基于RS和GIS的湟水流域平安段土地利用變化研究

祁永發(fā) 沙占江 王靜慧 張娟 陳曉琴

基于RS和GIS的湟水流域平安段土地利用變化研究

祁永發(fā) 沙占江 王靜慧 張娟 陳曉琴

基于RS和GIS技術(shù)，以LandsatTM/ETM遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，湟水流域平安段的1996年、2003年和2010年的TM/ETM影像中提取土地利用數(shù)據(jù)，分析該區(qū)域15年的土地利用變化。結(jié)果表明:湟水流域平安段的土地利用類型主要是草地、林地和耕地，約占土地總面積的93%;其中未利用地沒(méi)有變化，耕地在不斷減少，林地、草地及建設(shè)用地在增加。這主要是受到國(guó)家政策的影響;同時(shí)隨著對(duì)保護(hù)三江源自然生態(tài)保護(hù)區(qū)力度的不斷加大，具有重要生態(tài)功能的林地、草地等土地類型將得到更大力度的保護(hù)。

湟水流域;平安段土地利用;動(dòng)態(tài)變化

土地資源是人類賴以生存發(fā)展且不可替代的自然資源，然而隨著城市化進(jìn)程的加速，引起城市用地向外擴(kuò)張、城市人口快速增加等現(xiàn)象的發(fā)生，城市化進(jìn)程的加速引起土地利用/土地覆蓋變化(簡(jiǎn)稱LUCC)，由此導(dǎo)致環(huán)境、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境的加速變化。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，土地利用/土地覆蓋變化是全球環(huán)境變化的重要組成部分和造成全球環(huán)境變化的重要原因。［1－3］而基于RS和GIS技術(shù)以其快速、事實(shí)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、周期性短等優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外土地利用/覆蓋變化監(jiān)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了極大的進(jìn)展。［4，5］同時(shí)有助于研究區(qū)域土地利用的時(shí)空變化特征，從而可以有針對(duì)性地為政府制定土地利用、開(kāi)發(fā)、恢復(fù)和保護(hù)等提供決策依據(jù)。

本文以湟水流域平安段為例，該區(qū)域地貌以谷地、低中山地為主，山地占總面積的94%。其特點(diǎn)為人口相對(duì)集中、流動(dòng)量大、密度相對(duì)較高。湟水流域平安段自西向東流經(jīng)平安縣域北部地區(qū)，湟水沿岸經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)。利用LandsatTM/ETM影像進(jìn)行土地利用信息數(shù)據(jù)的提取，對(duì)湟水流域平安段的平安縣土地利用動(dòng)態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行分析，為該區(qū)域第2次西部大開(kāi)發(fā)進(jìn)行合理的土地利用、土地規(guī)劃和建立可持續(xù)的土地利用具有指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

湟水流域平安段位于青海省東部平安縣，湟水谷地腹部，是海東地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，地理位置東經(jīng)101°49'—102°1'，北緯 36°15'—36°34'(見(jiàn)圖 1);平均海拔2066—2300米。年降水量300—600毫米，冬長(zhǎng)夏短，春秋相連，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，氣候溫和。西距省會(huì)西寧市35千米，東距蘭州市200千米。縣域總面積752.2平方千米，北臨互助縣，南臨化隆縣，西接西寧及湟中縣，東接樂(lè)都縣。

圖1 研究區(qū)位置示意圖

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源。

本研究選取研究區(qū)1996年、2003年、2010年3個(gè)時(shí)段的TM/ETM影像，空間分辨率為30M×30M，同時(shí)輔以1996年、2003年、2010年平安段平安縣1∶10萬(wàn)地形圖以及2004年1∶1萬(wàn)土地利用類型圖、統(tǒng)計(jì)年鑒等研究區(qū)的相關(guān)資料。

