兖州矿区农村居民点景观格局变化分析
程荣1，段永红1*，王萍2
(1.山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801；2.曲阜师范大学 地理与旅游学院，山东 日照 276800)
摘 要： [目的]自然、人文等因素综合影响矿区农村居民点的空间布局、变化特征。本文旨在探明兖州矿区农村居民点时空分布变化的原因。[方法]以2009年、2012年及2015年三期的遥感影像为基础资料，提取农村居民点、道路、塌陷积水区和河流等信息，结合GIS的空间分析方法和景观生态学理论进行定量研究。[结果]2009—2015年间，矿区农村居民点数量逐渐减少，总体空间布局较分散，仅部分区域呈现微弱的聚集态势；在道路、河流、塌陷积水区的综合影响下，居民点通过旧址重建、整合并建等方式向矿区外的城镇迁移。[结论]道路、塌陷积水区、河流及政策等是引起居民点变化的原因，其中采矿扰动是矿区内农村居民点空间特征变化的主要原因。该研究对土地合理利用及农村居民点搬迁选址等政府决策具有重要意义。
关键词： 农村居民点；景观格局；时空变化；兖州矿区
不同形态和规模的景观嵌块体在空间上进行排列组合形成了景观格局。景观之间的本质差别是由各种自然与人为因素在不同时空尺度上相互作用造成的。农村居民点的数量、大小、密集程度、占据土地面积等具有一定的空间差异性。采矿扰动是矿区内农村居民点空间特征变化的主要原因[1]。兖州矿区煤炭资源的开发使得地表塌陷，水位高于地表，导致积水淹没大量的耕地，严重影响了矿区内农村居民的生产、生活，也成为矿区农村居民点景观格局变化的主要原因。
本文选取兖州矿区作为研究对象，采用最近邻点统计量(R统计量)分析2009—2015年矿区村庄居民点规模、分布特征的变化，分析2009—2015年矿区居民点搬迁前后景观格局变化规律，在此基础上，借助GIS的空间分析方法和景观格局指数分析道路、塌陷积水区和河流对矿区农村居民点布局、变化的影响。
1 研究区概况及研究方法
1 .1 研究区概况
兖州矿区位于鲁西南平原地区，济宁市境内，地势平坦，是我国东部平原的高潜水位的矿区。矿区内煤层具有厚度大、埋藏较浅、储存稳定、易开采、水文和地质构造较简单等特点，这些优势条件使该地区适宜建设大型和特大型矿井[2]。矿区地处温带半湿润季风区，属大陆性海洋性过渡气候，四季分明、雨热同期，年平均降水量712.99 mm，年平均气温14.1 ℃。兖州煤矿区的降水主要集中在每年的7、8 月，有时会延长到9月，最大降水量可达1 263.88 mm，约占全年降水量的65%[3]。
兖州矿区是我国众多的优质煤田之一，主要有南屯、唐村、北宿、兴隆庄、鲍店、杨村、东滩、济宁二号和济宁三号等矿井[4]。本研究选取南屯、唐村、北宿、兴隆庄、鲍店、杨村、东滩矿井作为研究区(图1)。
陈振豪[32]等结合上海地区实行的峰谷电费差价政策，提出了一套适用于空气源热泵热水器的控制方案。该控制方案采用多模式流程控制，用户可以根据需求不同和季节变化自行选择不同的工作模式。实验结果表明，该流程控制方案可以显著地提高系统的能效比和经济性，具有推广价值。
图 1兖州矿区地理位置示意图
Fig .1 Geographical map of Yanzhou mining area
1 .2 资料来源与数据处理
本文所用的遥感数据来源于无偏移的Google Earth历史影像，兖州矿区2009年、2012年与2015年的遥感影像数据的分辨率为0.48 m、矿区30 m分辨率的高程数据以及相关文字资料[5]。通过人工目视判读矢量化得到农村居民点、道路、河流水系以及塌陷积水区范围数据，将居民点的多边形数据转换为点数据，进一步分析居民点的分布特征。此外，对道路、塌陷积水区及河流作缓冲区操作。
1 .3 研究方法
1.3.1 最近邻点统计量
利用最近邻点统计量(R统计量)，首先计算得出各居民点与其周围居民点之间的最小距离，然后与理想条件下的最近邻点之间的距离进行比较，分析得出矿区内农村居民点分布的特征及变化趋势[6]。计算公式见表1。
1.3.2 景观格局指数
由表5可见，距离塌陷区500 m内只有6%～10%的居民点，随着离塌陷积水区距离逐渐增加，居民点数量呈现先增加，后减小再增大的态势，超过50%的居民点分布在2 000 m以外的范围。
