中國歷史上大概經歷過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 多年是我國人口發展最為迅速的時期。與人口發展相對應，我國歷史時期的土地開發大概也經歷了4 個階段[2]：西周時期我國土地開發主要是在黃河中下游地區；西漢時期土地開發擴展到整個中原、華北地區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也先后被開發；而在清代以后，我國的土地開發更是拓展到包括東北平原以及北方農牧交錯帶在內的廣大地區。目前，我國已經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業地帶。我國歷史時期土地開發的過程實際上也是國家歷史文化名城地區空間演變的過程，其空間載體記錄了華夏農耕文明更多的生活經驗，因此，本文選取這些國家歷史文化名城地區為研究對象。

 

  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、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，農業活動對于這些城市的產生、發展并延續至今至關重要。因此，本文選取國家歷史文化名城地區水與農業活動的關系為研究視角，具體選取的水文要素為水文地質，國內外相關的研究較多關注水文地質與農作物生長機理之間的關系，如早期關于水文地質環境與綠洲農業生態的關系研究[3]；農業活動對水文地質的影響，如以三工河流域為例關于綠洲淺層地下水位與水質變化對人為驅動LUCC的響應研究[4]；水文地質與農業土地利用之間的關系，如通過遙感和地理信息系統確定農業地下水開采量的研究；農業活動中的水文地質要素管理，如關于農業灌區三維概念化的水文地質環境管理途徑研究[6]等。總的來說，關于水文地質與農業活動的關系研究開展較早，但相關研究所關注的尺度較多在區域層面，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行空間關系的量化研究并不多見。本文選取國家歷史文化名城地區為研究對象，這些城市的起源大多可追溯至農業時期，研究通過對這些城市地區水文地質與農業活動的空間關系量化，可以從換位思考的視角，為后續城鄉規劃尤其是新的城市建設用地選擇提供參考和依據。

 

  1 研究對象與數據來源

 

  本次研究將具體探討國家歷史文化名城地區水文地質分布與農業土地覆蓋之間的空間關系，水文地質是關于地下水的數量、質量隨空間和時間變化的規律，國內涉及國家歷史文化名城地區的相關研究如銀川平原地下水補給及水質分布綜合研究[7]、天津及鄰近地區水文地質條件的研究[8]以及喀什市城區擴建布局中的水文地質要素研究[9]等。本次研究主要的數據來源包括：國家歷史文化名城空間分布數據，數據根據國家基礎地理信息系統網站以及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；土地覆蓋數據，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據，其反映了21 世紀初（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；水文地質數據，研究對1979 年版《中華人民共和國水文地質圖集》進行數字化作為數據來源，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 研究方法與結果討論

 

  總體而言，在全國尺度，選取某類典型群體進行空間關系的統計量化研究是本文研究方法的主要探索，在之前的相關研究中發現40~60 km地域半徑是國家歷史文化名城地區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的地域閾值在0～100km區間，接近于正態分布，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與全國水文地質情況比較和基于內部的國家歷史文化名城地區水文地質與農業活動空間關系量化研究，前者將110 個國家歷史文化名城地區作為一個整體，后者將110個國家歷史文化名城地區作為單列個體。

 

  2.1 國家歷史文化名城地區與全國水文地質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100 km半徑地域研究范圍內的水文地質數據，并與全國水文地質情況進行比較，結果如圖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明顯高于全國平均水平的水文地質類型，上述三類水文地質都為孔隙裂隙含水巖組類型，研究結果進一步闡釋了國家歷史文化名城地區的典型性。

 

  2.2 國家歷史文化名城地區水文地質與農業活動空間關系量化在此基礎之上，研究將對國家歷史文化名城地區水文地質與農業活動的空間關系進行量化，研究提取出各國家歷史文化名城地區與農業土地覆蓋相對應的水文地質情況，并提出“水文地質適宜度”的概念，對于農業土地覆蓋而言，具體表示如下：

 

  農業水文地質適宜度= 某類型水文地質在研究地域與農業土地覆蓋相對應的范圍內所占比重/該類型水文地質在整個研究地域范圍內所占比重農業水文地質適宜度反映了某類水文地質與農業土地利用相適宜的程度，這里以桂林城市地區為例稍作闡述，如圖3 所示。

 

  同時，研究整理出桂林城市地區地域研究范圍內農業土地覆蓋情況及與農業土地覆蓋相對應的水文地質情況。

 

  按照上述公式，研究整理出桂林城市地區100 km半徑地域研究范圍內的農業水文地質適宜度分布，如圖5 所示，可見：桂林城市地區農業水文地質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，本文定義的農業水文地質適宜度指標計算簡便，也能夠較為直觀地反映所在城市地區各類水文地質的農業適宜性。本次研究首先整理出110 個國家歷史文化名城地區100 km半徑地域研究范圍內的水文地質分布情況。

