夹岩水利枢纽工程核心水源区土地利用时空演化分析

钟 勋，任金铜，欧阳力剑

（1.贵州省水利投资（集团）有限责任公司，贵州 贵阳 550081；2.贵州工程应用技术学院生态工程学院，贵州 毕节 551700）

土地利用的改变不仅会引起当前景观现状的改变，还会对区域大气、水环境和地质、土壤等造成一定的影响［1］。土地利用变化作为生态环境变化中最为直接的表现形式之一，对区域生物多样性保护、生态环境变化、水资源及人类社会发展等产生一系列的影响［2］。有学者针对流域的土地利用变化开展了研究工作，如辽河流域［3］、石羊河流域［4］、太湖流域［5-6］、鄱阳湖流域［7-8］及玛纳斯河流域等［9-11］；还有针对区域土地利用变化的研究，如成都平原区域［12］、黑河中游区域［13］以及以地级市［14-16］县［17］等研究区；还有对全球范围土地利用变化等的研究工作。在水利工程区土地利用变化方面，主要进行了土地利用变化引起的生态环境效应研究［18］。本研究以夹岩水利枢纽工程（以下简称“夹岩工程”）核心水源区所涉及的维新镇、厍东关乡和田坝镇3个乡镇为研究对象，开展土地利用变化研究工作，分析近20 a间研究区土地利用时空变化特征。

1 研究区概况与数据源

1.1 研究区概况

夹岩工程位于贵州省西北部的云贵高原、乌蒙山脉地区，水源区位于乌江水系一级支流六冲河中游，属贵州省纳雍县维新镇、厍东关彝族苗族白族自治乡和七星关区田坝镇交界处［19］。工程以供水和灌溉为主，兼顾发电等综合利用，建成后将为毕节七星关区、大方县新城区及遵义中心城区，以及纳雍县、织金县、黔西县、金沙县、仁怀市等县市的69个乡镇、365个农村聚居点供水，工程项目等级为Ⅰ等，其中水源工程区夹岩水库正常蓄水位1 323 m，死水位1 305 m，总库容13.25亿m3，调节库容4.519亿m3［20］。夹岩工程所在区域地形破碎、河流切割强烈、碳酸盐岩类分布广、石漠化发育，自然条件复杂，生态环境脆弱［21］。本研究以夹岩工程核心水源区的纳雍县维新镇、厍东关彝族苗族白族自治乡和七星关区田坝镇为研究对象，对研究区内近20 a土地利用变化情况进行分析，以期为后续工程建设过程中的生态环境保护、生态修复以及生态移民工程的开展提供科学参考。

1.2 数据来源与处理

本研究从地理空间数据云平台（http：//www.gscloud.cn）获取研究区1995，2005年和2015年3期landsat系列遥感影像数据。由于1995年只有空间分辨率为30 m的landsat TM影像，为使研究具有对比性，对3期遥感影像进行的土地利用类型解译均基于30 m可见光波段。研究区内河流等水体宽度均低于30 m，受所用遥感影像空间分辨率的限制，无法对研究区内河流等水体信息进行提取。在参考GBT-201010-2007《土地利用现状分类标准》的基础上，结合研究区实际情况和数据源特点，将研究区土地利用分为耕地、林地、草地、建设用地等4种地类。通过监督分类和人机交互式判读的方式解译出研究区土地利用类型，并对解译结果进行精度评价，将其精度控制在85%以上，研究区1995～2015年间土地利用类型解译结果见图1。

2 研究区土地利用时空变化特征分析

为反映研究区近20 a土地利用变化对区域生态环境产生的影响，选取土地利用面积及结构、土地利用变化幅度与速度、土地利用变化转移矩阵以及转入、转出贡献率等指标，分析研究区土地利用时空变化情况。

2.1 土地利用类型面积及结构变化

通过统计研究区土地利用类型解译结果（见图1），获取研究区3期土地利用类型面积及各类型面积占比情况（见表1），由图1和表1综合分析可知：

（1）研究区土地利用类型以耕地、林地和草地类型为主，其中，草地在近20 a始终保持最高占比，其次是耕地、林地。由于研究区地处乌蒙山集中特困地区，社会经济发展及城镇化进程较为缓慢，建设用地在20 a始终占比最少。

（2）从时间过程对比分析来看，耕地、林地在1995～2005年间面积增长较快，增长面积分别达574.16 hm2和318.75 hm2，而在2005～2015年间耕地、林地面积均略有下降。

图1 1995～2015年研究区土地利用类型

（3）草地类型在近20 a面积持续下降，在1995～2005年间草地面积减少最为严重，达897.09 hm2。

（4）随着经济社会发展及城镇化进程的加快，研究区内建设用地面积持续增加，特别是在2005～2015年间建设用地面积增加26.09 hm2。

表1 1995～2015年间土地利用类型面积及占比

土地利用变化幅度可反映土地利用变化总态势和结构的变化情况［22］，为反映研究区在1995～2015年间土地利用数量变化情况，采用单一土地利用变化率进行分析［23］，利用表1土地利用类型面积统计获取研究区土地利用变化幅度及变化率（见表2）。

从变化幅度和变化率来看：

（1）1995～2005年间，研究区内建设用地变化幅度和变化速度最大，主要是由于研究区内人口的增长及社会的发展，导致建设用地面积增加较为明显；耕地和林地面积变化幅度虽然都是低于10%，但总体呈增加趋势；草地面积减少较为严重。

