胡興定，白中科,2※

（1.中國地質(zhì)大學土地科學技術學院，北京 100083；　2.國土資源部土地整治重點實驗室，北京 100035）

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基于耕作半徑的采礦復墾區(qū)農(nóng)村居民點安置規(guī)模預測

胡興定1，白中科1,2※

（1.中國地質(zhì)大學土地科學技術學院，北京 100083；2.國土資源部土地整治重點實驗室，北京 100035）

摘要：耕作半徑對農(nóng)村居民點的規(guī)模具有重要影響，而地形則是耕作半徑的決定因素之一。該文采用耕聚比和緩沖區(qū)分析的方法，對比采礦前后農(nóng)村居民點的耕作半徑變化。考慮研究區(qū)地形起伏的影響，計算耕作半徑地形修正系數(shù)，確定最優(yōu)耕作半徑。在此基礎上預測礦區(qū)復墾后可安置農(nóng)村居民點的面積、數(shù)量及人口。研究結果表明：平朔復墾區(qū)農(nóng)村居民點耕作半徑地形修正系數(shù)為1.6836，復墾區(qū)規(guī)劃農(nóng)村居民點最優(yōu)耕作半徑為1 500 m；復墾區(qū)預測回遷安置農(nóng)村居民點總規(guī)模約651.24 hm2，共67個農(nóng)村居民點；預測單個農(nóng)村居民點面積9.72 hm2，控制耕地面積約109.68 hm2；預測回遷安置總人口約29 521人，共7 380戶，該研究結果可為露天采礦復墾區(qū)農(nóng)村居民點回遷安置規(guī)模與布局提供決策支持。關鍵詞：土地利用；復墾；采礦；耕作半徑；農(nóng)村居民點；搬遷；安置

胡興定，白中科. 基于耕作半徑的采礦復墾區(qū)農(nóng)村居民點安置規(guī)模預測[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32（3）：259－266. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.038http://www.tcsae.org

Hu Xingding, Bai Zhongke. Prediction for relocation scale of rural settlements based on farming radius in reclamation area of open-pit coal mine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(3): 259－266. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.038http://www.tcsae.org

Email：huxingding1992@126.com

0　引　言

國外礦區(qū)土地復墾研究注重復墾對土壤性狀、生物多樣性、景觀的影響，例如研究在巖土層上覆蓋粉煤灰用于改善土壤理化性質(zhì)[1]，對比自然表土覆蓋復墾和非表土覆蓋復墾的土壤差異性[2]，評價和監(jiān)測復墾后土壤質(zhì)量變化[3-5]和土壤生產(chǎn)力狀況[6]；探討不同復墾時序下的土壤結構的變化[7]和不同的復墾模式[8]，討論不同復墾模式下對地表生物多樣性結構的影響[9-10]，分析單一植被復墾類型對景觀和土地利用的影響[11]。國內(nèi)關于礦區(qū)復墾地研究的內(nèi)容基本一致，側重點卻有所差異，但二者對農(nóng)村居民點安置搬遷、回遷問題卻鮮有研究。

