基于GIS的黄河中游清水河县传统村落空间布局研究——以内蒙古呼和浩特市清水河县口子上村为例

王志明 ，曹 敏

（1.内蒙古工业大学建筑学院，内蒙古 呼和浩特 010051；2.内蒙古自治区绿色建筑重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010051）

0 引言

从清水河县聚落的选址与布局研究等地理学角度出发，引入地理信息系统对房屋进行精确的空间坐标定位，运用GIS可视化表达和空间分析的方法对坡度、坡向、高程等自然地理要素指标进行量化分析。对村落的微地形进行分类，梳理出微地形下村落空间的差异。结合文献资料整理、实地调查等方法，系统地讨论传统村落从宏观到微观的选址特点，以期为聚落的更新发展及合理配置土地资源提供理论依据。

1 研究区域概况及数据来源

清水河县位于内蒙古自治区中部，地理坐标在北纬 39°35′00″～40°12′30″、东经 111°18′45″～112°17′30″之间，地处黄河中上游黄土丘陵区，境内丘陵起伏，沟壑纵横，其地势东南高、西北低，境内丘陵区占38.4%，土石山区占24.8%，沙地与其他占13.6%，冲积平原占3.2%，形成了以低山丘陵为主，低缓丘陵、丘陵沟壑、土山石和冲积平原并存的地貌类型。县境内西南部虽沟壑纵横但水土流失严重，沟谷数量虽多但大多为季节性泄洪的河谷，无法蓄水，相比境内的东北部来说，水资源相对匮乏。

明代中期，清水河县仍是一个林木茂盛、狼虎成群、道路难以通行之地。明代后期，毗邻地区的汉族人到清水河境内开垦，开垦初期汉族农民每年春季带来牲畜农具进行播种，秋季收割后又返回原籍，当时称这种春来秋归者为“雁行人”。清代初期，由于清廷多次鼓励垦殖，使中原汉人大量迁入，许多汉族农民由最初的春来秋归逐渐转变为定居。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

主要的数据来源分为3个方面：①将卫星图导入进ArcGIS中，结合实地调研将户数以点的形式标注，得到村落中建筑作为点要素分布的情况；②研究所需要的内蒙古自治区呼和浩特市清水河县DEM数据来源于地理空间数据云平台；③对清水河县口子上村进行实地调研，从中选取具有典型选址特征、原始风貌保存较为完整的传统建筑及街巷空间进行无人机航拍采集信息。其他相关历史、文化资料等通过地方县志、相关古籍查阅所得。

2.2 研究方法

将户数在GIS中转换为点要素，通过Spatial Analyst中的表面分析工具对DEM数据处理得到村落高程、坡度、坡向3个栅格像元值，将栅格像元值提取至建筑所在的点要素，并将其记录到属性表中。通过自然间断点分级法对坡度、坡向、高程3个栅格像元值划分等级，统计在各个分段中所分布的户数，然后对选址特点进行分析总结。运用核密度估算法分析村落中民居分布的密集程度，结合文献研究法和田野调查法对村落的空间布局、民居特点进行分析。

3 村落选址的特点

3.1 地理因素下村落选址特点

沿着沟缘线对地形进行提取，村落所处的地势较低、坡度较缓，海拔高度约1 500m。村子东侧面向当地人称呼的“丫角山”，西侧坐落于丘陵的低洼处，选址也基本遵循风水理论坐西朝东，利用地形抵御冬季西北方向寒风。村子虽坐西朝东，但南侧坡面海拔低、坡度缓，不影响村落中院落的正常光照。村落依河而建，东侧为一条季节性河流，向北汇入北堡川，符合风水理论中枕山环水的格局，说明我国古人在择地选址时已经观察到地形对局部微气候的影响。

3.2 村落微地形的划分

村落分布在坡麓台地带，沿着西北流向的河谷分布，大部分坐落在西南侧坡度较缓的坡面上，少部分较为集中地分布在河谷东北侧坡度略大的坡面上。

现将村落内的坡度划分为9个等级，用自然间断点分级法对数据重新分类，使数据组间方差最大组内方差最小，能很好地表明地形范围内类型间的差异。由图1所示，房屋大多分布于前3个等级中，较为集中地分布于第2等级中。以第2等级的坡度为分界线，将坡度大致分为缓坡和陡坡2个范围。第1类0～6.14°为缓坡，第2类6.14°～15.80°为陡坡。第7，8等级因坡度太大，没有院落在此坡度内选址布局。

