基于地理國情監測的撫順露天礦土地利用/覆蓋時空變化分析

王麗男

（遼寧省地理國情監測中心，遼寧沈陽 110034）

撫順露天礦曾為我國經濟社會發展做出了突出貢獻，各級自然資源主管部門正逐步推進其綜合治理和生態修復工作，向綠色發展轉型升級。通過動態監測獲取礦區地表覆蓋變化情況是實現該目標的基礎。目前，土地利用/覆蓋變化研究多是宏觀的、大范圍的，而針對礦區這類特殊的小范圍的地理區域研究還是比較少的，且側重于土地利用[1-3]。

地理國情監測可以獲取真實、準確的自然和人文環境等基本地理國情的現狀，隨著地理國情常態化監測工作的持續開展，無論從國家層面還是民眾層面，都在積極推進其成果的應用推廣[4-6]。基于不同時期的地理國情監測成果，本文采用數理統計和對比分析等方法，對撫順露天礦土地利用/覆蓋變化情況進行了綜合分析，為典型礦區土地資源的優化配置與合理規劃整治提供科學的依據。

一、研究數據與方法

1.數據來源

以撫順露天礦2015年地理國情普查數據為基礎，面積約205.67km2基于ArcGIS軟件平臺，以2010年和2013年兩期遙感影像為數據源，同樣標準下分別采集獲得2010年、2013年地表覆蓋矢量數據，包括耕地、園地、林地、草地、房屋建筑（區）、道路、構筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表、水域10大類。

2.分析依據

（1）結構變化分析：土地利用/覆蓋結構是一定范圍內的各種用地之間的比例關系或組成情況，從土地利用結構的多樣化程度和集中化程度能夠真實反映土地利用現狀。

（2）變化幅度分析：變化幅度能夠從宏觀的角度上分析土地利用/覆蓋等變化，對變化的總態勢和結構變化能夠綜合地反映出來。其計算公式為：

式中：F為變化幅度；Ua為研究初期某一種土地利用/覆蓋類型所占面積，Ub為研究末期同一類土地利用/覆蓋類型所占的面積[7]。

（3）動態度分析：為了進一步獲得不同類型的變化信息，引入動態度的概念，以具體說明各地類的實際增減情況。其數學表達式為：

式中，K為土地利用相對動態度，正值表示增加，負值表示減少，Ua為 研究初期某一種覆蓋類型所占面積，Ub為 研究末期同一類覆蓋類型所占的面積；T為研究初期和研究末期的時間間隔，單位為年[8]。

（4）轉移矩陣模型：土地利用/覆蓋轉移矩陣是馬爾科夫模型在土地利用變化方面的應用。馬爾科夫模型不僅可以定量地表明不同土地利用類型之間的轉化情況，還可以揭示不同土地利用類型間的轉移速率。通過轉移矩陣可以得出空間位置轉換和數量變化，所謂空間位置轉換是指監測范圍內土地利用/覆蓋類型的空間位置發生的轉移，但沒有引起相應類型面積數量變化，而僅僅空間位置有變化的部分，如退耕還林和毀林開荒，面積相抵但沒有發生面積數量的增加或減少[9-10]。其數學表達式可以表示為：

式中：Sj為地類j發生空間位置轉換的面積，Pja和 Pjb分別為研究首期和研究末期地類j發生變化的面積。

數量變化是指轉入和轉出相抵后，各土地利用/覆蓋類型面積的凈增加或凈減少量，數學表達式表示為：

式中：Qj為 地類j面積的數量變化。地類j的總變化Cj= Sj+ Qj。

二、實驗結果與分析

1.結構變化

對比結果顯示（圖1），2010-2015年間研究區土地覆蓋總體結構基本不變，其中主要土地利用方式是房屋建筑用地，2010年占比19.31%，2013年 占 比19.96%，2015年 占 比20.48%；人工堆掘地占比持續升高，由4.66%增至7.38%；耕地、林地、草地面積呈現逐年減少的趨勢，與城市發展建設規律相符合。

圖1 2010--2015年地表覆蓋各類別占比變化

2.變化幅度

從表1可以看出，2010-2013年間，荒漠與裸露地表變化幅度最大，為113.33%，人工堆掘地、建設用地，林地的變化幅度較小；2013-2015年間，人工堆掘地變化幅度最大，為28.64%，園地和構筑物的變化幅度則較小。

表1 撫順礦區地表覆蓋幅度變化

3.動態度

由表2可知，2010-2013年間，撫順礦區內耕地、林地、草地、水域的用地面積都在減少，成為礦區土地覆蓋變化的重要組成部分；2013-2015年間，人工堆掘地變化占礦區覆蓋變化的主導地位，其次為荒漠與裸露地表。

表2 撫順礦區地表覆蓋動態度變化

4.轉移矩陣模型

由表3可知，2010-2013年間，房屋建筑（區）轉入轉出最大，總計轉入41.05km2，轉出39.71km2。房屋建筑（區）的增加量主要從構筑物轉化而來；房屋建筑（區）的減少量中，部分轉化為構筑物。表4顯示出2013-2015年間房屋建筑（區）依舊呈現轉入轉出量最大，人工堆掘地面積增加主要來源于草地和構筑物，轉出較少，從而導致了人工堆掘地的增加，園地在轉入轉出量上基本沒有變化。

表3 2010--2013年撫順礦區地理國情體系下地表覆蓋轉移矩陣

表4 2013--2015年撫順礦區地理國情體系下地表覆蓋轉移矩陣

從表5可知，2010-2013年間，發生空間位置轉換最大的地表覆蓋類型是草地，面積為18.70km2，數量變化上最大的是耕地，凈增加量為4.93km2。2013年到2015年間，空間位置轉換最大的地表覆蓋類型是人工堆掘地，面積為7.29km2，數量變化最大的是草地，凈增加4.33km2。

表5 撫順礦區地表覆蓋空間位置轉換及數量變化 單位：km2

三、結論

綜上所述，可以得出以下結論：

（1）撫順礦區內最主要的土地利用方式是房屋建筑用地，其次是耕地和林地，面積最小的是荒漠與裸露地表，表明綠地分布狀態良好，適宜生活居住。

（2）2010年到2013年間，地表覆蓋變化幅度最大的為荒漠與裸露地表，表明礦區范圍內部分地區在這一階段有荒漠化趨勢。2013-2015年間，人工堆掘地變化占礦區覆蓋變化的主導地位，主要來源于草地，反映出土地利用過程中出現的不平衡與人類活動息息相關，也凸顯了加快推進礦區環境綜合治理的必要性。

（3）房屋建筑區、道路、構筑物以及人工堆掘地面積不斷增加，表明土地征用成為改變礦區土地利用類型的主要驅動力。其中房屋建筑區轉入最大，可見人類活動范圍不斷擴大，城市處于不斷擴張趨勢。

本文利用三個不同時期的遙感影像，采用變化幅度、動態度與轉移矩陣模型等對撫順露天礦土地利用/覆蓋變化時空變化規律進行了數據分析，分析結果反映了人工作用是礦區內土地利用方式、地表覆蓋類型變化的一個主要誘因，合理的規劃利用對于重建礦區生態系統至關重要。由于研究深度的限制，文中只選取了地理國情監測分類體系中的一級地類進行研究，未來可以結合更權威、更全面的行業資料，更為細致的分類，進一步提高數據分析的科學性和準確性。