三峽庫區萬州區土地利用時空變化特征研究

李 輝, 馬澤忠,2, 向宇鋒

(1.重慶工商大學 旅游與國土資源學院, 重慶 400067;2.重慶市國土資源和房屋勘測規劃院， 重慶 400021; 3.重慶市石柱縣國土資源與房屋管理局, 重慶 409100)

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三峽庫區萬州區土地利用時空變化特征研究

李 輝1, 馬澤忠1,2, 向宇鋒3

(1.重慶工商大學 旅游與國土資源學院, 重慶 400067;2.重慶市國土資源和房屋勘測規劃院， 重慶 400021; 3.重慶市石柱縣國土資源與房屋管理局, 重慶 409100)

以RS和GIS技術為手段，利用TM遙感數據分別提取研究區2000年、2004年、2007年、2012年四期土地利用現狀數據，通過土地利用變化相關模型對區內土地利用現狀數據進行系統分析與研究。結果表明：近12 a來，研究區土地利用結構保持穩定，耕地、林地為區域內主要土地利用類型；土地利用綜合程度處于中等水平，且呈上升趨勢；土地利用流向特征明顯，主要表現為耕地和林地轉向水域和建設用地；耕地、林地、水域及草地單一動態度變化不大，建設用地土地利用動態度呈正向變化，未利用地呈負向變化。文章旨為三峽庫區萬州區資源環境和社會經濟的可持續發展提供參考。

土地利用變化; GIS和RS; 三峽庫區; 萬州區

土地利用/土地覆蓋變化(Land use/Land cover change,LUCC)涉及區域經濟穩定、環境質量、生物多樣性等所有與可持續發展相關的問題，在全球氣候變化和城市化進程不斷加快的背景下，已成為全球變化研究領域的前沿和熱點[1]。三峽庫區自蓄水以來，庫區大量平壩河谷地帶被淹沒，使本已十分有限的土地資源更加匱乏，加上庫區還面臨移民搬遷、城鎮化、經濟發展等多重壓力，人地矛盾日益加劇。三峽庫區萬州段地處三峽庫區腹心，是庫區淹沒土地最多，損失最大、移民遷建任務最重的地區之一。

目前，學者們在土地利用時空變化特征方面展開了大量的研究，并取得了一系列的研究成果[2]。總體來看，學者們對大尺度范圍土地利用時空變化特征研究較多；經濟發達地區和經濟落后地區的土地利用時空變化特征研究也得到了較多的關注，然而，對三峽庫區中小范圍典型區域的土地利用時空變化特征的研究相對較少。

本文以RS和GIS技術為支撐，以LandsatTM解譯數據作為數據源，運用人機交互解譯，定量遙感以及地統計學方法，對三峽庫區萬州段土地利用變化時空特征，從數量、程度、變化速率等方面對區域2000—2012年的土地利用結構進行定量分析，以揭示該區域土地利用的時空動態變化的規律，為該區土地管理決策、生態環境可持續發展提供參考。

1 研究區概況

萬州區位于四川盆地東部，長江三峽庫區腹心，是重慶第二大城市，地跨東經107°55′22″—108°53′25″，北緯30°24′25″—31°14′58″。東與云陽，南與石柱和湖北利川，西與忠縣和梁平，北與開江和開縣接壤。研究區總面積3 457 km2，涉及52個鎮鄉街道，總人口156.31萬人。境內低山、丘陵面積約占1/4，低中山和山間平地面積約占1/4，極少平壩和臺地，且零星散布。區內氣候屬亞熱帶季風濕潤帶，四季分明，冬暖夏熱，春早秋長；整體日照充足，雨量充沛，天氣溫和，無霜期長，雪霜稀少。該區域森林覆蓋率達49.6%，植被以次生林被和灌叢草被為主，土壤類型有紫色土、水稻土、黃壤、石灰土、黃棕壤等。

三峽庫區面積廣，涉及人口多，對促進長江沿岸經濟帶的發展和西部大開發戰略的實施有著十分重要意義。萬州區是三峽庫區腹心，其地理位置具有特殊性，文章對研究區2000—2012年的土地利用及其變化進行系統、準確跟蹤和分析，以揭示萬州區的土地利用及其變化過程，對保護萬州區及整個三峽庫區的生態環境具有重要的意義[3]。

2 數據源與研究方法

2.1 數據源

本研究數據源分別采用2000年、2004年、2007年、2012年4期美國陸地資源衛星TM遙感影像，空間分辨率為30 m。采用高斯—克呂格投影、432波段假彩色合成，同時參考該區域1∶5萬地形圖。

