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2025 , Vol. 32 >Issue 6: 96 - 105

DOI: https://doi.org/10.3724/j.fjyl.LA20240129

Spatial Characteristics and Influencing Factors of Human Settlement Environment in the Kuye River Basin

  • Zhonghua ZHANG ,
  • Hao WU
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  • School of Architecture, Xi’an University of Architecture and Technology

ZHANG Zhonghua, Ph.D., is a professor and doctoral supervisor in the College of Architecture, Xi’an University of Architecture and Technology. His research focuses on theory and method of territorial spatial planning

WU Hao is a master student in the College of Architecture, Xi’an University of Architecture and Technology. His research focuses on urban and rural planning and design

Received date: 2024-12-24

  Revised date: 2025-04-15

  Online published: 2025-12-10

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Copyright © 2025 Landscape Architecture. All rights reserved.
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Abstract

[Objective] The Kuye River Basin (the “Basin”) is one of the typical basins in the arid and semi-arid areas in the middle reaches of the Yellow River. Under the human settlement development mode driven by the energy industry, the water supply shortage, serious soil erosion, incoordination between urban space and water space, and water resources pollution in the Basin are becoming increasingly prominent. From living by water and grass of early human beings to today’s “Four Determinations Based on Water”, the complex relationship between people and water is an important clue for the formation and development of human civilization, and the harmonious relationship between people and water in river basins is an important basis for achieving sustainable development. Exploring the complex relationship between human settlement environment and hydrological environment in the Kuye River Basin from the perspective of human – water relationship is helpful to guide the harmonious symbiotic development of human settlement environment and hydrological environment in the Basin, and then promote the high-quality development of human settlement environment in the Basin. [Methods] The evaluation system for the quality of human settlement environments in sub-basins has been established, with the weight of each index factor determined using the entropy method. This approach aims to elucidate the spatial characteristics of human settlement environment quality within the sub-basins of the Kuye River Basin. Utilizing ArcSWAT 2012 software, hydrological simulations are conducted for the Kuye River Basin. Input data includes DEM (digital elevation model) data, soil type data, and meteorological information specific to the basin, enabling the simulation and acquisition of hydrological factors such as sub-basin boundary and river network grade. Geographical detector is a method employed to identify spatial differentiation and uncover its underlying driving forces. By selecting optimal parameters, geographical detector is utilized to examine influencing factors on the quality of human settlement environment in the Basin from various perspectives: scale, quality, and form of the hydrological environment. The primary factors influencing spatial differentiation in the quality of human settlement environment are analyzed based on results obtained from both single-factor detection and interactive detection methods. [Results] The spatial differentiation in the quality of human settlement environment in the Kuye River Basin is characterized by “local core agglomeration, and descending in all directions along the main river channel”, and the potential of optimizing the quality of human settlement environment in each sub-basin is very different. The shape and development degree of river network are the core factors influencing the human settlement environment in river basin. The quality of human settlement environment in river basin can be optimized by adjusting the density and length – width ratio of river network. The coupling relationship between scale, quality and source and sink of water resources is the main factor influencing the quality of human settlement environment in a basin. The systematic balance of scale, quality and source and sink of water resources should be considered in the development of human settlements in a basin to avoid the deterioration of water resources caused by excessive interference in a certain aspect. The roundness and length – width ratio of a basin are the secondary factors influencing the human settlement environment in the basin. The balanced and concentrated sub-basins are conducive to the formation of abundant water resources and efficient settlement spatial structure. Basin terrain is an important factor influencing the human settlement environment in a basin, and the impact mode on the quality of the human settlement environment in a basin is “weak monomer, strong synergy”. The terrain factors need to cooperate with river network form, water resource scale and other factors to play a role. [Conclusion] 1) There exists significant spatial differentiation in the quality of human settlement environment in the Kuye River Basin. 2) The quality of human settlement environment in the basin is the result of long-term coupling of multiple factors such as hydrological scale, hydrological form, hydrological quality and watershed topography. 3) There is a complex interaction between the human settlement environment and the hydrological environment in the basin. The quality of human settlement environment in the basin should be improved and optimized based on the harmonious relationship between human and water, and the relationship between human and water in the basin should be optimized from multiple aspects, such as the optimization of water resource supply and demand, the regional planning of water resources, the coordinated balance of water resources within the human settlement environment and the coupling of human and water space, so as to promote the high-quality development of the human settlement environment in the Basin. With sub-basin as the basic unit, the optimization strategy of human settlement environment is determined according to local conditions.