 

  在此基礎之上，研究整理出110 個國家歷史文化名城地區100 km半徑地域研究范圍內與農業土地覆蓋相對應的水文地質分布情況，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的農業水文地質適宜度如表2 所示，這里僅列出了部分城市地區的情況。

 

  上述110 個國家歷史文化名城地區各類型農業水文地質適宜度分布情況的相關統計量如表3 所示。

 

  農業水文地質適宜性的置信度與其涉及到的國家歷史文化名城地區樣本數量有關，本次研究中各類水文地質涉及到的國家歷史文化名城地區數目如圖8 所示，這里將樣本數的最小閾值設置為30，即暫定樣本數高于紅線30的水文地質類型其統計結果為可信。

 

  研究將國家歷史文化名城地區農業水文地質適宜度的算術平均值轉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水文地質與農業活動空間關系的統計量化情況，其中：高于該參考線1.0 的水文地質類型農業適宜性相對更強，而低于該參考線的水文地質類型農業適宜性相對較弱。從國家歷史文化名城地區內部的比較來看，在上述涉及樣本數大于30 個，即本次研究認為可信的水文地質類型中，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)是農業適宜性較強的水文地質類型；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)等水文地質類型的農業適宜性也較高；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巖類裂隙含水巖組(MET-2)則是農業適宜性較弱的水文地質類型。根據統計結果，國家歷史文化名城地區松散巖類孔隙含水巖組的農業水文地質適宜度大致是巖漿巖類含水巖組以及變質巖類含水巖組的2~3 倍，而其他各類水文地質類型的農業適宜度也能通過數字的形式得到直觀反映。

 

  同時，研究整理出各類農業水文地質適宜性的箱圖如圖10 所示，可以發現，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)等類型水文地質的四位分布都相對比較集中，可以認為上述水文地質類型較高的農業適宜度具備典型性。

 

  3 結論

 

  我們知道：每一次工業革命都有著不同的驅動力及其典型的產業形式和具有代表性的產品，在第一次工業革命時，影響生產函數中技術參數的關鍵因素是蒸汽機的改進和廣泛使用；第二次工業革命時是電力和鐵路交通；第三次工業革命時，則主要是ICT（Information, Communication and Technology） 產品與技術[12]。對于城市地區而言，各歷史時期的驅動因素與物質空間的變遷密切相關，在農業時期，由于農業活動、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良好的水文地質條件而發展；在蒸汽時代，蒸汽機的使用使得生產活動開始擺脫水力的約束而更多接近原材料產地進行布局，但產品運輸對于河流水系的依賴依然重要；在電氣時代，鐵路和電力基礎設施的大規模建成，交通上的便利使得生產活動開始擺脫河流水系，在交通發達的節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。縱觀近代工業文明，城市地區的發展大多是建立在人類中心主義基礎之上，逐漸遠離“自然做功”的過程，對于我國而言，長期以來的城鄉二元結構又使得城市研究和規劃實踐對其所在地區的考量有所欠缺，尤其是近30 多年的快速城市化進程，城市擴張尤其是大量新城和工業園區的建設占用了較多的農業適宜用地。

 

  事實上，我國傳統哲學中就有“因借自然”的生態觀，因此，本文選取國家歷史文化名城地區為研究對象，對這些城市地區水文地質與農業活動的空間關系進行量化。從國家歷史文化名城地區與全國水文地質情況的比較來看，前者孔隙裂隙含水巖組類型水文地質的比例要明顯高于后者，這闡釋了國家歷史文化名城地區的典型性，而從國家歷史文化名城地區內部水文地質與農業活動空間關系的研究結果來看：各富水程度的松散巖類孔隙含水巖組是農業適宜性較強的水文地質類型，其巖性為砂礫卵石，在城市地區，這些水文地質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，適宜于農業生產；此外，碳酸鹽巖類含水巖組的農業適宜性也較強；而巖漿巖類含水巖組以及變質巖類含水巖組等則是農業適宜性較弱的水文地質類型，在城市地區，這些水文地質類型多分布于山地、丘陵地帶，地下水補給主要為側向補給，不太適宜于農業活動。總的來說，上述研究的結果與常規認識是基本一致的，后續研究需要繼續深入探討的地方包括：國家歷史文化名城地區是否是最為合適的樣本群體？某些水文地質類型因為涉及樣本數不夠，其統計結果的可信度有限如何解決？更為深入的各類水文地質與農業活動關系的機理如何探索？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有限的農業用地資源成為當務之急，城市發展要盡可能地占用農業適宜性較低的土地，因此，本次研究通過換位思考，也為城鄉規劃尤其是城市擴張中建設用地的選擇提供參考和依據。