農(nóng)村居民點是農(nóng)業(yè)勞動者進行經(jīng)濟、政治、社會和文化等活動而聚集的定居場所[12-13]，是農(nóng)村人地關系的表現(xiàn)核心，也是農(nóng)戶生產(chǎn)和生活的承載體[14]。農(nóng)村居民點作為農(nóng)村的基本地域單元，既是新農(nóng)村建設的重要對象，也是城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的助推器[15]。農(nóng)村居民點空間分布，反映了一定自然地理條件下和社會經(jīng)濟發(fā)展下農(nóng)村居民居住活動[16-17]。農(nóng)村居民點的分布受到地形地貌和土地利用方式的影響，同時也受到耕作半徑的影響。耕作半徑可以直接反映農(nóng)村土地利用的人－地關系。耕作半徑通常包括時間半徑和空間半徑，前者指從農(nóng)村居民點步行至耕地的時間，后者指所走的路程（空間距離），近年來耕作半徑多以空間半徑表示[18]。合理的耕作半徑是提高農(nóng)耕效率的關鍵，而耕作半徑的形成是農(nóng)村聚落與土地利用長期相互作用的結果。唐麗靜等[19]、角媛梅等[20]在研究農(nóng)村居民點空間布局優(yōu)化中，將耕作半徑作為主要影響因素之一。楊慶華等[21]在研究耕地資源分布狀況中，引入耕作半徑指標進行定量化描述。此外，在對農(nóng)村區(qū)域其他方面問題進行的研究中，也考慮耕作半徑的影響。在農(nóng)村居民點選址和中心村研究中，蔚霖等[22]認為耕作半徑間接地影響中心村的布局和村鎮(zhèn)住區(qū)的選址[23]；李小建等[24]依據(jù)耕作半徑對平原村莊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域進行了研究，結果指出距離對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)位的選擇具有重要影響；劉艷芳等[25]認為，最大耕作半徑范圍應不超過2.5 km，在城鄉(xiāng)建設用地增減掛鉤項目中，有些區(qū)域可將適宜耕作半徑的上限調(diào)整為3.2 km[19]；在村鎮(zhèn)選址中通過對現(xiàn)階段中國村莊的耕作半徑調(diào)查，吳得文等[23]認為從農(nóng)村居民點到下地勞動步行時間以不超過20 min（約2 km）為宜；金明麗等[26]在山區(qū)農(nóng)村居民點還耕可行性實地調(diào)查中，得到最理想的耕作半徑應不大于1 km；角媛梅等[20,27]利用“均等”法計算農(nóng)村居民點耕作半徑，認為當農(nóng)村居民點在一定緩沖區(qū)距離內(nèi)的面積等于農(nóng)村居民點控制的耕地面積時，農(nóng)村居民點緩沖區(qū)距離即為農(nóng)村居民點的耕作半徑。雖然目前很多研究已將耕作半徑作為影響農(nóng)村居民點布局和安置的重要因素，但最優(yōu)的耕作半徑尚無統(tǒng)一的標準。另一方面，現(xiàn)有耕作半徑計算多以空間半徑為依據(jù)，而空間半徑計算中尚未考慮地形對空間半徑的影響，即在地形起伏較大區(qū)，地表實際耕作半徑大于計算的空間半徑。

本文以山西省平朔礦區(qū)為研究區(qū)，比較采礦前后礦區(qū)內(nèi)農(nóng)村居民點耕作半徑的變化；為提高計算耕作半徑的準確性，充分考慮地形對耕作半徑的影響，提出耕作半徑地形修正系數(shù)，并參考地形起伏度相關研究成果，確定能夠反映研究區(qū)整體地形起伏情況的最佳統(tǒng)計單元并計算修正系數(shù)；進而計算復墾區(qū)回遷安置農(nóng)村居民點的最優(yōu)耕作半徑（空間半徑）；在此基礎上利用耕聚比，在滿足耕地占補平衡的要求下預測礦區(qū)復墾后農(nóng)村居民點回遷面積、數(shù)量和人口，以期為未來采礦復墾區(qū)進行土地利用、農(nóng)村居民點再安置提供依據(jù)。

1　研究區(qū)概況

平朔礦區(qū)位于山西省朔州市境內(nèi)，地處黃土丘陵溝壑區(qū)，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。該礦區(qū)是現(xiàn)代化的大型露天礦，介于112°17′～112°26′E，39°24′～39°32′N之間，南北長23 km，東西寬22 km，面積380 km2，主要包括3個露天礦和3個井工礦（圖1），具有煤層厚、煤質(zhì)好、煤層埋藏淺、地質(zhì)構造簡單的特點。平朔露天礦的開采，對當?shù)氐牡匦蔚孛苍斐闪藲缧缘钠茐?，嚴重影響生態(tài)環(huán)境，分布在礦區(qū)內(nèi)及其周圍的農(nóng)村居民點是生態(tài)破壞和環(huán)境污染的直接受體。截止到2013年，受采礦直接影響的村莊有61個。自1987年開始采礦至2013年6月，已有14個農(nóng)村居民點完成搬遷，涉及人口8 400余人，安置區(qū)位于平魯新村，距離耕作區(qū)約10 km。由于露天采礦工藝的特殊性，已形成人工堆墊地貌，即排土場，部分排土場已完成復墾，土地利用方式以耕地、林地和草地；已復墾為耕地的區(qū)域，大多處于棄耕的狀態(tài)，復墾區(qū)農(nóng)村居民點分布少，部分地區(qū)甚至無農(nóng)村居民點分布；在復墾區(qū)進行耕作，農(nóng)戶多數(shù)從安置新村駕駛機動車下地，居住區(qū)與耕作區(qū)距離十幾公里，給農(nóng)戶進行耕作帶來了不便。