音乐作品是否能作为文本用来研究音乐？对这一问题的回答，似乎是显而易见的。然而，当我们仔细究其是否有这种可能性，亦或是追问如何有这种可能性的时候，就会陷入困境。因为，我们首先要知道音乐作品是否是文本，也就是说与文本等同？其次，文本如何能成为音乐的对象？再次，如果音乐作品作为文本，那么这样的文本是如何能与作曲家所构想的音乐获得必然的关联？
由表4分析可得，在各年份中，距离道路200 m范围内农村居民点斑块数分布最多，斑块面积的比重均超过了50%，密度也最大；随着距道路越远，各缓冲区范围内的农村居民点的数量逐渐减少，尤其在500～1 000 m的距离范围内数量减少的幅度较大；距离道路500 m之外，居民点数量的比重均不大于15%，说明农村居民点形成的重要条件之一为道路的通达性，道路对其空间布局及演化产生巨大的影响[15]。
2 研究结果分析
2 .1 集聚与分散程度的最近邻点统计量分析
利用ArcGIS10.2中的Feature to point工具，将农村居民点的面状数据转换为点状数据；其次通过near工具，计算得出3年矿区农村居民点之间的最近距离；最后根据表1中的公式计算相应的值，计算结果见表3。
立冬始降温，天冷好养肾。按照中医季节养生的理论，冬季对应五脏中的肾。立冬时心肺气弱，肾气强盛，饮食宜减辛苦，以养肾气。在饮食上依然要遵循“秋冬养阴”的原则，也就是说，少食生冷之物，但也不宜进食燥热之物，有的放矢地食用一些滋阴潜阳、热量较高的膳食为宜，同时也要多吃新鲜蔬菜以避免维生素的缺乏。
在ArcGIS10.2中，将道路、河流和塌陷积水区的缓冲区分析结果分别与各年份的农村居民点点数据图层进行合并，得到图2～4。在此基础上，利用ArcGIS的查询统计功能统计出离道路、河流和塌陷积水区不同距离范围内农村居民点斑块的数量、周长及面积等特征，再根据公式计算相应的景观格局指数，计算结果见表4～6。
表 1最近邻点统计量计算公式
Table 1 The calculation formula of nearest neighbor statistical
表 2景观格局指数特征及解释
Table 2 Characteristics and interpretation of Landscape Pattern indexes
表 3 2009— 2015年农村居民点分布的最邻近点统计量分析结果
Table 3 Summary of the Nearest Neighbor analysis for the rural settlements from 2009 to 2015
2 .2 不同因素对农村居民点分布景观格局的影响
通过分析表3得知，2009年到2015年的7年间居民点数量共减少了16个，且最近距离的观测值要大于期望值，并呈现逐年增大的趋势，表明矿区内的居民点在各种因素的影响下总的密度发生变化；在各年份中，R统计量均大于1，-1.96<Z<1.96，表明矿区内农村居民点的空间分布是较分散的，但不具备较强的显著性，对比三年的R统计量，发现矿区农村居民点在7年里呈现出较微弱的收敛态势。
图 2 2009年和 2015年不同道路缓冲区农村居民点分布图
Fig .2 The distributions of rural settlements within different buffers of road in 2009 and 2015
图 3 2009年和 2015年不同塌陷积水区缓冲区农村居民点分布图
Fig .3 The distributions of rural settlements within different buffers of subsidence area in 2009 and 2015
2.2.3 河流的影响
景观是由不同形状、大小、组合的自然及人文斑块组成的嵌块体，常运用景观生态学方法描述农村居民点的规模、形状及分布特征[12]。矿区农村居民点是乡村聚落景观的主要构成部分，矿区内的自然因素和人文因素影响着居民点的空间分布特征。而景观格局指数可以反映居民点的结构构成、空间组合特征[13]。因此本文选取了一系列景观格局指数分析道路、河流、塌陷积水区等自然因素对矿区农村居民点分布、变化的影响。各景观格局指数名称及其具体内涵和表征意义见表2。
