鄒寶裕 ，羅明良,茍嬌嬌

(1.西華師范大學(xué) 國土資源學(xué)院,四川 南充 637009；2.中國科學(xué)院 水利部水土保持研究所,陜西 楊陵 712100)

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地形起伏度與行政區(qū)劃相關(guān)性初探
——以四川省為例

鄒寶裕1，羅明良1,茍嬌嬌2

(1.西華師范大學(xué) 國土資源學(xué)院,四川 南充 637009；2.中國科學(xué)院 水利部水土保持研究所,陜西 楊陵 712100)

以ASTER GDEM為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用GIS空間分析法提取四川地形起伏度(RDLS)，并采用相關(guān)性分析方法，定量計(jì)算了各市州地形起伏度值與行政區(qū)劃面積相關(guān)性。研究結(jié)果表明，四川省地形起伏度呈從西向東、從盆周向成都平原降低的空間格局；四川省各市州行政區(qū)劃調(diào)整時(shí)空分布格局變化明顯，調(diào)整模式多樣；各市州地形起伏度與行政面積在0.01相關(guān)性水平下呈顯著正相關(guān)，即隨著地形起伏度的增大，行政區(qū)劃面積相應(yīng)增大。研究展示了四川省行政區(qū)劃變更歷史及現(xiàn)狀，定量說明了其與自然要素-地形起伏度的相互關(guān)系，可為相關(guān)部門進(jìn)行區(qū)域性資源配置提供參考。

GIS；地形起伏度；行政面積；四川省

0 引 言

地形起伏度研究起源于1948年蘇聯(lián)科學(xué)院地理研究所提出的切割深度[1]。目前國內(nèi)外相關(guān)研究將地形起伏度作為劃分地貌類型和地圖編制的一項(xiàng)指標(biāo)[2]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用ArcGIS軟件加載DEM數(shù)據(jù)提取地形起伏度逐漸盛行[3,4]，由于研究領(lǐng)域及應(yīng)用方向的不同，地形起伏度提取的有效性與實(shí)用性成為其研究的關(guān)鍵。從研究進(jìn)展來看，地形起伏度被廣泛應(yīng)用于區(qū)域資源與環(huán)境的定量評(píng)價(jià)之中[5-8]，人口分布研究亦成為一大熱點(diǎn)[9]，如封志明等探討了中國地形起伏度與人口分布的相關(guān)性[10]。關(guān)于行政區(qū)劃的研究，相關(guān)學(xué)者在不同領(lǐng)域都提出了不同見解，指出行政區(qū)劃是一項(xiàng)涉及面廣，周期長的工作[11-16]。劉君德認(rèn)為行政區(qū)劃是國家對(duì)行政區(qū)域的劃分, 是國家權(quán)力的空間或者地域的分割和配置體系的主要方面[17,18]。國家行政區(qū)劃體制同樣需要改革以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展，科學(xué)合理的政區(qū)模式與結(jié)構(gòu)體系有利于穩(wěn)定、發(fā)展與治理。反之,不合理的政區(qū)體制對(duì)地方政治生態(tài)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展乃至城市區(qū)域的管制帶來不利影響[18,19]。

從目前的研究進(jìn)展來看，地形起伏度及其應(yīng)用領(lǐng)域多集中在資源開發(fā)和環(huán)境評(píng)價(jià)方面，定量分析自然要素與行政區(qū)劃的相關(guān)性還不多見,如地形起伏度與行政區(qū)劃相關(guān)性研究涉足甚少。為了探尋其相關(guān)性及關(guān)聯(lián)程度，本文基于GIS方法提取了四川省各市州地形起伏度，將其與各市州行政區(qū)劃面積進(jìn)行相關(guān)性擬合，結(jié)果顯示二者在0.01水平下呈顯著正相關(guān)，定量說明了兩者之間的相互關(guān)系。研究結(jié)果可為相關(guān)部門進(jìn)行區(qū)域性資源配置提供一定的參考。

1 樣區(qū)及數(shù)據(jù)

1.1 樣區(qū)介紹

四川省同重慶市、貴州省、云南省、西藏自治區(qū)、青海省、甘肅省和陜西省七省、市、區(qū)相鄰，介于東經(jīng)97°21′—108°33′及北緯26°03′—34°19′之間。四川省主體為四川盆地，西部為川西高原，中部為成都平原，東部為丘陵區(qū)。四川地勢特征總體上呈西高東低的態(tài)勢，河流大多由北向南注入長江，主要河流有大渡河、雅礱江、岷江、嘉陵江等。