Key words： human settlement environment in river basin; human – water relationship; geographic detector with optimal parameter; SWAT model; influencing factor

Cite this article

Zhonghua ZHANG , Hao WU . Spatial Characteristics and Influencing Factors of Human Settlement Environment in the Kuye River Basin[J]. Landscape Architecture, 2025 , 32(6) : 96 -105 . DOI: 10.3724/j.fjyl.LA20240129

人类文明多起源于大河流域，从早期人类的“逐水草而居”到今天的“四水四定”，水资源一直是人居发展和生态保护的基本前提，“人水关系”也是“人地关系”中最持久的一组关系[1]。在全球气候变化和城镇无序扩张的背景下，近几年城市内涝频发，水资源供不应求，生态环境恶化，人水关系愈加紧张恶化，因此科学系统地认知人水关系，探究流域人居环境与水文环境的内在关系，对于协调人水关系、落实生态文明建设、指导人居环境质量提升、促进流域人水空间耦合发展等有着重要意义。
近年来国内人水关系相关研究主要包括3个方面：一是从宏观理论角度开展人水关系的基本原理和研究方法的探讨，如人水系统自适应、人水系统平衡转移、人水关系和谐演变等人水关系原理[2]；二是从区域角度开展水平衡的测度与应用研究，如沁河流域水平衡计算及预测[3]、水平衡在国土空间生态修复中的应用等[4]；三是基于量化模型和空间分析软件开展水文系统对人文系统的影响研究，如水环境对聚落空间、土地利用、景观格局等的影响[5-7]。目前对于流域人居环境的研究主要为适宜性综合评价[8]、演变机制分析[9]、多系统耦合协调分析[10-11]等，但缺少流域水文环境对人居环境空间格局影响的系统研究。
鉴于此，本研究基于SWAT水文模型模拟分析得到子流域和相关水文特征因子数据，并对窟野河流域2020年不同子流域的人居环境质量进行空间格局分析，同时利用参数最优地理探测器模型，选择q值最高的参数组合对年产水能力、降雨能力、分枝比、流域圆度率等水文特征因子生成最优离散化因子，从而探测窟野河流域人居环境质量的空间分异性特征及主要驱动因子，以期为黄土高原窟野河流域的人居环境优化提供参考。

1 流域人居环境的人水关系理论诠释

人水关系是人文系统与水文系统之间的复杂相互作用关系，既有人类对水环境的被动适应，如逐水草而居、基于适水性的聚落选址等，也有人类对水环境的主动改造或影响，如防洪排涝系统建设、水资源污染等。人水关系理论的主要原理为人水关系交互作用原理、人水关系自适应原理、人水关系平衡转移理论、人水关系和谐演变原理[2]，其本质是人文系统与水文系统在不同时空尺度上的“作用—反作用—互动”机制。从人水关系理论出发，结合流域人居环境相关学科知识，流域人居环境的人水关系可诠释为：流域人居环境与水文环境复杂的相互作用关系（图1）。流域人居环境与水文环境在多系统、不同空间尺度上存在复杂的动态交互作用、互相竞争与协同关系，其主要内容包含三方面。一是流域人居环境与水文环境的交互作用：水文环境为人居环境建设提供必要的水资源支撑，人居发展受水资源的约束；人居环境对水文环境存在调节和干扰的反作用，这种反作用既有积极的流域生态治理，也有消极的水资源高负荷开发和水环境污染。二是流域人居环境内各子系统的水资源竞争与协调：人类的一切活动都离不开水，人居生产子系统、人居生活子系统、居住环境子系统的正常运行都离不开水资源。三是流域各聚落对水资源的区域竞争与平衡：水资源的分布在时空上是不均衡的，难以满足流域各聚落的需求，尤其在干旱区或半干旱区存在较严重的区域水资源竞争。
图1 流域人居环境的人水关系理论诠释图

Fig. 1 Interpretation map of human – water relation theory for human settlement environment in the Basin

2 研究方法

2.1 研究区概况

窟野河发源于内蒙古自治区东胜区，于神木市沙峁头村汇入黄河，是黄河中游一级支流（图2）。窟野河流域南北跨越陕西省和内蒙古自治区，窟野河流域上游为风沙草原区，中下游是黄土沟壑区，也是黄河中游水土流失严重的多沙、粗沙支流之一[12]。流域内降雨、降雪较少，常年干旱，水资源较为匮乏，子流域形态多为南北狭长形，水系形态多为“树枝状”。受水文环境和地形影响，人居环境建设多聚集于主要河流沟壑，耕地主要分布在沿河区域和地势较低的东南部地区，建设用地主要分布在流域的北部和中部。
图2 研究范围

Fig. 2 Research scope

2.2 模型及处理方法

2.2.1 SWAT模型

SWAT模型是一种适用于长时间序列的分布式水文模型，可以对流域内一系列复杂的物理过程进行模拟[13]。本研究基于ArcSWAT 2012对窟野河流域进行水文模拟，将窟野河流域的数字高程模型（digital elevation model, DEM）、土壤类型、气象等数据输入模型，从而得到40个子流域和相关水文模拟结果。

