基于GIS 的民國時期歸綏縣聚落分布及其特征分析

王婉婷，烏 敦，蘇力德，管小春

（內(nèi)蒙古師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022）

聚落是人們居住、生活、休息以及進(jìn)行各種社會活動的場所［1］。聚落是經(jīng)過漫長的歷史發(fā)展過程后才出現(xiàn)和形成的，研究歷史時期的聚落分布對探索一個地區(qū)聚落發(fā)展變化規(guī)律具有重要作用，也是再現(xiàn)一個地區(qū)在某段時期社會狀況的關(guān)鍵［2］。國外關(guān)于聚落分布的研究起步于19 世紀(jì)初，地理學(xué)家科爾（Kohl J G）在《人類交通居住與地形的關(guān)系》論著中詳細(xì)論述了聚落分布與自然環(huán)境的關(guān)系。1882 年地理學(xué)家拉采爾（Ratzel F）在《人類地理學(xué)》中以環(huán)境決定論為理論基礎(chǔ)，詳細(xì)分析了聚落分布對地理環(huán)境的依賴性［3］。20 世紀(jì)之后，地理學(xué)家維達(dá)爾·白蘭士（Pal Vidal de la Blache）在《人文地理學(xué)》中對聚落分布區(qū)域差異性和影響因素等問題進(jìn)行了研究［4］。近年來，國外聚落分布研究出現(xiàn)了概念、方法與學(xué)科視角的多元化，側(cè)重于經(jīng)濟(jì)活動、社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境與聚落空間分布之間的關(guān)系等方面［5-8］。國內(nèi)早期關(guān)于聚落分布的研究可追溯至20 世紀(jì)30 年代，林超、李旭丹、陳述彭等地理學(xué)家對中國聚落分布進(jìn)行了相關(guān)研究，70 年代后研究多集中于聚落分布重心、增長、演變和影響因素等方面［9］。21 世紀(jì)以來，聚落分布研究更加多元化、定量化和尺度細(xì)化，側(cè)重于人口遷移、適宜性、空間分布、空間重構(gòu)、演變及影響因素等方面［10-15］，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊等小尺度的歷史聚落分布研究成果較少。由于歷史文獻(xiàn)很少記載縣以下的戶口信息，所以針對歷史時期的靜態(tài)小尺度聚落分布的研究較為薄弱。本文運用GIS 空間分析法，以定性與定量結(jié)合對民國時期歸綏縣聚落分布及其特征進(jìn)行分析，有利于理解在某一時間點上、某個區(qū)域的聚落在空間分布上的具體特征及影響其分布的主要因素。

歸綏縣是呼和浩特市的前身。以聚落戶口作為切入點，對其歷史聚落分布及特征進(jìn)行可視化分析，復(fù)原其歷史原貌，有利于再現(xiàn)呼和浩特市歷史時期的社會狀況，進(jìn)而對探索聚落發(fā)展變化規(guī)律具有重要作用。歸綏縣是北部邊疆的商業(yè)貿(mào)易中心和宗教文化中心，地處土默特平原，擁有豐富的農(nóng)業(yè)資源。同時大量內(nèi)地移民的遷入使得該區(qū)域的人口增加，較北部邊疆其他地區(qū)的人口多，在民國時期歸綏縣聚落分布已形成一定的規(guī)模。本文從歷史地理學(xué)的角度，通過對歷史時期聚落分布與其環(huán)境因素的關(guān)系進(jìn)行分析，力圖再現(xiàn)民國時期歸綏縣聚落分布特征，進(jìn)而對以歸綏縣所代表的土默特平原地區(qū)聚落作全面復(fù)原與規(guī)律性探討，有利于揭示北方邊疆地區(qū)社會發(fā)展的時代特征和地域特色，為呼和浩特市的鄉(xiāng)村規(guī)劃與建設(shè)提供參考。