（2）2005～2015年间，研究区内建设用地变化幅度和变化率依然远远高于其他地类；近10 a研究区内耕地、林地和草地面积均有下降，分析可知是建设用地的增加占用部分耕地、林地和草地所致。

表2 1995～2015年间土地利用变化情况

2.2 土地利用变化转移矩阵

土地利用转移矩阵可反映土地利用变化的结构特征和各类型间转移方向［24］，利用土地利用转移矩阵来表达研究区土地利用空间变化及相互转化特征。采用ArcGIS软件空间分析模块中的面积制图工具，获取研究区1995～2005年和2005～2015年间的土地利用转移矩阵（见表3，4）。

经分析1995～2005年间土地利用转移情况可知：各类型土地利用之间转换较为频繁。耕地转出402.876 hm2，主要转为林地，转换面积为214.434 hm2；其次是草地，转换面积为185.488 hm2；有2.954 hm2的耕地转为建设用地。林地共有222.704 hm2发生了转换，其中林地主要转为耕地，转换面积为199.665 hm2；另有22.448 hm2林地转为草地；0.591 hm2林地转为建设用地。草地转出最为严重，共转出1 120.607 hm2，其中转为耕地类型面积最多，达787.438 hm2；其次是330.807 hm2转为林地；2.363 hm2转为建设用地。部分建设用地由于土地整理等政策的实施，有0.591 hm2转为耕地。

表3 1995～2005年间土地利用转移矩阵 hm2

进一步分析研究区2005～2015年间土地利用转移情况（见表4）可知：2005～2015年间土地利用转移情况较为简单，发生转移的土地利用类型主要集中在其他土地利用类型转为建设用地。耕地主要转为建设用地和草地，其中13.587 hm2转为建设用地，主要是由于经济社会发展和城镇化进程的加快，城镇范围的外扩导致占用部分耕地；另有2.363 hm2耕地转为草地。林地基本没有转换为耕地、草地，但靠近乡镇附近的2.363 hm2林地转为建设用地。草地主要转换为建设用地和耕地，其中10.633 hm2转换为了建设用地，1.181 hm2转换为耕地。建设用地中1.181 hm2转为草地。

表4 2005～2015年间土地利用转移矩阵 hm2

2.3 土地利用变化转入、转出贡献率

为进一步分析研究区不同土地利用类型动态变化过程中转入、转出面积增加的差异情况，本研究采用土地利用转入、转出贡献率进行分析［25］。对表3、表4土地利用转移矩阵统计分析得出近20 a转入、转出贡献率（见表5）。

从转入情况来看：①1995～2005年间，耕地转入类型在各类土地利用类型中转入面积最大，达到987.694 hm2，其转入贡献率为56.544%；其次是林地，林地转入面积为545.240 hm2，转入贡献率达到31.214%；草地转入面积为207.936 hm2，转入贡献率11.904%；建设用地转入面积最少，只有5.907 hm2，转入贡献率也最低，为0.338%。②2005～2015年间，建设用地转入面积最多，达到26.583 hm2，转入贡献率也最大，为84.906%；其次是林地，转入面积为3.544 hm2，转入贡献率11.321%；耕地转入较少，只有1.181 hm2，其转入贡献率为3.774%；林地在此期间基本无转入。

从转出情况来看：①1995～2005年间，草地转出面积最大，达到1120.607 hm2，转出贡献率也是最高，为64.153%；其次是耕地，耕地转出面积为402.875 hm2，转出贡献率为23.064%；林地的转出面积为222.704 hm2，转出贡献率为12.749%；建设用地转出面积及转出贡献率最大，转出面积为0.591 hm2，转出贡献率为0.034%。②2005～2015年间，转出面积最大的是耕地，转出面积为15.950 hm2，转出贡献率为50.943%；其次是草地，草地转出面积为11.815 hm2，转出贡献率为37.736%；林地转出面积为2.363 hm2，转出贡献率为7.547%；建设用地转出面积和转出贡献率最低，转出面积为1.181 hm2，转出贡献率为3.774%。

表5 1995～2015年间土地利用转入、转出面积及贡献率

3 结论

利用遥感影像数据和空间分析方法，对研究区近20 a土地利用时空演化特征进行了系统分析。

（1）研究区土地利用类型以耕地、林地和草地类型为主，其中，草地在近20 a始终保持最高占比，其次是耕地、林地；由于研究区地处乌蒙山集中特困地区，社会经济发展及城镇化进程较为缓慢，建设用地在20 a间始终占比最少。

（2）研究区内建设用地变化幅度和变化速度最大，主要是由于研究区内人口的增长及社会的发展，导致建设用地面积增加较为明显。

（3）1995～2005年间，各类型土地利用之间转换较为频繁；2005～2015年间土地利用转移情况较为简单，发生转移的土地利用类型主要集中在其他土地利用类型转为建设用地。

（4）1995～2005年间，耕地转入类型在各类土地利用类型中转入面积最大；2005～2015年间，建设用地转入面积最多。

由于研究区地处乌蒙山区腹地，喀斯特地貌类型发育，遥感影像数据源空间分辨率较低，未能解译出农村居民点和细小河流等水体数据，导致研究过程中未考虑农村居民点和水体等信息的变化特征。本研究从土地利用时空变化特征揭示研究区土地利用演化过程，未涉及土地利用变化的驱动因素分析，后续研究工作可进一步分析气候变化和人类活动等驱动因素对土地利用变化造成的影响。