基于GIS的汉源县农村人居环境适宜性评价

2023-08-26蒋明成杨琨夏建国

安徽农业科学 2023年15期

蒋明成　杨琨　夏建国

摘要基于GIS和統计年鉴数据，从自然环境系统、经济发展系统、基础支撑系统和乡村基本规模系统4个方面建立指标体系，利用主成分分析法，对汉源县农村人居环境适宜性进行综合评价，并根据得分将123个村（社区）的农村人居环境适宜性分为高度适宜区、较高适宜区、一般适宜区、不适宜区、极不适宜区5类。结果表明，汉源县域属不适宜区和极不适宜区等级的村（社区）占41.46%，其面积合计占63.94%，总体农村人居环境适宜性状况不高；汉源县各行政村的农村人居环境适宜性等级呈现出一定的集聚效应，县域中部地区农村人居环境综合得分总体好于四周高海拔区域，适宜性综合等级大致从县域中部向四周呈放射状分布；汉源县农村人居环境适宜性情况在区域间表现出不均衡性，经济发展和海拔对适宜性等级区分布具有重要影响，呈现出近河谷地带优于山地区域的空间格局。

关键词主成分分析；农村人居环境；适宜性评价；GIS；汉源县

中图分类号 X 321文献标识码 A文章编号 0517-6611（2023）15-0057-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.014

Suitability Evaluation of Rural Human Settlement Environment in Hanyuan County Based on GIS

JIANG Ming-cheng1，YANG Kun2，XIA Jian-guo2

（1.Yanbian County Natural Resources and Planning Bureau，Panzhihua，Sichuan 617100;2.College of Resources，Sichuan Agricultural University，Chengdu，Sichuan 611130）

Abstract Based on GIS and the statistical yearbook data of Hanyuan County，an index system was established from four aspects：natural environment system，economic development system，basic support system and rural basic scale system.The suitability of rural human settlements in Hanyuan County was comprehensively evaluated by using the principal component analysis method，and the rural human settlement environment suitability of 123 villages （communities） was divided into five categories：highly suitable area，high suitable area，general suitable area，unsuitable area and extremely unsuitable area. The results show that 41.46% of the villages （communities） and 63.94% of the total area accounts in Hanyuan County belong to the unsuitable area and the level of extremely unsuitable area，and the overall rural human settlement environment suitability was not ideal. The suitability grades of rural living environment in various administrative villages of Hanyuan County showed a certain agglomeration effect. The overall comprehensive score of rural living environment in the central region of the county was better than that in the surrounding high-altitude areas，and the suitability comprehensive level was roughly distributed radially from the central region of the county to the surrounding areas.The suitability grades of rural living environment in Hanyuan County showed imbalance among regions. Economic development and altitude had a significant impact on the distribution of suitability grade areas，showing a spatial pattern in which the near river valley was superior to the mountainous area.

Key words Principal component analysis;Rural human settlement environment;Suitability evaluation;GIS;Hanyuan County

人居环境是与人类生存活动密切相关的一个多层次的地表空间系统，它是人类在大自然中赖以生存的根基，是人类利用自然、改造自然的主要场所［1-2］。吴良镛［1］认为，人居环境科学是以包括乡村、集镇、城市等在内的所有人类聚居环境为研究对象的综合性学科群，并拟定其研究领域有居住系统、支持系统、人类系统、社会系统和自然系统五大系统。我国农村人居环境总体质量水平不高，存在区域发展不平衡、基本生活设施不完善、管护机制不健全等问题，与农村居民对美好生活的向往还有不小的差距。改善农村人居环境是实施乡村振兴战略的重要任务［3］。2017年10月，党的十九大明确要求扎实推进实施乡村振兴战略，切实解决乡村人居环境问题，把乡村建设得更加美丽和更加宜居，乡村人居环境提升是我国新时期乡村振兴的重要内容［4］。中共中央办公厅、国务院办公厅于2021年12月印发的《农村人居环境整治提升五年行动方案（2021—2025年）》也指出，要立足农村、问需于民、因地制宜、分类施策、统筹推进和持续推进，加快农村人居环境整治提升，建设生态宜居美丽乡村。国内学者对人居环境评价的研究多重视理论体系、社会学意义和建设改善方面。