图 4 2009年和 2015年不同河流缓冲区农村居民点分布图
Fig .4 The distributions of rural settlements within different buffers of river in 2009 and 2015
表 4道路对农村居民点分布影响的景观格局指数统计表
Table 4 Summary of landscape pattern index of road as the influence to the rural settlements
各距离范围内，斑块数量呈现逐年减少的趋势，但在0～200 m范围内，占斑块总数的比重、斑块面积及平均斑块面积逐年升高，且平均斑块分维数也呈现逐年增大的态势，表明该矿区范围内居民点的形状变得不规则、破碎。尽管居民点的数量在逐年较少，但是通过搬迁、旧村改造、整合并建居民点逐渐向道路集聚。在1 000 m范围外，分布有为数不多面积较大的居民点，在2009—2015年间，居民点的数量和平均斑块面积在减少，平均分维数在升高，且变化幅度较大，表明农村居民点正处在动态变化的过程。
表 5塌陷积水区对农村居民点分布影响的景观格局指数统计表
Table 5 Summary of landscape pattern index of subsidence area as the influence to the rural settlements
表 6河流对农村居民点分布影响的景观格局指数统计表
Table 6 Summary of landscape pattern index of river as the influence to the rural settlements
首先，电力公司要抓好电力生产的安全管理动态评价，落实各级生产部门的安全职责。要从各个方面对电力系统安全生产过程进行监督，根据实际情况完善生产管理的监督体制，要确立行政责任制度，明确各个部门的第一负责人。按照电力公司的安全生产计划表，将供电线路和电力设备进行逐级分配，将责任严格落实到个人。此外，各级安全监督负责人还要做好电力安全生产事故的汇报和总结工作，举一反三，深刻吸取事故中的经验和教训。电力公司还要组织工作人员进行安全工作的教育和培训，例举出一些典型的安全事故，提高员工安全生产的意识。还要建立公司内部电力系统安全生产事故责任制度，对已发生或者未遂事故的负责人进行确定。
在检测水泥胶砂强度的过程中，首先应配比一定量的试验样品。通常情况下，会选取500g水泥，1450g ISO标准的砂以及250g水，利使用拌和机进行充分的搅拌，再将搅拌后的混合物倒入标准为40mm×40mm×160mm的棱柱体试模中，再将试模放在振实台上，使其成型。随后，将试验样品及试模一起放进养护箱中进行养护处理，时间为24h，之后将其拿出并放在水中进行脱模处理，并放在水中。经过试验龄期（5d或15d）后，将试验样品从水中拿出，先对其进行抗折强度试验，使用抗折试验机将其折断，再把折断后的每部分用压力机再次进行抗压强度的试验。
2.“互联网+”提高了家长参与亲职教育的意识。“互联网+”使各种资讯如影随形，网络信息无处不在，潜移默化地影响着人们的教育观念。扑面而来的是丰富多样的教育资源、形式多样的教育模式、眼花缭乱的教育机构，如同日常的广告效应，身处其中的人难免会受其影响，从而引起家长对家庭教育的关注，激发家长学习探究的欲望，在不知不觉中提高家长的参与意识。
矿区内塌陷积水区主要集中于矿区中部，这些积水区的前身大多为耕地，而居民点大多邻近耕地，所以有约30%的居民点分布在离塌陷区1 000 m的范围之内；对比3年的数据发现，除去500～1 000 m范围内的平均斑块面积及平均分维数有所升高外，其它各项景观指数均呈现减小的趋势，而1 000 m范围以外的居民点的比重正在逐年上升，表明塌陷已经严重影响到居民的生产生活，为了避免损失和伤害，居民点由内部向外围迁移，搬离塌陷积水区，并逐渐趋于稳定。
2.2.2 塌陷积水区的影响
