中國歷史上大概經(jīng)歷過4 次人口增長的高峰期[1]：兩漢時期，兩宋時期，清乾、嘉、道時期以及新中國成立以后，而近300 多年是我國人口發(fā)展最為迅速的時期。與人口發(fā)展相對應(yīng)，我國歷史時期的土地開發(fā)大概也經(jīng)歷了4 個階段[2]：西周時期我國土地開發(fā)主要是在黃河中下游地區(qū)；西漢時期土地開發(fā)擴展到整個中原、華北地區(qū)以及西北的綠洲地帶；在之后的隋唐至元明時期，長江以南以及四川盆地等地區(qū)也先后被開發(fā)；而在清代以后，我國的土地開發(fā)更是拓展到包括東北平原以及北方農(nóng)牧交錯帶在內(nèi)的廣大地區(qū)。目前，我國已經(jīng)擁有國家歷史文化名城近120 座（圖1、表1）。這些國家歷史文化名城廣泛分布于全國主要的農(nóng)業(yè)地帶。我國歷史時期土地開發(fā)的過程實際上也是國家歷史文化名城地區(qū)空間演變的過程，其空間載體記錄了華夏農(nóng)耕文明更多的生活經(jīng)驗，因此，本文選取這些國家歷史文化名城地區(qū)為研究對象。

 

  水是生命之源，歷史上的四大文明古國大都源始于河川臺地，今天，這些流域的城市地區(qū)依然是人類賴以生活的場所，如尼羅河流域的城市埃及開羅、兩河流域的城市伊拉克巴格達(dá)、恒河流域的城市印度瓦拉納西以及黃河流域的城市中國西安等，農(nóng)業(yè)活動對于這些城市的產(chǎn)生、發(fā)展并延續(xù)至今至關(guān)重要。因此，本文選取國家歷史文化名城地區(qū)水與農(nóng)業(yè)活動的關(guān)系為研究視角，具體選取的水文要素為水文地質(zhì)，國內(nèi)外相關(guān)的研究較多關(guān)注水文地質(zhì)與農(nóng)作物生長機理之間的關(guān)系，如早期關(guān)于水文地質(zhì)環(huán)境與綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)的關(guān)系研究[3]；農(nóng)業(yè)活動對水文地質(zhì)的影響，如以三工河流域為例關(guān)于綠洲淺層地下水位與水質(zhì)變化對人為驅(qū)動LUCC的響應(yīng)研究[4]；水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)土地利用之間的關(guān)系，如通過遙感和地理信息系統(tǒng)確定農(nóng)業(yè)地下水開采量的研究；農(nóng)業(yè)活動中的水文地質(zhì)要素管理，如關(guān)于農(nóng)業(yè)灌區(qū)三維概念化的水文地質(zhì)環(huán)境管理途徑研究[6]等。總的來說，關(guān)于水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)活動的關(guān)系研究開展較早，但相關(guān)研究所關(guān)注的尺度較多在區(qū)域?qū)用?，涉及的研究對象也一般為單一實體，而在全國尺度，選取某類具有典型特征的群體進(jìn)行空間關(guān)系的量化研究并不多見。本文選取國家歷史文化名城地區(qū)為研究對象，這些城市的起源大多可追溯至農(nóng)業(yè)時期，研究通過對這些城市地區(qū)水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)活動的空間關(guān)系量化，可以從換位思考的視角，為后續(xù)城鄉(xiāng)規(guī)劃尤其是新的城市建設(shè)用地選擇提供參考和依據(jù)。

 

  1 研究對象與數(shù)據(jù)來源

 