圖1　研究區(qū)示意圖Fig.1　Sketch map in study area

2　數(shù)據(jù)與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本研究采用美國陸地衛(wèi)星1986年LANDSAT 5（分辨率30 m）和2013年SPOT 6（分辨率6 m）多光譜遙感影像。采用面向?qū)ο蠓诸惙椒ǎ胑Cognition8.7軟件對期影像進行簡單的土地利用分類，土地利用類型主要包括耕地、林地、草地、農(nóng)村居民點、裸地、采礦用地和水域。通過調(diào)查訪問獲得平朔礦區(qū)農(nóng)村居民點搬遷安置現(xiàn)狀數(shù)據(jù)；從中煤平朔集團獲取2013年平朔礦區(qū)礦權界線；利用GIS技術生成2013年平朔礦區(qū)數(shù)字高程數(shù)據(jù)，精度10 m。

2.2技術路線

本文在數(shù)據(jù)獲取的基礎上進行農(nóng)村居民點緩沖區(qū)分析，比較采礦前后農(nóng)村居民點耕作半徑的變化情況；通過分析農(nóng)村居民點耕作半徑，確定研究區(qū)最優(yōu)耕作半徑；分析地形起伏對研究區(qū)耕作半徑的影響，計算耕作半徑地形修正系數(shù)，確定研究區(qū)農(nóng)村居民點回遷安置的最佳耕作半徑（空間半徑）；利用“耕地聚落比”和金其銘提出的人均耕地、人口數(shù)量和耕作半徑三者的關系式[28]，預測平朔礦復墾區(qū)未來可安置農(nóng)村居民點的規(guī)模。技術路線如圖2所示。

圖2　技術路線Fig.2　Technical route

2.3緩沖區(qū)分析

本研究利用ArcGIS10.0軟件平臺，以平朔礦區(qū)1986年和2013年農(nóng)村居民點為中心創(chuàng)建緩沖區(qū)，以500 m為梯度進行緩沖區(qū)分析。在緩沖區(qū)分析過程中，分別統(tǒng)計各梯度范圍內(nèi)的耕地面積，從而可知農(nóng)村居民點的最大耕作半徑以及特定耕作半徑下的耕地面積。通過緩沖區(qū)分析，比較采礦前后耕作半徑的變化，結合已有確定最優(yōu)耕作半徑的相關成果，確定該采礦復墾區(qū)在實施農(nóng)村居民點回遷安置時的耕作半徑。

2.4耕作半徑地形修正系數(shù)

2.4.1最優(yōu)統(tǒng)計單元的確定方法

平朔礦位于黃土丘陵溝壑區(qū)，地形起伏度較大，緩沖區(qū)分析得到的空間耕作半徑與實際受地形影響的耕作半徑具有較大的差異，所以在分析礦區(qū)農(nóng)村居民點空間耕作半徑時，必須對其進行修正。地形起伏度在一定程度上可以反映出區(qū)域地形起伏變化，并且近年來已得到廣泛應用[29-31]，計算地形起伏度的關鍵問題是確定能夠反映研究區(qū)地形起伏情況的最佳統(tǒng)計單元[32]。有研究結果表明，地形起伏度隨統(tǒng)計單元面積的變化呈邏輯斯蒂克曲線，最佳統(tǒng)計單元位于該曲線由陡變緩處[33-35]，而較為準確、有效的確定方法是數(shù)理統(tǒng)計中的均值變點法，故本文也采用此方法確定計算地形起伏度的最佳統(tǒng)計單元[33]。

2.4.2地形位置參數(shù)和耕作半徑地形修正系數(shù)

