黄河流域水利风景区集群与风光带空间布局适宜性评价

刘昌辉,赵 楠,董 青,李维华,李勤英,孟 明,祝世华,朱珂瑩

(1.黄河勘测规划设计研究院有限公司,河南 郑州 450003; 2.水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室(筹),河南 郑州 450003; 3.水利部综合事业局,北京 100032; 4.衢州市水利局,浙江 衢州 324000)

随着黄河流域生态保护和高质量发展,生态文明理念、乡村振兴等战略的提出,水利风景区的建设和发展也面临着新的机遇和挑战。水利部印发的《关于推动水利风景区高质量发展的指导意见》为水利风景区的集群和风光带发展指明了方向。我国自20世纪70年代初开始逐渐形成了适宜性评价学科,并在实践中取得了一些积极的成果。

适宜性评价是从自然、经济、社会与文化4个方面对土地资源的适宜性程度进行评价,以确定土地利用方式的科学、合理和可持续性[1]。国内外学者在适宜性评价研究方面做了大量的工作,先进的评价理论和方法不断涌现,其中以土地单元适宜性评价为主要的研究方向[2]。然而,由于各国的自然和社会条件不同,适宜性评价的方法体系和侧重点也有所不同。如欧美国家注重对生态环境[3]和社会文化的评价[4-5],而我国则更侧重于对土地生产力和土地利用功能的评价[6]。在实践应用中,适宜性评价成果主要用于决策支持[7]、土地利用规划[8]和生态保护[9]等领域。如在城市规划与建设领域,适宜性评价在缩小城市扩张范围[10]、寻找新城区[11]、合理规划蓝图[12]等方面起到了重要作用;在农业生产领域,适宜性评价可以帮助农民合理选择作物[13],制定管理方案[14],促进农村可持续发展[15-16]。

水利风景区集群及风光带中,风光带是指连接城市与水利风景区的线性景观带,通常是地理环境中自然、文化元素、历史遗址以及现代城市等因素综合构成的生态廊道或景观保护带[17-18]。水利风景区集群是将多个水利风景区进行有机整合,实现了水利文化、旅游、科普等多功能的整合和集成,并以水利文化为主题,具有游览、观光、度假、科普和文化传播等功能[19]。因此,水利风景区集群及风光带规划设计应使集群及风光带辐射较大范围的人口、文化和自然资源,从而释放出更大的综合效益。然而,传统的集群和廊道规划方法多基于要素的空间分布特征,以河流、路网等线性要素构建空间廊道和分区,或是基于要素空间分布情况,连点成线形成空间廊道。该空间布局方法存在一定的主观性,其结果容易受到设计者主观认知的影响。为此,本研究以黄河流域水利风景区为研究对象,在集群及风光带规划设计中引入适宜性评价,综合评价影响集群及风光带布局的自然、经济、社会和文化等因素,并构建水利风景区集群及风光带适宜性评价指标体系,利用层次分析法(AHP)、粒子群优化算法和群决策法等,以定性与定量相结合的方法,划分集群及风光带适宜建设分区,为水利风景区宏观布局和水利风景区风光带集群建设提供数据支撑。

1 黄河流域水利风景区概况

2021年10月,中共中央、国务院印发了《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》作为指导当前和今后一个时期黄河流域生态保护和高质量发展的纲领性文件。2022年8月水利部印发的《关于推动水利风景区高质量发展的指导意见》指出,到2025年,水利风景区总体布局应进一步优化,以推动水利风景区风光带和集群发展。建设黄河流域水利风景区集群及风光带建设是践行《关于推动水利风景区高质量发展的指导意见》中完善水利风景区总体布局的重要举措。作为水利与多产业融合发展的产物,水利风景区集群及风光带建设可在维护水工程、保护水资源、改善水环境、修复水生态、弘扬水文化、发展水经济等方面发挥重要的集聚作用。

截至2022年底,黄河流域共有260余家水利风景区,其中125家为国家水利风景区(图1),涉及空间范围广,在河源水源涵养区、上游生态功能区、中游粮食主产区、下游黄河湿地区均有分布。

图1 黄河流域水利风景区分布

2 评价指标体系构建

建设水利风景区集群及风光带,除了考虑水利风景区的空间分布、水系水网布局、区域生态系统价值等自然因素外,还需考虑区域经济发展水平、交通路网布局、人口分布密度和经济发展水平等人文因素,以及国家重点水利工程分布、相关生态保护区等政策因素[20]。

