基于RS和GIS的湟水流域平安段土地利用变化研究

祁永发 沙占江 王静慧 张娟 陈晓琴

基于RS和GIS的湟水流域平安段土地利用变化研究

祁永发 沙占江 王静慧 张娟 陈晓琴

基于RS和GIS技术，以LandsatTM/ETM遥感影像为主要数据源，湟水流域平安段的1996年、2003年和2010年的TM/ETM影像中提取土地利用数据，分析该区域15年的土地利用变化。结果表明:湟水流域平安段的土地利用类型主要是草地、林地和耕地，约占土地总面积的93%;其中未利用地没有变化，耕地在不断减少，林地、草地及建设用地在增加。这主要是受到国家政策的影响;同时随着对保护三江源自然生态保护区力度的不断加大，具有重要生态功能的林地、草地等土地类型将得到更大力度的保护。

湟水流域;平安段土地利用;动态变化

土地资源是人类赖以生存发展且不可替代的自然资源，然而随着城市化进程的加速，引起城市用地向外扩张、城市人口快速增加等现象的发生，城市化进程的加速引起土地利用/土地覆盖变化(简称LUCC)，由此导致环境、社会、生态环境的加速变化。自20世纪90年代以来，土地利用/土地覆盖变化是全球环境变化的重要组成部分和造成全球环境变化的重要原因。［1－3］而基于RS和GIS技术以其快速、事实、实时、准确、周期性短等优势在国内外土地利用/覆盖变化监测中得到了广泛的应用，并且取得了极大的进展。［4，5］同时有助于研究区域土地利用的时空变化特征，从而可以有针对性地为政府制定土地利用、开发、恢复和保护等提供决策依据。

本文以湟水流域平安段为例，该区域地貌以谷地、低中山地为主，山地占总面积的94%。其特点为人口相对集中、流动量大、密度相对较高。湟水流域平安段自西向东流经平安县域北部地区，湟水沿岸经济较为发达。利用LandsatTM/ETM影像进行土地利用信息数据的提取，对湟水流域平安段的平安县土地利用动态变化过程进行分析，为该区域第2次西部大开发进行合理的土地利用、土地规划和建立可持续的土地利用具有指导意义。

1 研究区概况

湟水流域平安段位于青海省东部平安县，湟水谷地腹部，是海东地区政治、经济、文化中心，地理位置东经101°49'—102°1'，北纬 36°15'—36°34'(见图 1);平均海拔2066—2300米。年降水量300—600毫米，冬长夏短，春秋相连，冬无严寒，夏无酷暑，气候温和。西距省会西宁市35千米，东距兰州市200千米。县域总面积752.2平方千米，北临互助县，南临化隆县，西接西宁及湟中县，东接乐都县。

图1 研究区位置示意图

2 数据来源与处理方法

2.1 数据来源。

本研究选取研究区1996年、2003年、2010年3个时段的TM/ETM影像，空间分辨率为30M×30M，同时辅以1996年、2003年、2010年平安段平安县1∶10万地形图以及2004年1∶1万土地利用类型图、统计年鉴等研究区的相关资料。

2.2 研究方法。

运用RS和GIS相结合的技术进行遥感影像预处理、辐射纠正、几何纠正以及图象配准，借助ERDAS9.2对数据图象进行投影变化、数据融合。并采用1∶10万地形图对所有影像进行统一校正，同时采用GIS空间分析方法和数理统计功能得到1996年、2003年、2010年三个不同时期的土地利用变化信息。并对各年份土地利用类型的数量、比例、结构等变化进行分析，得到15年该研究区土地利用的时空变化特征。

2.2.1 土地利用现状的分类系统。

参照第二次全国土地调查分类表中的《土地利用现状分类》标准采用一级、二级两个层次的分类体系。采用一级分类，统一编排，根据研究区的实际情况和研究目的的需要，建立了该研究区土地利用的分类系统。共分6个一级类，包括:耕地、林地、草地、建设用地、水域及设施用地、未利用地(表1)。

表1 土地利用类型的分类体系

2.2.2 土地利用现状信息提取。

依据土地利用类型的分类体系，在ERDAS9.2环境下，采用最小二乘法对2003年图像进行几何精校正，再利用2003年图像为基础图像对1996年和2010年图像进行精几何校正，并采用1:10万地形图对所有影像进行统一校正。在Aicinfo下，对三期土地覆盖数据进行叠置分析，将所得数据导入Arcview环境下。提取土地利用变化情况。分类精度1996年为82.6%，2003年为84.1%，2010年为83.3%达到研究的需要，并得到平安县1996年、2003年、2010年的土地利用类型现状图(图2)。

图2 研究区3期的土地利用现状图

3 土地利用现状和变化分析

3.1 土地利用现状的数量分析。

通过对土地利用现状进行分析，可以知道各类土地的特点和土地的利用结构，从而掌握土地的动态变化即可持续利用的趋势。［6］解译1996年、2003年、2010年三个时期的遥感影像得到土地利用数据，进行统计和对比分析可以获得湟水流域平安段三个时期的土地利用变化的特征(见表2)。

从表2可以看出:湟水流域平安段平安县的土地利用以草地、林地、耕地为主。在2010年草地284.45km2，占土地总面积的37.82%，林地238.61km2，占土地总面积的 31.72%，耕地 180.6km2，占土地总面积的 24.01%，三种土地类型的面积占平安县总面积的93.55%。而建设用地、水域及设施用地、未利用地仅占6.45%。

表2 1996－2010年土地利用变化情况 (单位:km2)