2.2.2 参数最优地理探测器模型

地理探测器是探测空间分异性，并揭示其背后驱动力的方法[14]。参数最优地理探测器是对地理探测器的进一步优化，可以通过空间数据离散化确定空间分层异质性的最佳尺度（q值最大的分区方法）[15-16]。在选择最优参数的基础上，本研究运用地理探测器的单因子探测和交互探测揭示流域人居环境质量空间分异的主要影响因子。q 表示某一个因子对因变量的解释程度， q 的值域为［0，1］，当某一因子的 q 值越大时，该因子的解释力越强。因子探测的模型
$ q=1-\frac{{\displaystyle\sum }_{h=1}^{L}{N}_{h}{{\text{σ}}}_{h}^{2}}{N{{{\text{σ}}} }^{2}} \text{，} $
式中：L为因变量Y（流域人居环境质量）或因子X（影响因子）的分层（类）数；N h和N分别为层级h和全区的样本数；${\text{σ}}^2 $和${\text{σ}}^2_h $分别是层级h和全区的Y值的方差。

2.2.3 熵值法

熵值法[17]是一种客观的赋权方法，可以根据指标数据的信息熵大小来确定指标权重，使得评价结果更加科学。具体方法分六步。
第一步，对数据进行标准化处理，消除量纲影响：
$ {{\text{正向指标处理}}}， {X}_{ij}=\frac{{x}_{ij}-\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}（{x}_{ij}）}{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}（{x}_{ij}）-\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}（{x}_{ij}）} \text{；} $
$ {{\text{负向指标处理}}}，{X}_{ij}=\frac{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}（{x}_{ij}）-{x}_{ij}}{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}（{x}_{ij}）-\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}（{x}_{ij}）} 。 $
第二步，计算比重：
$ {P}_{ij}=\frac{{X}_{ij}}{{\displaystyle\sum }_{{j}=1}^{n}{X}_{ij}} 。\;\;\quad$
第三步，计算熵值：
$ {e}_{i}=-\frac{1}{\mathrm{l}\mathrm{n}（n）}{\sum }_{j=1}^{n}{P}_{ij}\mathrm{ln}（{P}_{ij}） 。 $
第四步，计算信息熵冗余度：
$ {d}_{i}=1-{e}_{i} 。 $
第五步，计算各项指标的权重：
$ {w}_{i}=\frac{{d}_{i}}{{\displaystyle\sum }_{i=1}^{m}{d}_{i}} 。 $
第六步，计算评分：
$ {Z}_{j}={\sum }_{i=1}^{m}{w}_{j}{X}_{ij} 。 $
其中，x ij指第j样本在第i指标的原始数据，X ij是标准化处理之后的值，m为指标数，n为样本数，P ij指第j样本在第i指标的比重，e i指第i指标的熵值，d i指第i指标的信息熵冗余度，w i指第i指标的权重，Z j指第j样本的流域人居环境质量综合得分。

2.2.4 基于渔网栅格的多源数据处理

本研究利用渔网工具划分1 km×1 km栅格（图3），并对每个栅格进行空间赋值，从而得到各指标因子的原始数据，再利用熵值法计算每个栅格的人居环境质量得分，最后利用分区统计工具得到不同子流域的人居环境质量得分。
图3 1 km × 1 km渔网点

Fig. 3 1 km × 1 km fishnet nodes

2.3 指标因子的选取

2.3.1 流域人居环境质量评价指标选取

为准确刻画和分析窟野河流域人居环境质量空间特征，在人居环境理论框架的基础上，借鉴相关学者研究成果[18-21]，并结合逐水而居、水土流失、生态脆弱等地方性特征，从人居生活、人居生产、人口特征、环境舒适度等方面构建流域人居环境质量（因变量Y）的评价指标体系，提出交通可达性、公共服务设施、人口密度、气候舒适度等19个评价指标（表1）。
表1 流域人居环境质量的评价指标

Tab. 1 Evaluation indicators of the quality of human settlement environment in the Basin

