閆麗潔，石憶邵，楊瑞霞，魯 鵬

（1.同濟(jì)大學(xué) 測(cè)繪與地理信息學(xué)院，上海 200092；2.河南省科學(xué)院 地理研究所，河南 鄭州 450052；3.中國(guó)科學(xué)院 對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心，北京 100094）

聚落考古是考古學(xué)的重要方法之一，是以聚落為對(duì)象，研究其具體形態(tài)及其所反映的社會(huì)形態(tài)，進(jìn)而研究聚落形態(tài)的演變所反映的社會(huì)形態(tài)的發(fā)展軌跡［1］.聚落與自然環(huán)境的關(guān)系是聚落考古研究的主要內(nèi)容之一.目前，有不少學(xué)者對(duì)史前聚落分布與地理環(huán)境間的關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)聚落分布與地形、坡度與坡向、地貌、水系、氣候等環(huán)境因素有著緊密的關(guān)系［2－6］.也有不少學(xué)者將GIS空間分析方法引入聚落考古領(lǐng)域，如Dorel Micle等人利用GIS與遙感技術(shù)對(duì)羅馬尼亞蒂米什縣內(nèi)的聚落遺址的地形形態(tài)進(jìn)行了分析，確定了遺址的界限、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、功能等參數(shù)，分析了聚落遺址與周?chē)h(huán)境的相關(guān)性［7］.陳誠(chéng)［8］等人運(yùn)用GIS空間分析方法研究淹沒(méi)區(qū)舊石器時(shí)代遺址點(diǎn)的時(shí)空分布規(guī)律.劉建國(guó)［9］采用GIS的空間分析方法揭示了不同時(shí)期古代聚落分布與自然環(huán)境的關(guān)系.張海［10］利用Are View軟件進(jìn)行中原地區(qū)聚落考古研究，研究考古遺物的空間位置關(guān)系和考古遺址的地理分布等.畢碩本［11］等人對(duì)鄭洛地區(qū)三個(gè)連續(xù)文化時(shí)期的史前聚落遺址的坡向、坡度進(jìn)行了分析.

雖然聚落與環(huán)境關(guān)系的研究成果頗多，但目前還沒(méi)有利用已發(fā)現(xiàn)的聚落及其與環(huán)境的關(guān)系劃分出史前聚落選址的不同偏好等級(jí)區(qū).本文提出了一種新的有效的史前聚落選址偏好區(qū)劃分模型，將此模型用于環(huán)嵩山地區(qū)的史前聚落選址中，確定史前聚落選址偏好等級(jí)，根據(jù)此等級(jí)，可預(yù)測(cè)末發(fā)現(xiàn)聚落分布的位置，指導(dǎo)田野考古調(diào)查工作，幫助考古學(xué)家比較準(zhǔn)確地確定田野考古調(diào)查的范圍.

1 研究地區(qū)概況

環(huán)嵩山地區(qū)是指以嵩山為中心的鄭州、洛陽(yáng)、許昌、平頂山及其周邊地區(qū).經(jīng)度111°8′20″～114°19′20″，緯度33°6′50″～35°3′30″，東西長(zhǎng)約294km，南北長(zhǎng)約214km，總面積3.6萬(wàn)km2.總地勢(shì)為西高東低，以嵩山為中心，西部為山地，東、南部為山前侵蝕剝蝕丘陵和黃土丘陵地貌，北部為凹陷盆地.這一區(qū)域地勢(shì)的基本輪廓，“早在距今1.5億年前后的燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期就已經(jīng)形成了，進(jìn)入全新世以來(lái)，本區(qū)地勢(shì)、地形的基本輪廓沒(méi)有突出的變化”［12］.這里是中華文明的發(fā)源地，是黃河中下游文化遺址密集程度和重要程度都很高的一個(gè)區(qū)域.

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

數(shù)字高程模型（DEM）（圖1a）數(shù)據(jù)來(lái)源于SRTM （shuttle radar topography mission）4.1，分辨率精度為90m.坡度（圖1b）數(shù)據(jù)由DEM分析后得到.水系數(shù)據(jù)是由DEM為底圖，利用GIS的水文分析模塊提取.根據(jù)已有學(xué)者對(duì)古河道的研究成果，伊洛河河道在更新世以來(lái)不斷發(fā)生變化［13］，古黃河下游河道也不斷發(fā)生改道［14］，因此在構(gòu)建河流水系時(shí)，參考了上述研究成果，對(duì)伊洛盆地的伊洛河道和黃河下游河道進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男拚?，結(jié)果見(jiàn)圖1c.地貌、土壤、氣候數(shù)據(jù)均來(lái)源于河南省農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃地圖集［15］，比例尺均為1：250萬(wàn)，將原始數(shù)據(jù)掃描、配準(zhǔn)、裁切、矢量化等處理，得到環(huán)嵩山地區(qū)的地貌（圖1d）、土壤（圖1e）、氣候分布圖（圖1f）.根據(jù)DEM數(shù)據(jù)的精度，選擇100m×100m的格網(wǎng)作為評(píng)價(jià)單元.

