基于GIS的重慶兩江新區(qū)土地利用變化研究

摘要：依據(jù)重慶市兩江新區(qū)土地變更調(diào)查資料，在GIS技術(shù)的支持下，結(jié)合兩江新區(qū)自身的區(qū)位和地貌特征，對兩江新區(qū)2009～2015年間土地利用變化特征進行了追蹤與研究。結(jié)果表明：兩江新區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)變化總的趨勢是城鎮(zhèn)用地、交通運輸用地的持續(xù)擴展，以及農(nóng)村、園地、耕地的遞減后退；各地類的空間分布變化具有明顯的地帶性特征。此結(jié)果為兩江新區(qū)土地資源的合理開發(fā)利用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：土地利用變化；GIS技術(shù)；兩江新區(qū)

中圖分類號：P208

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10018004

1 引言

區(qū)域土地資源的空間分布及其變化特征，能夠直觀地反映該區(qū)域范圍內(nèi)人與自然界的相互影響與相互作用，同時，土地資源的空間分布及其變化是一個系統(tǒng)性演化的過程，期間的每一次轉(zhuǎn)變都將為區(qū)域帶來一系列資源、環(huán)境和社會經(jīng)濟問題[1]。進入20世紀以來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術(shù)水平的提高以及人口的增加，土地利用變化的速度與強度顯著增長，人地關(guān)系日益為人們所重視，土地利用問題也成了國內(nèi)外學術(shù)界研究的重要課題[2]。

兩江新區(qū)是中國內(nèi)陸第一個國家級開發(fā)新區(qū)，同時也是繼上海浦東新區(qū)、天津濱海新區(qū)后，由國務(wù)院直接批復的第三個國家級開發(fā)新區(qū)。2015年，兩江新區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值突破2000億元，年均增長17.5%。經(jīng)過5年的發(fā)展，兩江新區(qū)已經(jīng)成為全市建設(shè)速度最快、建設(shè)規(guī)模最大的區(qū)域。目前，兩江新區(qū)建成區(qū)面積達到229 km2，年均增加10 km2左右；常住人口達到240萬人，年均增加7萬人左右。依據(jù)兩江新區(qū)2009年、2012年及2015年三期土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)，在 GIS 技術(shù)支持下，分析兩江新區(qū)土地利用及其變化特征，以期為保障兩江新區(qū)土地資源及其安全利用，制定地方經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護政策提供科學依據(jù)與參考。

2 研究區(qū)概況

兩江新區(qū)因位于重慶市主城區(qū)長江以北、嘉陵江以東而得名，全區(qū)總面積1200 km2，轄江北區(qū)、渝北區(qū)、北碚區(qū)3個行政區(qū)的部分區(qū)域，共33個街鎮(zhèn)（21個街道、12個鎮(zhèn)）。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)源

研究的數(shù)據(jù)主要為兩江新區(qū)2009年、2012年和2015年三期土地變更矢量數(shù)據(jù)，坐標統(tǒng)一，精準度高；通過ArcGIS 10.3軟件的轉(zhuǎn)換工具，轉(zhuǎn)換得到11個土地類型的三期土地利用柵格圖，柵格單元大小為30 m。

圖1 兩江新區(qū)2009～2015年土地利用空間分布

3.2 研究方法

基于GIS空間分析技術(shù)，選取了土地利用動態(tài)度、開發(fā)度、耗損度以及土地利用綜合動態(tài)度4個指數(shù)，并根據(jù)三期土地資源空間分布特點構(gòu)建地類轉(zhuǎn)移矩陣，來對兩江新區(qū)土地利用變化情況進行分析[3]。

單一土地利用類型動態(tài)度，是區(qū)域土地利用變化的一個重要指標，可以對研究區(qū)某種土地類型，在一定時間范圍內(nèi)發(fā)生的變化進行定量描述[4]。計算公式為：

R=Ub-UaUa×1T×100%（1）

式（1）中，R為研究區(qū)某一土地利用類型動態(tài)度；Ua|Ub分別為不同時期的某地類的面積；T為研究區(qū)時長，當 T為年時，R則表示該研究區(qū)某地類的年變化率。

單一土地利用開發(fā)度，以單位時間內(nèi)新開發(fā)面積占初期該類型面積比例來表示[4]。反應(yīng)了單位時間內(nèi)某地類面積增加的速度。計算公式為：

RD=UabUa×1T×100%（2）

式（2）中，RD為某一土地利用開發(fā)度；Uab為該土地利用類型從a時刻到b時刻，由其他地類轉(zhuǎn)變?yōu)樵擃愋偷拿娣e總和；Ua為a時刻該土地利用類型的總面積；T為a時刻到b時刻時間長度，以年為單位。