图1 坡度统计

村落的坡向按照上述方法提取统计后，由图2坡向等级统计图可看出，4，5两个等级中没有房屋分布在这个朝向的坡面上，房屋大部分分布在1，2，7三个等级的朝向中，较多集中在第1等级中。因村落所在的地势坐西朝东，沿由南向北的河道两侧分布，而南侧朝北的坡面面积较大，故此处房屋坐落在朝北的坡面较多，部分房屋院落分布在东西两个方向的坡面上。本着保护耕田原则，在明大边长城南侧沿长城脚下零星分布的几户院落也较有特色。

图2 坡向统计

4 村落空间布局分析

4.1 核密度分析

用核密度计算公式，通过ArcGIS对村落中民居的密度计算并进行可视化表达，生成核密度分布图，该图反映民居在空间上分布的集聚程度，进而对核密度图整理分析。村落布局呈多组团式分布，将其与沟谷的肌理叠加分析可以分为3类：①河道东北侧民居院落较为密集，沿河道走向顺应等高线建立整体布局形态半规整，大多成一定的弧度；②西南侧的民居院落沿明大边长城两侧建立，院落垂直或平行于长城的走向非常规整；③西侧沟内沿沟谷坡建立的民居院落，布局较为杂乱且数量较少。

4.2 院落布局特点

结合营造技术和生产力分析，位于河道东侧的民居采用薄石块发券的方法砌筑箍窑，房屋靠近河道，石材收集较便利。对屋顶覆土时，利用地形坡度较大的特点节省劳动力。这侧房屋主要沿等高线平行建造，受到坡度的限制，道路呈“之”字形，院落分布较密。院落空间不追求方正，大多随形，远远望去，一排排房屋显得非常灵巧。这种院落格局对空间的丰富度和功能分区有一定增强，另一方面房屋面阔方向顺应等高线的弧度，与地形契合紧密。

位于明大边长城北侧的房屋建造同样选用薄石块发券上覆黄土建立的方式，由于此处坡面坡度较缓且范围较大，若选择平行等高线的方式布置院落，不利于雨水的快速排出。由核密度图可以看出，此处房屋分布密集，采用面阔方向垂直明大边长城的布局方式可使雨水快速流出，同时减少交通面积以增加居住的数量，院落布局显得规整。房屋也能获得西南的良好朝向，院落呈“一”字形。

村落的南侧由于房屋坐落于长城的两侧，不宜看出沟缘线，而在村落西北侧观察到房屋分布在沟缘线内的沟谷坡中。此处坡面较小、坡度略大，院落布局较为自由，选址强调良好朝向，整体布局较为杂乱。

4.3 选址对村落空间布局的影响

村落选址时，口子上村所处的地形使村子呈多组团式分布，村落规模中等，村落边缘与地形结合较为紧密。通过查阅县志，了解村落所处区位概况。口子上村位于清水河县南部，水土流失严重且干旱缺水。村落选址时大多逐水而居，空间形态呈沿河道分布的趋势。由于该村适宜居住的面积并不局促，居住区域在丘陵沟壑区复杂地形和季节性河流作用下，形成微地形的复杂多样。

河道两侧坡度略大、坡向朝西，可供居住的面积适中。其空间分布的特点是院落较为随形，沿等高线布置，与地形结合较为紧密呈带状分布。西南侧坡麓台地坡度较缓，面积相对较大，朝向为东北。虽然坡面朝向不好，但坡度较缓，并不影响院落对光照的摄取。空间分布紧密有序，院落空间呈“一”字形，整体布局呈团状分布在坡面上。西北侧沟坡坡度略大，朝向随沟谷复杂多变，适宜居住面积较小。空间分布杂乱无序，朝向以采集光照为主，没有统一的朝向，整体呈小组团分布。

5 结语

从对传统村落口子上村的研究可以看出，村落所在的微地形较为复杂，空间格局呈多样化分布特征。利用ArcGIS提取地理要素对口子上村的微地形进行量化分类，结合房屋选址的核密度图大致分为3类微地形。通过分析3类微地形上各自院落布局的特点，从中看出村落选址是一个从宏观到微观的过程，每个阶段需要注意的方面都不同。

宏观上，村落在选址时能结合气候特点，观察地形能否确保村子获得适宜居住的微气候，村落选址要利用地形应对恶劣气候条件，大多是逐水而居，坐落在地势低洼处，利用山势抵挡寒风；中观上，对此处地形进行划分，考虑到利用自然坡度排放雨水、建筑材料的收集、饮水的便捷程度等方面，从而在选择不同地形的坡度、坡向、高程等数值方面也略有差异；微观上，房屋选址确定后，对院落空间、房屋朝向、建筑规模、院落与道路的连接等部分进行把握。

通过ArcGIS对微地形和在其影响下的村落空间格局进行整体分析和可视化表达，为村落选址布局提供理论基础。