在計算地形位置參數(shù)時，關鍵在于確定最佳統(tǒng)計單元，統(tǒng)計單元既具有區(qū)域代表性和普遍性，又能夠反映研究區(qū)整體地形起伏狀況；若鄰域范圍選擇太小，則系數(shù)值變化不明顯，不能真實反映整體地形變化情況，若鄰域范圍選擇太大，則不能反映局部地形變化。本文運用地形起伏度研究的相關成果，采用均值變點法確定地形起伏度計算的最佳統(tǒng)計網(wǎng)格單元。在最佳統(tǒng)計單元的基礎上計算地形位置參數(shù)TPIim和耕作半徑地形修正系數(shù)Km，公式如下

式中TPIim表示DEM數(shù)據(jù)中像元i在鄰域m范圍內(nèi)的地形位置參數(shù)，反映該點地形與周邊地形起伏關系，m；hi表示DEM數(shù)據(jù)中像元i的高程值，m；him表示DEM數(shù)據(jù)中像元i在鄰域m范圍內(nèi)高程值的平均值（不包含像元i高程值本身），m。由式（1）可知，若TPIim＞0，則表示該點在鄰域范圍內(nèi)表現(xiàn)為高點（地形凸起）；若TPIim＜0，則表示該點在鄰域范圍內(nèi)表現(xiàn)為低點（地形凹陷）。

通過GIS技術緩沖區(qū)分析得到未來復墾區(qū)農(nóng)村居民點安置規(guī)劃的最優(yōu)實際耕作半徑，由于受地形地貌的影響，緩沖區(qū)分析的結果只能反映農(nóng)村居民點到耕作區(qū)的空間距離，與實際距離存在較大的偏差，因此必須對該半徑進行修正，使計算結果更為精確。本文提出耕作半徑地形修正系數(shù)，通過該系數(shù)對耕作半徑進行修正，使耕作半徑與實際距離接近一致。本文引用地形位置參數(shù)的計算方法確定耕作半徑修正系數(shù)值，即利用某像元領域范圍內(nèi)高程的平均值與其自身高程的差值來確定耕作半徑的變異程度，如式（2）所示

式中Km表示鄰域m范圍內(nèi)耕作半徑地形修正系數(shù)值；Ci表示像元i的大小，m；n表示研究區(qū)域內(nèi)的總像元數(shù)。

則實際耕作半徑修正公式為

2.5利用耕聚比預測農(nóng)村居民點安置規(guī)模

金其銘[27]提出耕作半徑與人均耕地、人口數(shù)量的關系公式（式（4）），利用耕地面積與聚落面積的比值（簡稱耕聚比）反映耕地面積與農(nóng)村居民點面積的關系（式（5））。

式中N表示單個農(nóng)村居民點人數(shù)；M表示單個農(nóng)村居民點人均耕地數(shù)量，m2/人；β表示研究區(qū)的土地墾殖率（墾殖系數(shù)），即區(qū)域范圍內(nèi)耕地總面積與土地總面積的比值，土地復墾工作必須以保護耕地為主要目標，確保耕地占補平衡，因此研究區(qū)未來復墾區(qū)土地墾殖率不得低于采礦前的土地墾殖率，即耕地復墾率大于或等于100%；R表示預測的單個農(nóng)村居民點空間耕作半徑，m；G表示研究區(qū)內(nèi)單個農(nóng)村居民點耕作面積與聚落面積的比值即耕聚比，由于研究區(qū)自然地理環(huán)境類似、區(qū)域較小且原始單個農(nóng)村居民點數(shù)據(jù)獲取有限，因此采用該區(qū)域總體的耕聚比作為研究區(qū)的單個農(nóng)村居民點耕聚比；J表示單個農(nóng)村居民點面積，hm2。

根據(jù)式（4）和式（5）可推算出單個農(nóng)村居民點面積與其空間耕作半徑的關系（式（6））。如果通過規(guī)劃設計確定了復墾區(qū)未來回遷安置農(nóng)村居民點的空間耕作半徑，利用式（6）則可預測農(nóng)村居民點安置規(guī)模。