單一土地利用耗損度，以單位時間內(nèi)新?lián)p耗面積占初期該類型面積比例來表示[4]，反應(yīng)了某地類面積減少的速度。計算公式為：

RU=CabbUa×1T×100%（3）

式（3）中，RU為某一土地利用耗損度；Cab為該土地利用類型從a時刻到b時刻，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩妙愋兔娣e的總和；Ua為a時刻該土地利用類型的總面積；T為a時刻到b時刻時間長度，以年為單位。

土地利用綜合動態(tài)度，以年為單位，計算區(qū)域在不同年份土地利用變化總的態(tài)勢和土地利用結(jié)構(gòu)的變化程度[5]，綜合考慮了研究期內(nèi)土地利用類型間的轉(zhuǎn)變，能夠較為綜合地反映研究區(qū)土地利用年變化情況。其計算公式為：

C=∑ni=1ΔUi-j∑ni=1Ui×1T×100%（4）

式（4）中，C為研究區(qū)土地利用綜合動態(tài)度；Ui為研究起始時刻第i類土地利用類型的面積；為研究期間第i類土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋兔娣e的絕對值；T為研究期間時長。

符俊鵬：基于GIS的重慶兩江新區(qū)土地利用變化研究

地理與規(guī)劃

4 結(jié)果與分析

在土地利用現(xiàn)狀柵格數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)，對研究區(qū)土地利用情況進行監(jiān)測，分別得到兩江新區(qū)2009-2015年土地利用結(jié)構(gòu)統(tǒng)計表（表1）、兩江新區(qū)2009-2015年土地利用動態(tài)度（表2）、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表3～5）。

4.1 土地利用結(jié)構(gòu)特征分析

根據(jù)以上土地利用結(jié)構(gòu)表（表1）可知，城鎮(zhèn)用地所占比重最多，林地和耕地次之，三者面積之和占研究區(qū)總面積70%以上；6年中，草地、特殊用地、工礦倉儲、其他用地四類的面積占比和變化量均非常小；研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)在2009～2015年最直觀的變化是，城鎮(zhèn)用地和交通用地面積逐年增加，水域村莊園地林地耕地逐年減少。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是對研究區(qū)范圍內(nèi)地類由一種類型轉(zhuǎn)移為另一種類型的定量描述。通過構(gòu)建兩江新區(qū)2009～2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，分析其統(tǒng)計結(jié)果（表3）可知如下。

從轉(zhuǎn)出總量來看， 2009～2015年，6年間兩江新區(qū)轉(zhuǎn)出最多的地類是耕地，轉(zhuǎn)出面積達118.59 km2，轉(zhuǎn)出比例占比65.47%；園地、林地、村莊轉(zhuǎn)出的土地面積依次遞減，轉(zhuǎn)出面積分別為19.85 km2、17.8 km2、15.53 km2，轉(zhuǎn)出占比分別為10.96%、9.83%、8.57%。

從轉(zhuǎn)入總量來看，2009～2013年，6年間兩江新區(qū)城鎮(zhèn)用地面積的轉(zhuǎn)入量最大，轉(zhuǎn)入面積為151.33 km2，占比83.54%；此外，轉(zhuǎn)入量較大的是交通運輸用地，轉(zhuǎn)入面積為25.82 km2，占比14.25%；其余地類的轉(zhuǎn)入量和占比都非常小，在此不多做分析。

4.2 土地利用動態(tài)度分析

由表2可知，2009～2015年兩江新區(qū)城鎮(zhèn)用地的變化幅度最大，其次為耕地、交通運輸用地、園地、林地和村莊，草地、其他用地、特殊用地、工礦倉儲和水域的變化幅度較小。6年中，城鎮(zhèn)用地和交通運輸用地面積增加，草地、耕地和林地面積減少。通過2009～2012和2012～2015年兩期綜合動態(tài)度可知，兩江新區(qū)在這六年間土地利用變化的程度越來越大。