随着经济发展和生活水平提高，人居环境逐渐成为学术界研究热点之一［5］。国外学者的研究主要集中在聚落形态、人文地理、人文景观、舒适性发展等方面，而国内学者的研究则集中于人居环境改善路径、舒适性评价、影响因素等方面［6-8］。杜岩等［9］从乡村生产环境、乡村生活环境、乡村生态环境、乡村社会文化环境4个方面构建人居环境质量评价体系；朱彬等［10］从基础设施、能源消费等方面对人居环境质量评价体系进行扩充；封诗睿［11］从乡村振兴视域用模糊评价法对甘肃14个地市的农村人居环境质量进行评价；唐宁等［12］利用熵值法对重庆市37个区（县）进行了乡村人居环境质量测度，并分析其空间分异特性；郭海燕等［13］从人居硬环境和人居软环境两方面进行人居环境评价框架构建，对泰安市具有代表性的居住地域进行综合评价；朱亮等［14］认为人居环境适宜性评价是通过与人居环境密切相关的各种因子进行综合分析，得到人居环境适宜性分布情况。总体而言，目前国内以定性评价为主的人居环境研究居多，定量测度分析较少，以城镇为评价单元和选取具有代表性的村落为评价单元的研究居多，以村（社区）为评价单元的研究较少，特别是以村（社区）为评价单元开展的定性与定量相结合的人居环境研究则更为缺乏。基于此，该研究以雅安市汉源县为研究区，以全县123个村（社区）作为评价单元，采用主成分分析，借助GIS平台，分析县域农村人居环境适宜性评价结果的区域差异特征，为汉源县农村人居环境的优化提供针对性建议和区域现代人居环境学科体系建设提供依据。

1 资料与方法

1.1 研究区域概况

汉源县隶属四川省雅安市，位于四川省西部偏南，东与乐山市金口河区和眉山市洪雅县接壤，南与凉山彝族自治州甘洛县毗连，西与甘孜州泸定县和雅安市石棉县交界，北与雅安市荥经县相接。汉源县位于大渡河中游，为四川盆地与西藏高原之间的攀西河谷地带，地貌以山地为主，西北高、东南低，境内海拔最高处为4 021 m的马鞍山，最低点为海拔550 m的白熊沟，相对高差约3 471 m。大渡河横穿东西，流沙河纵贯南北，形成四周高山环绕、中部河谷低平的地势。汉源县现辖21个乡镇、108个行政村、15个社区，总人口28.56万，土地面积2 214.52 km2。汉源县自然条件较为多样，地貌以山地为主，复杂多样，地势西北高、东南低，相对高差大，乡村发展受地形地貌因子影响的特征差异较为明显。

1.2 数据来源汉源县DEM数据，来源于地理空间数据云。汉源县通信、网络、供电、供水数据，来源于汉源县统计年鉴。

汉源县2021年人口数据和气象站点数据，来源于雅安市公共数据开放平台。

汉源县温度、湿度、地震灾害点、水资源、降雨量、空气质量数据，来源于中国科学院资源环境科学与数据中心。

乡村集体收入、农民所得总额、村民人均收入、地方财政收入、人均地方财政收入、财政总支出数据，来源于汉源县财政局。

汉源县行政区划数据，来源于县农业农村局。乡村占地规模、户籍人口规模、外出务工人口比例、人均耕地面积、人均林地面积、水域面积、设施农用地面积数据，来源于汉源县农业农村局。

1.3 指标体系构建

在人居环境研究中，对人居环境水平量化通常有2种测度方式：①依据人居环境不同项目测算人居环境水平所处的适度性区间，进行人居环境水平适度性研究;②构建综合指标体系以反映人居环境的各方面，对一个区域的人居环境水平进行综合测评［15］。该研究遵循可行性、全面性、科学性和可获得性原则，选取2021年汉源县108个行政村、15个社区与人居环境相关的指标数据，构建了农村人居环境适宜性指标体系（表1）。