1 材料與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)歷史沿革

16 世紀(jì)初，土默特部領(lǐng)主俺答汗率領(lǐng)土默特部于豐州川一帶駐牧。1572 年（明隆慶六年）俺答汗興建庫庫和屯城（今呼和浩特市玉泉區(qū)），庫庫和屯向來是塞外重鎮(zhèn)，于1575 年（明萬歷三年）建成。由明神宗命名“歸化城”。俺答汗卒后，其夫人三娘子久居城內(nèi)，主政30 余年，故又被稱為“三娘子城”。1735 年（清雍正十三年）至1739 年（清乾隆四年），為加強西北邊防，在距歸化城東北2.5 km 處又新建了一座軍事駐防城，命名為“綏遠(yuǎn)城”，即新城，把原“歸化城”稱“舊城”。1913 年（民國二年）設(shè)綏遠(yuǎn)特別行政區(qū)，并將“歸化”與“綏遠(yuǎn)”兩城合為歸綏縣。1928 年，綏遠(yuǎn)省成立，以歸綏縣城區(qū)設(shè)立歸綏市，作為省會。1949 年9 月19 日綏遠(yuǎn)省和平解放。1950 年1 月20 日成立歸綏市人民政府。1954 年撤銷綏遠(yuǎn)省建制，設(shè)立內(nèi)蒙古自治區(qū)，同時設(shè)立呼和浩特市，并定為內(nèi)蒙古自治區(qū)首府。由于歷史原因，研究區(qū)主要包括現(xiàn)在的呼和浩特市市區(qū)、土默特左旗大部分區(qū)域和武川縣南部小部分區(qū)域。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究數(shù)據(jù)主要包括史料數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。史料數(shù)據(jù)來源于《綏遠(yuǎn)通志稿（卷十）》《歸綏縣志》《綏遠(yuǎn)概況》和《土默特志》等［16-19］。其中的圖件資料來源于1934 年歸綏縣政府繪制的《綏遠(yuǎn)省歸綏縣略圖》，該圖詳細(xì)清晰地記錄了1934 年歸綏縣聚落的名稱、戶口規(guī)模、街道信息、交通道路、衙署、廟宇和水系等空間要素。在古聚落的考證上，通過圖中所記載的聚落地名信息，根據(jù)大量文史資料和地名資料記載，利用國家地名信息庫（https：//dmfw.mca.gov.cn/）進(jìn)行查詢，確保古今聚落地名的對應(yīng)關(guān)系，在研究時剔除了2 處無法考證的聚落。最后通過中國國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫（1∶25 萬）中的AGNP 圖層，確定聚落空間信息，以此確定357 個聚落的空間定位。通過對古舊地圖進(jìn)行地理配準(zhǔn)和圖像預(yù)處理，完成對研究區(qū)空間范圍的提取。DEM 空間數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云，分辨率為30 m。河流和交通矢量圖均來源于中國國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫（1∶25 萬）。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓是能夠精確揭示各類地理要素空間分布特征的一種常用空間統(tǒng)計方法，能從全局和空間視角出發(fā)定量解釋要素空間分布的中心性、展布性、方向性、形態(tài)等空間特征。本文通過對標(biāo)準(zhǔn)差橢圓方法進(jìn)行優(yōu)化，以戶口規(guī)模作為權(quán)重，從分布方向、中心性和分布范圍等角度分析其特點［20］。

加權(quán)平均重心公式

2.2 泰森多邊形

泰森多邊形是對空間平面進(jìn)行分割的一種結(jié)果，用于分析鄰接、接近度、可達(dá)性等空間分析。由于泰森多邊形面積隨點要素的集聚程度而發(fā)生變化，因此可用泰森多邊形面積計算出變異系數(shù)CV 值（即泰森多邊形面積的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比）來衡量聚落的空間分布類型［21］。公式為

式中：Si是第i個多邊形的面積，S為多邊形面積的平均值，n是多邊形面積的個數(shù)，R為方差。Duyckaerts 等提出了3 個建議值：當(dāng)點集為隨機分布時，VC為57%（包括33%～64% 的值）；當(dāng)點集為集群分布時，VC為92%（包括大于64% 的值）；當(dāng)點集為均勻分布時，VC為29%（包括小于33% 的值）。

2.3 核密度估計法

它是一種非參數(shù)密度估計方法，可以計算不同戶口規(guī)模聚落的空間分布密度［22］。公式為

式中：n表示觀測數(shù)值，h表示帶寬，k為核函數(shù)，di為點到參考位置的距離。核密度值越高，聚落分布越集中。

3 結(jié)果分析

3.1 戶口規(guī)模分布及其特征

根據(jù)相關(guān)學(xué)者研究歷史時期鄉(xiāng)村聚落時將村落按戶口多少分成5～8 個級別［23-24］，基于圖件資料數(shù)據(jù)的可得性和聚落規(guī)模特點，將歸綏縣357 個聚落按照戶口規(guī)模劃分為四個等級，即大于500 戶、300～500 戶、100～＜300 戶和小于100 戶，以此統(tǒng)計不同戶口規(guī)模的聚落數(shù)量及其占比情況（表1），分析歸綏縣戶口規(guī)模分布特點。由表1 可知，1934 年歸綏縣戶口規(guī)模在300 戶以下的聚落共334 個，占聚落總數(shù)的94.08%。戶口規(guī)模在300 戶以上的聚落共23 個，僅占5.91%，表明歸綏縣以中小村為主體，戶口規(guī)模整體上較小。

