基于AHP-GIS的干旱区城乡建设用地适宜性评价——以新疆昆玉市为例

谢斯琦，冶建明,2*

（1.石河子大学农学院，新疆·石河子 832003；
2.同济大学建筑与城乡规划学院，上海 200092）

随着我国进入快速城乡化进程，城镇化水平大程度提升，建设用地规模大幅度增长，城乡建设用地扩张同土地资源之间的供需矛盾日渐突显[1]。同时，资源合理规划配置作为城乡规划的核心问题，已经成为城乡总体规划和土地资源合理利用的重要依据[2]。目前基于GIS的城乡用地适宜性评价的方法有神经网络法、因子加权评价法、模糊综合评判法、多目标决策支持系统、AHP法等，但更主要、更常用的是依托GIS的适宜性评价[3-14]。相较于其他地区，西北干旱区面临的是干热缺水、风沙频繁等恶劣的自然条件，生态环境面临严峻挑战。目前西北地区城乡建设一味引进和照搬国外以及内地模式，造成边缘城乡扩张盲目无序、土地资源利用不合理等现状，恶劣生态环境下对城乡建设用地适宜性评价的需求更加迫切。因此，为干旱地区建立城乡建设用地适宜性评价体系，解决城市扩张过程中的问题，将有利于西北干旱地区城乡用地在生态、资源以及环境的制约下达到最优化配置和利用[15]，从而提高土地的利用效率。

本文选取的研究区—十四师昆玉市处于丝绸之路经济带的重要节点位置，位于西联东出的大通道上，虽然深居内陆，但随着中欧班列的开通和“一带一路”丝绸之路经济带的发展，昆玉向西出口具有无与伦比的距离优势和政策优势，便捷的交通优势对“一带一路”战略的高速运转具有重要作用。本文利用ArcGIS技术，应用Landsat遥感影像数据、Dem数据以及统计数据，同时采用AHP法对昆玉市城乡建设用地适宜性进行探讨研究与分析，建立城乡建设用地的适宜性评价体系和方法，根据模型方法对昆玉市建设用地适宜性区域进行分析，揭示其适宜性空间格局和特征，以资源利用、环境保护以及合理规划土地资源为出发点为城乡土地资源规划提出建议，以期为干旱地区城乡规划发展的研究提供一定的决策依据。

1.1 研究区概况

2016年1月20日国务院批复成立自治区直辖县级昆玉市，东临和田市约70 km，昆玉市现有土地总面积1845.71 km2，人口约5.7万；
规划至2035年达到13万人左右[16]。昆玉市地处昆仑山脉北麓，位于和田地区塔里木盆地的西南部，属于塔克拉玛干沙漠腹地，境内地形地貌以沙丘型地貌为主，拥有大面积风积沙灰漠沙质土地和部分湿地及水域面积，整体地势由南向北倾斜。研究区属于典型的绿洲—荒漠交错带城市，生态环境和自然资源仍是影响和决定城乡规划和布局的重要因子。

昆玉市属于暖温带大陆性荒漠气候，春季长且大风天气多，多发生扬尘[17]。风沙天气频繁导致昆玉市居民的日常出行以及生产生活受到极大程度的影响；
夏季天气炎热且降雨天气较少，总降水量不大，蒸发量较大，年降水量28.9～47.1 mm，年蒸发量达2198～2790 mm，年平均气温11.0～12.1℃。昆玉市作为近年来的沙漠边缘新兴城市，驻扎在新疆最南部的屯垦戍边之地，是丝绸之路经济带的重要节点，其地理位置以及政策优势对加快“一带一路”战略高速运转具有重要作用。随着昆

玉市的批复成立，城乡建设用地快速扩张，绿洲—荒漠交错带易出现的复杂生态问题极大地限制了沙漠边缘城市建设用地的选择与布局，城乡规划发展的推进受到严重威胁。因此，如何科学、合理地对城乡建设用地的扩张以及空间格局进行规划是提升昆玉市土地资源高效利用，实现城市整体空间优化配置的关键。

1.2 数据来源及处理

本文使用的研究数据包括：2018年的LandSAT8数据、2018年的数字高程数据（DEM）以及TM影像数据等来源于中国地理空间数据云平台。对遥感数据和DEM数据进行统一地理坐标系处理，通过ENVI软件计算出归一化植被指数(NDVI)和归一化水体指数(MND-WI)，昆玉市垂直范围分布采取DEM和地形图，水平范围分布采取土地利用类型识别、多级缓冲区分析等。