1.4 主成分分析法

1.4.1 标准化处理。该研究使用SPSS软件，将原始数据导入，通过标准差标准化（Z-score法）进行原始处理，获得标准化处理后的数据。

1.4.2 适用性检验。

对标准化处理后的数据进行KOM和Bartlett球形度检验，KOM值为0.640，說明指标之间存在一定相关性。Bartlett球形度检验结果为1 855.66，Sig值为0.000，说明相关系数矩阵不是单位矩阵，即各指标是相关的，检验结果表明该研究选择指标数据适用于主成分分析法。

1.4.3 建立相关系数矩阵R。相关系数矩阵的计算公式如下：

式中，rij=1，rij=rji，rij是第i个指标与第j个指标的相关系数。

1.4.4 计算相关系数矩阵R的特征值。根据特征方程的表达式|R-λi|=0（i=1，2，…，p），计算得到特征值λ。按照λ降序排列的方式，得λ1，λ2，…，λp。

1.4.5 计算特征值贡献率和综合得分。通过主成分分析可以得到p个主成分，各主成分的方差是递减的，所承载的信息量也是递减的，根据各主成分的累计方差贡献率大于66%作为选取的主成分。

（1）计算特征值λj（j=1，2，…，m）的主成分方差贡献率bj和累计方差贡献率ap。

式中：bj为主成分yj方差贡献率；ap为主成分y1，y2，…，yp的累计方差贡献率，当ap接近1时，则选取前p个指标变量y1，y2，…，yp作为p个主成分，代替原来m个指标变量，从而可对p个主成分进行综合分析。

设原变量指标集标记为｛x1，x2，…，xp｝，经降维处理后新的综合指标集标为｛y1，y2，…，ym｝（m≤p），则有：

式中：y1是第1主成分；y2是第2主成分；ym是第m主成分。

（2）计算综合得分。计算公式如下：

式中：bj为第j个主成分累计方差贡献率；yj是第j主成分系数；j=1，2，…，p。

2 结果与分析

2.1 农村人居环境适宜性测算与分区由公式（5）计算主成分分析结果，如表2所示。由表2可知，在14个指标中前4个主成分解释了全部方差的66.229%，即提出的4个主成分可以代表原14个指标的66.229%。因此，提取主成分分别为y1、y2、y3、y4。

根据4个主成分系数和方差贡献率，按照公式（6）計算可得到主成分得分Z1、Z2、Z3、Z4和综合得分Z：

Z1=0.284 2X1-0.316 9X2-0.349 1X3+0.033 3X4+0.406 9X5+0.023 9X6+0.348 1X7-0.126 6X8+0.110 5X9+0.400 8X10-0.237 4X11-0.306 5X12-0.255 2X13+0.066 5X14（7）

Z2=0.053 4X1-0.110 0X2+0.082 7X3-0.080 5X4+0.189 4X5+0.546 0X6+0.357 9X7+0.606 3X8-0.133 8X9-0.004 0X10+0.175 4X11+0.272 2X12+0.023 5X13-0.136 6X14（8）

Z3=0.001 2X1+0.201 2X2+0.137 0X3+0.637 7X4+0.033 8X5-0.007 1X6+0.084 1X7+0.139 0X8+0.098 4X9+0.025 9X10+0.189 4X11+0.110 3X12-0.139 0X13+0.668 9X14（9）

Z4=0.268 3X1+0.044 2X2+0.298 7X3-0.181 0X4+0.177 8X5-0.397 8X6+0.101 5X7-0.063 5X8+0.293 1X9+0.319 2X10+0.595 8X11+0.208 9X12+0.021 6X13-0.114 3X14（10）

Z=-0.528 0Z1+0.213 3Z2+0.142 7Z3+0.116 0Z4（11）

以村（社区）为评价单元，基于主成分分析法得出评价单元的各因子得分以及综合得分，可得汉源县农村人居环境适宜性综合得分为-2.2102～2.8902，各个行政村或社区之间差异显著。参考已有划分方法［16-18］，依据农村人居环境适宜性综合得分，可将汉源县的各行政村划分为极不适宜区、不适宜区、一般适宜区、较高适宜区、高度适宜区5个区域（表3）。