本研究从水利风景区高质量发展的基本内涵出发,考虑水利风景区的自然、人文和政策因素,结合专家意见和已有研究成果,构建了由3个准则层和9个评价指标构成的水利风景区集群与风光带空间布局评价指标体系(表1)。表1对应的评价数据主要来源于中国陆地生态系统服务价值空间分布数据集、基于DEM提取的中国流域和河网数据集、资源环境科学数据注册与出版系统、水利风景区综合服务平台、中国GDP空间分布公里网格数据集、国家文物局综合行政管理平台、中国人口空间分布公里网格数据集和中国自然保护区生物标本资源共享平台。

表1 水利风景区集群与风光带空间布局适宜性评价指标体系

通过对国家、省和地市3个层级相关规划内列的重点水利工程进行人工搜集,并利用相关平台捕获重点水利工程的空间坐标数据以获得国家、省和地市重点水利工程的空间分布数据,其他相关基础数据可通过已有的开源数据平台获取。国家、省、重点地市相关规划涉及的重点工程分别为25、132和217个,其规划统计见表2。通过这些数据可以更好地评估水利风景区布局的各项指标。

表2 国家、省、地市级涉及重点水利工程的规划统计

3 指标权重计算方法与专家数据

引入基于粒子群优化算法改进的层次分析法对评价体系准测层和指标层进行权重分析。邀请生态、园林、城市规划、水文以及水利风景区管理机构共计45人参与权重分析。①45位专家分别对不同层次评价指标的重要性进行判断并构建判断矩阵;②采用粒子群优化算法对判断矩阵进行矫正,计算并获得各评价因素的重要性排序,即权重分配;③进行一致性验证,若验证通过则表明权重分配合理,若不通过则表明权重分配不合理,需重新对评价指标进行重要性判断并完成其他步骤,直至通过一致性检验;④采用群决策法直接求出45位专家权重分配结果的平均值。指标权重分析过程如图2所示。

图2 指标权重分析过程

在群决策结论方法中,专家群决策单个权重的结果相当于每个专家各相关权重值的平均数。若各专家的影响因子不同,则上述平均值为各专家的加权平均值。一般推荐采用群决策结论法进行群决策求解。采用专家群决策方法,直接求出45位专家结论的平均值。本研究展示1个专家数据用于说明求解步骤,其他专家的过程与此完全相同的,故不再展示。专家1求解过程数据见表3～8(λmax为最大特征根;CI为一致性指标;CR为一致性比例),参与问卷调查的45位专家的用表形式见图3。

表3 专家1各项评价内容结论

表4 修正后计算用准则层权重矩阵

表5 修正后计算用自然因素权重矩阵

表7 修正后计算用政策因素权重矩阵

表8 准则层权重

4 群决策结论与归一化计算

群决策方法是直接求解专家结论的平均值方法,即没有群矩阵;若各打分专家的权重不同,由于群矩阵无法求几何平均值,只能通过专家结论平均值法求解,即仍没有群矩阵[21]。本研究45位专家的权重相同,表9是通过群决策获得的准则层和指标层权重表。

表9 基于群决策获得的准则层和指标层权重

为了在进行数据比较和分析时更加准确和公正,采用归一化方法对数据进行预处理。归一化方法是将数据按照一定的规则转换为一定范围内的数值,以消除数据间的量纲和维度差异。归一化常用的两种方式分别是Min-Max归一化和Z-score归一化方法。本研究采用Min-Max归一化方法对各项评价数据进行归一化计算,其计算公式为(x-xmin)/(xmax-xmin),其中x为原始数据,xmin为数据集的最小值,而xmax即数据集的最大值。在Arc Gis中对评价指标对应的评价数据按照Min-Max归一化方法计算,得到归一化后的栅格数据。

5 评价结果及分析

5.1 评价结果

采用ArcGIS软件的“加权总和”工具,将进行归一化计算后获得的各项指标数据按照对应权重(表9)进行叠加,获得多要素权重叠加数据(图4)。使用相等间隔法将叠加后的数据分为5类,分别表示高适宜区域、较高适宜区域、中适宜区域、低适宜区域和不适宜区域,见图5。通过该方法可更直观地了解黄河流域水利风景区宏观布局评价结果。