1.3 研究方法

1.3.1 适宜性评价体系的建立

研究充分考虑科学性、可行性等原则，对昆玉市用地的现状进行分析，通过AHP法建立城乡建设用地适宜性的层次结构模型，共包括11个指标（图1）。

图1 昆玉市城乡建设用地适宜性评价体系Fig.1 Evaluation system of urban construction land suitability in Kunyu city

1.3.2 适宜性影响因子选取

（1）自然因素：基于自然因素提取研究区高程、坡度、湿地可达性等因子

根据昆玉市独特的区位以及自然环境，利用DEM数据对昆玉市高程进行了分析。地面标高越高，城乡建设用地开发建设利用条件越差，低海拔地区生态条件更好，城乡建设用地适宜性越高；
根据DEM地形数据分析，昆玉市地势较为平缓，城乡整体坡度跨度较小，利于城市的开发与建设；
水资源是城乡居民生产生活必要条件，城乡建设须充分考虑自然水源区位，特别是在昆玉市恶劣的自然环境下，对自然水源的需求更加紧迫，且水资源的分布很大程度影响着城乡的分布与基本格局。依据自然因素的缓冲距离，整合单一因子进行叠加分析的影响结果，从而基于自然因子确定城乡建设用地的适宜性区域分布。

（2）社会因素：基于社会因素提取道路、土地利用程度以及工业污染区、建成区和服务设施可达性等

在城乡建设用地区域内，应考虑到区域道路的可达性，道路可达性越高，城市的交通优势越明显；
城乡建设用地的开发建设应充分考虑到选址区域的土地利用程度，土地利用集约程度极大程度上影响着城乡用地开发的方向，通过土地利用程度分级指数与各类用地所占比例，可得出昆玉市土地利用集约分布；
城乡建设用地选址也需要考虑与工业园区的位置关系；
公共服务设施是城乡居民生活品质的标志之一，城乡公共服务设施点的设置需要充分考虑城乡居民的日常活动范围[21]，以提升居民对城乡满意度，同时能够很好地反映城乡的建设程度；
建成区是城乡建设用地开发建设选址的重要影响因素，新建区与已建成区的距离反映了城区之间的联系是否紧密，一个城乡未来的发展方向与其周边城乡的发展情况是紧密相连的。

土地利用程度指数可表征研究区域内土地利用的集约程度，通过该指数可反映区域土地利用程度。其表达式为：

式中：L表示区域土地利用程度指数；
Ai表示第i类土地面积占比；
Ci表示第i类土地类型级数；
n表示地类数。

根据本研究区土地类型分类，参考原有的土地利用类型分类以及分级指数表，建立适宜本研究的土地利用类型分级指数表（表1）。

表1 土地利用分级指数Table 1 Land use grading index

（3）生态因素：基于生态因素提取植被覆盖度、动物生境、区域小气候等因子

对昆玉市地面植被覆盖度进行分析，植被覆盖程度越高，则反映了该区域土地条件越好，越适宜植物的生存，城乡建设用地开发利用时需要充分考虑城乡树木的存活条件。基于昆玉市的地势、生态和气候条件，本文以植被覆盖类型作为依据能够最大程度反映动物生境类型，动物依赖的水源、防护林、草地、耕地等生态条件共同营造的良好的生存环境。小气候与人们的生活生产均有着最为明显和密切的关系[22-23]，昆玉市四周沙漠环绕，特殊的地理环境下增热迅速，而散热缓慢，空气湿度难以保存，选取适宜的小气候是城乡建设用地选址规划的重要影响因素。

1.3.3 权重确定

作为本研究框架下的一个重要步骤，权重设置和属性分级的设定直接影响到昆玉市城乡建设用地的评价结果。基于层次分析法对各个评价指标因素的权重数值确定。通过专家打分法对各影响因子的重要程度进行打分，创建两两判断矩阵，对判断矩阵的一致性进行查验，该矩阵的最大特征值λmax=3.0858，矩阵偏离一致性指标CI=(λmax-n)/(n-1)=0.0478，该研究矩阵阶数n=3，查询平均随机一致性指标得出RI=0.58，计算得出平均随机一致性比率CR=CI/RI=0.0825＜0.1，则判断矩阵通过一致性检验。基于YAAHP软件获得指标层、准则层和目标层的权重值（表2）。