3　結果與分析

3.1土地利用現(xiàn)狀分析

利用面向?qū)ο蠓诸惣夹g和GIS空間信息統(tǒng)計工具對1986年和2013年多光譜遙感影像數(shù)據(jù)進行解譯分類，其分類精度分別為0.86和0.92，高于0.85符合分類精度Kappa系數(shù)檢驗，結果如圖3所示。平朔礦區(qū)主要包括安太堡露天礦、安家?guī)X露天礦、東露天露天礦以及井工1號、2號、3號礦，面積約為16 807.54 hm2，從圖3可以看出，1986年平朔礦區(qū)尚未開采，采礦用地很少，不存在較大的水面；自1987年采礦至2013年，采礦用地比例增大，在安太堡內(nèi)排土場復墾區(qū)出現(xiàn)了水面，大量的耕地轉(zhuǎn)換為采礦用地或草地，土地利用類型見表1。

圖3　采礦前和采礦后平朔礦區(qū)土地利用類型圖Fig.3　Land use type in Pingshuo mining area before and after mining

表1　1986年和2013年平朔礦區(qū)土地利用類型面積統(tǒng)計Table 1　Areas statistics for land use type in Pingshuo mining area in 1986 and 2013

由表1可知，1986－2013年，平朔礦區(qū)受采礦影響，草地、耕地和農(nóng)村居民點面積均呈現(xiàn)減少趨勢，采礦用地、林地、裸地以及水體面積增加，采礦用地面積增加最多。隨著采礦的發(fā)展，采礦用地（包括工業(yè)場地、采礦運輸?shù)缆泛偷V坑）增加，平朔礦區(qū)地處生態(tài)脆弱區(qū)，原地貌植被類型以荒草地和灌草地為主，采礦過程中，對排土場進行復墾，種樹，因此1986－2013年，林地面積不減反增。由于露天采礦工藝的特殊性，隨著采礦進度的推進，實施剝—采—排—復一體化的采礦工藝，原地貌表土被剝離，所以裸地面積增加。在安太堡內(nèi)排土場復墾中新建水利設施，建立人工湖，水域面積增加。

3.2農(nóng)村居民點緩沖區(qū)分析

對1986年（采礦前）和2013年（采礦后）礦區(qū)農(nóng)村居民點分別進行緩沖區(qū)分析，按梯度變化進行耕地面積統(tǒng)計，結果如表2所示。

表2　1986年和2013年礦區(qū)農(nóng)村居民點緩沖區(qū)耕地面積統(tǒng)計Table 2　Area statistics for arable land in rural settlement buffer of mining area in 1986 and 2013

由表2可知，1986年研究區(qū)農(nóng)村居民點緩沖區(qū)范圍為0～3 000 m，因其范圍自然形成，受人為干擾影響不大，可作為未來復墾區(qū)安置農(nóng)村居民點時確定耕作半徑的依據(jù)。耕地在各梯度范圍內(nèi)均有分布，其所占耕地總面積的比例卻存在較大的差異。對1986年而言，耕地面積主要分布在0～500 m范圍內(nèi)，面積4 483.43 hm2，占耕地總面積的60.75%；在＞1 500～3 000 m范圍內(nèi)，耕地分布少，其面積僅占耕地總面積的5.03%。受采礦的影響，2013年礦區(qū)內(nèi)農(nóng)村居民點部分已經(jīng)完成搬遷安置工作，因此其分布數(shù)量和密度都有所降低，2013年農(nóng)村居民點緩沖區(qū)范圍為0～4 500 m，這比1986年礦區(qū)農(nóng)村居民點緩沖區(qū)范圍增大了1 500 m。與1986年相比，2013年礦區(qū)耕地分布較分散，主要聚集在＞0～1 000 m范圍內(nèi)，面積4 036.56 hm2，占耕地總面積的70.26%；在＞2 000～4500 m范圍內(nèi)，耕地分布少且不集中，僅占2013年耕地總面積的8.16%。對比可知，耕地分布在不同時期內(nèi)均呈現(xiàn)出相同的變化趨勢，即隨著緩沖區(qū)范圍的增大耕地面積呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢，1986年耕地分布較為集中且耕地距農(nóng)村居民點較近，受采礦的影響，2013年礦區(qū)農(nóng)村居民點與耕地的距離增大且耕地分布的聚集程度降低。

