劉 敏，鐵柏清，彭茂林

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院，湖南 長沙 410128）

GIS在農(nóng)村生活垃圾收集點選址中的應用

劉 敏1，鐵柏清1，彭茂林1

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院，湖南 長沙 410128）

綜合考慮人口密度、居民點、道路、地類4個影響因子，利用ArcGIS平臺的空間分析方法，對東坪鎮(zhèn)生活垃圾收集點進行優(yōu)化選址，為垃圾收集池建設尋找最優(yōu)區(qū)位。結(jié)果表明，將GIS引入垃圾收集點空間布局規(guī)劃具有一定可行性，可提高選址的科學性和效率，為農(nóng)村生活垃圾收集與運輸提供新思路。

GIS；生活垃圾；收集；選址

相對城市而言，農(nóng)村人口密度相對較小，居民點布局分散，加上交通條件的限制，使得生活垃圾收集難度較大，農(nóng)村生活垃圾的收集與處理一直是一個被人們忽視的問題。

地理信息系統(tǒng)作為一種地學空間信息分析系統(tǒng)，在計算機軟、硬件系統(tǒng)的支持下，可以對空間中跟地理分布相關的數(shù)據(jù)及其關系進行采集、運算、分析、顯示、儲存、管理。國內(nèi)外基于GIS選址主要應用于超市、商業(yè)中心、垃圾填埋場、分散式污水處理廠等方面[1-6]，也有以村為單位布置少量垃圾收集點的研究[7]，大多數(shù)是研究在一定地理空間內(nèi)選擇少量符合要求的選址點。

1 研究區(qū)概況

安化縣東坪鎮(zhèn)位于安化縣城（111°2'E～111°23'E，28°16'N～28°32'N），有37個村莊、6個社區(qū)及一個茶園示范場。2010年末，東坪鎮(zhèn)47 668戶，總?cè)丝?0.62 萬人，按每人每天產(chǎn)生生活垃圾0.8 kg計算，每天共產(chǎn)生生活垃圾165.01 t。

調(diào)查顯示，農(nóng)村生活垃圾主要分為可降解垃圾（廚余垃圾為主）、可回收垃圾（廢紙、廢棄金屬、廢棄電池、廢棄塑料、玻璃）、其他垃圾3大類，其中可降解垃圾的比重較大。家庭生活垃圾的主要處理與處置方式為露天分散堆集、家庭堆漚池、簡易焚燒等，部分村及社區(qū)存在嚴重環(huán)境問題，除東坪鎮(zhèn)所在的4大社區(qū)外，幾乎沒有垃圾收集處理措施。

2 研究方法

2.1 選址原則

1）保證垃圾收集點覆蓋率；

2）垃圾投放方便；

3）交通便捷，便于清運；

4）不造成二次污染。

2.2 影響選址的主要因素

1）人口數(shù)量及其分布狀況。生活垃圾產(chǎn)生量與人口數(shù)量呈現(xiàn)一定線性關系。假設人口在各行政村均勻分布，根據(jù)各村人口數(shù)量和行政村面積計算人口密度。人口密度越大的區(qū)域垃圾收集點設置的服務半徑越小，人口稀少的行政村也設置相應間隔距離的垃圾收集點保證垃圾收集點覆蓋率，提高垃圾收集效率。

2）居民點分布。生活垃圾收集與處理本是一件利民的事情，不應給居民原本的生活造成負擔?？紤]到垃圾投放方便，垃圾收集點選址于村莊及其周圍一定范圍內(nèi)。

3）交通狀況?？紤]到垃圾清運問題，選定的垃圾收集點要求沿道路分布在路旁一定范圍內(nèi)。

4）地類。垃圾收集點一旦投入使用，會對周圍環(huán)境造成一定影響，垃圾收集池的建設對地質(zhì)也有一定的要求。在二調(diào)地類圖斑中，對水庫、自然水域、坑塘溝渠、農(nóng)林用地等不適宜建設垃圾收集點的地類予以排除，預防造成二次環(huán)境污染。

2.3 分析方法

本次選用ArcGIS10.0作為分析平臺，基于人口密度、居民點、道路、地類4個影響因子，對所獲取的數(shù)據(jù)進行空間分析，優(yōu)化垃圾收集點分布位置。

1）緩沖區(qū)分析。緩沖區(qū)分析是指在選址過程中，按照一定的距離條件對某類地類建立不同半徑的緩沖區(qū)，作為選址的約束條件。

2）疊加分析。矢量數(shù)據(jù)的疊加分析主要是對具有相同坐標系的不同要素類的屬性進行連接、運算。通過疊加分析中的空間連接和擦除工具分別對要素類和表進行屬性附值、創(chuàng)建要素。

3）空間統(tǒng)計。在預選址過程中，通過計算其幾何中心、要素轉(zhuǎn)換，分組統(tǒng)計識別人口分布的地理中心。

4）鄰域分析。鄰域分析是通過搜索空間位置中與其鄰近的要素，并對其進行分析和輸出的一種分析方法。在選址過程中，通過近鄰分析尋找最近的適宜選址區(qū)作為選址點。

3 選址優(yōu)化分析過程

安化縣東坪鎮(zhèn)圖形文件來自二調(diào)數(shù)據(jù)庫，按屬性選擇導出行政區(qū)劃圖（村界）、居民點分布圖、道路分布圖、地類圖斑作為專題圖層，部分相關屬性通過計算幾何、Excel統(tǒng)計表導入方式生成。東坪鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖以村（社區(qū)）為單位，把整個行政區(qū)劃圖分為41個分析區(qū)域（東坪鎮(zhèn)所在的資江、黃合、建設、民主4個社區(qū)合為一個分析區(qū)域，以下簡稱東坪鎮(zhèn)建成區(qū)）。數(shù)據(jù)分析如圖1。