表2 昆玉市城乡建设用地适宜性评价体系赋权Table 2 Evaluation system of urban construction land suitability in Kunyu City

1.4 适宜性评价模型

评价模型运用较多的是多因素总和分析，根据地区的具体环境条件选取相应影响因子，综合考虑单因子对城乡建设用地的影响程度确定每个评价因子的得分，并对相应等级进行｛9,7,5,3,1｝赋值，值为9的区域为极适宜区，值1为不适宜区（表3）。通过多因子综合评价得分值划分城乡建设用地适宜性等级。利用GIS技术对所得数据进行处理，主要包括建立多级缓冲区、重分类等分析得到建设用地的综合各因素适宜性评价值。其基本的表达形式可以归纳为：

表3 评价因子分级指标得分标准Table 3 Evaluation index suitability classification standard and assignment

式中：F为评定昆玉市城乡建设用地适宜性综合评定分值；
wi为第i项适宜性因子计算权重（i=1,2,3,……，n）；
Gi为第i项适宜性因子分级得分；
n为指标因子个数。

2.1 土地利用现状分析

获取昆玉市城乡建设用地类型分布情况（表4），用地类型中占比最大的为裸地，面积约有53.3331 km2（17.95%）；
其次为农田用地，约为50.5359 km2（17.01%），再者是已建成区面积约为28.2708 km2、交通道路面积约7.065 km2等共占昆玉市总体面积的11.89%；
此外还有水体（3.41%），防护林（12.45%）。

表4 昆玉市各土地利用/覆盖类型面积Table 4 Land use/coverage type area in Kunyu City

昆玉市城乡建设用地类型分布现状可以看出（图2），裸地作为占比最大的用地类型集中分布在南部地区，这是由于昆玉市地处沙漠边缘的区位环境；
防护林以及草地占昆玉市总面积比例较小，防护林在研究区中部地区呈现网状分布，防护林是昆玉市重要的植被覆盖类型，由于防护林的存在使得昆玉市能够在沙漠边缘屹立，在未来昆玉市的规划中，应注重防护林的建设和完善；
草地在研究区北部地区成片分布，西北部的杜瓦河以及北部地区的湿地是草地分布的重要约束条件，为地表植物营造了优良的生存环境，昆玉市草地的面积并不大，在未来生态建设中应注重周围生态的修复，从中部地区至北部地区地形渐为平缓，生态基底较好，可作为城乡建设用地开发利用建设区。

图2 昆玉市土地利用现状分布Fig.2 The land use map of Kunyu City

地处沙漠边缘制约了昆玉市土地资源利用的规模，高程和地形坡度是影响城乡建设和开发的重要制约因子，昆玉市由南至北坡度渐缓，城乡建设用地适宜向北部选址；
水资源供给是首要的自然限制因素，北部地区的杜瓦河为昆玉市提供了重要的生态发展基础，自南向北生态基底逐渐变好，人工提取河流水资源能够保证中部地区的农田正常运作；
昆玉市土地资源利用现状水平较低，规划和布局合理程度低，生态环境保护有待提升，中部地区有大面积的沙质地面，土壤中有机肥量以及生物含量低，土地资源利用程度较低，难以进行建设用地开发利用；
受自然条件和人类活动干扰的综合因素，昆玉市地区植被覆盖率低，防护林建设完善度不足；
研究区南部的裸地相对容易发生土地类型转变，适宜开发利用，昆玉市裸地呈现连片分布，为建设用地提供了土地资源基础。

2.2 准则层适宜性分析

对地面海拔进行分析，东北部高程较低属于极适宜区。不适宜区分布在南部地区干吉塔格山脉北缘海拔较高的地区（图3a）；
根据地形坡度分析，昆玉市南部地区坡度跨度较大、中部地区和北部地区地形坡度较为平缓，根据我国林业坡度>25°的耕地需要进行退耕还林还草的可持续发展措施，南部地区坡度较大，整体的适宜性最低（图3b）；
对水源的距离分析，北部地区由于杜瓦河的存在水资源可达性最高（图3c）。加权总和分析得出自然因子适宜性，极适宜区面积占昆玉市总面积的5.34%；
高适宜区（13.83%）位于极适宜区周围；
中适宜区占昆玉市总面积的35.69%；
低适宜区（36.53%）处于地面高程较高且坡度较大的山地地区，不考虑作为建设用地开发利用；
不适宜区（8.61%）位于昆玉市南部地区，该区域生态条件差，植被覆盖度极低（图6a）。