2.2 數據處理

文章選取萬州區2000年、2004年、2007年、2012年的LandsatTM數據，運用ENVI，erdas，matlab等軟件對影像進行大氣輻射校正、幾何校正、圖像增強以及降噪處理，并且采用阿爾伯特等面積圓錐投影進行影像重投影[4]。在處理影像工程中，對于部分存在局部地形陰影的影像進行了光譜和地形的糾正。

表1 TM遙感數據來源信息

2.3 研究方法

2.3.1 人機交互解譯 運用室內預判，樣點選擇,野外驗證相結合的方式建立區域遙感影像解譯標志,并采用人機交互式的全數字解譯方式進行地物識別[5]。將研究區內土地利用/覆蓋類型劃分為6類：林地、草地、建設用地(包含城鎮居民點、農村居民點和交通、工礦用地)、耕地、水域、未利用地。采用最大似然法對2000年、2004年、2007年、2012年遙感影像進行監督分類，分別得到研究區4期土地利用現狀圖。本文采用抽樣法進行解譯精度驗證，在采樣點的選取過程中，堅持差異性和代表性原則，結果顯示本次人機交互解譯精度達到88.35%，符合研究要求。

2.3.2 土地利用程度綜合指數 土地利用程度主要反映土地利用的廣度和深度,體現了土地系統中自然和人為因素的影響程度。根據劉紀遠等[6]提出的土地利用程度的綜合分析方法,構建土地利用程度綜合指數模型。

(1)

式中：D——土地利用程度綜合指數；Ai——第i級土地利用程度分級指數；CCi——第i級土地利用類型面積；HJ——土地利用評價區域內土地的總面積。

表2 萬州區土地利用程度分級及賦值

2.3.3 綜合土地利用動態度 該方法可描述區域土地利用變化的速度，其公式表示為[7]：

(2)

式中：LUi——監測起始時間第i類土地利用類型面積；ΔLUi-j——不同研究時段第i類土地利用類型轉化為非i類土地利用類型面積的絕對值；T——不同研究時段長度。當T的時段設定為年時，LC的值就是該研究區域土地利用年變化率。

2.3.4 單一土地利用動態度 可表達區域一定時間范圍內某種土地利用類型的數量變化情況，其計算公式為[8]：

(3)

式中：K——研究時段內某一土地利用類型的動態度；Ua，Ub——研究期初及研究期末某一土地類型的數量；T——研究時段長，當T的時段設為年時，K的值就是該研究區域某種土地利用類型年變化率。

3 結果與分析

3.1 土地利用結構特征分析

通過運用GIS和遙感技術對TM影像進行解譯，得到研究區2000—2012年土地利用結構表(表3)。

表3 2000-2012年萬州區土地利用結構

通過表3可以看出，萬州區土地利用結構在近12 a間保持相對穩定。研究區優勢地類為耕地、林地，其面積之和分別占相應年份區域土地總面積的93.89%，93.66%，93.21%，92.54%，其他土地利用類型占研究區土地總面積的6%～8%。

由于三峽庫區的蓄水以及城市化進程的加快，建設用地和水域面積與比例保持逐年上升的特點，并且增加幅度較大。建設用地和水域面積在12 a間分別增加了2 651.68，2 176.35 hm2；年平均變化量分別為220.97，181.36 hm2。未利用地呈現逐年下降的趨勢，12 a間共減少27.16 hm2。草地面積和比例表現為先增加后減少，總體變化不大，比例保持在1.7%左右。土地利用結構保持穩定；耕地、林地、未利用地的減少，建設用地、水域的增加以及草地保持基本不變是萬州區在研究年限內土地利用結構的主要特征。

3.2 土地利用流向特征分析

土地利用轉移矩陣指土地利用類型由一種類型轉移到另一種類型的一種類型的量化表達，體現在不同年份土地利用類型的面積變化及變化幅度，可反映土地利用變化總的態勢和土地利用結構的變化。根據萬州區2000年、2004年、2007年、2012年的土地利用現狀統計數據，利用地理信息系統統計方法，得到土地利用轉移矩陣；表4-7分別為研究區2000—2012年、2000—2004年、2004—2007年以及2007—2012年的土地利用轉移矩陣。

表4 2000-2012年萬州區土地利用轉移矩陣

從表4可以看出，由于城市化進程的加快和三峽庫區蓄水的原因，研究區2000—2012年，土地利用類型流向明顯，從流出來看，耕地流向水域和建設用地的面積較大，其流向面積為1 451.97，2 144.07 hm2；耕地轉出總量達到3 652.92 hm2，占2000年耕地面積的2.4%。林地主要流向水域和建設用地，12 a來總共轉出1 179.99 hm2，占林地面積的0.69%，轉出比例相對較小。草地變化相對較小；建設用地唯一流向目標為水域，12 a間共有63.45 hm2的建設用地轉向水域。未利用地分別轉向耕地、林地、草地，總轉出面積為31.77 hm2，轉出總比例達到99.83%。從轉入來看，水域及建設用地的轉入比例較大，其轉入面積和比例分別達到2 204.73，2 718.9 hm2以及23.49%和48.20%，其次是未利用地的轉入，未利用地總轉入面積占2000年總量的比例為14.71%，耕地和林地的轉入面積及比例最小。