从评价单元（表3）来看，汉源县不同适宜区在评价单元的数量上存在明显差异。农村人居环境适宜性高于一般适宜区的评价单元共有52个，占全县评价单元的42.28%，其中较高适宜区的评价单元35个，高度适宜区的评价单元17个；低于一般适宜性的评价单元51个，占全县评价单元的41.46%，其中不适宜区的评价单元32个，极不适宜区的评价单元19个。全县农村人居适宜区在空间上呈现出高度适宜区和极不适宜区等级的评价单元少，较高适宜区和不适宜性区较多、一般适宜区也较少的格局。

由于各评价单元的面积差异较大，单从评价单元的数量难以全面反映全县乡村人民环境适宜性的分布特征，还应从各适宜区的面积分异进行进一步分析。从各适宜区的面积分异（图1）来看，汉源县辖区土地总面积221 452.31 hm2，其中高度适宜区占全县土地面积的2.97%，较高适宜区占15.23%，一般适宜区占17.86%，不适宜区占30.35%，极不适宜区占33.59%，表明各适宜区面积差异较大，其中不适宜区和极不适宜区合计占全县土地面积的63.94%，这主要与汉源县地处川西南山地区特殊的干热河谷气候区，地形起伏较大、耕地较为破碎，全县经济发展和土地利用主要沿河流流域和低海拔分布有关。

2.2 农村人居环境适宜性等级空间分布

采用ArcGIS对村（社区）赋值得到汉源县农村人居环境适宜性等级空间分布（图2），从图2可以看出：高度和较高适宜区主要分布在县域中部条状区域；一般适宜区分布较为分散；不适宜区主要分布在县域北部和西北部，在南部呈零量分布；极不适宜区主要分布在县域西南部和东部，在北部为零量分布。

从空间上看，各行政村的农村人居环境适宜性等级呈现出一定的集聚效应，汉源县依托独特的地理区位和干热河谷光热资源优势，中部地区的汉源湖、流沙河沿岸农村人居环境普遍较好，在汉源县城区（富林镇）周边呈现出带状高度适宜性、较高适宜性聚集状态，而县域四周的边缘地区则是以不适宜区、极不适宜区为主。总体来看，县域农村人居环境在空间分布上存在明显差异性，中部地区农村人居环境综合得分总体好于四周高海拔区域，适宜性综合等级大致从县域中部向四周呈放射状分布，县域村落数量和规模与人居环境适宜性等级的分布也存在类似的特征。

2.3 不同海拔区域农村人居环境适宜性等级分布基于GIS平台，对汉源县DEM数据和水系状况进行叠加，得到全县地形分布图（图3），汉源县地形整体上表现出“四周高山环绕，中部河谷低平”的区域特征。通过对图2、图3进行叠加分析可以看出，海拔作为自然环境中最为基础的影响因子，对汉源县农村人居环境适宜性分布具有重要影响。结合汉源县经济发展现状，将各评价单元的平均海拔分为低海拔（≤1 000 m）、中海拔（＞1 000～2 000 m）、亚高海拔（＞2 000～3 000 m）和较高海拔（>3 000 m）4类区域。从表4可以看出，低海拔区域面积23 128.30 hm2，占全县土地面积的10.44%；中海拔区域44 499.54 hm2，占20.10%；亚高海拔区域77 925.19 hm2，占35.19%；较高海拔区域75 899.28 hm2，占34.27%，这表明汉源县域主要以亚高海拔和高海拔区域为主的地形特征。

高度适宜区在低海拔、中海拔、亚高海拔区域有分布，且主要分布在中海拔区域，面积为4 629.81 hm2，占全县高度适宜区面积的70.41%，该区域具有靠近大渡河及其主要支流流沙河的地理优势，道路通达度更高，基础设施和公共服务设施配套完善。较高适宜区在低海拔、中海拔、亚高海拔区域有分布，主要分布在亚高海拔区域和中海拔区域，面积合计为31 410.64 hm2，占全县较高适宜区面积的93.14%，主要集中在高度适宜区周边，主要受高度适宜区域的经济发展辐射影响，拉动当地的生产发展，具有较为完善的基础设施和公共服务设施。一般适宜区在4个海拔区域均有分布，以亚高海拔区域面积最多，占全县一般适宜区面积的39.55%；其次是较高海拔和中海拔区域，分别占26.68%和21.26%；该区域总体人居环境条件一般，受高度适宜区和较高适宜区经济发展辐射较小，经济发展低于前述2个区域，基础设施、公共服务设施条件处于一般水平。不適宜区在4个海拔区域均有分布，以亚高海拔区域和较高海拔区域分布较多，分别占全县不适宜区面积的41.61%和38.56%；低海拔区域和中海拔区域分布较少，其面积合计仅占19.83%；该区域国有林场较多，人口密度较低，农村人居环境条件差，基础设施和公共服务设施差。极不适宜区在4个海拔区域均有分布，以较高海拔区域分布最多，占全县极不适宜区面积的53.00%；其次是亚高海拔区域，占20.90%；该区域地形坡度大，国有林场多，基础设施和公共服务设施匮乏，人口密度低，农村人居环境条件极差，整体条件亟待改善。