3.3最優(yōu)耕作半徑分析

采用1986年和2013年數(shù)據(jù)對比分析采礦對礦區(qū)農(nóng)村居民點的影響。1986年的礦區(qū)耕作半徑自然形成未受采礦擾動影響，故依據(jù)此確定礦區(qū)未來采礦復墾區(qū)的耕作半徑。通過緩沖區(qū)分析可知，1986年自然狀態(tài)下形成的耕作半徑范圍為0～3 000 m，在0～1 500 m范圍內(nèi)的耕地占到耕地總面積的94.97%，而在＞1 500 m區(qū)域的耕地僅占到總量的5.03%，因此可將1 500 m作為該研究區(qū)內(nèi)自然狀態(tài)下形成的最優(yōu)空間耕作半徑。相關的研究結果表明，農(nóng)村居民點耕作半徑不應過2 km[23]，金明麗等[26]通過調(diào)查認為山區(qū)最理想的耕作半徑不超過1 km，所以1986年研究區(qū)農(nóng)村居民點的最優(yōu)耕作半徑存在一定的不合理性，其主要原因是受地形地貌的影響。角媛梅等[20,27]提出利用均等法計算平原地區(qū)的最優(yōu)耕作半徑，認為受耕作條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的限制，特定的農(nóng)村居民點所控制的耕地面積是有限的，由于研究區(qū)位于黃土丘陵溝壑區(qū)，故本文不采用此方法計算最優(yōu)耕作半徑。對于未來平朔復墾區(qū)，通過人工堆墊形成的地形地貌增加了耕地的連片程度，生產(chǎn)技術從傳統(tǒng)的畜耕方式向機械化作業(yè)轉(zhuǎn)變，可相應地增加最理想的山地耕作半徑范圍，但也要保證耕作半徑不宜過大，故在對比分析現(xiàn)有的研究成果以及研究區(qū)實際耕作半徑范圍、充分考慮科技農(nóng)業(yè)對耕作半徑影響的基礎上，將1 500 m作為研究區(qū)未來安置農(nóng)村居民點時規(guī)劃的最優(yōu)實際耕作半徑。

3.4耕作半徑的修正系數(shù)分析

利用礦區(qū)2013年10 m精度的數(shù)字高程圖（DEM），分析研究區(qū)在不同統(tǒng)計單元下的地形起伏度變化情況，如表3所示。從表3可以看出，隨著統(tǒng)計單元網(wǎng)格的增大，高程差平均值呈現(xiàn)出先急劇增大、后逐漸緩慢增加的趨勢；而總離差平方和與兩段樣本的離差平方和之差的差值（S?Si）隨著統(tǒng)計單元網(wǎng)格的增大，呈現(xiàn)出先增大后減小的規(guī)律，當統(tǒng)計單元為550 m×550 m時達到最大值。即研究區(qū)整體地形起伏度的最佳統(tǒng)計單元為550 m×550 m。

研究區(qū)反映地形起伏度的最佳統(tǒng)計單元為550 m×550 m，則耕作半徑地形修正系數(shù)Km鄰域m值為550 m，結合式（1）、（2）計算得出耕作半徑地形修正系數(shù)為K550=1.6836。依據(jù)未來復墾區(qū)農(nóng)村居民點回遷安置規(guī)劃的最優(yōu)實際耕作半徑為1 500 m，由式（4）可知，未來復墾區(qū)農(nóng)村居民點回遷安置規(guī)劃的最優(yōu)空間耕作半徑為891 m。

表3　不同統(tǒng)計網(wǎng)格單元下的地形起伏度及離差平方和之差Table 3　Statistics for relief amplitude and sum of squares of deviations in different grid units

3.5復墾區(qū)農(nóng)村居民點安置規(guī)模和人口數(shù)量預測

利用耕聚比預測復墾后農(nóng)村居民點安置規(guī)模，由公式（4）可知，N×M即為研究區(qū)內(nèi)單個農(nóng)村居民點的耕地總面積。依據(jù)耕地占補平衡的法律規(guī)定，平朔礦區(qū)耕地復墾率必須大于等于100%，本研究假設耕地復墾率為100%，即復墾后耕地面積等于采礦前（1986年）的耕地面積，則墾殖率K=0.44。G為采礦復墾區(qū)未來回遷安置農(nóng)村居民點的耕聚比，研究假設耕聚比保持采礦前（1986年）的水平且與農(nóng)村居民點總體耕聚比保持一致，則G=11.29。由式（6）可得J=9.72 hm2，故單個農(nóng)村居民點的面積為9.72 hm2，單個農(nóng)村居民點控制的耕地面積為109.68 hm2，因復墾后耕地總量保持不變，即7 380.23 hm2，故復墾區(qū)預計需要規(guī)劃農(nóng)村居民點數(shù)量為67個，農(nóng)村居民點總規(guī)模651.24 hm2。

