紫荊關(guān)流域土地利用變化

張　琳，楊曉玉

(1.黑龍江農(nóng)墾勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150090；2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

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紫荊關(guān)流域土地利用變化

張琳1，楊曉玉2

(1.黑龍江農(nóng)墾勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150090；2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

摘要：土地利用變化是當(dāng)前全球變化研究的重要內(nèi)容，利用1980年和2000年海河流域土地利用類型圖，在GIS技術(shù)支持下，采用土地利用綜合程度指數(shù)、綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)及土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)學(xué)方法，研究分析紫荊關(guān)流域20 a間的土地利用變化過(guò)程。結(jié)果表明：流域內(nèi)林草地面積增加，而耕地面積減少；土地利用變化的主要方向是向林草地轉(zhuǎn)化，流域總體生態(tài)環(huán)境有良性發(fā)展態(tài)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：土地利用;GIS;動(dòng)態(tài)度指數(shù);利用變化;發(fā)展趨勢(shì)

20世紀(jì)90年代以來(lái)，結(jié)合GIS技術(shù)的土地利用變化研究已成為全球變化研究的新熱點(diǎn)。近幾十年來(lái)，由流域土地利用開(kāi)發(fā)和過(guò)度利用等人類活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境變化，在強(qiáng)度上超過(guò)了自然因素引起的環(huán)境變化，成為主要因素。

本文利用1980、2000年兩期土地利用類型圖，采用土地利用綜合程度指數(shù)、綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)及土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的方法，分析紫荊關(guān)小流域近20 a來(lái)的土地利用變化過(guò)程。

1研究區(qū)概況

紫荊關(guān)流域位于大清河水系，系北支拒馬河上游支流，發(fā)源于河北省淶源縣境內(nèi)，紫荊關(guān)流域控制面積為1 760 km2，主河道全長(zhǎng)81.5 km，河道縱坡降5.5‰，流域平均寬度25.4 km。流域內(nèi)植被情況較差，河道嚴(yán)重侵蝕，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重。

2數(shù)據(jù)處理

本次采用SWAT模型確定紫荊關(guān)小流域的邊界，提取其下墊面情況。

運(yùn)行SWAT模型需必要的地形圖和數(shù)據(jù)庫(kù)文件，基本圖件為DEM圖(數(shù)字高程模型)、土地利用圖，數(shù)據(jù)文件通過(guò)ArcGIS軟件處理得到。

紫荊關(guān)流域的DEM圖是由中國(guó)科學(xué)院資源與環(huán)境數(shù)據(jù)中心提供的GRID格式的DEM數(shù)據(jù)文件，將1：25萬(wàn)的流域DEM圖進(jìn)行投影轉(zhuǎn)化后得到。土地利用圖是利用ArcGIS軟件將ARCINFO格式轉(zhuǎn)換為SHP格式的文件?？臻g分辨率為1 km。

根據(jù)1980、2000年兩期土地利用類型圖，在SWAT及ArcGIS的支持下，提取出紫荊關(guān)小流域的下墊面情況，見(jiàn)表1所示。

表1　1980、2000年紫荊關(guān)流域下墊面情況　km2

3典型區(qū)下墊面變化情況

3.1土地利用綜合程度指數(shù)

劉紀(jì)遠(yuǎn)提出了一套數(shù)量化土地利用程度分析方法，將土地利用程度進(jìn)行分級(jí)定量化，賦予分級(jí)指數(shù)：Ⅰ級(jí)地類為未利用地，土地利用程度賦值為1，Ⅱ類林地、草地、水域?yàn)?，Ⅲ類農(nóng)用地為3，Ⅳ類工礦建筑用地為4[1]，計(jì)算公式為：

(1)

式中：La為土地用程序綜合指數(shù)，范圍是100~400；Ai為第i級(jí)的土地利用程度的分級(jí)指數(shù)；Ci為第i級(jí)土地利用程度的分級(jí)面積百分比。

計(jì)算結(jié)果顯示，紫荊關(guān)流域1980年、2000年的土地利用程度指數(shù)分別為215.14和210.73，高于大清河其他支流流域，如同期阜平流域的土地利用程度指數(shù)分別為203.70和203.32。可見(jiàn)紫荊關(guān)流域的土地利用變化幅度較大，土地利用綜合指數(shù)減少，因此該土地利用開(kāi)發(fā)活動(dòng)處于衰退期。

(Ⅰ)1980年紫荊關(guān)流域土地利用分類圖(Ⅱ)2000年紫荊流域關(guān)土地利用分類圖

圖1紫荊關(guān)流域土地利用分類圖

3.2土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用動(dòng)態(tài)度是以各類型土地面積在時(shí)間序列上的變化為基礎(chǔ)建立的分析方法，能夠反應(yīng)出區(qū)域土地利用各類型的變化劇烈程度。

