夾巖水利樞紐工程核心水源區土地利用時空演化分析

鐘 勛，任金銅，歐陽力劍

（1.貴州省水利投資（集團）有限責任公司，貴州 貴陽 550081；2.貴州工程應用技術學院生態工程學院，貴州 畢節 551700）

土地利用的改變不僅會引起當前景觀現狀的改變，還會對區域大氣、水環境和地質、土壤等造成一定的影響［1］。土地利用變化作為生態環境變化中最為直接的表現形式之一，對區域生物多樣性保護、生態環境變化、水資源及人類社會發展等產生一系列的影響［2］。有學者針對流域的土地利用變化開展了研究工作，如遼河流域［3］、石羊河流域［4］、太湖流域［5-6］、鄱陽湖流域［7-8］及瑪納斯河流域等［9-11］；還有針對區域土地利用變化的研究，如成都平原區域［12］、黑河中游區域［13］以及以地級市［14-16］縣［17］等研究區；還有對全球范圍土地利用變化等的研究工作。在水利工程區土地利用變化方面，主要進行了土地利用變化引起的生態環境效應研究［18］。本研究以夾巖水利樞紐工程（以下簡稱“夾巖工程”）核心水源區所涉及的維新鎮、厙東關鄉和田壩鎮3個鄉鎮為研究對象，開展土地利用變化研究工作，分析近20 a間研究區土地利用時空變化特征。

1 研究區概況與數據源

1.1 研究區概況

夾巖工程位于貴州省西北部的云貴高原、烏蒙山脈地區，水源區位于烏江水系一級支流六沖河中游，屬貴州省納雍縣維新鎮、厙東關彝族苗族白族自治鄉和七星關區田壩鎮交界處［19］。工程以供水和灌溉為主，兼顧發電等綜合利用，建成后將為畢節七星關區、大方縣新城區及遵義中心城區，以及納雍縣、織金縣、黔西縣、金沙縣、仁懷市等縣市的69個鄉鎮、365個農村聚居點供水，工程項目等級為Ⅰ等，其中水源工程區夾巖水庫正常蓄水位1 323 m，死水位1 305 m，總庫容13.25億m3，調節庫容4.519億m3［20］。夾巖工程所在區域地形破碎、河流切割強烈、碳酸鹽巖類分布廣、石漠化發育，自然條件復雜，生態環境脆弱［21］。本研究以夾巖工程核心水源區的納雍縣維新鎮、厙東關彝族苗族白族自治鄉和七星關區田壩鎮為研究對象，對研究區內近20 a土地利用變化情況進行分析，以期為后續工程建設過程中的生態環境保護、生態修復以及生態移民工程的開展提供科學參考。

1.2 數據來源與處理

本研究從地理空間數據云平臺（http：//www.gscloud.cn）獲取研究區1995，2005年和2015年3期landsat系列遙感影像數據。由于1995年只有空間分辨率為30 m的landsat TM影像，為使研究具有對比性，對3期遙感影像進行的土地利用類型解譯均基于30 m可見光波段。研究區內河流等水體寬度均低于30 m，受所用遙感影像空間分辨率的限制，無法對研究區內河流等水體信息進行提取。在參考GBT-201010-2007《土地利用現狀分類標準》的基礎上，結合研究區實際情況和數據源特點，將研究區土地利用分為耕地、林地、草地、建設用地等4種地類。通過監督分類和人機交互式判讀的方式解譯出研究區土地利用類型，并對解譯結果進行精度評價，將其精度控制在85%以上，研究區1995～2015年間土地利用類型解譯結果見圖1。

2 研究區土地利用時空變化特征分析

為反映研究區近20 a土地利用變化對區域生態環境產生的影響，選取土地利用面積及結構、土地利用變化幅度與速度、土地利用變化轉移矩陣以及轉入、轉出貢獻率等指標，分析研究區土地利用時空變化情況。

2.1 土地利用類型面積及結構變化

通過統計研究區土地利用類型解譯結果（見圖1），獲取研究區3期土地利用類型面積及各類型面積占比情況（見表1），由圖1和表1綜合分析可知：

（1）研究區土地利用類型以耕地、林地和草地類型為主，其中，草地在近20 a始終保持最高占比，其次是耕地、林地。由于研究區地處烏蒙山集中特困地區，社會經濟發展及城鎮化進程較為緩慢，建設用地在20 a始終占比最少。

（2）從時間過程對比分析來看，耕地、林地在1995～2005年間面積增長較快，增長面積分別達574.16 hm2和318.75 hm2，而在2005～2015年間耕地、林地面積均略有下降。

圖1 1995～2015年研究區土地利用類型

（3）草地類型在近20 a面積持續下降，在1995～2005年間草地面積減少最為嚴重，達897.09 hm2。

（4）隨著經濟社會發展及城鎮化進程的加快，研究區內建設用地面積持續增加，特別是在2005～2015年間建設用地面積增加26.09 hm2。

表1 1995～2015年間土地利用類型面積及占比

土地利用變化幅度可反映土地利用變化總態勢和結構的變化情況［22］，為反映研究區在1995～2015年間土地利用數量變化情況，采用單一土地利用變化率進行分析［23］，利用表1土地利用類型面積統計獲取研究區土地利用變化幅度及變化率（見表2）。

從變化幅度和變化率來看：

（1）1995～2005年間，研究區內建設用地變化幅度和變化速度最大，主要是由于研究區內人口的增長及社會的發展，導致建設用地面積增加較為明顯；耕地和林地面積變化幅度雖然都是低于10%，但總體呈增加趨勢；草地面積減少較為嚴重。