在距离塌陷积水区2 000 m范围以外，有较多规模较大的居民点集中分布在矿区的东南部和西部，这里远离塌陷积水区的影响，并邻近邹城、济宁市区及大的中心镇，完善的基础设施和良好的生活条件对居民点有较大的吸引作用；2009—2015年间居民点的数量比重在逐年上升，居民点总的面积及平均占地面积呈现减小的趋势，且平均分维数有升高的趋势，居民点的形状变得不规则、破碎，说明居民点在良好的地理条件、区位条件及政策的影响下，村庄进行搬迁或是对原有的居民点进行整治，正处于较大的变化中。
2.2.1 道路的影响
河流是影响农村居民点布局及演变的又一重要的自然因素，由表6可见，各年份中，离河流2 000 m范围内，各距离范围内，居民点的数量比重较均匀，在1000～1 500 m的距离内，斑块数量较多，平均斑块面积也较大，且呈现逐年增大的态势，主要是因为靠近河流的主要是面积较大的林地和耕地，河流可以提供灌溉水源，而居民点临近耕地，所以则分布的相对分散，密度较小。在距离河流2 000 m范围外，分布有超过30%的居民点，且主要集中分布于矿区的东南部和西部，这与塌陷积水区范围影响下的农村居民点的空间分布基本一致。
对比三年的景观格局指数，处于0～500 m的距离范围内的居民点数量的比重减少较多，总的斑块面积减少但居民点平均用地规模有所增加，斑块密度和平均分维数均表现出减小的趋势，且在2009年到2012年间平均分维数变化最大；在500～1 000 m范围内，居民点数量比重和平均分维数先增大后减小，平均斑块面积先减小后增大，密度呈现减小的态势。在1000～1 500 m范围内，居民点的个数比重增大，平均占地面积和平均分维数均增大较多。
综上分析，研究区地下水位较高、煤层埋设浅而厚，因此煤炭资源的开发后耕地大面积塌陷且常年积水。矿区农村居民点多通过搬迁、归并或旧址重建等方式进行整治，由破碎、不规则的形状向规则的趋势发展，由塌陷积水区向非塌陷积水区的方向迁移。
3 讨论与结论
(1)首先，本文通过R统计量研究分析得出从2009年至2015年7年间矿区内农村居民点的空间分布特征及变化趋势：从2009年到2015年，居民点数量逐渐减少，均呈现出较分散的空间布局状态，但在某些地区还是呈现出了微弱的聚集态势。
1.2.2 性腺材料处理 对标本进行常规的生物学特征测量后进行解剖，长度测量精确到0.1 mm，体重测量精确到0.01 g，用镊子小心地将性腺从腹部两侧取出来，称重，精确到0.001 g，根据性腺发育的不同时期所表现的一些形态特征将性腺划分成不同的几个时期［11－13］。数出卵粒数之后，根据相关的数量公式计算出相对繁殖力（F）和绝对繁殖力（Fw）。F＝1 g卵的卵粒数×整个卵巢重（g），FW＝F／体重（g）。
(2)其次，结合GIS的空间分析方法和景观生态学的知识，选取一系列景观格局指数分析了道路、河流及塌陷积水区对居民点布局变化的影响。结果表明，由于受到道路、河流、塌陷积水区及政策的影响，矿区内农村居民点呈现出由内向外迁移的趋势，四周居民点的聚集程度高于中部；时间上，2015年居民点的聚集程度略高于2009年。通过分析可以得出：远离塌陷区、邻近主干道和河流的地块最适宜作为居民点的搬迁选址。迁移的方向主要为邻近大的中心城镇、邹城及济宁市区。城镇及市区的各项基础设施更加完善，更适合于人口集聚，这与《济宁市压煤村庄搬迁用地规划(2001—2020年)》中的新村选址建议相符合。
(3)河流和塌陷积水区对于兖州矿区内农村居民点空间变化的影响较大。但是两者对居民点布局变化的影响并不相同。通过分析可见，塌陷积水区位于研究区中部，受其影响居民点逐步向外围迁移；河流主要起到灌溉水源的作用，居民点的空间变化表现出趋利的特点。
(4)采矿扰动是矿区内农村居民点的空间特征变化的主要原因[16]。兖州矿区内农村居民点主要通过旧地重建、整合并建、矿区内的搬迁、搬迁到矿区之外等方式进行整治。在整治过程中，既要协调各部门的参与，也需要获得当地村民的支持。在搬迁选址上，要综合考虑多种因素，加强宣传，完善基础设施的建设，努力为村民营造舒适、安全的居住环境。
参考文献
[1]王贺封,卞正富,雷少刚.矿区居民点景观格局变化分析[J].亚热带水土保持,2006,18(1):8-11.
[2]刘静鹏.基于GIS的深州市农村居民点布局适宜性评价与布局优化研究[D].石家庄：河北师范大学,2012.
[3]刘元慧，李钢.基于 PSR 模型和遥感的矿区生态安全评价——以兖州矿区为例[J].测绘与空间地理信息，2010，33 (5):135-136.