研究表明:湟水流域平安段土地利用类型变化的总趋势为:(1)近15年平安段平安县面积减少的地类是耕地，其面积减少31.82km2，年均减少2.12km2，总面积由1996年的28.24%减少到2010年的24.01%。(2)面积增加的类型是林地、草地和建设用地，其增加面积分别是15.65 km2、3.3 km2、12.83km2，各地类所占总面积的比重也从1996 年的29.64%、37.38%、2.67% 提高到 2010 年的 31.72%、37.82%、4.38%，其中林地面积变化最大。(3)总体来看，15年期间未利用地的面积在研究期间没有变化。

3.2 土地利用类间转移分析。

通过对平安县三期TM影像解译的土地利用图进行叠加得到1996－2003年和2003－2010年土地面积转移矩阵(见表3、表4)。从中可以看出，土地利用类型变化最大的是耕地，面积明显减少，从耕地转出类型分析，耕地主要转为林地、建设用地和草地，土地利用类型比较稳定的是水域及设施用地，但最值得关注的是未利用地在研究期间内没有任何转移。表3中耕地共转出18 km2，转入0.09 km2，转入的林地、建设用地和草地为20.02 km2，占转出总量的99.35%，建设用地没有变化。表4中耕地主要转为建设用地和林地，为13.24 km2，占转出总量的91.31%，水域及设施用地没有转移。综合表3、表4可以得知，耕地转移为林地和草地的幅度1996－2003年大于2003－2010年间的变化，减少的耕地主要转移到南部低中山地区，这是由于该地区生态部位重要，部分乡镇交通不便，土地利用不合理。为了长期扶持该地区发展林业，建设生态，国家在上世纪末实行退耕还林的政策。建设用地是2003－2010年大于1996－2003年间的变化幅度，主要转移到湟水沿岸的区域，主要原因是在本世纪初提出西部大开发政策的影响下，国家加快了基础设施建设和在开发中调整产业结构以及持续加大改革开放力度所造成的。

表3 1996－2003年土地利用转移矩阵 (单位:km2)

表4 2003－2010年土地利用转移矩阵 (单位:km2)

3.3 土地利用动态变化特征。

表5 平安段平安县1996年－2010年土地利用类型动态度(%)

从动态度来看，(1)1996年－2003年间平安县年变化速度最快的是耕地，年均减少1.20%，年均增加最快的是建设用地，年变化速度是3.49%。其次是林地，年均增加0.64%;(2)2003－2010年间变化速度最快的是建设用地，年均增加4.51%，其次是林地，年均增加0.35%，水域及设施用地略有增加，而耕地一致在减少，减少的变化速度是1.02%;(3)从1996－2010年整个时期来看，变化速度最快的是建设用地。年均增加9.05%，减少最快的是耕地，年均减少2.13%;(4)结果表明，1996－2010年，平安县的林地增加最多，其次是建设用地，相反耕地减少最多，而未利用地没有变化。1996－2003年的土地变化速度小于2003－2010年的土地变化速度，这是由于受到国家西部开发政策的影响。

3.4 土地利用集中化程度分析。

各种土地利用类型的集中(或分散)程度采用罗伦兹(Lorenz)曲线进行分析。主要是测量地理现象或实体在区域上的集中程度。［7］根据平安县的统计数据和汇总数据，分别计算出3个时期内不同土地利用类型占土地总面积的百分比(表6)。由表6可知，在3个时期内土地利用类型主要集中在草地、林地和耕地。结果表明:在研究期内土地利用类型中的草地、林地和耕地所占比重是平安县总面积的93%以上。这与土地利用现状的数量分析相一致。

表6 土地利用累计百分比 单位:%

4 结论

(1)1996－2010年湟水流域平安段土地利用类型主要是草地、林地和耕地，约占平安县土地总面积的93%。其他3种类型的土地约占7%，从土地利用程度看，全县人均占有土地0.0068 km2，人均占有土地量低，土地利用率极高。

(2)湟水流域平安段耕地面积在逐渐地减少，林地、草地、建设用地的面积在逐渐地增加，水域及设施用地、未利用地则基本没有变化。转出的耕地一部分转为林地和草地，其面积的大量增加，可以有效地防止该区域水土流失现象的发生;另一部则分转为建设用地，主要是在西部大开发的推动下用于城市的工业和交通建设。各种类型的土地在空间位置上转换不频繁。

(3)湟水流域平安段土地利用变化基本上反映了湟水中游地区土地利用变化的趋势，并且随着国家建立三江源自然生态保护区力度的不断加大，具有重要生态功能的林地、草地等土地类型将得到更大力度的保护。

(4)湟水流域平安段的土地利用变化在很大程度上反应了青海省东部地区的土地利用变化的趋势，该区域的土地变化直接关系到青海省东部地区的农业生产和生态平衡。在西部大开发过程中政府应当合理控制建设用地的增长，合理调整林地、草地，从而有效保护耕地的数量和质量，尽量避免各土地类型之间的不平衡转移，以达到生态、经济、社会的协调和可持续发展。

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Analysis of Land Use Along the Huangshui River Basin Based on the RS and GISTechnology

Qi Yongfa Sha Zhanjiang Wang Jinghui Zhang Juan Chen Xiaoqin

Based on RS and GIS technology，taking the Landsat TM/ETM image as data source，the paper obtained the data of land use from TM/ETM images of 1996，2003 and 2010 of the Huangshui River watershed.And the paper also studied the dynamic changes of land usein the past 15 years.

huangshui river basin;land use;dynamic changes

X87

A

1672－6758(2012)03－0148－3

祁永发，硕士，青海师范大学生地学院地理09级，青海·西宁。研究方向:环境遥感与地理信息系统。邮政编码:810008

科技部国家支撑计划“青海湖流域生态和环境治理技术集成与试验示范”之子课题“临水湖滨带湿生植被封育保护与培植技术”(2007BAC30B02－02)

Class No.:X87Document Mark:A

(责任编辑:郑英玲)