（2）2005～2015年間，研究區內建設用地變化幅度和變化率依然遠遠高于其他地類；近10 a研究區內耕地、林地和草地面積均有下降，分析可知是建設用地的增加占用部分耕地、林地和草地所致。

表2 1995～2015年間土地利用變化情況

2.2 土地利用變化轉移矩陣

土地利用轉移矩陣可反映土地利用變化的結構特征和各類型間轉移方向［24］，利用土地利用轉移矩陣來表達研究區土地利用空間變化及相互轉化特征。采用ArcGIS軟件空間分析模塊中的面積制圖工具，獲取研究區1995～2005年和2005～2015年間的土地利用轉移矩陣（見表3，4）。

經分析1995～2005年間土地利用轉移情況可知：各類型土地利用之間轉換較為頻繁。耕地轉出402.876 hm2，主要轉為林地，轉換面積為214.434 hm2；其次是草地，轉換面積為185.488 hm2；有2.954 hm2的耕地轉為建設用地。林地共有222.704 hm2發生了轉換，其中林地主要轉為耕地，轉換面積為199.665 hm2；另有22.448 hm2林地轉為草地；0.591 hm2林地轉為建設用地。草地轉出最為嚴重，共轉出1 120.607 hm2，其中轉為耕地類型面積最多，達787.438 hm2；其次是330.807 hm2轉為林地；2.363 hm2轉為建設用地。部分建設用地由于土地整理等政策的實施，有0.591 hm2轉為耕地。

表3 1995～2005年間土地利用轉移矩陣 hm2

進一步分析研究區2005～2015年間土地利用轉移情況（見表4）可知：2005～2015年間土地利用轉移情況較為簡單，發生轉移的土地利用類型主要集中在其他土地利用類型轉為建設用地。耕地主要轉為建設用地和草地，其中13.587 hm2轉為建設用地，主要是由于經濟社會發展和城鎮化進程的加快，城鎮范圍的外擴導致占用部分耕地；另有2.363 hm2耕地轉為草地。林地基本沒有轉換為耕地、草地，但靠近鄉鎮附近的2.363 hm2林地轉為建設用地。草地主要轉換為建設用地和耕地，其中10.633 hm2轉換為了建設用地，1.181 hm2轉換為耕地。建設用地中1.181 hm2轉為草地。

表4 2005～2015年間土地利用轉移矩陣 hm2

2.3 土地利用變化轉入、轉出貢獻率

為進一步分析研究區不同土地利用類型動態變化過程中轉入、轉出面積增加的差異情況，本研究采用土地利用轉入、轉出貢獻率進行分析［25］。對表3、表4土地利用轉移矩陣統計分析得出近20 a轉入、轉出貢獻率（見表5）。

從轉入情況來看：①1995～2005年間，耕地轉入類型在各類土地利用類型中轉入面積最大，達到987.694 hm2，其轉入貢獻率為56.544%；其次是林地，林地轉入面積為545.240 hm2，轉入貢獻率達到31.214%；草地轉入面積為207.936 hm2，轉入貢獻率11.904%；建設用地轉入面積最少，只有5.907 hm2，轉入貢獻率也最低，為0.338%。②2005～2015年間，建設用地轉入面積最多，達到26.583 hm2，轉入貢獻率也最大，為84.906%；其次是林地，轉入面積為3.544 hm2，轉入貢獻率11.321%；耕地轉入較少，只有1.181 hm2，其轉入貢獻率為3.774%；林地在此期間基本無轉入。

從轉出情況來看：①1995～2005年間，草地轉出面積最大，達到1120.607 hm2，轉出貢獻率也是最高，為64.153%；其次是耕地，耕地轉出面積為402.875 hm2，轉出貢獻率為23.064%；林地的轉出面積為222.704 hm2，轉出貢獻率為12.749%；建設用地轉出面積及轉出貢獻率最大，轉出面積為0.591 hm2，轉出貢獻率為0.034%。②2005～2015年間，轉出面積最大的是耕地，轉出面積為15.950 hm2，轉出貢獻率為50.943%；其次是草地，草地轉出面積為11.815 hm2，轉出貢獻率為37.736%；林地轉出面積為2.363 hm2，轉出貢獻率為7.547%；建設用地轉出面積和轉出貢獻率最低，轉出面積為1.181 hm2，轉出貢獻率為3.774%。

表5 1995～2015年間土地利用轉入、轉出面積及貢獻率

3 結論

利用遙感影像數據和空間分析方法，對研究區近20 a土地利用時空演化特征進行了系統分析。

（1）研究區土地利用類型以耕地、林地和草地類型為主，其中，草地在近20 a始終保持最高占比，其次是耕地、林地；由于研究區地處烏蒙山集中特困地區，社會經濟發展及城鎮化進程較為緩慢，建設用地在20 a間始終占比最少。

（2）研究區內建設用地變化幅度和變化速度最大，主要是由于研究區內人口的增長及社會的發展，導致建設用地面積增加較為明顯。

（3）1995～2005年間，各類型土地利用之間轉換較為頻繁；2005～2015年間土地利用轉移情況較為簡單，發生轉移的土地利用類型主要集中在其他土地利用類型轉為建設用地。

（4）1995～2005年間，耕地轉入類型在各類土地利用類型中轉入面積最大；2005～2015年間，建設用地轉入面積最多。

由于研究區地處烏蒙山區腹地，喀斯特地貌類型發育，遙感影像數據源空間分辨率較低，未能解譯出農村居民點和細小河流等水體數據，導致研究過程中未考慮農村居民點和水體等信息的變化特征。本研究從土地利用時空變化特征揭示研究區土地利用演化過程，未涉及土地利用變化的驅動因素分析，后續研究工作可進一步分析氣候變化和人類活動等驅動因素對土地利用變化造成的影響。