综合层 系统层 指标层 指标属性 单位 指标说明
流域人居环境质量 人居生活
质量		 交通可达性 正向 km/km2 子流域内道路长度与流域面积的比值
公共服务设施 正向 子流域内公共服务设施POI核密度值的总和
行政服务设施 正向 子流域内村委会、镇政府等行政服务设施POI核密度值的总和
商业服务设施 正向 子流域内商业服务设施POI核密度值的总和
人居生产
质量		 生产总值密度 正向 万元/km2 子流域生产总值与流域面积的比值
开发强度 正向 m2/hm2 子流域内总建筑面积与流域面积的比值（容积率）
耕地比例 正向 % 子流域内耕地面积与流域面积的比值
建设用地比例 正向 % 子流域内建设用地面积与流域面积的比值
企业数密度 正向 个/km2 子流域内企业数量与流域面积的比值
地球夜间灯光分布指数 正向 子流域内夜间灯光指数总和与流域面积的比值
人口特征 人口密度 正向 人/hm2 子流域内人口规模与流域面积的比值
老龄化率 负向 % 子流域内65岁及以上人数与流域人口规模的比值
人均GDP 正向 万元/人 子流域内年GDP总量与流域人口规模的比值
常住人口规模 正向 人 子流域的常住人口数量
环境舒适度 碳排放量密度 负向 t/km2 子流域内碳排放总量与流域面积的比值
PM2.5浓度 负向 ${\text{μ}}{\rm{g}} $/m3 子流域内年PM2.5浓度最大值
O3浓度 负向 ${\text{μ}}{\rm{g}} $/m3 子流域内年O3浓度最大值
SO2浓度 负向 ${\text{μ}}{\rm{g}} $/m3 子流域内年SO2浓度最大值
气候舒适度 正向 基于《人居环境气候舒适度评价》标准，采用温湿指数表征气候舒适度，计算式K=T−0.55（1−H）（T−14.4），其中：K为温湿指数；T为年平均气温，℃；H为年平均相对湿度，%

2.3.2 流域人居环境质量的影响因子选取

水文环境是制约和影响流域聚落分布、发展建设、人居舒适度等的重要因素，本研究在参考水文模拟、流域形态等研究的基础上，从人水关系视角出发，结合窟野河流域地方性特征，从水文规模、水文质量、水文形态、流域地形4个维度选取了19个关键影响因子来探测窟野河流域人居环境质量的影响因素。水文规模因子、水文质量因子、子流域边界、河网数据等通过SWAT模型模拟得到，分枝比、流域长宽比、分维数等水文形态数据利用子流域与河网数据（图4）计算得到，流域地形基于DEM数据进行分析处理得到（表2）。
图4 河网等级及子流域边界

Fig. 4 River network grade and sub-basin boundary

表2 流域人居环境质量的影响因子

Tab. 2 Factors influencing the quality of human settlement environment in the Basin

类型 影响因子 单位 指标说明
水文规模 年产水能力（X1） mm/km2 子流域内年产水总量与流域面积的比值，反映了流域内年净产水能力
蒸散发程度（X2） mm/km2 子流域内年实际蒸散发量与流域面积的比值，反映了水资源的蒸散发流失程度
径流系数（X3） 径流量与降水量的比值，是描述流域径流量产生能力的重要参数
降雨能力（X4） mm/km2 子流域内年降雨量总和与流域面积的比值，是决定区域水资源规模的关键因素
水文质量 土壤含水程度（X5） mm/km2 子流域内年土壤含水量与流域面积的比值，反映了土壤的含水量程度
产沙情况（X6） t/hm2 流域内河流的年泥沙量情况，是反映河流水质的重要指标
有机氮含量（X7） kg/hm2 流域内河流的年有机氮含量，是反映河流水质的重要指标
有机磷含量（X8） kg/hm2 流域内河流的年有机磷含量，是反映河流水质的重要指标
水文形态 河网密度（X9） km/km2 子流域内河网总长与流域面积的比值，反映了河网的疏密程度，是描述河网特征的重要参数
区域水系曲度（X10） 借鉴相关研究，采用加权平均值计算区域水系曲度$S={\displaystyle\sum }_{i=1}^{m}\dfrac{ {L}_{ {\rm{a} }，i} }{ {L}_{ {\rm{r} } } }\dfrac{ {L}_{ {\rm{a} }，i} }{ {L}_{ {\rm{s} }，i} }$
式中：i为河段序号；m为河段总数；L a，i为第i条河流的实际长度，km；L s，i为第i条河流起止断面间的直线距离，km；L r为河流总长度，km；L a，i/L r即为权重
主河道占比（X11） % 子流域内主河道长度与河道总长的比值
分枝比（X12） 分枝比为某等级河流数目与更高一级河流数目的比值，流域内一般有多个不同等级的河流，单个河流的分枝比不能反映整个流域的河流分支程度。该领域学者一般以${\text{ω}} $与${\rm{lg}}N_{\text{ω}} $线性拟合（横坐标为${\text{ω}} $，纵坐标为${\rm{lg}}N_{\text{ω}} $）所得到回归直线斜率绝对值的反对数表示分枝比（$ {R}_{\mathrm{b}} $），其中${\text{ω}} $为河流级别序号，$N_{\text{ω}} $为第${\text{ω}} $级河流的数目
长度比（X13） 长度比为某等级河流平均长度与更高一级河流平均长度的比值，长度比反映了水系的发育程度。与分枝比同理，可以通过Origin软件得到${\text{ω}} $与${\rm{lg}}N_{\text{ω}} $线性拟合直线的斜率（横坐标为${\text{ω}} $，纵坐标为${\rm{lg}}L_{\text{ω}} $），进而计算斜率绝对值的反对数，得到长度比（$ {R}_{\mathrm{l}} $），其中${\text{ω}} $为河流级别序号，$L_{\text{ω}} $为第${\text{ω}} $级河流的平均长度
分维数（X14） 分维数（D）为分枝比（R b）与长度比（$ {R}_{\mathrm{l}} $）的常对数比值，反映了水系的复杂程度，计算式$ D=\dfrac{\mathrm{l}\mathrm{g}{R}_{\mathrm{b}}}{\mathrm{l}\mathrm{g}{R}_{\mathrm{l}}} $
流域长宽比（X15） 流域长宽比（A）是反映流域轮廓形态的重要指标，计算式A=L/W，其中L为流域内干流起点至终点的坐标距离，W为流域宽度。W=S/L，S为流域面积
流域圆度率（X16） 指流域面积与相同周长的圆形面积之比，是流域形状分析中的重要指标
流域地形 平均高程（X17） m 各个子流域高程的平均值，通过ArcGIS 10.5对DEM数据分区统计得到
平均坡度（X18） ° 各个子流域坡度的平均值，通过ArcGIS 10.5对坡度数据分区统计得到
平均起伏度（X19） m 各子流域最大高程值和最小高程值的差值，反映了地势起伏特征