表5 2000年-2004年萬州區土地利用轉移矩陣

從表5可以看出，2000—2004年萬州區土地利用結構保持穩定，未利用地的轉出比例相對較大，達到64.76%，未利用地主要轉化為耕地和林地，轉出總面積和比例分別為20.61 hm2和64.77%；其次，耕地、林地轉向水域和建設用地的面積較大，耕地轉向水域和建設用地的面積分別達到230.22 hm2和283.68 hm2，占2000年耕地總面積的0.38%，林地轉向水域和建設用地的面積分別達到115.11 hm2和179.73 hm2，轉出總量占2000年林地總量的0.19%。草地轉化面積和比例相對較少，草地在2000—2004年共轉出56.7 hm2，主要轉向林地和耕地；建設用地沒有轉向其他用地類型。

從表6可以看出，2004—2007年萬州區土地利用類型流向規律明顯。從流出的情況看，建設用地和未利用地的變化較大，由于庫區周邊消落帶的原因，未利用地的轉出面積達到13.23 hm2，占2004年未利用地總面積的98.69%。草地在4 a間共轉出114.21 hm2，占2004年草地總面積的1.92%。水域總轉出面積為24.03 hm2，比例僅為0.25%，變化不明顯。從流入來看，未利用地的轉入達到3.06 hm2，占2004年未利用地總面積的48.34%。建設用地面積增加明顯，4 a間萬州區新增建設用地面積153.09 hm2，占2004年建設用地總面積的21.62%。水域面積增加178.11 hm2，占2004年水域總面積的3.78%。

表6 2004-2007年萬州區土地利用轉移矩陣

從表7來看，2007—2012年萬州區土地利用總體變化較小，其中未利用地、建設用地以及水域變化相對較大，未利用地轉出轉入面積及比例分別為6.66 hm2和1.26 hm2，98.96%和18.72%。建設用地轉出轉入面積及比例分別為63.18 hm2和153.09 hm2，98.96%和12.59%。水域面積增加468.99 hm2，占2007年水域總面積的14.96%。

總體來說，2000—2012年，萬州區土地利用流向特征明顯，耕地、林地、未利用地逐年遞減，建設用地和水域面積明顯增加，草地變化較小；其中水域面積的增加主要是由林地和耕地的轉入，耕地的減少是由于城鎮化水平的不斷提高，基礎設施建設對土地的需求量大幅度提高，大量的農用地尤其是耕地不斷轉化為建設用地。并且，萬州區地處三峽庫區腹地，三峽庫區的三次蓄水及移民搬遷，促使耕地不斷地向其他土地利用類型轉變，特別是耕地向水域的轉變。以上分析結果表明，近12 a間，萬州區土地利用變化除自然因素影響外，主要的驅動因子主要是三峽庫區蓄水、人口增長、工業化發展以及城鎮化的擴張。

表7 2007年-2012年萬州區土地利用轉移矩陣

3.3 土地利用動態度分析

在ArcGIS 10.1的支持下，利用土地利用動態度模型計算出萬州區2000—2012年綜合土地利用動態度以及單一土地利用動態度，圖1為研究區不同時段綜合土地利用動態度，圖2為研究區不同時段各地類的土地利用動態度。

圖1 萬州區各期綜合土地利用動態度變化

從圖1來看，研究區綜合土地利用動態度從大到小依次為2004—2007年的0.16%，2007—2012年的0.14%以及2000—2004年的0.12%；由于三峽庫區的建設以及城市化進程的加快，研究區2004—2007年萬州區土地利用變化最大，在政策導向的原因下，2007—2012年土地利用變化呈現下降的趨勢。

圖2顯示，研究區各地類土地利用動態度變化趨勢大致保持穩定。耕地、林地及草地單一土地利用動態度呈負，說明在研究期限內呈現面積逐年遞減的態勢；水域單一土地動態度由負到正，表明水域面積先增加后減少；但總的變化量都不大，基本保持穩定狀態。萬州區主要是由三峽庫區蓄水和經濟社會的不斷發展引起的，另一方面，由于政策導向的作用，其變化率相對較小。建設用地土地利用動態度在2000—2012年呈現正向變化，且動態度處于4%～5%，雖然動態度呈現先增后減的變化趨勢，但建設用地在12 a間一直處于增加狀態，其中，2004—2007年建設用地增加最為明顯，動態度達到了5.41%。在萬州區用地分類中，未利用地在2000—2012年的變化最為突出，在2000—2004年、2004—2007年以及2007—2012年其動態度都是呈負值且絕對值較大，表明未利用地的減少量也很大，此外，未利用地動態度絕對值逐年遞減，說明了未利用地在近12 a間的減少幅度逐年下降。