图3 自然因子适宜性分析Fig.3 Natural factor suitability analysis

对工业园区分析，主要分布在已建成区边缘（图4a）；
对土地利用程度分析，土地利用指数可以反映昆玉市土地利用空间集散程度，昆玉市总体土地利用综合指数较低，西部农田以及南部建成区土地利用程度较大，其适宜度较低，北部地区、东部地区以及南部建成区以外地区适宜性较高（图4b）；
对交通道路进行分析，距离交通道路越近，越适宜城乡建设用地开发利用（图4c）；
根据研究分析得出已建成区在昆玉市南部地区集中分布（图4d）；
对昆玉市的学校、医院、公园以及公交站点等公共服务设施进行分析，极适宜区在已建成区内部和乡镇聚落地区集中分布，不适宜区在农田和尚未开发的地区分布（图4e）。进行多因子综合分析，极适宜区占昆玉市总面积比例的0.38%；
高适宜区（3.75%）集中于已建成区内的交通道路附近以及建成区周围；
中适宜区（15.78%）主要分布在南部地区建成区周边；
低适宜区（63.59%）主要分布在地势平坦、土地类型易发生转变的社会条件较差的地区；
不适宜区（16.5%）分布在昆玉市北部地区裸岩地以及沙地（图6b）。

图4 社会因子适宜性分析Fig.4 Social factor suitability analysis

对植被覆盖度计算，高植被覆盖度地区集中分布在昆玉市中部农田、防护林覆盖地区以及北部地区杜瓦河流域和生态湿地周边（图5a）；
以生态资源为依据进行动物分布范围分析，农田、防护林、草地以及邻近杜瓦河流域等地区周围具有良好的动物栖息环境（图5b）；
对小气候分析，空间组成中的地形、水体、下垫面、人为活动以及建筑布局等都是形成区域小气候的主要因子（图5c）。进行多因子综合分析，极适宜区占昆玉市面积的3.41%，集中分布在中北部地区水源、植被覆盖度高地区以及已建成区周围；
高适宜区（30.06%）连片分布在中部农田地区以及北部植被覆盖度较高的地区；
中适宜区（11.91%）镶嵌分布与中部地区农田周围以及稀疏草地覆盖地区范围；
低适宜区（15.99%）集中分布于南部裸地地区以及距离建成区的较远的地区；
不适宜区（38.63%）集中分布于沙地、裸岩以及山区等地区（图6c）。

图5 生态因子适宜性分析Fig.5 Ecological factor suitability analysis

图6 准则层适宜性分析Fig.6 Criterion layer suitability analysis

针对自然、社会以及生态因子的各指标因子进行适宜性分区分析，获得自然、社会以及生态因子准则层适宜性分布情况，根据准则层分析可知：自然因子适宜性分区中地形坡度为主要的适宜性影响因子，适宜性地区主要分布在缓坡地区；
社会因子适宜性分区中交通道路可达性、土地利用程度以及建成区分布为适宜性分布的主要影响因子；
生态因子适宜性分区中植物生境为主要的适宜性分布影响因子。

2.3 适宜性空间的评价计算

根据评价指标适宜性分级标准及赋值，利用GIS技术对遥感数据进行多级缓冲区分析和重分类分析，得出指标层（C1～C11）的单因子适宜性评价结果，再通过多因子加权总和分析以及栅格计算器得出准则层（B1～B3）以及目标层（A）的昆玉市城乡建设用地综合适宜性评价结果。昆玉市城乡建设用地适宜值在2.07023～7.34616范围之间（图7）。

图7 昆玉市城乡建设用地空间适宜性评价Fig.7 Evaluation of spatial suitability of urban construction land in Kunyu city

2.4 分区阈值的确定

获得昆玉市城乡建设用地综合适宜性评价结果，通过ArcGIS自然间断点分级法分析得出阈值区域，最终得出昆玉市城乡建设用地适宜性五大分区：极适宜区、高适宜区、中适宜区、低适宜区和不适宜区（表5）。

表5 昆玉市城乡建设用地适宜性空间综合评价分级标准Table 5 Classification standard for comprehensive evaluation of suitability space of urban construction land in Kunyu city

2.5 适宜性空间分析

综合自然、社会以及生态三个准则层因子进行多因子叠加分析对昆玉市城乡建设用综合适宜性进行研究，依据表5中的数据对昆玉市城乡建设用地适宜性综合评价结果进行分析，从而得出昆玉市城乡建设用地综合适宜性分布（图8）。