2.4 数据来源

本研究DEM数据来自地理空间数据云（www.gscloud.cn），在此基础上运用ArcGIS 10.5获取高程、坡度等数据。土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心（www.resdc.cn）。相关兴趣点（point of interest, POI）数据来源于高德、百度地图。SWAT模型所需的气象数据来源于CMADS V1.1数据集（www.cmads.org），模型率定与验证所需的温家川水文站实测数据来源于《黄河流域水文年鉴》，土壤数据来源于世界土壤数据库。GDP、空气质量、地球夜间灯光分布等数据来源于国家系统科学数据中心（auth.geodata.cn）。人口数据来源于第七次人口普查乡镇街道数据，基于不同乡镇面积比例计算每个子流域的人口数据。空气污染物浓度数据来源于zenodo数据分享平台（zenodo.org）。

3 结果与分析

3.1 流域人居环境质量综合评价结果

计算得到各项流域人居环境质量的评价指标并进行标准化处理，利用熵值法得到各项指标权重，进而得到各子流域人居环境质量综合得分，值越大说明人居环境质量越高；为更好反映流域人居环境质量的空间等级差异，在借鉴相关研究的基础上，将流域人居环境质量分为高、较高、中、低4个等级。
流域人居环境质量综合得分（图5、6）呈现出“局部核心集聚，沿主河道向四周扩散降低”的空间特征。高水平人居环境质量（得分0.40~0.64）的子流域有一个（34号子流域），得分0.64，远高于其他子流域，呈现出“局部核心集聚”的空间特征，该子流域的服务设施完善、交通便捷、人居建设活力高、环境舒适度较高。较高水平人居环境质量（得分0.20~<0.40）的子流域数量有2个（占比5.00%），分别为东胜区主城区的1号子流域、4号子流域，这些子流域在人居生活质量、人居生产质量、人口特征、环境舒适度方面略低于前者。中等水平人居环境质量（得分0.05~<0.20）的子流域数量占比为55.00%，反映了大多数子流域的人居环境质量均为中等水平。低水平人居环境质量（得分0.02~<0.05）的子流域数量占比为37.50%，这些子流域人居环境改善需求比较迫切。综上所述，窟野河流域各子流域的人居环境质量存在明显的空间分异和不平衡，人居环境提升潜力大，主河道两侧聚落人居环境往往优于其他区域，说明水文条件优越的子流域会持续吸引人口、企业、资金等要素，从而不断推动这些子流域的人居发展建设持续集聚提升，同时也会辐射带动周边子流域的发展建设。
图5 流域人居环境质量综合得分空间分布

Fig. 5 Spatial distribution of the comprehensive quality scores of human settlement environment in the Basin

图6 各子流域人居环境质量综合得分

Fig. 6 Comprehensive quality score of human settlement environment in each sub-basin

3.2 参数最优地理探测器结果分析

3.2.1 最优参数选择

计算得到各项影响因子的栅格数据，运用参数最优地理探测器计算每个因子在不同空间离散方法、不同间断数下的q值（图7），结果表明：同一因子采用不同的空间离散方式、不同的间断数得到q值有显著的差异，如年产水量（X1）采用自然断点法分9类时q值为0.58，采用分位数法分5类时q值仅为0.15。综上所述，选择每个因子q值最大的分类方式作为地理探测器的最优参数，从而分析各因子对流域人居环境质量的驱动作用。
图7 不同分类方法及分区数量q值统计图