史前聚落分布數(shù)據(jù)來(lái)源于第三次全國(guó)文物普查、《中國(guó)文物圖集河南分冊(cè)》、河南省文物志等.第三次全國(guó)文物普查的史前聚落數(shù)據(jù)是GPS經(jīng)緯度坐標(biāo)的點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用Excel將其轉(zhuǎn)化成地理坐標(biāo)后，利用ArcGIS轉(zhuǎn)成史前聚落分布的點(diǎn)數(shù)據(jù).其他圖片格式的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)地形圖校正配準(zhǔn)后，以點(diǎn)狀要素對(duì)史前聚落進(jìn)行矢量化.最終采集整理聚落共計(jì)1 452處，利用SPSS軟件隨機(jī)抽取60%的871處聚落，討論分析史前聚落選址與地理環(huán)境的關(guān)系.圖1為數(shù)據(jù)處理結(jié)果與隨機(jī)抽取的史前聚落疊加圖.

3 史前聚落選址影響因子分析與分值定量化

式中：fi為定量化后的得分；vi為某一地理要素上i段分布的史前聚落個(gè)數(shù)；vmax為某一地理要素上所有分段上分布的史前聚落個(gè)數(shù)的最大值.定量化后的結(jié)果使得分值的最大值為100，最小值為0，100代表史前聚落選址偏好程度最高的地區(qū)，0代表偏好最低的地區(qū).

3.1 海拔高度

經(jīng)過(guò)分析，環(huán)嵩山地區(qū)史前聚落的最低高程為54m，最高為900m，平均高程為186m.在海拔900 m以下，按100m間隔對(duì)海拔高程進(jìn)行重新分類(lèi)，結(jié)果見(jiàn)表1.在0～100m，聚落分布數(shù)量與比例比較小，說(shuō)明地形最低處并不適宜聚落選址；在100～200 m內(nèi)分布數(shù)量和比例最多，說(shuō)明100～200m高程段是古人偏好最強(qiáng)的地區(qū)；在200m以上，聚落數(shù)隨著海拔高程的增加而逐漸減少，而且在500m高程以下，聚落數(shù)為861個(gè)，所占比例為98.86%.由此推斷，聚落選址對(duì)海拔高程的偏好在500m以下.

將史前聚落與海拔高程、坡度、水系、地貌、土壤、氣候數(shù)據(jù)相疊加，獲取每個(gè)遺址點(diǎn)的海拔高程、坡度、距離水系的距離、地貌、土壤、氣候類(lèi)型，添加到遺址點(diǎn)的屬性表中，總結(jié)地理要素對(duì)史前聚落選址的影響規(guī)律.

按照聚落數(shù)量在某一地理要素區(qū)間上數(shù)量的分布，對(duì)此地理要素范圍進(jìn)行分值定量化.分值定量化的方法采用如下公式：

表1 區(qū)域史前聚落分布與海拔高程關(guān)系統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and elevation

圖1 史前聚落與地理環(huán)境要素疊加圖Fig.1 Overlay map of prehistoric settlement and geographic environments

3.2 坡度

由表2可知，隨著坡度的增加，聚落數(shù)量與所占比例逐漸減小，由此得出坡度越小的平坦地區(qū)，越適宜聚落的選址，坡度越大的陡坡越不適宜聚落選址，即古人對(duì)聚落選址的偏好是隨著坡度的增加而降低的.在坡度為0～3°的地帶，總數(shù)量有647個(gè)，占了總數(shù)的74.28%，由此推知史前人類(lèi)進(jìn)行聚落選址對(duì)坡度的偏好在3°以下地勢(shì)平坦的地區(qū).

3.3 水系

由表3可知，在距離河流500m以內(nèi)，史前聚落數(shù)與比例最高，說(shuō)明500m以內(nèi)是聚落選址偏好最高的地區(qū)；隨著距離水系的距離的增加，聚落數(shù)與所占比例均逐漸減少，表明古人類(lèi)的居住主要沿河流分布，一般是距離河流越近，分布的聚落越多；在3 000m以內(nèi)，聚落數(shù)量為827個(gè)，所占比例達(dá)94.94%，說(shuō)明在交通不發(fā)達(dá)的古代，人類(lèi)不會(huì)距離河流水源太遠(yuǎn).

