基于GIS的東莞市土地利用時空變化規律和特征分析

□ 陳小蘭 胡娉婷

分析土地利用在時間和空間上的變化程度一直都是各學科領域的重要研究內容，不僅具有科學理論價值，也為政府決策提供了實踐依據[1]。東莞市是推進粵港澳大灣區發展的區域樞紐城市，輻射帶動泛珠三角區域發展，現處于城鎮化加速階段，人口數量劇增，城市空間規模不斷擴張，自然生態空間資源急劇減少，造成嚴重的土地資源浪費現象，不利于城市可持續發展。造成這一系列現象往往是由于城鎮的過度開發，而這種土地資源轉變是不可逆的[2]，無論是從其現狀問題分析還是未來發展規劃，分析東莞市土地利用變化情況是土地資源優化研究的關鍵手段。

為了準確分析東莞市土地利用時空變化規律，采用地理信息系統（GIS）數據處理工具對土地利用數據進行分類、統計和可視化等分析工作，揭露土地利用動態變化規律及空間分布特征，雖不能全面遏制土地盲目開發，但能為土地資源合理利用提供重要的科學依據。

1 ??文獻綜述

20世紀90年代起，學者們分析東莞市土地利用的研究方法和研究方向都有所不同，其中，黎夏和方元等基于RS和GIS技術分析得出東莞市在1988—1995年期間是耕地面積減少的主要時期[3-4]；熊興等基于遙感影像，發現東莞市從1990年到2009年城市建設用地急劇擴張，且大量生活和生產排放導致了嚴重的水體生態污染問題[5]；張大川等基于CA模型對東莞土地利用進行模擬，預測到近20年東莞城市面積不斷增多，并結合鄰近因素分析，發現交通和區位是土地利用格局變化的重要影響因素[6]；陳紅順等發現1998—2005年期間東莞市土地利用的劇烈變化發生在地形坡度低和人口經濟增長快的區域[7]；張慧霞等通過計算多項景觀格局指數，得出東莞市海岸帶斑塊破碎化嚴重的結論[8]；李少英等分析東莞市1988—2006年期間的土地利用變化圖譜，通過圖譜和回歸方程分析，發現農田流失現象主要發生在交通干線旁，定量探究其區位效應[9]；黃華等以小城鎮作為研究對象，通過調整東莞高埗鎮的土地利用比例和空間結構，采用GIS技術對假定條件實施預測分析，結果其景觀異質性得到提高[10]；陳洋波等將東莞市土地利用數據基于SVM算法得出1996—2005年為城市化快速發展階段的結論[11]；王永儀等分析東莞市的工業用地量統計、工業行業排位次序變化和2008年工業用地分布現狀，發現區位、歷史、技術進步、工業結構、管理和基礎設施等因素都是東莞市工業用地演變的動因，并通過調整其工業布局，提出用地優化策略[12]。

動態度的研究是土地利用（LUCC）[13]研究必不可少的量化指標，已有文獻運用不同的數據模型和技術手段對1988—2015年期間東莞市的耕地、工業用地、水體、海岸帶、小城鎮和景觀格局等展開了討論和分析，但尚缺乏基于此指標對東莞市2015年之后最新的土地利用變化情況分析。

2 ??研究區概況

東莞市是廣東省地級市，位于粵港澳大灣區環珠江口區域，擁有得天獨厚的地理位置優勢，以鎮街為主體統籌發展，轄4個街道和28個鎮，屬亞熱帶季風氣候，降雨量豐富，水網稠密，以丘陵臺地和沖積平原為主，東南部山體龐大地勢高，自然資源豐富。

隨著工業化和信息化的發展，東莞市依托深圳—香港發展極點，發揮其區域樞紐和產業優勢，城鎮化率不斷攀升，截至2018年達91.02%，隨之提出“灣區都市、品質東莞”的建設目標，為粵港澳大灣區珠江東岸中心城市。

3 ??數據來源與方法

3.1 數據來源

土地利用和行政邊界數據來源于清華大學和國家基礎地理信息中心，柵格數據像元大小約為30m，2010年、2015年和2017年的土地利用數據分類標準有少許區別，因此本文分析的土地利用類型為水域、植被覆蓋和不透水表面三大類。其中，植被覆蓋包括森林、草地、灌木和耕地等用地類型，水域包括河流、湖泊和濕地等用地類型，不透水表面指的是由人工建設活動形成的地表。