  本次研究將具體探討國家歷史文化名城地區(qū)水文地質(zhì)分布與農(nóng)業(yè)土地覆蓋之間的空間關(guān)系，水文地質(zhì)是關(guān)于地下水的數(shù)量、質(zhì)量隨空間和時間變化的規(guī)律，國內(nèi)涉及國家歷史文化名城地區(qū)的相關(guān)研究如銀川平原地下水補給及水質(zhì)分布綜合研究[7]、天津及鄰近地區(qū)水文地質(zhì)條件的研究[8]以及喀什市城區(qū)擴建布局中的水文地質(zhì)要素研究[9]等。本次研究主要的數(shù)據(jù)來源包括：國家歷史文化名城空間分布數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)根據(jù)國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站以及Google Earth 等資料整理而成，涉及到的110 個城市分布如圖1、表1 所示；土地覆蓋數(shù)據(jù)，研究采用歐洲航天局（ESA） 全球覆蓋計劃所提供的土地覆蓋數(shù)據(jù)，其反映了21 世紀(jì)初（2004 年12 月至2006 年6 月） 全球地表覆蓋的狀況，空間分辨率為300 m；水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，研究對1979 年版《中華人民共和國水文地質(zhì)圖集》進(jìn)行數(shù)字化作為數(shù)據(jù)來源，不同省份的空間分辨率有所差異，但基本能滿足本次研究要求。

 

  2 研究方法與結(jié)果討論

 

  總體而言，在全國尺度，選取某類典型群體進(jìn)行空間關(guān)系的統(tǒng)計量化研究是本文研究方法的主要探索，在之前的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)40~60 km地域半徑是國家歷史文化名城地區(qū)明顯的地域閾值所在，研究所涉110 個國家歷史文化名城地區(qū)的地域閾值在0～100km區(qū)間，接近于正態(tài)分布，故本次地域研究范圍半徑的取值最終確定為100 km。研究具體從兩個層次展開：基于外部的國家歷史文化名城地區(qū)與全國水文地質(zhì)情況比較和基于內(nèi)部的國家歷史文化名城地區(qū)水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)活動空間關(guān)系量化研究，前者將110 個國家歷史文化名城地區(qū)作為一個整體，后者將110個國家歷史文化名城地區(qū)作為單列個體。

 

  2.1 國家歷史文化名城地區(qū)與全國水文地質(zhì)情況的比較研究首先整體提取出上述110 個國家歷史文化名城地區(qū)100 km半徑地域研究范圍內(nèi)的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，并與全國水文地質(zhì)情況進(jìn)行比較，結(jié)果如圖2 所示，從兩者的比較中可見：富水極弱的松散巖類孔隙含水巖組(UNC-1)、富水較弱的碎屑巖類孔隙裂隙含水巖組(CLA-2)以及富水較弱的侵入巖漿巖類孔隙裂隙含水巖組(MAG-I-2)等是國家歷史文化名城地區(qū)明顯高于全國平均水平的水文地質(zhì)類型，上述三類水文地質(zhì)都為孔隙裂隙含水巖組類型，研究結(jié)果進(jìn)一步闡釋了國家歷史文化名城地區(qū)的典型性。

 

  2.2 國家歷史文化名城地區(qū)水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)活動空間關(guān)系量化在此基礎(chǔ)之上，研究將對國家歷史文化名城地區(qū)水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)活動的空間關(guān)系進(jìn)行量化，研究提取出各國家歷史文化名城地區(qū)與農(nóng)業(yè)土地覆蓋相對應(yīng)的水文地質(zhì)情況，并提出“水文地質(zhì)適宜度”的概念，對于農(nóng)業(yè)土地覆蓋而言，具體表示如下：

 

  農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜度= 某類型水文地質(zhì)在研究地域與農(nóng)業(yè)土地覆蓋相對應(yīng)的范圍內(nèi)所占比重/該類型水文地質(zhì)在整個研究地域范圍內(nèi)所占比重農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜度反映了某類水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)土地利用相適宜的程度，這里以桂林城市地區(qū)為例稍作闡述，如圖3 所示。

 

  同時，研究整理出桂林城市地區(qū)地域研究范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)土地覆蓋情況及與農(nóng)業(yè)土地覆蓋相對應(yīng)的水文地質(zhì)情況。

 

  按照上述公式，研究整理出桂林城市地區(qū)100 km半徑地域研究范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜度分布，如圖5 所示，可見：桂林城市地區(qū)農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜度最高的類型包括富水較弱的碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組(CAR-2)、富水中等的碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組(CAR-3)、富水較強的碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組(CAR-4)以及富水中等的碳酸鹽巖夾碎屑巖類巖溶裂隙含水巖組(CAR-CLA-3)等。