表2 區(qū)域史前聚落分布與坡度關(guān)系統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and slop

表3 區(qū)域史前聚落分布與距水系水平距離關(guān)系統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and the distance away from river

3.4 地貌

由表4可知，三門(mén)峽—洛陽(yáng)黃土丘陵區(qū)分布史前聚落數(shù)最多，有546處，占總數(shù)的62.69%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他地貌類(lèi)型.

表4 區(qū)域史前聚落分布與地貌類(lèi)型關(guān)系統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and the geomorphology

3.5 土壤

由表5可知，豫西北丘陵褐土、紅粘土這一土壤類(lèi)型上的史前聚落數(shù)最多，有686處，占總數(shù)的78.76%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他土壤類(lèi)型.

表5 區(qū)域史前聚落分布與土壤類(lèi)型關(guān)系統(tǒng)計(jì)表Tab.5 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and the soil

3.6 氣候

由表6可知，環(huán)嵩山地區(qū)的史前聚落大多數(shù)均分布在豫西丘陵干旱少雨區(qū)，有617處，占總數(shù)的70.84%，遠(yuǎn)大于其他氣候類(lèi)型.

表6 區(qū)域史前聚落分布與氣候區(qū)劃關(guān)系統(tǒng)計(jì)表Tab.6 Relationship table of regional prehistoric settlement distribution and the climate

由此可以得出，環(huán)嵩山地區(qū)史前時(shí)期聚落選址的最優(yōu)選擇為：海拔高程在100～200m以內(nèi)，坡度為0～1°，距離河流水平距離為0～500m，三門(mén)峽—洛陽(yáng)黃土丘陵地貌區(qū)，豫西北丘陵褐土、紅粘土區(qū)，豫西丘陵干旱少雨區(qū).經(jīng)過(guò)疊加分析，完全符合以上各種條件的區(qū)域很小，分布的遺址數(shù)量也不多，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在841處聚落遺址中，完全符合以上條件的遺址只有92處.因此環(huán)嵩山地區(qū)史前人類(lèi)在進(jìn)行聚落選址時(shí)對(duì)各地理環(huán)境的選擇有所偏好.

4 區(qū)域史前聚落選址偏好區(qū)劃分模型構(gòu)建

4.1 評(píng)價(jià)因子的權(quán)重確定

權(quán)重確定是否合理對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)性有直接影響，通過(guò)對(duì)各種權(quán)重求取方法的比較，并結(jié)合史前聚落選址指標(biāo)因子的實(shí)際情況，選取變異系數(shù)法確定各指標(biāo)因子的權(quán)重.利用此方法可完全去除主觀人為因素的影響，基本思想是取值差異越大的因子，在被評(píng)價(jià)執(zhí)行時(shí)達(dá)到平均水平的難度較大，越能反映被評(píng)價(jià)單位的差距，該指標(biāo)應(yīng)賦予較大的權(quán)重；反之，則應(yīng)賦予較小的權(quán)重.

變異系數(shù)公式為

式中：Vi是第i項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)，也稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)；σi是第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差；是第i項(xiàng)指標(biāo)的平均數(shù).

各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重為

在計(jì)算時(shí)，由于地貌、土壤、氣候?qū)傩跃鶠槲谋绢?lèi)型，首先要將其轉(zhuǎn)成數(shù)值型，為了使轉(zhuǎn)換后的數(shù)值能與高程、坡度、水系的處理數(shù)據(jù)有可對(duì)比的關(guān)系，將定量化后的分值賦值給各區(qū).經(jīng)計(jì)算，得到各指標(biāo)因子的權(quán)重如表7所示.

表7 指標(biāo)因子的權(quán)重值Tab.7 Weight values of index factors

權(quán)重大的因子，對(duì)聚落選址的影響就大，也是古人在選址時(shí)首要考慮的因子.由各因子的權(quán)重得到，史前時(shí)期環(huán)嵩山地區(qū)人類(lèi)在聚落選址時(shí)選擇地理環(huán)境影響因子的偏好順序?yàn)椋浩露?、距離水系距離、地貌、海拔高程、氣候、土壤.

4.2 模型構(gòu)建

采用空間加權(quán)疊加法構(gòu)建史前聚落選址偏好等級(jí)模型，即把每個(gè)因素的作用分層進(jìn)行疊加，最終生成環(huán)嵩山地區(qū)史前聚落選址偏好等級(jí)分布圖，模型公式如下：

式中：F為某評(píng)價(jià)單元綜合評(píng)價(jià)分值；Wi為第i個(gè)因子的權(quán)重；Pi為評(píng)價(jià)單元對(duì)應(yīng)的第i個(gè)因子分值；n為因子總數(shù).