表1 1934 年歸綏縣聚落戶口規(guī)模統(tǒng)計表Tab.1 Scale of settlements in Guisui County in 1934

3.2 空間分布及其特征

3.2.1 空間方向性分布特征 采用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法來分析歸綏縣不同戶口規(guī)模聚落空間分布的方向性，通過對歸綏縣不同戶口規(guī)模的聚落進(jìn)行處理，得到重心坐標(biāo)、短軸、長軸、旋轉(zhuǎn)角度等結(jié)果，比較不同戶口規(guī)模聚落分布的離散程度及趨勢（表2）。其中橢圓的長軸表征聚落主要分布的方向，短軸表征聚落分布的范圍，長短半軸的值差距越大，扁率越大，聚落分布的方向性越明顯；短半軸越短，表示聚落呈現(xiàn)的向心力越明顯；短半軸越長，表示數(shù)據(jù)的離散程度越大。由表2 可知，1934 年歸綏縣聚落整體上扁率為0.48，只有小于100 戶的聚落扁率小于0.48，表明其他三個戶口規(guī)模的聚落方向性較整體上更明顯，小于100 戶的聚落方向性比較弱。通過對比不同戶口規(guī)模聚落的短軸長度，大于500 戶的聚落短軸明顯短，其向心性非常明顯，其次是100～＜300 戶的聚落向心性較顯著，小于100 戶的聚落分布向心力弱。

表2 歸綏縣不同戶口規(guī)模聚落的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析Tab.2 Standard deviation ellipses of settlements with different household registration scales in Guisui County

將不同規(guī)模等級的聚落與標(biāo)準(zhǔn)差橢圓疊加（圖1），發(fā)現(xiàn)不同規(guī)模等級的聚落均呈現(xiàn)東北-西南的空間分布方向，規(guī)模較大的聚落分布在研究區(qū)南部。100～＜300 戶的聚落短軸較短，分布范圍小，聚落分布集中于南部地區(qū)。小于100 戶的聚落短軸最長，分布范圍廣，聚落分布較分散。不同戶口規(guī)模的聚落分布重心均在中部，重心坐標(biāo)隨著戶口規(guī)模的增大，逐漸向東南偏移，表明較大的戶口規(guī)模主要分布于東部。通過計算橢圓面積，小于100 戶的聚落橢圓面積最大，300～500 戶次之。由于人口規(guī)模較大的聚落具有較大的服務(wù)范圍，一般分散分布在各個區(qū)域。而戶口規(guī)模較小的聚落，服務(wù)范圍小，多集中分散在較大規(guī)模聚落的周圍。

圖1 不同戶口規(guī)模聚落的標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分布圖Fig.1 The standard deviation ellipse distribution of settlements with different household registration scales

3.2.2 空間集聚性分布模式 將聚落構(gòu)建成泰森多邊形，通過計算泰森多邊形面積的變異系數(shù)來分析不同戶口規(guī)模聚落的空間布局模式（表3）。從整體來看，變異系數(shù)CV 值為105.73%，根據(jù)CV 值的分類標(biāo)準(zhǔn)，在＞64% 的范圍內(nèi)屬于強變異、集群分布，聚集程度高。因此，歸綏縣聚落整體上呈現(xiàn)明顯的集群分布模式。對比不同戶口規(guī)模聚落的變異系數(shù)，100～＜300 戶的聚落CV 值最高，達(dá)到156.73%，聚集程度最高，集群性強于全部聚落，其次是100 戶以下的聚落和300～500 戶以上的聚落CV 值分別為93.73% 和83.36%，CV 值均大于64%，呈集群分布模式。由于500 戶以上的聚落數(shù)量較少，僅有4 個，導(dǎo)致計算結(jié)果CV 值偏低，CV＜64%，表明聚落空間分布呈隨機分布特征。

表3 歸綏縣不同戶口規(guī)模聚落的空間分布模式Tab.3 The spatial distribution pattern of settlements with different household registration scales in Guisui County