Fig. 7 Statistical graph of q value of different classification methods and number of partitions

3.2.2 单因子探测分析

为了解各因子（X）对流域人居环境质量（Y）的正向或负向作用关系，首先利用SPSS软件进行皮尔逊相关性分析，再进行地理探测器分析，得到单因子探测结果（表3）：各因子对流域人居环境质量空间特征均有显著的驱动作用。根据皮尔逊相关性结果，河网密度（X9）、分枝比（X12）、平均高程（X17）等因子对流域人居环境质量的影响为负向，其他因子对流域人居环境质量的影响为正向。年产水量（X1）、土壤含水程度（X5）、径流系数（X3）、降雨能力（X4）、有机氮含量（X7）、有机磷含量（X8）6个因子是主要的驱动因子（q值大于0.4），说明水资源的丰富程度和水资源质量是流域人居环境质量的主要影响因素。分枝比（X12）、流域圆度率（X16）、平均高程（X17）、蒸散发程度（X2）是次要的驱动因子（q值在0.2~0.3），说明河网的复杂程度、子流域的形态特征及高程对流域人居环境质量有较高的影响力度。平均坡度（X18）和平均起伏度（X19）对窟野河流域人居环境质量解释力度较弱（q值小于0.1），其他因子对流域人居环境质量的影响一般（q值在0.1~0.2）。综上所述，流域的水文规模、水文质量、河网形态与发育程度、流域形态对流域人居环境质量有着显著的驱动影响，流域地形对人居环境质量影响一般。
表3 单因子探测结果

Tab. 3 Results of single-factor detection

因子 皮尔逊相关性 q值
　　注：*表示在0.05级别（双尾）相关性显著；**表示在0.01级别（双尾）相关性显著。
X1 年产水能力 0.717** 0.589
X2 蒸散发程度 0.712** 0.283
X3 径流系数 0.042 0.412
X4 降雨能力 0.726** 0.420
X5 土壤含水程度 0.752** 0.557
X6 产沙情况 0.639** 0.292
X7 有机氮含量 0.714** 0.423
X8 有机磷含量 0.213 0.424
X9 河网密度 －0.335* 0.124
X10 区域水系曲度 0.517** 0.165
X11 主河道占比 0.439** 0.199
X12 分枝比 －0.373* 0.339
X13 长度比 －0.338* 0.164
X14 分维数 －0.065 0.133
X15 流域长宽比 －0.338* 0.136
X16 流域圆度率 0.683** 0.290
X17 平均高程 －0.358* 0.277
X18 平均坡度 －0.078 0.070
X19 平均起伏度 －0.080 0.057

3.2.3 交互探测分析

在单因子探测的基础上进行因子间的交互作用探测，并利用Origin绘出探测结果热力图（图8、9）。从交互作用类型（图8）来看，各因子对流域人居环境质量的影响并非独立的，大多数为非线性增强或双因子增强，即2种因子的交互作用大于任何单因子的影响作用，只有X7（有机氮含量）∩X8（有机磷含量）呈现单因子非线性减弱，说明各因子间的交互力更能解释流域人居环境质量的空间分异。
图8 因子交互作用类型

Fig. 8 Types of factor interaction

图9 因子交互作用q值

Fig. 9 q value of factor interaction

从因子交互作用q值（图9）来看，各因子与其他因子的交互作用都存在高解释力的组合（q值大于0.6），说明各因子对流域环境人居质量均有着显著的组合影响。其中X9（河网密度）∩X13（长度比）的q值最高为0.982，说明河网形态与发育程度是流域人居环境质量的核心驱动因子。X1（年产水量）、X5（土壤含水程度）、X9（河网密度）、X12（分枝比）、X15（流域长宽比）、X18（平均坡度）、X19（平均起伏度）与其他因子存在较高解释力组合（q值大于0.8），表明这些因子与其他因子的交互作用是流域人居环境质量的主要影响因素。可见，流域人居环境质量的空间特征是水文规模、水文形态、流域地形、水文质量等多因素长期共同交互作用的结果，具体受到年产水能力、土壤含水量、分枝比、长度比、河网密度、流域长宽比等不同程度的影响，也表明人水关系的把握协调是优化流域人居发展的重要切入点。