3.2 研究方法

土地利用動態度可以反映一段時間內土地利用類型的變化幅度和速度的物理量[14]，采用動態度來量化分析2010—2015年、2015—2017年期間東莞市的土地利用動態變化程度，計算公式為[15]：

式中：K表示研究期內各土地利用類型的動態度，Sa、Sb表示研究研究首期和末期第i種土地利用類型的面積，Τ為研究時間段。

4??結果與分析

運用地理信息系統（GIS）對2010年、2015年和2017年的柵格數據進行運算分析后，在Excel運用公式測算T= 6和T=3時間段的土地利用變化程度，T=6即2010—2015年，T=3即2015—2017年，結合城鎮化發展進程分析這期間土地利用類型的面積變化、動態度和不透水表面空間變化，并進一步探討東莞市土地利用類型在數量和空間布局上的時空變化規律和特征，可以得到以下結論。

4.1 數量變化規律

（1）由人工建設活動形成的不透水表面是由其他的土地資源轉變而成的。東莞市的水域和植被覆蓋在2010—2017年期間不斷減少，并且植被覆蓋在2015—2017年期間發生大幅度下降趨勢，而這兩個時間段東莞市的不透水表面不斷增加，其中植被覆蓋主要是森林和耕地兩種土地利用類型減少的最多，河流和湖泊的減少相對于濕地更多，如圖1所示。因此，東莞市的不透水表面主要由森林、耕地、河湖等用地類型轉變而來，發生了不可逆的土地資源轉變。

圖1 東莞市3年期間水域、植被覆蓋及不透水表面變化圖

（2）東莞市的土地利用動態度變化程度與城鎮化發展進程有密切的關系，而城鎮化發展進程取決于城市化率和常住人口的變化程度。由表1得知：東莞市3種土地利用類型計算得出的K2都比K1大，但是K2的時間段（T=3）比K1的時間段（T=6）少3年，說明在2015—2017年期間的土地利用變化程度比2010—2015年期間更加明顯和劇烈，屬于增速上升，研究時間跨度短，反而動態度變化更大。

表1 2010—2015年（T=6）、2015—2017年（T=3）期間東莞市土地利用動態變化表

圖2數據整理自東莞市統計年鑒（2010年、2015年和2017年），由圖2可知，城市化率和常住人口在2015—2017年變化速度都快于2010—2015年的變化速度，屬于增速上升，而GDP是減速上升。基于此，東莞市的城市化率、常住人口變化和土地利用變化趨勢呈增速上升現象，城市化率和常住人口的激增對城市住房和就業提出增量需求，從而影響城市土地資源的快速轉化，導致K2時間段內的城市建設活動比K1時間段更多。

圖2 東莞市2010年、2015年和2017年的城市化率、常住人口和GDP折線圖

4.2 空間布局特征

東莞市的土地資源越來越緊缺，但是城市建設活動依舊不斷增加。通過分析東莞市在T=3和T=6時間段不透水表面土地利用類型增加的空間布局情況，可知，T=6的不透水表面變化情況多數為成片增加的空間布局形態，說明東莞市在2010—2015年期間有連片的用地可以進行城鎮建設活動；雖然T=3的不透水表面增加數量比T=6多，但是其空間布局表現多數是比較零碎的，說明在這期間東莞市的土地資源出現緊缺的現象，但是城市建設活動卻沒有減少，土地資源使用多數發生在水域和植被覆蓋區域的邊緣，見縫插針地做增量建設，如圖3所示。

圖3 東莞市T=6，T=3的不透水表面空間分布圖

5 ??結論

本文運用GIS技術并結合城鎮化發展進程對東莞市的土地利用進行量化分析，發現2010—2017年東莞市的不透水表面呈增長趨勢，植被覆蓋和水域則反之；K2＞K1，和城市化率、常住人口一樣呈增速上升趨勢；T=6的不透水表面呈現成片增加的空間分布，T=3的不透水表面變化大但是斑塊零碎。以上說明東莞市在這期間發生了水體萎縮、森林退化和農田流失的現象，一旦耕地、森林和水體等自然土地資源被轉變成建筑和道路等城市用地，其自然生態系統將會難以修復，是一種不可逆的土地資源轉變現象。因此在今后城鎮發展過程中，應注重城市生態安全、土地資源優化和可持續發展策略研究。