四川省行政區(qū)劃目前由18個(gè)地級(jí)市和3個(gè)少數(shù)民族自治區(qū)構(gòu)成，即成都市、達(dá)州市、巴中市、廣安市、南充市、遂寧市、廣元市、綿陽市、德陽市、資陽市、內(nèi)江市、自貢市、眉山市、樂山市、宜賓市、瀘州市、雅安市、攀枝花市、阿壩藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州及涼山彝族自治州。四川省轄區(qū)面積48.6×104km2，如圖1。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文實(shí)驗(yàn)及相關(guān)數(shù)據(jù)來自ASTER GDEM和2014年四川省統(tǒng)計(jì)年鑒。2009年7月2日日本經(jīng)貿(mào)及工業(yè)部和美國航天航空管理局共同發(fā)布ASTER GDEM，相比SRTM DEM的90m空間分辨率，其30m的空間分辨率，在小尺度范圍內(nèi)提取地形特征，有一定的優(yōu)勢。Alberts等積圓錐投影為本文數(shù)據(jù)投影方式。各市州及四川省行政地圖通過矢量化獲取，矢量原圖來自成都地圖出版社出版的四川省地圖集。

2 地形起伏度求取過程

地形起伏度，是指單位面積內(nèi)海拔最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之差[20]，可用以反映地表的切割程度和起伏狀況。參照前人提取地形起伏度的方法及過程，本文提取地形起伏度采用如下公式：

(1)

公式中：RDLS代表地形起伏度；Max(H)為區(qū)域內(nèi)海拔最高程，Min(H)為區(qū)域內(nèi)海拔最低程；A為區(qū)域總面積；P(A)為區(qū)域內(nèi)的平地面積。

由公式(1)及借助ArcGIS 軟件中的空間分析(Spatial Analyst)模塊, 運(yùn)用鄰域分析(Neighborhood)中的柵格計(jì)算器(Raster Calculator)和Zonal模塊提取四川各市州地形起伏度，實(shí)驗(yàn)過程如下：

①首先在ArcMap中加載經(jīng)校正過后的四川DEM數(shù)據(jù)，運(yùn)用空間分析(Spatial Analyst)工具求取DEM高程最大值和最小值，運(yùn)用柵格計(jì)算器(Raster Calculator)將差值計(jì)算出來，并生成對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)層，到此成功提取四川省初級(jí)地形起伏度，如圖2。

②接下來是對(duì)研究樣區(qū)平地的提取，本文以坡度小于或等于5度的地區(qū)判定為平地。坡度提取運(yùn)用slope工具，提取后對(duì)其結(jié)果進(jìn)行重分類，對(duì)坡度大于5度的區(qū)域定義為非平地，并將其設(shè)置為空值，小于或等于5度的區(qū)域定義為平地并賦值為1，運(yùn)用求和函數(shù)SUM得到新的數(shù)據(jù)層P(A)。

③當(dāng)所有要素準(zhǔn)備好之后，將其帶入公式(1)，利用Zonal Statistics工具求取四川各市州地形起伏度值RDLS，其結(jié)果如表1。

3 地形起伏度與行政區(qū)劃面積相關(guān)性分析

3.1 地形起伏度空間分布格局

四川省地形起伏度空間分布格局總體呈現(xiàn)兩種態(tài)勢：其一為，地形起伏度西部高、東部低，呈現(xiàn)由西向東降低的空間格局；其二為，地形起伏度呈現(xiàn)由環(huán)盆周向成都平原降低的空間格局。

四川盆地西部為川西高原，山高谷深，奠定了其高起伏的特征，四川中東部主要為平原及丘陵，地勢起伏不大，受其影響，地形起伏度較低，表現(xiàn)出地形起伏度由西向東降低的空間格局；四川盆地四周被山區(qū)環(huán)繞，如北部的秦巴山脈，東部的川東平行嶺谷區(qū)，南部的云貴高原，西部的青藏高原，而盆地內(nèi)部海拔相對(duì)較低，因此呈現(xiàn)出地形起伏度由環(huán)盆周向成都平原降低的空間格局。

3.2 行政區(qū)劃調(diào)整概況

自改革開放以來，四川省行政區(qū)劃調(diào)整頻繁，尤以地級(jí)行政區(qū)數(shù)量和面積的調(diào)整為特色。截至目前，四川省共轄18個(gè)地級(jí)市，3個(gè)少數(shù)民族自治州，共21個(gè)地級(jí)行政單位。