4 讨论

4.1 流域人居环境质量的影响因素

4.1.1 河网形态与发育程度是影响流域人居环境质量的核心因素

河网特征是影响流域人居环境整治提升的首要内容，可以通过河网密度、长度比等变量因子的调整来优化流域人居环境质量。根据地理探测器的因子交互探测结果，反映河网形态与发育程度的X9（河网密度）与X13（长度比）的交互探测q值最高，为0.982，表明河网形态与发育程度奠定了流域聚落形成与发展的基本潜力。一方面，流域的河网密度、长度比、分枝比等对地貌侵蚀程度、用地资源特征、流域空间形态、人居建设难度等有着重要影响，从而很大程度上决定了聚落的结构形态。另一方面，河网是流域水资源分配、生态系统调节、水运交通、物质循环等的基本网络载体，对于流域水资源空间格局与生态环境有着较高的影响，反映了流域人居发展的基本潜能。

4.1.2 水资源的规模-质量-源汇的系统耦合关系是影响流域人居环境质量的主要因素

水资源的规模-质量-源汇的系统耦合关系是流域人居环境的内生动力。根据地理探测器的探测结果，水文规模（年产水能力、降雨能力、土壤含水程度）、水文质量（有机氮含量、有机磷含量）、源汇能力（径流系数、蒸散发程度）的因子都有着较高的单因子解释力，即水资源的规模和质量直接影响着人居生活、人居生产、居住环境舒适度，而径流系数、蒸散发程度对于降雨量—地表径流—土壤渗水—地下水的流动循环有着重要影响，水文规模、水文质量、源汇能力三者动态耦合作用形成流域人居建设发展的水资源可利用本底。可见，流域人居发展要考虑水资源规模-质量-源汇的系统平衡，避免对某一方面的过度干扰导致水资源的系统恶化。面对区域降雨量的约束，可以通过生态修复、透水铺装、植被优化、绿色屋顶等手段优化径流系数、蒸散发程度，进而增加流域内可利用水资源。

4.1.3 流域圆度率、流域长宽比是影响流域人居环境质量的次要因素

流域形态对于吸引人口聚居发展有着重要影响，流域形态的均衡集中有利于形成丰富的水资源、高效的聚落空间结构。在因子交互探测中，X15（流域长宽比）和X16（流域圆度率）的交互探测q值为0.954，结合皮尔逊相关性分析，流域人居环境质量与流域圆度率呈正相关性，流域人居环境质量与流域长宽比呈负相关性。可见，流域圆度率越高和流域长宽比越低，流域人居环境质量就越高，流域形态对于流域人居环境质量有着较强的限制。

4.1.4 流域地形是影响流域人居环境质量的重要因素

流域地形对流域人居环境质量的影响模式为“弱单体，强协同”，对流域人居环境质量存在一定的制约。平均坡度、平均起伏度的单因子探测q值较小，对流域人居环境质量的解释力低于预期，平均坡度、平均起伏度与其他因子的协同作用却存在较高的解释力，表明地形因子与其他因子有着较强的非线性增强协同效应，需要与河网形态、水资源规模等因素协同来发挥作用。随着工程建设技术水平的提高，地形对于人居发展建设的约束越来越小。在水资源和地形条件都受限的黄土高原丘陵沟壑区，可以选择水资源条件好但地形条件较差的区域进行建设发展，后期通过适当的地形条件改善来实现较高水平的人居环境质量。

4.1.5 水文规模、水文形态、水文质量、流域地形多因素的共同耦合作用对流域人居环境质量具有显著影响效果

流域人居环境质量受到水文规模、水文形态、流域地形、水文质量等多因素的共同影响（图10）。其中足够的水文规模是人居建设的基本前提；安全的水文质量是人居生活的基础保障；水文形态制约着人居发展，复杂的河网形态增加了人居营建难度，子流域形态（均衡程度）限制着人居集聚发展；平缓的流域地形是人居发展的基础条件，流域地形约束着聚落空间形态的发展演变。
图10 流域人居环境的影响因素分析

Fig. 10 Analysis of factors influencing the human settlement environment in river basin