3.2.3 空間差異性與規(guī)模分異性分布特征 利用核密度估計表征聚落分布密集程度，設(shè)置搜索半徑為2.5 km，并利用冷熱點分析局部規(guī)模分異特征，以聚落規(guī)模等級為統(tǒng)計屬性得到聚落分布冷熱點，再建立2.5 km×2.5 km 漁網(wǎng)格，將冷熱點的Z 得分連接到網(wǎng)格，制作歸綏縣聚落空間核密度分布與冷熱點格網(wǎng)化分布圖（圖2）。其中紅色區(qū)域為“熱點”區(qū)，代表聚落高值集聚區(qū)，不同飽和度代表不同的統(tǒng)計顯著級別；藍(lán)色為“冷點”區(qū)，代表聚落低值集聚區(qū)，淺黃色則為聚落隨機分布區(qū)。從圖2 可以看出，核密度最高值為0.69 個/km2，呈現(xiàn)“南密北疏”的多核破碎化空間分布特征，以白廟子、城區(qū)一帶聚落集聚較明顯，北部、東北部聚落分布零散，密度較低。冷熱點區(qū)域分異明顯，呈現(xiàn)團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，熱點區(qū)主要集中分布在歸化城、綏遠(yuǎn)城周圍，西南部出現(xiàn)的零星熱點區(qū)為鄉(xiāng)鎮(zhèn)所在地，表明較大規(guī)模的聚落集聚現(xiàn)象明顯，冷點區(qū)集中分布在白廟子一帶。將核密度分布圖和冷熱點格網(wǎng)化分布圖進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)冷點區(qū)的聚落空間分布核密度值高，表明白廟子一帶呈現(xiàn)高密度、小規(guī)模聚落空間分布特征，兩者之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。熱點區(qū)的聚落空間分布核密度值也較高，說明城區(qū)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)一帶呈現(xiàn)高密度、大規(guī)模聚落空間分布特征，兩者之間呈現(xiàn)正相關(guān)。歸綏縣聚落空間分布區(qū)域差異總體顯著，在城區(qū)周圍趨于集中。

圖2 歸綏縣聚落空間核密度分布與冷熱點格網(wǎng)化分布圖Fig.2 Distribution of spatial core density and grid distribution of cold and hot spots of settlements in Guisui County

3.3 空間分布的環(huán)境因素分析

3.3.1 地形因素 地形是影響村落選址、布局及發(fā)展的決定性因素。不同地形條件對歸綏縣聚落空間分布和規(guī)模大小有著不同的制約作用。為進(jìn)一步研究聚落分布的影響因素，將聚落與地形圖、河流等疊加進(jìn)行分析（圖3）。由圖3 看出，歸綏縣海拔整體上呈現(xiàn)“北高南低、東高西低”的趨勢，聚落分布與地形具有高度的一致性，在縣境北部大青山、東北部蠻漢山地區(qū)聚落分布少，規(guī)模小，在南部平原聚落分布多，規(guī)模較大。歸綏縣海拔高度在900～2 300 m 之間，通過將歸綏縣依據(jù)高程分為1 200 m 以下和1 200 m 以上兩個區(qū)域，高程面積分別占?xì)w綏縣總面積的53.28% 和46.72%，不同高程范圍下，面積占比各占一半的情況下聚落分布差異顯著，海拔高度在1 200 m 以下的聚落分布有311 個，占比為87.11%，海拔高度在1 200 m 以上的聚落分布僅有46 個，占比為12.89%，表明海拔高度極大地限制了聚落的位置選擇，聚落主要分布在海拔較低的平原。

圖3 1934 年歸綏縣聚落規(guī)模分布圖Fig.3 Distribution of settlement scale in Guisui County in 1934

將地形與聚落分布圖層進(jìn)行疊加，根據(jù)歸綏縣地形特征，將高程以100 m 為間隔劃分為9 個等級，根據(jù)坡度特征劃分為9 個等級，得出歸綏縣不同戶口規(guī)模的聚落空間分布與海拔高度和坡度之間的關(guān)系（圖4）。其中規(guī)模較大的聚落多分布在海拔小于1 200 m、坡度小于4°的區(qū)域，不同戶口規(guī)模的聚落占各級聚落的比例均超過70%；隨著海拔和坡度的升高，不同戶口規(guī)模的聚落增加的數(shù)量變少，占比逐漸下降，表明海拔較高、坡度較大的區(qū)域制約著聚落布局及發(fā)展。

圖4 歸綏縣不同戶口規(guī)模的聚落海拔與坡度分布圖Fig.4 Distribution of settlement altitude and slope of different household registration scales in Guisui County