四川省地級(jí)行政管理層級(jí)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已達(dá)到21個(gè)，同1978年相比,數(shù)量明顯增多,1978年底，四川共有成都、重慶、自貢、渡口四個(gè)省轄市，類似于目前的地級(jí)市，但其管轄面積相對(duì)較小[21]；1983年，國家開始試行“市管縣”體制，地級(jí)市開始大規(guī)模設(shè)置，并相應(yīng)擴(kuò)大其管轄范圍，四川在1983—1985年間新設(shè)的地級(jí)市有瀘州、德陽、廣元、遂寧、樂山、內(nèi)江、綿陽等；撤地設(shè)市政策于90年代后在四川展開，包括達(dá)川地區(qū)和南充地區(qū)調(diào)整為達(dá)州市和南充市，在其基礎(chǔ)上，新設(shè)廣安市與巴中市。同一時(shí)期，眉山與資陽也分別從樂山與內(nèi)江分出，單獨(dú)成為地級(jí)市。調(diào)整過程見圖3及表1。

圖3顯示，四川行政區(qū)劃版圖總的趨勢是行政單位數(shù)量增多、行政面積減小和行政體制層級(jí)更加明確。當(dāng)前,行政管理層級(jí)呈現(xiàn)為：地級(jí)市(自治州)—縣(區(qū)、自治縣)—鎮(zhèn)(鄉(xiāng))三級(jí)，層級(jí)明確，有助于社會(huì)管理和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3.3 行政面積空間分布格局

通過統(tǒng)計(jì)和分析四川省地級(jí)行政區(qū)面積，得出行政區(qū)面積大小呈現(xiàn)不均勻性的同時(shí)具有一定規(guī)律性，不均勻體現(xiàn)在各地級(jí)行政區(qū)面積大小不一，規(guī)律性則表現(xiàn)為各行政區(qū)面積以成都平原區(qū)為中心向盆周增大的趨勢,尤以向川西高原方向增大明顯。

四川省國土面積48.6×104km2，21個(gè)地級(jí)行政區(qū)面積見表1。川西高原的涼山彝族自治州、阿壩藏族羌族自治州，面積分別達(dá)60 294km2、83 016km2，甘孜藏族自治州甚至高達(dá)149 599km2。成都平原區(qū)的地級(jí)行政區(qū)面積則相對(duì)較小，如遂寧市、資陽市、自貢市面積分別為5 323 km2、7 960 km2、4 381km2。通過行政區(qū)面積大小對(duì)比，得出各行政區(qū)面積相差懸殊，呈現(xiàn)不均勻性。

表1 四川行政區(qū)劃概況

注：設(shè)置時(shí)間以地級(jí)市設(shè)立時(shí)間為準(zhǔn)。

在說明各行政區(qū)面積大小的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析行政區(qū)面積。成都平原區(qū)的德陽、遂寧、資陽、自貢、內(nèi)江、眉山面積均在8 000 km2以下。盆周區(qū)東部的達(dá)州、巴中、廣元、瀘州、宜賓面積則均在10 000 km2以上，盆周區(qū)西部的甘孜、阿壩、涼山行政區(qū)面積均超過60 000 km2。面積分布展現(xiàn)出低值區(qū)集中于盆地中的平原地區(qū)，高值區(qū)分布于盆周地區(qū)，呈現(xiàn)一定規(guī)律性，即以成都平原為中心向盆周增大的趨勢,向西增大明顯。

3.4 相關(guān)性定量分析

通過上文提取的各市州RDLS值與各市州行政區(qū)面積進(jìn)行相關(guān)性擬合，結(jié)果如圖4a。相關(guān)性擬合結(jié)果顯示兩者擬合系數(shù)R2=0.5402。隨著RDLS值的增大，各市州行政區(qū)面積呈顯著增大的趨勢。如成都平原及其附近地區(qū)的遂寧、資陽、內(nèi)江、自貢，其RDLS值均低于0.2，其行政面積也均低于8 000km2；而川西高原的甘孜州、阿壩州及涼山州RDLS值均高于0.8，同樣，其行政區(qū)劃面積也均大于60 000km2。首次試驗(yàn)中，出現(xiàn)了偏離點(diǎn)攀枝花市和雅安市，其異常情況在很大程度上影響了相關(guān)性擬合水平，因此進(jìn)行了第二次相關(guān)性擬合實(shí)驗(yàn)。