2.2 研究方法。

運(yùn)用RS和GIS相結(jié)合的技術(shù)進(jìn)行遙感影像預(yù)處理、輻射糾正、幾何糾正以及圖象配準(zhǔn)，借助ERDAS9.2對(duì)數(shù)據(jù)圖象進(jìn)行投影變化、數(shù)據(jù)融合。并采用1∶10萬(wàn)地形圖對(duì)所有影像進(jìn)行統(tǒng)一校正，同時(shí)采用GIS空間分析方法和數(shù)理統(tǒng)計(jì)功能得到1996年、2003年、2010年三個(gè)不同時(shí)期的土地利用變化信息。并對(duì)各年份土地利用類型的數(shù)量、比例、結(jié)構(gòu)等變化進(jìn)行分析，得到15年該研究區(qū)土地利用的時(shí)空變化特征。

2.2.1 土地利用現(xiàn)狀的分類系統(tǒng)。

參照第二次全國(guó)土地調(diào)查分類表中的《土地利用現(xiàn)狀分類》標(biāo)準(zhǔn)采用一級(jí)、二級(jí)兩個(gè)層次的分類體系。采用一級(jí)分類，統(tǒng)一編排，根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況和研究目的的需要，建立了該研究區(qū)土地利用的分類系統(tǒng)。共分6個(gè)一級(jí)類，包括:耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域及設(shè)施用地、未利用地(表1)。

表1 土地利用類型的分類體系

2.2.2 土地利用現(xiàn)狀信息提取。

依據(jù)土地利用類型的分類體系，在ERDAS9.2環(huán)境下，采用最小二乘法對(duì)2003年圖像進(jìn)行幾何精校正，再利用2003年圖像為基礎(chǔ)圖像對(duì)1996年和2010年圖像進(jìn)行精幾何校正，并采用1:10萬(wàn)地形圖對(duì)所有影像進(jìn)行統(tǒng)一校正。在Aicinfo下，對(duì)三期土地覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行疊置分析，將所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入Arcview環(huán)境下。提取土地利用變化情況。分類精度1996年為82.6%，2003年為84.1%，2010年為83.3%達(dá)到研究的需要，并得到平安縣1996年、2003年、2010年的土地利用類型現(xiàn)狀圖(圖2)。

圖2 研究區(qū)3期的土地利用現(xiàn)狀圖

3 土地利用現(xiàn)狀和變化分析

3.1 土地利用現(xiàn)狀的數(shù)量分析。

通過(guò)對(duì)土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，可以知道各類土地的特點(diǎn)和土地的利用結(jié)構(gòu)，從而掌握土地的動(dòng)態(tài)變化即可持續(xù)利用的趨勢(shì)。［6］解譯1996年、2003年、2010年三個(gè)時(shí)期的遙感影像得到土地利用數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析可以獲得湟水流域平安段三個(gè)時(shí)期的土地利用變化的特征(見(jiàn)表2)。

從表2可以看出:湟水流域平安段平安縣的土地利用以草地、林地、耕地為主。在2010年草地284.45km2，占土地總面積的37.82%，林地238.61km2，占土地總面積的 31.72%，耕地 180.6km2，占土地總面積的 24.01%，三種土地類型的面積占平安縣總面積的93.55%。而建設(shè)用地、水域及設(shè)施用地、未利用地僅占6.45%。

表2 1996－2010年土地利用變化情況 (單位:km2)

研究表明:湟水流域平安段土地利用類型變化的總趨勢(shì)為:(1)近15年平安段平安縣面積減少的地類是耕地，其面積減少31.82km2，年均減少2.12km2，總面積由1996年的28.24%減少到2010年的24.01%。(2)面積增加的類型是林地、草地和建設(shè)用地，其增加面積分別是15.65 km2、3.3 km2、12.83km2，各地類所占總面積的比重也從1996 年的29.64%、37.38%、2.67% 提高到 2010 年的 31.72%、37.82%、4.38%，其中林地面積變化最大。(3)總體來(lái)看，15年期間未利用地的面積在研究期間沒(méi)有變化。

