紫荆关流域土地利用变化

张　琳，杨晓玉

(1.黑龙江农垦勘测设计研究院，哈尔滨 150090；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)



紫荆关流域土地利用变化

张琳1，杨晓玉2

(1.黑龙江农垦勘测设计研究院，哈尔滨 150090；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

摘要：土地利用变化是当前全球变化研究的重要内容，利用1980年和2000年海河流域土地利用类型图，在GIS技术支持下，采用土地利用综合程度指数、综合土地利用动态度指数及土地利用转移矩阵的数学方法，研究分析紫荆关流域20 a间的土地利用变化过程。结果表明：流域内林草地面积增加，而耕地面积减少；土地利用变化的主要方向是向林草地转化，流域总体生态环境有良性发展态势。

关键词：土地利用;GIS;动态度指数;利用变化;发展趋势

20世纪90年代以来，结合GIS技术的土地利用变化研究已成为全球变化研究的新热点。近几十年来，由流域土地利用开发和过度利用等人类活动产生的环境变化，在强度上超过了自然因素引起的环境变化，成为主要因素。

本文利用1980、2000年两期土地利用类型图，采用土地利用综合程度指数、综合土地利用动态度指数及土地利用转移矩阵的方法，分析紫荆关小流域近20 a来的土地利用变化过程。

1研究区概况

紫荆关流域位于大清河水系，系北支拒马河上游支流，发源于河北省涞源县境内，紫荆关流域控制面积为1 760 km2，主河道全长81.5 km，河道纵坡降5.5‰，流域平均宽度25.4 km。流域内植被情况较差，河道严重侵蚀，岩石风化严重，水土流失现象严重。

2数据处理

本次采用SWAT模型确定紫荆关小流域的边界，提取其下垫面情况。

运行SWAT模型需必要的地形图和数据库文件，基本图件为DEM图(数字高程模型)、土地利用图，数据文件通过ArcGIS软件处理得到。

紫荆关流域的DEM图是由中国科学院资源与环境数据中心提供的GRID格式的DEM数据文件，将1：25万的流域DEM图进行投影转化后得到。土地利用图是利用ArcGIS软件将ARCINFO格式转换为SHP格式的文件。空间分辨率为1 km。

根据1980、2000年两期土地利用类型图，在SWAT及ArcGIS的支持下，提取出紫荆关小流域的下垫面情况，见表1所示。

表1　1980、2000年紫荆关流域下垫面情况　km2

3典型区下垫面变化情况

3.1土地利用综合程度指数

刘纪远提出了一套数量化土地利用程度分析方法，将土地利用程度进行分级定量化，赋予分级指数：Ⅰ级地类为未利用地，土地利用程度赋值为1，Ⅱ类林地、草地、水域为2，Ⅲ类农用地为3，Ⅳ类工矿建筑用地为4[1]，计算公式为：

(1)

式中：La为土地用程序综合指数，范围是100~400；Ai为第i级的土地利用程度的分级指数；Ci为第i级土地利用程度的分级面积百分比。

计算结果显示，紫荆关流域1980年、2000年的土地利用程度指数分别为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数分别为203.70和203.32。可见紫荆关流域的土地利用变化幅度较大，土地利用综合指数减少，因此该土地利用开发活动处于衰退期。

(Ⅰ)1980年紫荆关流域土地利用分类图(Ⅱ)2000年紫荆流域关土地利用分类图

图1紫荆关流域土地利用分类图

3.2土地利用动态度

土地利用动态度是以各类型土地面积在时间序列上的变化为基础建立的分析方法，能够反应出区域土地利用各类型的变化剧烈程度。

单一土地利用类型动态度表达式为：

(2)

式中：K为研究时段内某一利用类型动态度；Ua、Ub为研究期末某一土地利用类型的数量；T为研究时段长，当时段为年时，K值就是该研究区内某种土地利用类型的年变化率。某样区的综合土地利用动态度可表示为：

(3)

式中：LUi为监测起始时间第i类土地利用类型面积；△LUi为监测时段内第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值；T为监测时段长，当时段为年时，LC的值为研究区的土地利用年变化率。

根据表1及公式2计算得出紫荆关流域土地利用综合程度指数，见表2。

表2　紫荆关流域土地利用动态度表　%

从土地利用动态度来看，紫荆关流域滩地面积增加最快，水域面积减少最快，流域综合指数为0.27%，可见紫荆关流域土地利用变化较强烈。

3.3土地利用转移矩阵

转移矩阵是将土地利用变化类型间的转移面积以表格或矩阵的形式列出，不仅能反映出土地利用变化情况，同时还能反映流失土地的去向。

利用ArcGIS和Excel，对1980、2000年2期的土地利用类型图进行空间叠置分析，得到土地利用转移矩阵[2]，转移情况见表3。

表3　紫荆关流域土地利用类型转移矩阵

分析表3可以看出，紫荆关流域不同土地利用类型之间的转化明显，变化主要集中于旱地、草地、灌木林之间，在1980—2000年间，紫荆关地区旱地减少了61.41 km2，102.8 km2的旱地转化为灌木林地，43.89 km2的灌木林地又转换为旱地，灌木林地增加了61.41 km2，270.03 km2的草地转化为灌木林地，草地增加17.36 km2，69.73 km2的旱地转化为草地，可见林草地面积的增加是由流域退耕还林和植树造林所致，紫荆关流域森林覆盖面积增加，流域总体生态环境呈上升态势。

4结论

上述研究成果表明：紫荆关流域主要土地利用类型是耕地、林地和草地。1980—2000年间，流域土地利用程度综合指数明显上升，土地利用强度增加，不同地类间变化明显，说明紫荆关河流域土地利用的结构发生了明显的变化，林草地明显增加、耕地面积的明显减少，紫荆关流域森林覆盖面积上升，流域总体生态环境呈上升态势，这一趋势必将对流域可持续发展产生一定的影响。

参考文献：

[1]刘纪远，刘明亮，庄大方，等.中国近期土地利用变化的空间格局分析[J].中国科学(D辑)，2002，32(02)：1031-1040.

[2]田光进，张增祥，王长有，等.基于遥感与GIS海口市士地利用结构动态变化研究[J].自然资源学报，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

[作者简介]张琳(1985-)，女，吉林公主岭人，工程师；杨晓玉(1985-)，女，黑龙江齐齐哈尔人，工程师。

[收稿日期]2015-06-28

中图分类号：F301

文献标识码：A

文章编号：1007-7596(2015)10-0012-03