圖2 萬州區各期單一土地利用動態度變化

綜上所述，在2000—2012年，研究區未利用地面積減少最快，達到-7.11%，建設用地面積增加最快，達到3.92%，耕地，林地、草地動態度較小，保持相對穩定，水域呈現先增加后減少的趨勢。

3.4 土地利用綜合程度特征分析

在遙感解譯的數據基礎上，運用土地利用綜合程度模型得到萬州區2000年、2004年、2007年以及2012年的土地利用綜合指數(表8)。

表8 土地利用程度綜合指數及變化表

萬州區2000—2012年土地利用程度呈逐年增長趨勢，土地利用的深度和廣度不斷增強。2000—2004年增加量為0.12，2004—2007年增加量為0.4，2007—2012年增加量為0.01。研究區土地利用程度綜合指數的逐年增加表明等級為4的建設用地的增加量大于等級為3的耕地的減少量；從土地利用程度綜合指數變化量來看，2004—2007年土地利用綜合指數變化量要遠遠超過2000—2004年和2007—2012年的土地利用變化綜合指數變化量，表明2004—2007年土地利用程度提高速度最快，也間接說明了2004—2007年經濟發展相對迅速。 從近12 a來看，萬州區土地利用程度綜合指數保持相對穩定，但與土地利用程度綜合指數模型的理論極限值400相比，研究區土地利用綜合程度還處于中等水平。

4 結 論

本文以TM遙感解譯數據為基礎，運用GIS和遙感技術，分析了2000—2012年三峽庫區典型地區萬州區4個時段土地利用時空變化特征，主要結論如下：

1) 2000—2012年，研究區土地利用結構保持相對穩定，耕地、林地為主要土地利用類型。

2) 2000—2012年，萬州區土地利用流向特征明顯，總趨勢表現為耕地和林地流向建用地和水域，未利用地轉出比例最大，其他地類變化相對較小。

3) 從土地利用動態度來看，首先，土地利用綜合動態度2000—2012年為0.12%，其次，單一土地利用動態度2000—2012年未利用地達到-1.77%；說明在研究年限內，研究區土地利用整體變化不大，未利用地快速減少。

4) 研究區土地利用綜合程度處于中等水平。2000年、2004年、2007年、2012年土地利用綜合指數分別為246.12，246.24，246.64，246.65，呈現正向變化，說明研究區土地利用的深度和廣度不斷增大。

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Study on Spatiotemporal Characteristics of Land Use Change of Wanzhou District in the Three Gorges Reservoir Area

LI Hui1, MA Zezhong1,2, XIANG Yufeng3

(1.SchoolofTourismandLandResources,ChongqingTechnologyandBusinessUniversity,Chongqing400067,China; 2.ChongqingInstituteofSurveyingandPlanningforLand,Chongqing400021,China; 3.BureauofLandResourcesandHousingManagementofShizhu,Chongqing409100,China)

Based on RS and GIS Technology, using TM data to get four periods of land use status data, the land use status data of the years of 2000, 2004, 2007 and 2012 were analyzed by employing land use change model. The results showed that in the past 12 years, the structure of land use in the study area kept stable, cultivated land and forestland were the main land use types, the comprehensive degree of land use was at the medium level, and showed an increasing tendency. The transfer direction of land use was very significant, mainly presented the conversion of cultivated land and woodland to the water and the construction land. The single dynamic degrees of cultivated land, forestland, grassland and waters almost did not change. Land use dynamic of construction land showed positive change, unutilized land showed negative change. The aim of this article was to provide reference for sustainable development of the resources, environment and social economy in the Three Gorges Reservoir Area of Wanzhou District.

change of land use; GIS and GS; Three Gorges Reservoir area; Wanzhou District

2014-05-10

2014-06-06

重慶工商大學研究生創新型科研項目(yiscxx2014-052-29);重慶工商大學研究生創新型科研項目(yjscxx2014-052-35)

李輝(1989—),男,湖南攸縣人,碩士研究生,主要研究方向:3S技術應用研究。E-mail:lh25941630@163.com

馬澤忠(1973—),男(土家族),重慶石柱縣人,博士,教授級高工,碩士生導師,主要研究方向:3S理論與應用。E-mail:mazezhong@yahoo.com

F301.2

1005-3409(2015)02-0084-06