3.2 土地利用類間轉(zhuǎn)移分析。

通過(guò)對(duì)平安縣三期TM影像解譯的土地利用圖進(jìn)行疊加得到1996－2003年和2003－2010年土地面積轉(zhuǎn)移矩陣(見(jiàn)表3、表4)。從中可以看出，土地利用類型變化最大的是耕地，面積明顯減少，從耕地轉(zhuǎn)出類型分析，耕地主要轉(zhuǎn)為林地、建設(shè)用地和草地，土地利用類型比較穩(wěn)定的是水域及設(shè)施用地，但最值得關(guān)注的是未利用地在研究期間內(nèi)沒(méi)有任何轉(zhuǎn)移。表3中耕地共轉(zhuǎn)出18 km2，轉(zhuǎn)入0.09 km2，轉(zhuǎn)入的林地、建設(shè)用地和草地為20.02 km2，占轉(zhuǎn)出總量的99.35%，建設(shè)用地沒(méi)有變化。表4中耕地主要轉(zhuǎn)為建設(shè)用地和林地，為13.24 km2，占轉(zhuǎn)出總量的91.31%，水域及設(shè)施用地沒(méi)有轉(zhuǎn)移。綜合表3、表4可以得知，耕地轉(zhuǎn)移為林地和草地的幅度1996－2003年大于2003－2010年間的變化，減少的耕地主要轉(zhuǎn)移到南部低中山地區(qū)，這是由于該地區(qū)生態(tài)部位重要，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)交通不便，土地利用不合理。為了長(zhǎng)期扶持該地區(qū)發(fā)展林業(yè)，建設(shè)生態(tài)，國(guó)家在上世紀(jì)末實(shí)行退耕還林的政策。建設(shè)用地是2003－2010年大于1996－2003年間的變化幅度，主要轉(zhuǎn)移到湟水沿岸的區(qū)域，主要原因是在本世紀(jì)初提出西部大開(kāi)發(fā)政策的影響下，國(guó)家加快了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和在開(kāi)發(fā)中調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及持續(xù)加大改革開(kāi)放力度所造成的。

表3 1996－2003年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 (單位:km2)

表4 2003－2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 (單位:km2)

3.3 土地利用動(dòng)態(tài)變化特征。

表5 平安段平安縣1996年－2010年土地利用類型動(dòng)態(tài)度(%)

從動(dòng)態(tài)度來(lái)看，(1)1996年－2003年間平安縣年變化速度最快的是耕地，年均減少1.20%，年均增加最快的是建設(shè)用地，年變化速度是3.49%。其次是林地，年均增加0.64%;(2)2003－2010年間變化速度最快的是建設(shè)用地，年均增加4.51%，其次是林地，年均增加0.35%，水域及設(shè)施用地略有增加，而耕地一致在減少，減少的變化速度是1.02%;(3)從1996－2010年整個(gè)時(shí)期來(lái)看，變化速度最快的是建設(shè)用地。年均增加9.05%，減少最快的是耕地，年均減少2.13%;(4)結(jié)果表明，1996－2010年，平安縣的林地增加最多，其次是建設(shè)用地，相反耕地減少最多，而未利用地沒(méi)有變化。1996－2003年的土地變化速度小于2003－2010年的土地變化速度，這是由于受到國(guó)家西部開(kāi)發(fā)政策的影響。

3.4 土地利用集中化程度分析。

各種土地利用類型的集中(或分散)程度采用羅倫茲(Lorenz)曲線進(jìn)行分析。主要是測(cè)量地理現(xiàn)象或?qū)嶓w在區(qū)域上的集中程度。［7］根據(jù)平安縣的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和匯總數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出3個(gè)時(shí)期內(nèi)不同土地利用類型占土地總面積的百分比(表6)。由表6可知，在3個(gè)時(shí)期內(nèi)土地利用類型主要集中在草地、林地和耕地。結(jié)果表明:在研究期內(nèi)土地利用類型中的草地、林地和耕地所占比重是平安縣總面積的93%以上。這與土地利用現(xiàn)狀的數(shù)量分析相一致。

表6 土地利用累計(jì)百分比 單位:%

4 結(jié)論

(1)1996－2010年湟水流域平安段土地利用類型主要是草地、林地和耕地，約占平安縣土地總面積的93%。其他3種類型的土地約占7%，從土地利用程度看，全縣人均占有土地0.0068 km2，人均占有土地量低，土地利用率極高。