本文參考《山西統(tǒng)計年鑒》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》、《數(shù)字朔州：朔州建市20年回顧1989－2009》及《在改革開放中崛起:山西改革開放30年回顧1978－2007》相關數(shù)據(jù)可知，1984－2013年朔州市人均耕地面積0.25 hm2，以全市多年的人均耕地面積作為未來采礦復墾區(qū)農(nóng)村居民點回遷安置的人均耕地面積，由公式（4）預測可知，在復墾區(qū)預計可回遷安置人口總數(shù)約為29 521人，若按照4口之家計算，預計可安置農(nóng)戶7 380戶。

4　討　論

在耕作半徑計算過程中，提出耕地半徑地形修正系數(shù)并借助地形位置參數(shù)TPI計算修正系數(shù)值，是本文的創(chuàng)新點，同時參考地形起伏度相關研究成果和方法，確定了反映研究區(qū)地形起伏狀況的最佳統(tǒng)計單元，為計算耕作半徑地形修正系數(shù)選擇正確的鄰域范圍提供了可靠依據(jù)。本文計算的最優(yōu)耕作半徑與實際仍存在一定的差異，并且隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)交通運輸條件的改善，導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者可接受的耕作半徑范圍擴大，影響最優(yōu)耕作半徑的確定。因此，在不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)交通運輸條件下進行耕作，其最優(yōu)耕作半徑的大小存在差異性。

此外，本研究仍存在許多不足，1）影響農(nóng)村居民點分布的因素很多，但本研究在預測復墾區(qū)農(nóng)村居民點安置規(guī)模時，只選取其中的一個主要影響因子即耕作半徑，僅從空間位置的角度考慮不夠全面；2）由于現(xiàn)階段仍未有一個確定最優(yōu)耕作半徑的公認標準，本研究采用了累計耕地面積大于90%的最小空間距離作為最優(yōu)耕作半徑，是否合適仍需更進一步研究；3）在計算耕作半徑地形修正系數(shù)時，鄰域范圍的選擇采用了地形起伏度研究中的確定最佳統(tǒng)計網(wǎng)格單元的方法，該方法是否適用于鄰域范圍的選擇仍是需要考慮的問題；4）本研究預測農(nóng)村居民點安置未考慮土地權屬改變對農(nóng)村居民點布局的影響，而是假設在開放性政策下，從空間土地利用最優(yōu)角度考慮農(nóng)村居民點安置，但現(xiàn)實中農(nóng)村土地的權屬位置會直接影響耕作半徑的范圍，因此復墾區(qū)回遷安置農(nóng)村居民點在政策上的可行性需要進一步研究；5）本次研究是預測性研究，目前平朔礦區(qū)實際采礦面積不到礦權面積的一半，已復墾區(qū)域所占比例很小，因此平朔礦采礦結束后復墾區(qū)具體位置和大小現(xiàn)無法確定，導致回遷安置農(nóng)村居民點的空間位置不能具體落實。6）下一步研究可以從復墾區(qū)農(nóng)村居民點選址影響因素展開，重點分析在復墾區(qū)與非復墾區(qū)選址時考慮因素的差異性以及限制條件的不同，落實農(nóng)村居民點選址空間布局。

5　結　論

1）平朔礦區(qū)由于采礦的發(fā)展，使大量的耕地和農(nóng)村居民點面積減少，耕作半徑相比于采礦前擴大了1 500 m，不利于農(nóng)戶進行耕作；通過地形起伏度分析，確定了計算礦區(qū)地形起伏度值的最佳統(tǒng)計網(wǎng)格單元，即550 m×550 m，該單元具有區(qū)域代表性和普遍性；礦區(qū)由于受地形地貌的影響，其實際耕作半徑與空間半徑具有一定的誤差，引用地形位置參數(shù)計算耕作半徑修正系數(shù)值為1.6836，預測礦區(qū)最優(yōu)空間耕作半徑為891 m。

