基于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的撫順露天礦土地利用/覆蓋時(shí)空變化分析

王麗男

（遼寧省地理國(guó)情監(jiān)測(cè)中心，遼寧沈陽 110034）

撫順露天礦曾為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，各級(jí)自然資源主管部門正逐步推進(jìn)其綜合治理和生態(tài)修復(fù)工作，向綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)。通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)獲取礦區(qū)地表覆蓋變化情況是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的基礎(chǔ)。目前，土地利用/覆蓋變化研究多是宏觀的、大范圍的，而針對(duì)礦區(qū)這類特殊的小范圍的地理區(qū)域研究還是比較少的，且側(cè)重于土地利用[1-3]。

地理國(guó)情監(jiān)測(cè)可以獲取真實(shí)、準(zhǔn)確的自然和人文環(huán)境等基本地理國(guó)情的現(xiàn)狀，隨著地理國(guó)情常態(tài)化監(jiān)測(cè)工作的持續(xù)開展，無論從國(guó)家層面還是民眾層面，都在積極推進(jìn)其成果的應(yīng)用推廣[4-6]?；诓煌瑫r(shí)期的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果，本文采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和對(duì)比分析等方法，對(duì)撫順露天礦土地利用/覆蓋變化情況進(jìn)行了綜合分析，為典型礦區(qū)土地資源的優(yōu)化配置與合理規(guī)劃整治提供科學(xué)的依據(jù)。

一、研究數(shù)據(jù)與方法

1.數(shù)據(jù)來源

以撫順露天礦2015年地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，面積約205.67km2基于ArcGIS軟件平臺(tái)，以2010年和2013年兩期遙感影像為數(shù)據(jù)源，同樣標(biāo)準(zhǔn)下分別采集獲得2010年、2013年地表覆蓋矢量數(shù)據(jù)，包括耕地、園地、林地、草地、房屋建筑（區(qū)）、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地表、水域10大類。

2.分析依據(jù)

（1）結(jié)構(gòu)變化分析：土地利用/覆蓋結(jié)構(gòu)是一定范圍內(nèi)的各種用地之間的比例關(guān)系或組成情況，從土地利用結(jié)構(gòu)的多樣化程度和集中化程度能夠真實(shí)反映土地利用現(xiàn)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(duì)變化的總態(tài)勢(shì)和結(jié)構(gòu)變化能夠綜合地反映出來。其計(jì)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(dòng)態(tài)度分析：為了進(jìn)一步獲得不同類型的變化信息，引入動(dòng)態(tài)度的概念，以具體說明各地類的實(shí)際增減情況。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，K為土地利用相對(duì)動(dòng)態(tài)度，正值表示增加，負(fù)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(shí)間間隔，單位為年[8]。

（4）轉(zhuǎn)移矩陣模型：土地利用/覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣是馬爾科夫模型在土地利用變化方面的應(yīng)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(zhuǎn)化情況，還可以揭示不同土地利用類型間的轉(zhuǎn)移速率。通過轉(zhuǎn)移矩陣可以得出空間位置轉(zhuǎn)換和數(shù)量變化，所謂空間位置轉(zhuǎn)換是指監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)土地利用/覆蓋類型的空間位置發(fā)生的轉(zhuǎn)移，但沒有引起相應(yīng)類型面積數(shù)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(fā)生面積數(shù)量的增加或減少[9-10]。其數(shù)學(xué)表達(dá)式可以表示為：

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

數(shù)量變化是指轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)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(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：

式中：Qj為 地類j面積的數(shù)量變化。地類j的總變化Cj= Sj+ Qj。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1.結(jié)構(gòu)變化

對(duì)比結(jié)果顯示（圖1），2010-2015年間研究區(qū)土地覆蓋總體結(jié)構(gòu)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(xù)升高，由4.66%增至7.38%；耕地、林地、草地面積呈現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì)，與城市發(fā)展建設(shè)規(guī)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(shè)用地，林地的變化幅度較?。?013-2015年間，人工堆掘地變化幅度最大，為28.64%，園地和構(gòu)筑物的變化幅度則較小。

表1 撫順礦區(qū)地表覆蓋幅度變化

3.動(dòng)態(tài)度

由表2可知，2010-2013年間，撫順礦區(qū)內(nèi)耕地、林地、草地、水域的用地面積都在減少，成為礦區(qū)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(qū)覆蓋變化的主導(dǎo)地位，其次為荒漠與裸露地表。

表2 撫順礦區(qū)地表覆蓋動(dòng)態(tài)度變化

4.轉(zhuǎn)移矩陣模型

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

表3 2010--2013年撫順礦區(qū)地理國(guó)情體系下地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣

表4 2013--2015年撫順礦區(qū)地理國(guó)情體系下地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣

從表5可知，2010-2013年間，發(fā)生空間位置轉(zhuǎn)換最大的地表覆蓋類型是草地，面積為18.70km2，數(shù)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(zhuǎn)換最大的地表覆蓋類型是人工堆掘地，面積為7.29km2，數(shù)量變化最大的是草地，凈增加4.33km2。

表5 撫順礦區(qū)地表覆蓋空間位置轉(zhuǎn)換及數(shù)量變化 單位：km2

三、結(jié)論

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：

（1）撫順礦區(qū)內(nèi)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(tài)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(qū)范圍內(nèi)部分地區(qū)在這一階段有荒漠化趨勢(shì)。2013-2015年間，人工堆掘地變化占礦區(qū)覆蓋變化的主導(dǎo)地位，主要來源于草地，反映出土地利用過程中出現(xiàn)的不平衡與人類活動(dòng)息息相關(guān)，也凸顯了加快推進(jìn)礦區(qū)環(huán)境綜合治理的必要性。

（3）房屋建筑區(qū)、道路、構(gòu)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(qū)土地利用類型的主要驅(qū)動(dòng)力。其中房屋建筑區(qū)轉(zhuǎn)入最大，可見人類活動(dòng)范圍不斷擴(kuò)大，城市處于不斷擴(kuò)張趨勢(shì)。

本文利用三個(gè)不同時(shí)期的遙感影像，采用變化幅度、動(dòng)態(tài)度與轉(zhuǎn)移矩陣模型等對(duì)撫順露天礦土地利用/覆蓋變化時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，分析結(jié)果反映了人工作用是礦區(qū)內(nèi)土地利用方式、地表覆蓋類型變化的一個(gè)主要誘因，合理的規(guī)劃利用對(duì)于重建礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要。由于研究深度的限制，文中只選取了地理國(guó)情監(jiān)測(cè)分類體系中的一級(jí)地類進(jìn)行研究，未來可以結(jié)合更權(quán)威、更全面的行業(yè)資料，更為細(xì)致的分類，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)分析的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。