水庫(kù)區(qū)域土地利用時(shí)空變化分析

張俊華 李培科 陳靜

摘 要：水庫(kù)工程建設(shè)必將對(duì)區(qū)域土地利用及生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響，分析水庫(kù)區(qū)域土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)變化情況，可為水庫(kù)區(qū)域土地資源與生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)支撐。以出山店水庫(kù)區(qū)域（大壩以上至水位為92 m庫(kù)區(qū)尾水上游第一條流域面積大于100 km2的支流）為例，對(duì)不同時(shí)期衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行解譯、疊加計(jì)算和空間分析，生成土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，構(gòu)建單一類型動(dòng)態(tài)度、綜合類型動(dòng)態(tài)度模型，定量分析水庫(kù)區(qū)域土地利用時(shí)空變化特征。結(jié)果表明：2000—2018年出山店水庫(kù)區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，不同時(shí)段不同土地利用類型空間動(dòng)態(tài)度差異明顯，但空間格局變化并不大。水庫(kù)建設(shè)將對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生帶動(dòng)作用，應(yīng)及時(shí)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)水庫(kù)區(qū)域土地資源及生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

關(guān)鍵詞：土地利用結(jié)構(gòu);土地利用類型;動(dòng)態(tài)度模型;出山店水庫(kù)

中圖分類號(hào)：F311;TV62 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.12.020

Abstract：The construction and operation of reservoir project will have an important impact on regional land use and ecosystem stability. The analysis of spatial and temporal dynamic changes of land use in reservoir area can provide technical support for the protection of land resources and ecological environment in reservoir area. Taking the first tributary of the upper reaches of the tailwater in the upper reaches of the reservoir area above the dam to 92 m of the Chushandian Reservoir as an example， by interpreting， calculating and analyzing satellite remote sensing images from different periods of the reservoir area， the land use transfer matrix could be generated， and a single type dynamic degree and comprehensive type dynamic degree model could be constructed to quantitatively analyze the spatial and temporal characteristics of land use in the reservoir area. The results show that from 2000 to 2018， the land use structure of Chushandian Reservoir has been changed significantly， and the spatial dynamic degree of different land use types in different periods is obviously different， but the spatial pattern has been changed little. Reservoir construction will play a leading role in regional economic and social development. Land use structure should be adjusted in time to strengthen the protection of land resources and ecological environment in reservoir area.

Key words： land use structure; land use type; dynamic degree model; Chushandian Reservoir

土地資源是人類賴以生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在可持續(xù)發(fā)展及全球環(huán)境變化中具有重要地位[1]。大規(guī)模的建設(shè)活動(dòng)以及對(duì)土地的不合理利用，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞，使人地關(guān)系矛盾日益突出[2]。土地利用景觀格局由各種類型土地單元及其空間分布組成，反映人類對(duì)自然環(huán)境干擾程度和土地利用/土地覆被變化（LUCC）狀況[3]。土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)變化研究[4-11]大都基于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人地矛盾突出的完整行政區(qū)或流域，且以短時(shí)間尺度研究為主，而以水庫(kù)區(qū)域?yàn)閷?duì)象的土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)變化研究較少。水庫(kù)工程建設(shè)必將對(duì)區(qū)域土地、植被、生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生影響，本文以出山店水庫(kù)區(qū)域（大壩以上至水位為92 m庫(kù)區(qū)尾水上游第一條流域面積大于100 km2的支流）為例，進(jìn)行土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)變化分析，以期為水庫(kù)區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供技術(shù)支撐。

1 研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

（1）基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。包括區(qū)域邊界、區(qū)域DEM、行政區(qū)邊界、河網(wǎng)、水系等，來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心和出山店水庫(kù)管理局。

（2）遙感數(shù)據(jù)。2000 年、2005年、2010年、2015年土地利用數(shù)據(jù)，分別源于對(duì) Landsat TM 和 Landsat OLI 衛(wèi)星遙感影像的解譯，其分辨率為30 m，夏態(tài)時(shí)相;2018年土地利用數(shù)據(jù)源于對(duì)高分2號(hào)（GF-2）衛(wèi)星遙感影像解譯，其分辨率為2 m，夏態(tài)時(shí)相。利用 ERDAS IMAGE 圖像處理軟件和地形圖對(duì)衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行處理，控制誤差不超過(guò)1個(gè)像元;利用ArcGIS和FRAGSTATS軟件通過(guò)人機(jī)交互解譯，獲得水庫(kù)區(qū)域不同年份各類土地（耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域）面積數(shù)據(jù)。