(2)湟水流域平安段耕地面積在逐漸地減少，林地、草地、建設(shè)用地的面積在逐漸地增加，水域及設(shè)施用地、未利用地則基本沒(méi)有變化。轉(zhuǎn)出的耕地一部分轉(zhuǎn)為林地和草地，其面積的大量增加，可以有效地防止該區(qū)域水土流失現(xiàn)象的發(fā)生;另一部則分轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，主要是在西部大開(kāi)發(fā)的推動(dòng)下用于城市的工業(yè)和交通建設(shè)。各種類型的土地在空間位置上轉(zhuǎn)換不頻繁。

(3)湟水流域平安段土地利用變化基本上反映了湟水中游地區(qū)土地利用變化的趨勢(shì)，并且隨著國(guó)家建立三江源自然生態(tài)保護(hù)區(qū)力度的不斷加大，具有重要生態(tài)功能的林地、草地等土地類型將得到更大力度的保護(hù)。

(4)湟水流域平安段的土地利用變化在很大程度上反應(yīng)了青海省東部地區(qū)的土地利用變化的趨勢(shì)，該區(qū)域的土地變化直接關(guān)系到青海省東部地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)平衡。在西部大開(kāi)發(fā)過(guò)程中政府應(yīng)當(dāng)合理控制建設(shè)用地的增長(zhǎng)，合理調(diào)整林地、草地，從而有效保護(hù)耕地的數(shù)量和質(zhì)量，盡量避免各土地類型之間的不平衡轉(zhuǎn)移，以達(dá)到生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。

［1］李秀彬.全球環(huán)境變化研究核心——土地利用/土地覆被變化的國(guó)際研究動(dòng)向［J］.地理學(xué)報(bào)，1996，51(6):553－557.

［2］陳佑啟，楊鵬.國(guó)際上土地利用/土地覆蓋研究的新進(jìn)展［J］.經(jīng)濟(jì)地理，2001，21(1):95 －100.

［3］張明.以土地利用/土地覆被變化為中心的土地科學(xué)研究進(jìn)展［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2001，20(4):297－304.

［4］宋開(kāi)山，劉殿偉，王宗明，等.1954年以來(lái)三江平原土地利用變化及驅(qū)動(dòng)力［J］.地理學(xué)報(bào)，2008，63(1):93－103.

［5］黃錢，趙智杰，蔣耒文.塔里木河下游墾區(qū)土地利用/覆蓋動(dòng)態(tài)變化過(guò)程分析［J］.干旱區(qū)地理，2006，29(6):894－901.

［6］李忠鋒，王彥麗.定邊縣土地利用動(dòng)態(tài)變化研究［J］.干旱區(qū)地理，2004，27(4):520 －524.

［7］毛先成，何美香，劉文毅，劉文玉.GIS支持下的縣域土地利用動(dòng)態(tài)變化分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(26):12660－12663.

［8］宋軒，邱帥，陳杰.基于GIS的西平縣土地利用變化分析［J］.氣象與環(huán)境科學(xué)，2009(3):83－87.

［9］陳其春.含山縣土地利用及其優(yōu)化研究［D］.安徽師范大學(xué)，2005(7):222－225.

Analysis of Land Use Along the Huangshui River Basin Based on the RS and GISTechnology

Qi Yongfa Sha Zhanjiang Wang Jinghui Zhang Juan Chen Xiaoqin

Based on RS and GIS technology，taking the Landsat TM/ETM image as data source，the paper obtained the data of land use from TM/ETM images of 1996，2003 and 2010 of the Huangshui River watershed.And the paper also studied the dynamic changes of land usein the past 15 years.

huangshui river basin;land use;dynamic changes

X87

A

1672－6758(2012)03－0148－3

祁永發(fā)，碩士，青海師范大學(xué)生地學(xué)院地理09級(jí)，青海·西寧。研究方向:環(huán)境遙感與地理信息系統(tǒng)。郵政編碼:810008

科技部國(guó)家支撐計(jì)劃“青海湖流域生態(tài)和環(huán)境治理技術(shù)集成與試驗(yàn)示范”之子課題“臨水湖濱帶濕生植被封育保護(hù)與培植技術(shù)”(2007BAC30B02－02)

Class No.:X87Document Mark:A

(責(zé)任編輯:鄭英玲)