2）在保證原有耕地不減少，耕地總量占補動態(tài)平衡的基礎上，為使復墾后耕地達到最有效利用，預測復墾區(qū)可回遷安置農(nóng)村居民點總規(guī)模651.24 hm2，農(nóng)村居民點數(shù)量67個，單個農(nóng)村居民點控制耕地規(guī)模109.68 hm2，預測復墾區(qū)未來可安置人口數(shù)量29 521人。

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Prediction for relocation scale of rural settlements based on farming radius in reclamation area of open-pit coal mine

Hu Xingding1, Bai Zhongke1,2※
(1. School of Land Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2. Key Lab of Land Consolidation and Rehabilitation, the Ministry of Land and Resources, Beijing 100035, China)

Abstract:Mine reclamation has become a worldwide problem recently and has similar research directions both in China and abroad, including ecological restoration, mining technology, bioremediation technology, soil reconstruction techniques, soil quality testing, plant species selecting. The key target is to restore the ecological system and improve the environment. One of the main purposes of reclamation is to restore farmland, which is scarce in China. In addition, resettlement of residents and their living environment need to be taken into account. In this paper, the study area is the Pingshuo open-pit mine, which is located in Shuozhou City, Shanxi Province, China, and belongs to super-large open-pit mine with modern production. Mining activities began in 1987, and have lasted for 28 years until now. Fourteen rural settlements have moved, and resettlement population has reached 8400 by 2013. From the perspective of farming radius, buffer analysis of rural settlements was used to contrast the difference of farming radius before and after the open-pit mining by geographic information system (GIS) technology. Considering the impact of topography on farming radius, this paper calculated the terrain correction coefficient of farming radius in the study area using the achievements about relief amplitude, and the mean change-point analysis method was adopted to determine the best statistics grid unit to reflect terrain. Through buffer analysis, the result of spatial farming radius showed that the farming radius had a great change from 1986 to 2013 because of open-pit mining. Therefore, the best farming radius should be determined based on the result in 1986. Using the equation of farming radius, per capita arable land and the number of population were calculated through combining the method of “the ratio of arable land area to settlements land area ” Finally, optimal farming radius was determined according to the calculation result about the terrain correction coefficient and the scale of arable land. We predicted the size and number of rural settlements after completing reclamation. The results showed that: 1) Affected by mining, the farming radius has expanded by 1500 m from 1986 to 2013, and the largest farming radius was 4500 m; 2) Determining the optimal statistics grid unit to calculate the value of relief amplitude, the result showed that 550 m × 550 m was the optimal statistics grid unit to reflect terrain in study area; 3) Based on the buffer analysis, digital elevation map neighbourhood analysis and forecasting, the terrain correction coefficient of farming radius was 1.6836, and the optimal actual farming radius was 1500 m, and therefore, the optimal spatial farming radius was 891 m. 4) On the premise of guaranteeing the arable land quantity unchanged, the total area of relocated rural settlements was about 651.24 hm2, and there were 67 rural settlements in total. Individual rural settlement area was predicted to be 9.72 hm2, and the control area of arable land was about 109.68 hm2. 5) The total relocated population would be about 29521 (7380 families). The results of this study can provide the reference for the implementment of relocating rural settlements and the reuse of reclaimed arable land in Pingshuo mining area.

Keywords:land use; reclamation; mining; farming radius; rural settlements; removal; placement

通信作者：※白中科，男，山西運城人，博士，教授，博士生導師，主要從事土地整理復墾與生態(tài)修復、環(huán)境影響評價研究工作。北京中國地質(zhì)大學（北京）土地科學技術學院，100083。Email：Baizk@cugb.edu.cn。中國農(nóng)業(yè)工程學會會員：白中科（E041200374S）。

作者簡介：胡興定，男（土家族），湖南張家界人，土地整治與生態(tài)恢復。北京中國地質(zhì)大學（北京）土地科學技術學院，100083。

基金項目：2012年山西省重大科研專項課題（20121101007）；“2014全國生態(tài)修復研究生論壇”指導與資助

收稿日期：2015-03-16

修訂日期：2015-12-11

中圖分類號：F301.24

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6819(2016)-03-0259-08

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.038