 

  總體而言，本文定義的農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜度指標(biāo)計算簡便，也能夠較為直觀地反映所在城市地區(qū)各類水文地質(zhì)的農(nóng)業(yè)適宜性。本次研究首先整理出110 個國家歷史文化名城地區(qū)100 km半徑地域研究范圍內(nèi)的水文地質(zhì)分布情況。

 

  在此基礎(chǔ)之上，研究整理出110 個國家歷史文化名城地區(qū)100 km半徑地域研究范圍內(nèi)與農(nóng)業(yè)土地覆蓋相對應(yīng)的水文地質(zhì)分布情況，如圖7 所示。

 

  最后，研究整理所有110 個國家歷史文化名城地區(qū)的農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜度如表2 所示，這里僅列出了部分城市地區(qū)的情況。

 

  上述110 個國家歷史文化名城地區(qū)各類型農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜度分布情況的相關(guān)統(tǒng)計量如表3 所示。

 

  農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜性的置信度與其涉及到的國家歷史文化名城地區(qū)樣本數(shù)量有關(guān)，本次研究中各類水文地質(zhì)涉及到的國家歷史文化名城地區(qū)數(shù)目如圖8 所示，這里將樣本數(shù)的最小閾值設(shè)置為30，即暫定樣本數(shù)高于紅線30的水文地質(zhì)類型其統(tǒng)計結(jié)果為可信。

 

  研究將國家歷史文化名城地區(qū)農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜度的算術(shù)平均值轉(zhuǎn)繪為更為直觀的柱狀圖，它們集中反映了上述110 個國家歷史文化名城地區(qū)水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)活動空間關(guān)系的統(tǒng)計量化情況，其中：高于該參考線1.0 的水文地質(zhì)類型農(nóng)業(yè)適宜性相對更強，而低于該參考線的水文地質(zhì)類型農(nóng)業(yè)適宜性相對較弱。從國家歷史文化名城地區(qū)內(nèi)部的比較來看，在上述涉及樣本數(shù)大于30 個，即本次研究認(rèn)為可信的水文地質(zhì)類型中，富水極弱的松散巖類孔隙含水巖組(UNC-1)、富水較弱的松散巖類孔隙含水巖組(UNC-2)以及富水較強的松散巖類孔隙含水巖組(UNC-4)是農(nóng)業(yè)適宜性較強的水文地質(zhì)類型；富水中等的碎屑巖夾碳酸鹽巖類孔隙裂隙含水巖組(CLA-CAR-3)以及富水較強的碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組(CAR-4)等水文地質(zhì)類型的農(nóng)業(yè)適宜性也較高；而富水較弱的侵入巖漿巖類孔隙裂隙含水巖組(MAG-I-2)、富水較弱的噴出巖漿巖類孔隙裂隙含水巖組(MAG-S-2)以及富水較弱的變質(zhì)巖類裂隙含水巖組(MET-2)則是農(nóng)業(yè)適宜性較弱的水文地質(zhì)類型。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，國家歷史文化名城地區(qū)松散巖類孔隙含水巖組的農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜度大致是巖漿巖類含水巖組以及變質(zhì)巖類含水巖組的2~3 倍，而其他各類水文地質(zhì)類型的農(nóng)業(yè)適宜度也能通過數(shù)字的形式得到直觀反映。

 

  同時，研究整理出各類農(nóng)業(yè)水文地質(zhì)適宜性的箱圖如圖10 所示，可以發(fā)現(xiàn)，上述富水極弱的松散巖類孔隙含水巖組(UNC-1)、富水較弱的松散巖類孔隙含水巖組(UNC-2)、富水較強的松散巖類孔隙含水巖組(UNC-4)以及富水中等的碎屑巖夾碳酸鹽巖類孔隙裂隙含水巖組(CLA-CAR-3)等類型水文地質(zhì)的四位分布都相對比較集中，可以認(rèn)為上述水文地質(zhì)類型較高的農(nóng)業(yè)適宜度具備典型性。

 

  3 結(jié)論

 