图8 昆玉市城乡建设用地适宜性空间分布Fig.8 Spatial distribution of suitability for settlement site selection in Kunyu City

表6 昆玉市城乡建设用地空间适宜性分析结果Table 6 Results of spatial suitability for settlement site selection in Kunyu City

（1）昆玉市城乡建设用地极适宜建设用地适宜性区域值位于6.2933～7.3461之间，该区域总面积为35.7416 km2，是昆玉市总面积的12.12%。分布于昆玉市建成区南部、耕地北部以及杜瓦河上游区，成点状辐射，区位条件最优。分析可得，最适宜区集中于中部农田、北部杜瓦河以及湿地周围，地形平坦，生态基底良好。从此经过的杜瓦河使得该地区具有较好的水源可达性，距农田和建成区较近，是最适宜进行城乡建设用地开发利用的地区。

（2）昆玉市城乡建设用地高适宜建设用地的适宜性区域值位于5.6957～6.2933之间，该区域总面积为86.7614 km2，是昆玉市总面积的29.43%。分布在生态基底较好的地区，该地区为地形平缓地带，湿地可达性较好，绿化面积丰富，生态基底良好，因此该区域适宜城乡建设用地的开发建设。

（3）昆玉市城乡建设用地中适宜建设用地适宜性区域值位于5.0098～5.6957之间，该区域总面积为49.5544 km2，是昆玉市总面积的16.81%。分布在土地类型易发生转变区域，范围较广，该区域生态基础较为稳定。

（4）昆玉市城乡建设用地低适宜建设用地适宜性区域值位于4.2842～5.0098之间，该区域总面积为58.3685 km2，是昆玉市总面积的19.79%。该区域在南部裸地区域集中，植物的生长环境较差。且交通道路、水源、建成区等可达性低，这些区域不建议作为城乡建设用地的开发建设。

（5）昆玉市城乡建设用地不适宜建设用地的适宜性区域值位于2.0702～4.2842之间，该区域总面积为64.3743 km2，是昆玉市总面积的21.84%。主要分布于沙地、裸岩地区，地质条件以及生态环境恶劣，几乎无植被覆盖，该地区不作为城乡建设用地的开发利用。

（1）研究区内的地形地貌、水资源、建成环境等条件对昆玉市城乡建设用地适宜性具有较大程度的影响。在对干旱地区绿洲—荒漠型城市影响因子的选取时，应多注重对自然因子和生态因子方面的考虑，特别是对建设用地选址有直接作用的地形、高程以及生境质量等因子。

（2）GIS技术用于沙漠边缘城乡建设用地适宜性评价具有科学性、可操作性以及实用性，GIS技术的区域空间数据处理、可视化等功能，该技术在研究昆玉市城乡建设用地适宜性过程中的评价指标分级划分、多因子叠加分析等方面具有重要作用。

（3）城乡建设用地适宜性评价对建设用地选择布局以及土地资源规划利用具有重要作用，根据综合适宜性评价结果显示，昆玉市目前可开发利用的城乡建设用地区域面积只占昆玉市总面积的很少一部分，因此对于昆玉市未来的城乡发展更加需要严格的规划与筹谋。极适宜区面积为35.7416 km2，占昆玉市总面积的12.12%；
高适宜区面积为86.7614 km2，占昆玉市总面积的29.43%；
中适宜区面积为49.5544 km2，占昆玉市总面积的16.81%；
低适宜区面积为58.3685 km2，占昆玉市总面积的19.79%；
不适宜区面积为64.3743 km2，占昆玉市总面积的21.84%。从分析结果来看，昆玉市作为近年来的沙漠边缘新建城，城乡建设用地适宜区占比较少，东部地区裸地，沙化土地占比较大，土地沙化问题较为突出；
北部地区适宜度较高，但生境、地形较为破碎，生态环境较为脆弱。在后期的城市发展中应完善城乡建设规划体系，控制人口增长对环境的压力，提升东部地区生境质量，加强对北部区域生态资源保护的力度。昆玉市未来建设用地扩张发展应以现有的建设用地为核心，顺应生境走向，在保护生态安全的前提下向北部极适宜地区推进城乡建设规划，实现人口、社会、资源和环境的协调发展，为提升城乡建设空间格局提供发展动力。