圖4b展示了第二次相關(guān)性擬合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本次實(shí)驗(yàn)剔除了異常值攀枝花和雅安，相關(guān)性系數(shù)R2高達(dá)0.8034，說明了各市州地形起伏度與行政區(qū)劃面積良好的相關(guān)性水平。關(guān)于攀枝花與雅安的異常情況，從其現(xiàn)實(shí)情況加以說明，兩市都位于高原地區(qū)或高原邊緣過渡地帶，地勢起伏大、海拔高，相應(yīng)RDLS值均較大，分別為0.76與0.97，接近甘孜、阿壩的RDLS值，而行政面積遠(yuǎn)不及它們，故在實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)偏離狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)表明地形起伏度對(duì)行政區(qū)劃面積有較大影響。

4 結(jié)論與討論

本文基于四川省DEM原始數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS軟件空間分析工具中的鄰域分析提取了四川省各市州的地形起伏度，基于地形起伏度空間分布規(guī)律，探討了地形起伏度與行政區(qū)劃面積相關(guān)性,分析結(jié)果得出：

四川省地形起伏度呈西高東低，環(huán)盆周高、成都平原低的空間格局，展示了階梯過渡區(qū)的特點(diǎn)。地形起伏度高值區(qū)位于川西高原區(qū)及川北大巴山區(qū)，尤其以青藏高原向四川盆地的過渡區(qū)域典型，并以此向東逐漸降低。低值區(qū)主要分布在成都平原及其以東的川中、川東丘陵區(qū)。四川省行政區(qū)劃調(diào)整時(shí)空變化明顯,自1949年以來,行政區(qū)劃調(diào)整以地級(jí)市數(shù)量增多,行政管理面積減小為特點(diǎn)。

運(yùn)用各地市州地形起伏度與行政區(qū)劃面積進(jìn)行相關(guān)性擬合，兩者的對(duì)數(shù)曲線擬合系數(shù)R2高達(dá)0.8034，在0.01水平下呈顯著性正相關(guān)。即隨著地形起伏度增大，各地市州行政面積相應(yīng)增大，說明地形起伏度對(duì)行政區(qū)劃面積有顯著影響。通過提取各市州地形起伏度與探討其與行政面積相關(guān)性，得出其相互關(guān)系式：y=0.2305 ln(x)-1.7772。該式初步反映了地形起伏度與行政區(qū)劃面積的相互關(guān)系，對(duì)相關(guān)性區(qū)劃工作有一定的參考意義。當(dāng)然，本研究只以四川省為例進(jìn)行了相關(guān)性研究，而對(duì)于其它省區(qū)或更大區(qū)域是否有類似規(guī)律，值得探討和后續(xù)研究。

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The Relationship between Terrain Relief and Administrative Area——A Case Study of Sichuan Province

ZOU Baoyu1,LUO Mingliang1,GOU Jiaojiao2

(1.School of Land and Resources,China West Normal University,Nanchong Sichuan 637009,China;2.Institute of Soiland Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources,Yangling Shanxi 712100,China)

In this paper,the ASTER GDEM data was used as the main data source to investigate the relationship between terrain relief and administrative area.The terrain relief was extracted at prefecture-level in Sichuan province based on GIS,and then a quantitative relationship was probed between terrain relief and administrative area.The results showed that the terrain relief decreased either from west to east,or from the edge of Sichuan Basin to the center of that.During the past time many adjustments have made according to different mode,which resulted in the variation both in temporal and spatial of prefecture-level division in Sichuan province.The terrain relief is positively in correlation with administrative area at prefecture-level with a significance level value of 0.01. It implies if terrain relief is bigger,then the administrative area will be bigger too.In other words,the division adjustment at prefecture-level of Sichuan province was reviewed,and quantitative interpretation has been investigated between terrain relief and administrative area.All that may be useful to related department when dealing with regional resource allocation and similar work.

GIS;terrain relief;administrative area;Sichuan province

1673-5072(2016)03-0327-06

2015-11-27 基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41101348);西華師范大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(15C002) 作者簡介：鄒寶裕(1989—),男,四川達(dá)州人，碩士研究生,主要從事GIS及水土保持研究。 通訊作者：羅明良(1978—),男,河南信陽人,教授，主要從事GIS開發(fā)及應(yīng)用研究。E-mail:lolean586@163.com

P942

A

10.16246/j.issn.1673-5072.2016.03.017