5 評(píng)價(jià)結(jié)果與模型驗(yàn)證

5.1 評(píng)價(jià)結(jié)果

運(yùn)行模型，得到6大地理因子權(quán)重疊加綜合指數(shù)圖，數(shù)值為19～99.通過(guò)繪制所有評(píng)價(jià)單元偏好指數(shù)的頻率分布直方圖［16］，將直方圖發(fā)生明顯變化部位所對(duì)應(yīng)的偏好指數(shù)值，作為不同等級(jí)劃分的界線，劃分史前聚落選址偏好等級(jí)，見(jiàn)圖2.由圖2可見(jiàn)，偏好等級(jí)共分成3級(jí)：19～70為偏好最低等級(jí)區(qū)，面積為1.53萬(wàn)km2；71～88為偏好中等級(jí)區(qū)，面積為1.4萬(wàn)

km2；89～99為偏好高等級(jí)區(qū)，面積為0.62萬(wàn)km2.偏好高等級(jí)區(qū)分布在平原與山地交接的丘陵區(qū)，偏好中等級(jí)區(qū)分布在較低海拔的平原地區(qū)，偏好低等級(jí)區(qū)，主要分布在西部的崤山、熊耳山、伏牛山及中部的嵩山地區(qū)以及南部的桐柏—大別山山地丘陵區(qū)一帶.

5.2 模型驗(yàn)證

將剩余的所占比例為40%的史前聚落與聚落選址偏好區(qū)劃圖疊加，見(jiàn)圖2，統(tǒng)計(jì)落入每個(gè)區(qū)內(nèi)的聚落數(shù)，見(jiàn)表8.高等級(jí)區(qū)分布有57.89%的史前聚落，密度最大；中等級(jí)區(qū)分布有38.04%的史前聚落，密度次之；低等級(jí)區(qū)面積只分布了4.48%的史前聚落，密度最小.由此可看出，高等級(jí)區(qū)是最有可能發(fā)現(xiàn)聚落遺址的地區(qū)，中等級(jí)區(qū)次之，低等級(jí)區(qū)是發(fā)現(xiàn)聚落遺址概率最小的地區(qū).該模型也可用于其他地區(qū)的聚落選址偏好等級(jí)劃分，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)未發(fā)現(xiàn)的聚落的可能位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，用于指導(dǎo)田野考古調(diào)查.

圖2 史前聚落與聚落選址偏好區(qū)劃疊加圖Fig.2 Overlay map of prehistoric settlement sites and suitability classification

表8 史前聚落分布適宜區(qū)劃圖與聚落分布關(guān)系Tab.8 Relationship table of prehistoric settlement sites suitability classification and prehistoric settlement

6 結(jié)論

（1）環(huán)嵩山地區(qū)史前時(shí)期聚落選址的最優(yōu)選擇為：海拔高程在100～200m以內(nèi)，坡度為0～1°，距離河流水平距離為0～500m，三門(mén)峽—洛陽(yáng)黃土丘陵地貌區(qū)，豫西北丘陵褐土、紅粘土區(qū)，豫西丘陵干旱少雨區(qū).

（2）史前時(shí)期環(huán)嵩山地區(qū)人類(lèi)在聚落選址時(shí)選擇地理環(huán)境影響因子的優(yōu)先順序?yàn)椋浩露?、距離水系距離、地貌、海拔高程、氣候、土壤.

（3）環(huán)嵩山地區(qū)史前聚落選址偏好等級(jí)結(jié)果表明，偏好等級(jí)高的地區(qū)是史前聚落存在概率最大的地區(qū)，中等級(jí)區(qū)次之，低等級(jí)區(qū)是發(fā)現(xiàn)聚落遺址概率最小的地區(qū).根據(jù)此等級(jí)，可對(duì)未發(fā)現(xiàn)的聚落存在的地區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)，用于指導(dǎo)田野考古調(diào)查，幫助考古學(xué)家比較準(zhǔn)確地確定田野考古調(diào)查的范圍.

（4）對(duì)于本文采取的利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)對(duì)史前聚落分布的研究，雖然不能完全解釋古代的環(huán)境，但作為區(qū)域環(huán)境的差異性進(jìn)行研究，是十分有必要的.若有古代的環(huán)境數(shù)據(jù)替代現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，得出來(lái)的結(jié)果會(huì)更真實(shí).

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