  我們知道：每一次工業(yè)革命都有著不同的驅(qū)動力及其典型的產(chǎn)業(yè)形式和具有代表性的產(chǎn)品，在第一次工業(yè)革命時，影響生產(chǎn)函數(shù)中技術(shù)參數(shù)的關(guān)鍵因素是蒸汽機的改進(jìn)和廣泛使用；第二次工業(yè)革命時是電力和鐵路交通；第三次工業(yè)革命時，則主要是ICT（Information, Communication and Technology） 產(chǎn)品與技術(shù)[12]。對于城市地區(qū)而言，各歷史時期的驅(qū)動因素與物質(zhì)空間的變遷密切相關(guān)，在農(nóng)業(yè)時期，由于農(nóng)業(yè)活動、供水、交通、水力等因素的制約，城市更多依賴河流水系和所在地區(qū)良好的水文地質(zhì)條件而發(fā)展；在蒸汽時代，蒸汽機的使用使得生產(chǎn)活動開始擺脫水力的約束而更多接近原材料產(chǎn)地進(jìn)行布局，但產(chǎn)品運輸對于河流水系的依賴依然重要；在電氣時代，鐵路和電力基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建成，交通上的便利使得生產(chǎn)活動開始擺脫河流水系，在交通發(fā)達(dá)的節(jié)點往往形成較大的城市；在信息時代，知識與信息的集聚成為大城市形成的重要方面，如世界城市體系的形成?？v觀近代工業(yè)文明，城市地區(qū)的發(fā)展大多是建立在人類中心主義基礎(chǔ)之上，逐漸遠(yuǎn)離“自然做功”的過程，對于我國而言，長期以來的城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)又使得城市研究和規(guī)劃實踐對其所在地區(qū)的考量有所欠缺，尤其是近30 多年的快速城市化進(jìn)程，城市擴張尤其是大量新城和工業(yè)園區(qū)的建設(shè)占用了較多的農(nóng)業(yè)適宜用地。

 

  事實上，我國傳統(tǒng)哲學(xué)中就有“因借自然”的生態(tài)觀，因此，本文選取國家歷史文化名城地區(qū)為研究對象，對這些城市地區(qū)水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)活動的空間關(guān)系進(jìn)行量化。從國家歷史文化名城地區(qū)與全國水文地質(zhì)情況的比較來看，前者孔隙裂隙含水巖組類型水文地質(zhì)的比例要明顯高于后者，這闡釋了國家歷史文化名城地區(qū)的典型性，而從國家歷史文化名城地區(qū)內(nèi)部水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)活動空間關(guān)系的研究結(jié)果來看：各富水程度的松散巖類孔隙含水巖組是農(nóng)業(yè)適宜性較強的水文地質(zhì)類型，其巖性為砂礫卵石，在城市地區(qū)，這些水文地質(zhì)類型多分布于平原或河谷地帶，地下水補給主要為降水、河流補給，適宜于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；此外，碳酸鹽巖類含水巖組的農(nóng)業(yè)適宜性也較強；而巖漿巖類含水巖組以及變質(zhì)巖類含水巖組等則是農(nóng)業(yè)適宜性較弱的水文地質(zhì)類型，在城市地區(qū)，這些水文地質(zhì)類型多分布于山地、丘陵地帶，地下水補給主要為側(cè)向補給，不太適宜于農(nóng)業(yè)活動。總的來說，上述研究的結(jié)果與常規(guī)認(rèn)識是基本一致的，后續(xù)研究需要繼續(xù)深入探討的地方包括：國家歷史文化名城地區(qū)是否是最為合適的樣本群體？某些水文地質(zhì)類型因為涉及樣本數(shù)不夠，其統(tǒng)計結(jié)果的可信度有限如何解決？更為深入的各類水文地質(zhì)與農(nóng)業(yè)活動關(guān)系的機理如何探索？我國耕地資源極為有限，如何在城市快速擴張時期盡可能保護(hù)有限的農(nóng)業(yè)用地資源成為當(dāng)務(wù)之急，城市發(fā)展要盡可能地占用農(nóng)業(yè)適宜性較低的土地，因此，本次研究通過換位思考，也為城鄉(xiāng)規(guī)劃尤其是城市擴張中建設(shè)用地的選擇提供參考和依據(jù)。