單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度表達(dá)式為：

(2)

式中：K為研究時(shí)段內(nèi)某一利用類型動(dòng)態(tài)度；Ua、Ub為研究期末某一土地利用類型的數(shù)量；T為研究時(shí)段長(zhǎng)，當(dāng)時(shí)段為年時(shí)，K值就是該研究區(qū)內(nèi)某種土地利用類型的年變化率。某樣區(qū)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可表示為：

(3)

式中：LUi為監(jiān)測(cè)起始時(shí)間第i類土地利用類型面積；△LUi為監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對(duì)值；T為監(jiān)測(cè)時(shí)段長(zhǎng)，當(dāng)時(shí)段為年時(shí)，LC的值為研究區(qū)的土地利用年變化率。

根據(jù)表1及公式2計(jì)算得出紫荊關(guān)流域土地利用綜合程度指數(shù)，見(jiàn)表2。

表2　紫荊關(guān)流域土地利用動(dòng)態(tài)度表　%

從土地利用動(dòng)態(tài)度來(lái)看，紫荊關(guān)流域?yàn)┑孛娣e增加最快，水域面積減少最快，流域綜合指數(shù)為0.27%，可見(jiàn)紫荊關(guān)流域土地利用變化較強(qiáng)烈。

3.3土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

轉(zhuǎn)移矩陣是將土地利用變化類型間的轉(zhuǎn)移面積以表格或矩陣的形式列出，不僅能反映出土地利用變化情況，同時(shí)還能反映流失土地的去向。

利用ArcGIS和Excel，對(duì)1980、2000年2期的土地利用類型圖進(jìn)行空間疊置分析，得到土地利用轉(zhuǎn)移矩陣[2]，轉(zhuǎn)移情況見(jiàn)表3。

表3　紫荊關(guān)流域土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

分析表3可以看出，紫荊關(guān)流域不同土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化明顯，變化主要集中于旱地、草地、灌木林之間，在1980—2000年間，紫荊關(guān)地區(qū)旱地減少了61.41 km2，102.8 km2的旱地轉(zhuǎn)化為灌木林地，43.89 km2的灌木林地又轉(zhuǎn)換為旱地，灌木林地增加了61.41 km2，270.03 km2的草地轉(zhuǎn)化為灌木林地，草地增加17.36 km2，69.73 km2的旱地轉(zhuǎn)化為草地，可見(jiàn)林草地面積的增加是由流域退耕還林和植樹(shù)造林所致，紫荊關(guān)流域森林覆蓋面積增加，流域總體生態(tài)環(huán)境呈上升態(tài)勢(shì)。

4結(jié)論

上述研究成果表明：紫荊關(guān)流域主要土地利用類型是耕地、林地和草地。1980—2000年間，流域土地利用程度綜合指數(shù)明顯上升，土地利用強(qiáng)度增加，不同地類間變化明顯，說(shuō)明紫荊關(guān)河流域土地利用的結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，林草地明顯增加、耕地面積的明顯減少，紫荊關(guān)流域森林覆蓋面積上升，流域總體生態(tài)環(huán)境呈上升態(tài)勢(shì)，這一趨勢(shì)必將對(duì)流域可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生一定的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉紀(jì)遠(yuǎn)，劉明亮，莊大方，等.中國(guó)近期土地利用變化的空間格局分析[J].中國(guó)科學(xué)(D輯)，2002，32(02)：1031-1040.

[2]田光進(jìn)，張?jiān)鱿椋蹰L(zhǎng)有，等.基于遙感與GIS?？谑惺康乩媒Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化研究[J].自然資源學(xué)報(bào)，2001，16(16)：543-546.

Change of Land Use in Zijingguan River Basin

ZHANG Lin1and YANG Xiao-yu2

(1.Heilongjiang Reclamation Investigation，Design & Research Institute,Harbin 150090，China;2.Heilongjiang Provincial Water Conservancy & Hydroelectric Power Investigation，Design and Research Institute，Harbin 150080，China)

Abstract：The change in land use is important contents in the research of current global change.Using the land use type map of Haihe river basin in 1980 and 2000，in support of GIS technology，adopting the comprehensive degree indicators of land use，dynamic indicator of comprehensive land use and the mathematical method of land use transformation matrix to study and analyze the changing process of land use in the Zijingguan river basin during twenty years.The results show that the area of grass land within the river basin is increased and the cultivated farmland is decreased，the main direction of land use change is transformation to forest and grassland，and the overall ecological environment of the river basin has a benign development trend.

Key words：earth utilization；GIS；dynamic indicator；use change；development tendency

[作者簡(jiǎn)介]張琳(1985-)，女，吉林公主嶺人，工程師；楊曉玉(1985-)，女，黑龍江齊齊哈爾人，工程師。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號(hào)：F301

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1007-7596(2015)10-0012-03