圖 1 數(shù)據(jù)分析流程圖

1）適宜選址區(qū)分析。分析數(shù)據(jù)圖層：道路、地類圖斑、居民點。分析工具：緩沖區(qū)、相交、擦除、篩選。考慮到垃圾收集問題，選址點必須位于居民居住區(qū)周圍一定范圍內(nèi)；考慮到垃圾清運要求，選址點必須位于公路周圍一定范圍內(nèi)；本著保護水資源、預防二次污染、保護耕地的原則，對水庫水面、河流水面、坑塘水面等水域及其周圍一定范圍，水工建筑用地，內(nèi)陸灘涂、港口碼頭用地，水田、旱地、水澆地等農(nóng)林用地，在分析過程中予以排除；此外，對公路路面、風景名勝及特殊用地等不適宜的地類予以剔除，考慮到垃圾收集點的建設需要一定的地域面積，在排除不適宜地類后還需剔除小面積的零碎圖斑。各要素緩沖半徑[8-10]見表1，適宜選址區(qū)分布見圖2。

2）創(chuàng)建分組網(wǎng)格。根據(jù)東坪鎮(zhèn)人口及居民點分布規(guī)律，將全鎮(zhèn)居民點分為高度聚集區(qū)、中度聚集區(qū)和分散區(qū)3個等級[11]（見表2），按照垃圾收集點的服務半徑隨著人口密度的增大而減少的原則，根據(jù)垃圾收集點選址點數(shù)量估算和服務半徑[12-14]、居民點分散或聚集程度綜合考慮，以行政區(qū)界線為模板范圍，將空間劃分為不同大小的單元格，消除零碎圖斑，得到東坪鎮(zhèn)居民點分組網(wǎng)格，如圖3。

表1 要素緩沖半徑表/m

圖 2 適宜選址區(qū)

表 2 分級基本信息統(tǒng)計表

圖3 東坪鎮(zhèn)居民點分組網(wǎng)格

3）區(qū)域分析。居民點（面）要素轉(zhuǎn)點，將居民點點狀圖層連接到網(wǎng)格圖層，輸出居民點_SpatialJoin，利用表格顯示分區(qū)幾何統(tǒng)計工具，對居民點_SpatialJoin進行分區(qū)統(tǒng)計，區(qū)域字段選擇JOIN_FID，輸出表ZonalGe_shp。

4）鄰域分析。將輸出表ZonalGe_shp 的XY數(shù)據(jù)添加到圖層，導出數(shù)據(jù)作為目標要素，鄰近要素為適宜選址區(qū)，生成近鄰表，從近鄰表添加坐標數(shù)據(jù)，生成東坪鎮(zhèn)垃圾收集點選址點圖，如圖4。

圖4 垃圾收集點選址點

4 結(jié)果與評價

對選址點情況進行統(tǒng)計（見表3）可知，從數(shù)量上分析，總數(shù)量比按戶計算取整計算得到的垃圾收集點數(shù)量（771個）低1.16%，比按戶計算四舍五入得到的垃圾收集點數(shù)量（797個）低4.59%。按居民點人口分布情況進行分析，高聚集區(qū)、中度聚集區(qū)選址點數(shù)量比按戶計算有顯著減少，分散區(qū)居民點垃圾收集點數(shù)量較按戶計算有明顯的增加。居民點分散區(qū)垃圾收集點數(shù)量增加的原因在于人口分布稀疏，而每個垃圾收集點的服務面積有限。從覆蓋率分析，高聚集區(qū)在以80～100 m的服務半徑建立的緩沖區(qū)域內(nèi)對覆蓋率提升的作用較100～120 m大，分別上升了3.73%和2.12%，主要是因為高聚集區(qū)內(nèi)居民點本身集中。高聚集區(qū)內(nèi)較小的服務半徑形成的緩沖區(qū)不能覆蓋的區(qū)域集中分布在東坪鎮(zhèn)建成區(qū)北部的居民點，原因是居民點離道路距離相對較遠，導致居民點附近沒有適宜的選址區(qū)域。中度聚集區(qū)和分散區(qū)不能覆蓋的居民點主要是零星分布的分散居民點。

垃圾收集點是垃圾收集系統(tǒng)的重要組成部分，其分布位置和數(shù)量直接影響到垃圾收集的效果和運輸成本。由此可見，利用GIS空間分析方法對基礎數(shù)據(jù)進行分析，計算得到垃圾收集點選址位置和數(shù)量，不僅可以避開不適宜建設地類，滿足居民生活垃圾投放和清運的需求，而且減少了垃圾收集點建設數(shù)量，降低了建設成本。這種分析方法速度快，投入低，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步更新和管理，對于提高農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量有一定的意義。

表3 選址點數(shù)量和覆蓋率統(tǒng)計

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P208

B

1672-4623（2015）01-0105-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.01.035

劉敏，碩士，主要研究方向為環(huán)境規(guī)劃與管理。

2014-02-24。

項目來源：湖南省農(nóng)村環(huán)境綜合整治資助項目（12147）。