4.2 流域人居环境优化建议

4.2.1 多维度优化流域人水关系，促进流域人居环境高质量发展

面对流域人居环境与水文环境间复杂的关系，应把相关法律法规、国土空间总体规划、相关专项规划、政策管控等作为人水关系调节器，可以从水资源供需优化、水资源区域统筹、流域人居环境内部水资源协同平衡、人水空间耦合等多方面优化流域人水关系，促进水资源在区域、供需、空间、聚落内部的协同匹配。
1）在水资源供需优化方面，一是通过水系结构优化、流域生态修复、海绵城市等手段提高水资源供给能力；二是通过建筑景观节水设计、生产生活水资源循环利用、集约化的空间布局等来减少用水需求。
2）在水资源区域统筹方面，应完善区域水资源的调配交换机制，通过流域水量分配、生态补偿、人口迁移等手段来实现流域人居发展与水资源的区域平衡协调。开发建设条件差但水资源丰富的聚落，可以把多余水资源分配出去；开发建设条件好但水资源匮乏的聚落可以提供一定经济补偿给水资源丰富的聚落来获得足够水资源；开发建设条件差和水资源不足的聚落可以适当地迁移到其他条件好的地方，从而实现区域水资源统筹协调。
3）在流域人居环境内部水资源协同平衡方面，应兼顾人居生活、人居生产和生态环境的多元需求，促进水资源在流域人居环境内部各系统的协同平衡。
4）在人水空间耦合方面，针对水资源的时空不平衡特征，应促进人居环境与水文环境在空间上的匹配协同，在空间布局、建筑景观设计、农耕生产、服务设施布局等方面进行适水规划与设计。

4.2.2 以子流域为基本单元，因地制宜地确定人居环境优化策略

对于高或较高水平人居环境质量的子流域，应充分发挥其水资源丰富、产业基础良好、服务设施完善、交通区位良好等优势，通过建立区域城乡融合发展体、开展低效用地再开发、进行缓坡土地平整等措施来缓解适宜建设用地不足、资源开发低效的问题，从而发挥更好的辐射带动作用。
对于中等水平人居环境质量的子流域，应针对自身的薄弱方面进行加强，不断完善服务设施与基础设施，优化产业结构体系，通过梳理优化河网形态、优化国土空间发展格局、提高水资源利用效率等来提升人居环境建设质量和潜力。
对于低水平人居环境质量的子流域，应充分评估其人居建设条件、生态环境质量、资源开发潜力等，若人居发展潜力过低，可以通过合理的拆迁撤并，将居民集聚到人居环境质量更好的区域或子流域，提高公共服务设施的利用效率，同时积极推进流域生态修复和全域土地综合整治，从而提高生态环境质量。

5 结论

本研究从人水关系的角度出发，以子流域为研究单元揭示了窟野河流域人居环境质量空间分布特征，并基于SWAT模型和参数最优地理探测器探究了水文环境对流域人居环境质量的影响，主要结论如下。
流域人居环境质量空间特征：窟野河流域人居环境质量空间分异特征为“局部核心集聚，沿主河道向四周扩散降低”，各子流域人居环境优化潜力差异较大。面对流域人居环境与水文环境的复杂相互作用关系，可将子流域（小流域）作为重要切入点来优化流域人水关系，促进流域人居环境可持续发展。
流域人居环境是水文规模、水文形态、水文质量、流域地形等多因素长期耦合作用的结果，流域人居环境质量的影响因素主要为4个方面。1）河网形态与发育程度是影响流域人居环境的核心因素，河网特征对于流域土壤侵蚀程度、用地资源特征、水资源空间分布等有着重要影响，可以通过河网密度、长度比等因子的调整来优化流域人居环境质量。2）水资源的规模-质量-源汇的系统耦合关系是影响流域人居环境质量的主要因素，是流域人居生活、人居生产、环境舒适度等的内在动力，可以通过优化径流系数、蒸散发程度等来增加可利用水资源。3）流域圆度率、流域长宽比是影响流域人居环境的次要因素，均衡集中的子流域有利于形成丰富的水资源、高效的聚落空间结构。4）流域地形是影响流域人居环境的重要因素，对流域人居环境质量的影响模式为“弱单体，强协同”，地形因子需要与河网形态、水资源规模等因素协同来发挥作用。
在总结流域人居环境质量影响因素的基础上，基于“人水关系和谐”提出2条具体建议：1）从水资源供需优化、水资源区域统筹、流域人居环境内部水资源协同平衡、人水空间耦合等多维度优化流域人水关系，促进流域人居环境高质量发展。2）以子流域为基本单元，因地制宜地确定人居环境优化策略。
本研究揭示了水文环境对流域人居环境的影响关系，丰富了流域人水关系的理论研究，为量化研究流域人居系统内多要素间关系提供参考依据，有助于指导干旱区或半干旱区的流域人居发展建设。本研究也存在一定局限和不足：1）仅分析了水文环境对流域人居环境的影响，下一步可分析气候环境、绿地环境、文化环境等对人居环境的影响，从而厘清流域人居系统内多要素间的相互作用关系；2）流域人居环境的测度表征没有考虑时空演变维度，空间尺度也局限于宏观流域，后续可以深入研究不同空间尺度、时间序列下流域人居环境与水文环境的复杂互相适应关系，从而共同探讨人水和谐共生下的流域高质量发展路径。
图3 研究路线

Fig. 3 Research route

文中图表均由作者绘制，其中图2底图基于天地图在线服务系统标准地图GS(2024)0650号制作，且未对行政区域界线或者范围、重要地理信息数据等进行编辑调整。

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