从4类海拔区域的适宜性等级分布来看，低海拔区域以极不适宜区最多，其次是不适宜区和一般适宜区，较高适宜区和高度适宜区面积较少；中海拔区域以较高适宜区和极不适宜区分布较多，其次是一般适宜区和不适宜区，高度适宜区分布最少；亚高海拔区域以不适宜区分布最多，较高适宜区、一般适宜区和极不适宜区有较大面积分布，高度适宜区分布最少；较高海拔区域只有极不适宜区、不适宜区和一般适宜区有分布，其中极不适宜区分布最多，其次是不适宜区，一般适宜区分布较少。造成上述趋势的主要原因在于汉源县经济发展的不均衡性，受全县“四周高山环绕，中部河谷低平”地势差异的影响，必须会导致农村人居环境状况差异。总体来看，全县高度适宜区和较高适宜区的面积较小，不适宜区和极不适宜区面积较大，反映出汉源县域农村人居环境适宜性水平不高，进一步改善农村人居环境质量还有很大的提升潜力。

3 结论

（1）构建了4个系统、14个指标农村人居环境适宜性指标体系，采用主成分分析法得到4个主成分，通过计算4个主成分的综合得分对汉源县农村人居环境适宜性进行了等级划分，其中52个村（社区）农村人居环境适宜性水平高于平均值，51个村（社区）农村人居环境适宜性水平低于平均值。总体上看，汉源县域农村人居环境适宜性水平较低。

（2）汉源县各行政村的人居环境适宜性等级呈现出一定的集聚效应，中部地区农村人居环境综合得分总体好于四周高海拔区域，适宜性综合等级大致从县域中部向四周呈放射状分布，村落数量和规模也存在类似的趋势。

（3）经济发展和海拔对适宜性等级区分布具有重要影响，经济发展较快的低海拔、近河流的区域，其农村人居环境适宜性等级总体好于经济相对落后的高海拔地区，但其经济发展状况仍然决定农村人居环境适宜性等级的主要因素。

参考文献

［1］吴良镛.人居环境科学导论［M］. 北京：中国建筑工业出版社，2001.

［2］赵玉凤.山东省农村人居环境现状及评价分析［D］.济南：山东师范大学，2010.

［3］卢青，王彬，黄明.我国农村人居环境问题研究述评［J］.社会科学动态，2023（5）：81-87.

［4］田深圳，刘章力，王国力，等.中国人居环境：30年发展脉络与研究动向图谱［J］.辽宁师范大学学报（自然科学版），2022，45（3）：397-409.

［5］邵峰.青岛乡村人居环境质量评价及驱动机制探究［J］.中国农业资源与区划，2021，42（10）：48-55.

［6］吴箐，程金屏，钟式玉，等. 基于不同主体的城镇人居环境要素需求特征：以广州市新塘镇为例［J］.地理研究，2013，32（2）：307-316.

［7］丁旭.基于中观空间视角的乡村人居环境营建模式研究［J］.浙江大学学报（理学版），2018，45（6）：765-772.

［8］何璘，周颖悟. 黔东南地区人居环境评价及优化策略研究［J］.中国农业资源与区划，2016，37（10）：83-87.

［9］杜岩，李世泰，秦伟山，等. 基于乡村振兴战略的乡村人居环境质量评价与优化研究［J］. 中国农业资源与区划，2021，42（1）：248-255.