2 研究方法

根據(jù)出山店水庫(kù)區(qū)域的特點(diǎn)，按照LUCC（土地利用/覆被變化）分類體系和《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017）分類系統(tǒng)，將水庫(kù)區(qū)域土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地等5大類[12]，利用ArcGIS數(shù)據(jù)處理及空間分析功能將各年份土地利用情況進(jìn)行重分類，采用空間疊加方法，對(duì)任意兩時(shí)期土地利用/覆被圖層進(jìn)行疊加處理，獲取土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，分析土地利用變化情況;構(gòu)建土地利用變化動(dòng)態(tài)模型，分析不同土地利用類型間轉(zhuǎn)化趨勢(shì)和轉(zhuǎn)化速度，以及水庫(kù)區(qū)域2000年至2018年土地利用時(shí)空變化特征。

2.1 轉(zhuǎn)移矩陣

2.2 土地利用結(jié)構(gòu)變化模型

2.2.1 土地利用變化幅度

2.2.2 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用動(dòng)態(tài)度反映各土地利用類型在研究期內(nèi)面積變化的快慢[16]，包括單一類型動(dòng)態(tài)度、綜合類型動(dòng)態(tài)度。

式中：P1為研究期內(nèi)某類土地時(shí)間變化動(dòng)態(tài)度;P2為某類土地在研究期某時(shí)間段的空間變化動(dòng)態(tài)度;ΔUin為研究期內(nèi)某類土地由其他類型轉(zhuǎn)化形成的面積;ΔUout為研究期內(nèi)某類土地轉(zhuǎn)化為其他類型的面積。

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 各類土地面積變化情況

按照上述方法生成的出山店水庫(kù)區(qū)域2000—2018年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣見表1，各時(shí)段土地利用面積變化幅度見表2。

由表1和表2可知2000—2018年出山店水庫(kù)區(qū)域土地利用變化總體情況為：耕地面積減少最多，從2000年的55 626.74 hm2 減少到2018年的38 574.43 hm2，減幅為17 052.01 hm2，面積占比由58.06%下降到40.26%;水域面積增加最多，共增加8 815.97 hm2，面積占比由3.89%提高到13.09%;建設(shè)用地由2000年的2 843.41 hm2增加到2018年的8 229.50 hm2，面積占比由2.97%提高到8.59%;林地面積增加3 665.30 hm2，草地面積減少815.35 hm2。

3.2 土地利用時(shí)空動(dòng)態(tài)變化情況

出山店水庫(kù)區(qū)域土地利用單一類型時(shí)間變化動(dòng)態(tài)度和空間變化動(dòng)態(tài)度見表3、表4。

由表2、表3可知：2000—2018年出山店水庫(kù)區(qū)域土地利用整體變化情況為耕地和草地面積減少（動(dòng)態(tài)度分別為-1.70%、1.75%）、其他土地利用類型面積增加，其中水域面積增加最為明顯（動(dòng)態(tài)度為13.16%）。2000—2005年、2005—2010年兩時(shí)段，除林、草地面積增加外，其他土地利用類型面積呈現(xiàn)持續(xù)減少態(tài)勢(shì)（動(dòng)態(tài)度P1為負(fù)值）;2010年以后，耕地和草地面積先增加后減少、林地面積先減少后增加，其他土地利用類型面積持續(xù)增加。

由表4可知：2000—2005年各土地利用類型間轉(zhuǎn)化量特別小;2005—2010年、2010—2015年兩個(gè)時(shí)段各土地利用類型空間變化動(dòng)態(tài)度較大，均超過(guò)10%;2015—2018年，各土地利用類型空間變化動(dòng)態(tài)度進(jìn)一步加大，表明各土地利用類型之間轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出明顯;耕地雖然轉(zhuǎn)出面積較大，但由于面積基數(shù)大，因此空間變化動(dòng)態(tài)度P2并不大。

出山店水庫(kù)區(qū)域土地利用綜合類型動(dòng)態(tài)度計(jì)算結(jié)果見表5。由表5可知，2000—2005年綜合類型動(dòng)態(tài)度La極小，表明土地利用類型幾乎沒發(fā)生變化;2005—2010年、2010—2015年兩時(shí)段綜合類型動(dòng)態(tài)度La接近，表明各土地利用類型在這兩個(gè)時(shí)段變化幅度相當(dāng);2015—2018年綜合類型動(dòng)態(tài)度La達(dá)到6.575 5，比之前各時(shí)段都大，表明各土地利用類型變化劇烈。

4 結(jié) 語(yǔ)

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和單一類型動(dòng)態(tài)度及綜合類型動(dòng)態(tài)度分析表明，2000—2018年出山店水庫(kù)區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，不同時(shí)段不同土地利用類型空間動(dòng)態(tài)度差異明顯，但空間格局變化并不大。水庫(kù)建設(shè)將對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生帶動(dòng)作用，應(yīng)及時(shí)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)水庫(kù)區(qū)域土地資源及生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

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【責(zé)任編輯 張智民】