大，位于坡度为0°～5°坡度上的村庄占全部村落的78.2%，为1 120个，密度达到0.86个/km2；5°～11°坡度上的乡村聚落总共有285个，位于11°～16°和16°～22°两个区域的乡村聚落数量分别为26个和1个(如图9)。0°～5°这个区间内的村落数量占了绝大多数，平缓的坡度更加有利于人们的生活和生产，因此，地形坡度因素对乡村聚落的分布至关重要。

3.4 乡村聚落沿水源的分布特征

人类自古以来就有择水而居的习惯，河流对乡村聚落的分布和选址有着重要的影响。东辽县境内河流众多，其中最大河流为东辽河。东辽河是辽河主要支流之一，发源于辽河源镇福安村白庙山下，在东辽县境内的长度为114.9 km，流域面积679.9 km2(东辽县志)。运用Arcgis10.2多环缓冲工具对东辽县境内的河流进行缓冲区分析，将河流的缓冲区分为0～100 m、100～300 m、300～500 m、500～700 m 4个等级，与东辽县乡村聚落分布图叠加后，得出不同等级的河流缓冲区内乡村聚落的分布数量(如图10)。

图8 东辽县坡度乡村聚落叠加图

图9 不同坡度乡村聚落数量图

图10 东辽县河流缓冲区局部图

由结果可知，距河流0～100 m内的乡村聚落数量是444个，占村庄总数的31.0%；距河流100～300 m的区域内，共有乡村聚落715个，占聚落总数的49.9%；300～500 m的河流缓冲区内，相应的乡村聚落数目是215个，占总数的15.0%，剩下的58个聚落坐落在距河流500 m以外的区域，数量占到总数的0.4%。由数据可知，东辽县绝大多数村落集中在距河流300 m以内的范围内。主要原因是东辽县作为东辽河发源地，境内河谷纵横，在河流两侧一定距离内为河流阶地，较为平坦，适合耕种和获取水源，因此分布着较多的聚落。

4 结语

本文首先利用吉林省东辽县2017年遥感卫星影像，获得2017年东辽县乡村聚落点，运用Arcgis10.2软件平台的空间分析功能，综合分析了东辽县乡村聚落的分布情况。其次，利用东辽县30 m分辨率数字高程模型，结合东辽县乡村聚落点，分析得出不同高程、不同坡度下的乡村聚落分布情况。最后，运用Arcgis10.2缓冲区分析工具，计算不同河流缓冲区内乡村聚落的数量，量化河流对乡村聚落分布的影响大小。从而得出结论：

1)东辽县乡村聚落接近随机分布，有较大的地域性差异。从县域空间分布上看，乡村聚落分成几个较大的集聚区域，分别分布在西部和西北部的白泉镇、云顶镇等地势平坦地区和辽河源镇、渭津镇、安恕镇等狭长河谷地带。

2)乡村聚落分布受地形条件影响较大。东辽县海拔高度范围在214～620 m之间，在217～296 m和296～375 m两个海拔高度上集中了全县93%的村落，在海拔最低的217～296 m区域内，村落密度达到了1.01个/km2，远远超过了全县0.65个/km2的村落密度。在坡度的分布上，0～5°坡度上分布了1 120个村庄，表明了乡村聚落对于地形的敏感性较强。

3)在东辽县境内，得益于水系的发达，村落都拥有良好的亲水性。有接近一半的乡村聚落坐落于距离河流300 m的范围内，几乎所有的村落都位于河流500 m缓冲区内。这使得村民可以轻易获得水资源，对他们的日常生活大有裨益。

本文综合运用Arcgis10.2空间分析功能，仅以地形地貌、河流水系等自然因素为切入点对东辽县乡村聚落的分布状况进行了简单的描述和总结。然而，对于一个县的乡村聚落来说，影响其分布的因素极为复杂，除却自然因素，经济、文化等社会人文因素也对村落的布局产生着深刻而长远的影响。将自然因素与人文因素相结合，洞悉影响乡村聚落分布的关键因素，是今后的研究方向。

[1] 汤国安，赵牡丹.基于GIS的乡村聚落空间分布规律研究——以陕北榆林地区为例[J].经济地理，2009(9):1-4.

[2] 郭晓冬，马利邦，张启媛.基于GIS的秦安县乡村聚落空间演变特征及其驱动机制研究[J].经济地理，2012(7):56-62.

[3] 东辽县地方志编纂委员会.东辽县志[M].长春：吉林文史出版社，2002.

[4] 吉林省第六次人口普查领导小组办公室，吉林省统计局.吉林省2010年人口普查资料(上册)[M].北京：中国统计出版社，2012.

[5] 宋晓英，李仁杰，傅学庆，等.基于GIS的蔚县乡村聚落空间格局演化与驱动机制分析[J].人文地理，2015(3)：79-84.