图4 多要素权重叠加数据

图5 黄河流域水利风景区宏观布局

由图5可以发现,黄河流域适宜建设水利风景区和集群的区域主要分布在关中平原、中原城市群、山东半岛和黄河几字湾等区域。结合黄河流域生态保护和高质量发展的要求,提出“五群六带”的水利风景区宏观布局构想。其中,“五群”是指宁夏平原集群、晋中盆地集群、关中平原集群、中原集群和山东半岛集群,而“六带”则包括河湟风光带、黄河几字湾风光带、黄河中游风光带、泾河风光带、黄河下游风光带和河口风光带。这一布局构想以黄河干支流、城市水网、四五级河流和主要交通干线为基础,结合重点水利工程、人口、交通和文化等方面的空间分布情况,旨在充分挖掘黄河流域丰富的自然和人文资源,打造具有区域特色和较高综合价值的水利风景区集群和风光带,推动黄河流域的生态保护和高质量发展。

为了进一步明确黄河流域适宜建设水利风景区集群及风光带所在县(区),将高适宜区域数据与黄河流域地级市地图进行叠加,通过筛选得到黄河流域水利风景区集群及风光带高适宜建设县(区)统计表(表10)。从表10可以发现,沿黄9省(自治区)中,青海省和四川省没有适宜建设水利风景区集群及风光带的县(区),而其他7省(自治区)均有适宜建设的县(区)。此外,河南省和陕西省的适宜建设区域较多,且两省均以省会城市形成适宜建设的热点区域,这主要是因为这些区域经济较为发达,路网和水系较为密集,文化资源较为富集,且国家级水利风景区的分布数量较多。

表10 黄河流域水利风景区集群及风光带高适宜建设县(区)统计

6 适宜建设区域水利风景区集群及风光带打造策略

水利风景区集群及风光带的建设需要在宏观、中观、微观3个层面进行规划和实施。

a.在宏观层面(流域或省域层面),水利风景区集群及风光带应注重区域集聚效应,以图5为依据,从流域整体层面,根据区域城市集群和黄河干支流规划水利风景区集群及风光带,并注重与全国水利风景区总体规划的衔接以及沿黄各省市水利风景区规划的传导,加强与流域综合规划、区域高质量发展规划及文旅规划的衔接。

b.在中观层面,以相关市域层面为研究范围进行资源评价,注重要素集群效应规划水利风景区集群,以国家水网、路网、文旅线路为轴线,统筹沿线(岸)水利风景及文化旅游资源,形成水利风景区风光带。可结合表10的内容,选定试点地区,推出水利风景区集群及风光带建设试点,对于入选试点建设的地区加大政策和资金支持。

c.在微观的景区建设层面,注重水利风景区落地建设。加强不同景区间道路、水系、绿岛等线性要素的联通。可以本研究评价体系中各指标权重分析为参考依据,识别工程建设重点,完善基础设施建设内容。

7 结 论

a.基于文献综述和专家咨询的方法,构建黄河流域水利风景区集群与风光带空间布局适宜性评价体系。该体系涵盖了自然、人文和政策3个层面,并通过层次分析法获得指标权重,为评估黄河流域水利风景区集群及风光带的适宜建设区域提供了评价依据。基于评价体系和指标权重,将黄河流域水利风景区集群及风光带的适宜建设区域划分为5个等级,提出了建设分区方案。按照该方案,提取56个适宜建设的县(区),为黄河流域水利风景区集群及风光带的建设提供了基础数据和空间布局依据。

b.在宏观、中观和微观3个层面,提出对应的建设策略和方法。在宏观层面,提出“五群六带”的黄河流域水利风景区宏观布局构想,即将黄河流域分为5个功能区,6条地域联通带。在中观层面,选取适宜建设的县(区)作为试点地区,从资源整合、政策支持、投资建设等方面提出中期建设规划和措施,并呼吁政府加大资金和政策支持。在微观层面,强调水利风景区集群及风光带的落地建设,提出加强不同景区间道路、水系、绿岛等线性要素的联通,完善基础设施建设内容等策略和方法。

c.本研究提出的方法和思路充分考虑了区域的自然条件和人文历史、文化遗产等因素,在区域空间规划、文旅规划等领域的宏观规划中也具有参考意义,同时也为国家文化公园的建设提供了可供借鉴的经验和方法。黄河国家文化公园的规划需要注重自然与人文的结合、生态保护与经济发展的协同以及区域间的联动和协调,本研究提出的中期建设规划和措施、落地建设思路等方法,可为黄河国家文化公园宏观规划提供有益的参考和指导。