[4]陈龙乾,郭达志,许善宽,李健民,张亦之.兖州矿区采煤塌陷地状况与综合治理途径研究[J].自然资源学报,2002(04):504-508.
[5]济宁市国土资源局.济宁市压煤村庄搬迁用地规划(2007-2020年)[Z].济宁市:济宁市国土资源局,2007：11-33.
[6]毛政元,李霖.空间模式的测度及其应用[M].北京:科学出版社,2004：8-66.
[7]闫庆武,卞正富.基于GIS-SDA的居民点空间分布研究[J].地理与地理信息科学,2008,24(3):57-61.
[8]马利邦,郭晓东,张启媛.陇中黄土丘陵区乡村聚落的空间格局——以甘肃省通渭县为例[J].山地学报,2012,30(4):408-416.
[9]任平,洪步庭,刘寅,等.基于RS与GIS的农村居民点空间变化特征与景观格局影响研究[J].生态学报,2014,34(12):3331-3340.
[10]Wong D,Lee J.ArcView GIS 与 ArcGIS 地理信息统计分析[M].上海:中国财政经济出版社,2008：224-224.
[11]邬建国.景观生态学——格局、过程、尺度与等级[M].北京:高等教育出版社,2000：99-105.
[12]潘竟虎,靳学涛,韩文超.甘谷县农村居民点景观格局与空间分布特征[J].西北大学学报(自然科学版),2011,41(1):127-133.
[13]姜广辉,张凤荣,秦静,等.北京山区农村居民点分布变化及其与环境的关系[J].农业工程学报,2006,22(11):85-92.
[14]段晶.农村居民点景观格局演变分析及其预测研究——以湖北省随县厉山镇为例[D].武汉:华中师范大学,2015.
[15]邬建国.景观生态学——格局、过程、尺度与等级(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2007：27-31.
[16]王行风,汪云甲,马晓黎,等.煤矿区景观演变的生态累积效应——以山西省潞安矿区为例[J].地理研究,2011,30(5):879-892.
Landscape pattern change analysis of rural residential zone in Yanzhou coal mining area
Cheng Rong 1,Duan Yonghong 1*,Wang Ping 2
(1.School of Resource and Environment ,Shanxi Agricultural University ,Taigu 030801,China ;2.School of Geography and Tourism ,Qufu Normal University ,Rizhao 276800,China )
Abstract :[Objective] The spatial distribution and variation characteristics of rural settlements in mining areas is the result of the interaction between natural and human factors.The study was aimed to explore the cause of the spatial and temporal distribution of rural residential zones in Yanzhou mining area.[Methods]In this paper,the remote sensing images of Yanzhou mining area collected in 2009,2012,and 2015 were used to extract the vector data of rural settlements,road networks,subsidence area,and rivers.The spatial pattern,the process,and the trend of the residential zones were quantitatively analyzed through GIS spatial analysis method and landscape ecology method.A series of landscape pattern indicators were employed to analyze the impact on the layout and evolution of rural settlements.[Results]The number of rural settlements in the mining area was in a decreasing trend,and the spatial distribution of the rural residential areas was in a state of decentralization from 2009 to 2015,but it showed a slight aggregation trend in some areas.Affected by road networks,rivers,and subsidence area,the settlements of the mining area were mainly migrated to the south-east and west through resettlement and consolidation.[Conclusion]Roads networks,subsidence areas,rivers,and policies are the major causes of residential relocation,and mining disturbance is a main contributorto the spatial characteristics of rural residential changes in the mining area.Present study is of importance for the government to make full use of land and support rural settlement.
Keywords :Rural settlements,Landscape patterns,Spatial characteristics,Yan Zhou mining area
中图分类号： C912.82
文献标识码： A
文章编号： 1671-8151(2019)03-0050-08
doi :10.13842/j.cnki.issn1671-8151.201811021
收稿日期： 2018-11-09
修回日期： 2018-12-18
作者简介： 程荣(1994-)，女(汉)，山东潍坊人，硕士研究生,研究方向：地图学与地理信息系统
*通信作者： 段永红，教授，博士，博士生导师，Tel：13835411059；E-mail:yhduanpku@sina.com
基金项目： 国家自然科学基金项目(41271507)；山东省自然科学基金项目(ZR2017BD032)
(编辑：梁文俊)
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