（1）由城鎮(zhèn)用地的單一動態(tài)度可知，研究區(qū)于2009～2012年間的城鎮(zhèn)擴展速度較2012～2015年有所放緩；6年間，新增的城鎮(zhèn)用地面積151.33 km2，大部分來自于耕地，其余部分主要由從村莊、林地和園地轉(zhuǎn)化而來。交通運輸用地的開發(fā)度大于耗損度，單一動態(tài)度為各地類中最大值17.38%，這與研究區(qū)近幾年來逐漸擴張的城鎮(zhèn)用地的實際情況是相符的。由土地利用轉(zhuǎn)移矩陣知，2009～2012年間增加的交通運輸用地面積8.77 km2，主要由耕地和部分林地轉(zhuǎn)變而來，分別有4.50 km2耕地和1.27 km2林地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地；2012～2015年間增加的交通運輸用地面積較2009～2012年大幅增加，為17，05 km2，主要由耕地、村莊、園地轉(zhuǎn)化而來。

（2）耕地、村莊、園地和林地的單一動態(tài)度、開發(fā)度和耗損度表明，該4種地類在2009～2015年間面積大幅減少，隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，耕地是最主要的補償來源，6年間共轉(zhuǎn)出了118.59 km2的耕地，其余的土地消耗量則由村莊、園地和林地來承擔。村莊在2009～2012年間與2012～2015年間的土地轉(zhuǎn)出量，分別為9.81 km2、5.78 km2，表明在城鎮(zhèn)擴展的過程中，村莊的消亡過程是由快到緩的。

（3）草地、特殊用地、工礦倉儲用地、其他用地和水域的單一動態(tài)度、開發(fā)度和耗損度都較小，地類轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出都較為溫和，表明兩江新區(qū)2009～2015年間這五種地類的變化小，其轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)入的面積和比值都不明顯，因此認為這些地類變化并無明顯特征。

5 結(jié)語

利用GIS技術(shù)對研究區(qū)土地利用變化進行監(jiān)測與分析，可以及時反映土地的屬性變化[7]。該研究通過對兩江新區(qū)2009～2015年的土地利用變化情況進行分析，結(jié)果表明： ①土地利用方面，兩江新區(qū)城鎮(zhèn)用地6年間面積從221.23 km2增加到了371.35 km2，增幅達68%，由北到南逐步擴展開來；交通運輸用地也隨著城鎮(zhèn)的擴張而不斷發(fā)展，面積從24.21 km2增加到了49.86 km2，擴張了近兩倍；草地、特殊用地、工礦用地和其他用地在研究區(qū)中所占面積少，且變化幅度非常小。②地類轉(zhuǎn)化方向，研究區(qū)最主要轉(zhuǎn)化方向是由耕地、林地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化，耕地、林地、園地、村莊和水域的面積逐年縮小，減少的土地主要轉(zhuǎn)化為交通運輸用地和城鎮(zhèn)用地；還有部分林地、耕地和村莊的相互轉(zhuǎn)化。

在研究過程中，也存在一些不足包括：①采用的數(shù)據(jù)為土地變更矢量數(shù)據(jù)，若要分析研究區(qū)2009年之前的土地利用變化情況，則必須借助2009年之前的遙感影像進行解譯，而遙感解譯圖像識別的標準與土地變更數(shù)據(jù)存在差異，可能會影像分析結(jié)果的準確度。②應(yīng)用的3期數(shù)據(jù)，總的時間跨度為6年，因此造成研究區(qū)土地利用變化監(jiān)測與分析的時間序列較短。③僅對研究區(qū)土地利用變化的現(xiàn)狀進行了分析，在進一步的研究中，可以就產(chǎn)生該變化的驅(qū)動力進行進一步的分析，以及預警和預測研究。

參考文獻：

[1]

劉紀遠，匡文慧，張增祥，等.20世紀80年代末以來中國土地利用變化的基本特征與空間格局[J].地理學報，2014，69（1）：3～14.

[2]李秀彬.全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域-土地利用/土地覆被變化的國際研究動向[J].地理學報，1996，51（6）：553～557.

[3]朱會義，李秀彬. 關(guān)于區(qū)域土地利用變化指數(shù)模型方法的討論[J].地理學報，2003，58（5）：643～650.

[4]魯春陽，齊磊剛，桑超杰.土地利用變化的數(shù)學模型解析[J].資源開發(fā)與市場，2007，23（1）：25～27.

[5]謝金開，趙智杰.烏魯木齊河下游地區(qū)土地利用/覆蓋時空變化研究[J].北京大學學報（自然科學版），2010，46（3）：358～364.

[6]王福海，周啟剛，楊 霖.三峽庫區(qū) 2010年度土地利用現(xiàn)狀分析[J].水土保持研究，2013，20（5）：221～225.

[7]趙衛(wèi)權(quán)，楊 華.基于RS與GIS的重慶主城區(qū)土地利用及土地蓋變化分析[J]. 水土保持通報，2008，28（ 1）：110 ～114.