3.3.2 河流因素 河流也是聚落空間分布及發(fā)展的重要因素之一，人類生產(chǎn)生活用水的便捷性往往是形成聚落的首選區(qū)域。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)往往離不開水源，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的歸綏縣境內(nèi)有黃河支流流經(jīng)，這為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動提供豐富的水源。由圖3 可知，歸綏縣河流密布，歸綏縣聚落整體上呈現(xiàn)沿河流而建的特征。建立0～2 km 的河流緩沖區(qū)，將緩沖區(qū)與聚落進(jìn)行疊加分析各級聚落的分布情況（表4），從表4 看出，戶口規(guī)模較小的聚落在河流緩沖區(qū)范圍內(nèi)占比高，500 戶以上的聚落均在河流2 km 范圍內(nèi)，規(guī)模較大的聚落親水性較明顯。通過計算歸綏縣357 個聚落距離河流的最近距離，在河流2 km 和3 km 范圍內(nèi)聚落數(shù)達(dá)到164 個和222 個，分別占聚落總數(shù)的46% 和62%，聚落較多，表明聚落沿河流分布特征比較明顯。

表4 歸綏縣不同緩沖區(qū)內(nèi)的各戶口規(guī)模聚落數(shù)及占比情況Tab.4 The number and proportion of settlements of different household scales in different buffer zones in Guisui County

3.3.3 交通因素 聚落的形成和發(fā)展不僅深受自然因素的影響，同樣區(qū)位條件等因素對聚落分布也產(chǎn)生了重要的影響。通過建立0～2 km 范圍內(nèi)的交通緩沖區(qū)，分析不同戶口規(guī)模聚落的分布情況，其中主要交通線包括鐵路和縣路。由表4 可知，各級聚落占比均較高，500 戶以上的聚落均在交通2 km 范圍內(nèi)，說明交通便利的地方往往形成規(guī)模較大的聚落，500 戶以上的聚落是重要的中心村鎮(zhèn)，其交通指向性較強。在河流和交通共同作用的聚落數(shù)共有97 個，占27%，其中500 戶以上的聚落河流和交通指向性均較強，其形成與發(fā)展與河流和交通因素有密切關(guān)系。通過計算歸綏縣357 個聚落距離交通線的最近距離，在2 km 和3 km范圍內(nèi)聚落數(shù)達(dá)到170 個和206 個，分別占聚落總數(shù)的48% 和58%，約占一半，聚落較多，表明歸綏縣聚落沿主要交通線分布特征顯著。因此，對于歸綏縣來說，其以歸綏城為中心，沿主要交通線分布著相對密集的聚落。平綏鐵路貫穿其中，并于1921 年5 月通車，在歸綏縣有綏遠(yuǎn)車站、察素齊車站、畢克齊車站等，自平綏鐵路通車后，歸綏縣交通逐漸便利，因此平綏鐵路的開通也帶動和發(fā)展了沿線聚落的興起，表明交通因素是聚落區(qū)位選擇的重要影響因素。

4 結(jié)論

運用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法、核密度分析法、泰森多邊形法和冷熱點格網(wǎng)化分析法對民國時期歸綏縣聚落分布及其特征進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1934 年歸綏縣聚落規(guī)模以中小村為主，300 戶以上的聚落數(shù)量較少，多為商業(yè)或交通重鎮(zhèn)。不同規(guī)模等級的聚落均呈現(xiàn)“東北-西南”的空間分布方向，且多集中于研究區(qū)南部，其中規(guī)模大的聚落空間分布方向性強，向心力顯著，規(guī)模小的聚落空間分布方向性弱，分布范圍廣。從整體看，研究區(qū)聚落空間集群分布模式顯著，規(guī)模較小的聚落空間分布呈集群分布模式且聚集程度高。研究區(qū)聚落密度分布呈現(xiàn)“南密北疏”的多核破碎化空間分布特征，區(qū)域差異性顯著，冷熱點區(qū)域空間分異明顯，呈團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，規(guī)模較大的聚落在城區(qū)周圍集中，且聚落密度高值區(qū)其規(guī)模較小。1934 年歸綏縣聚落空間分布特征整體上是地形、河流及交通綜合作用的結(jié)果。研究區(qū)聚落主要分布在海拔小于1 200m、坡度小于4°的區(qū)域，聚落整體上呈現(xiàn)沿河流而建、沿交通線分布的特征，規(guī)模較大的聚落低海拔、低坡度、鄰河流、鄰干道的指向性強。

本文借助聚落戶口數(shù)據(jù)對歸綏縣聚落分布進(jìn)行研究，由于數(shù)據(jù)資料的有限性，未利用影像數(shù)據(jù)對其聚落空間形態(tài)展開研究，且對聚落分布的影響因素分析有限，后續(xù)可在聚落演變等方面進(jìn)行更深層次的研究。同樣，將聚落與中心地理論相結(jié)合，對聚落體系進(jìn)行研究可作為今后的研究方向之一。