張　琳，楊曉玉

(1.黑龍江農墾勘測設計研究院，哈爾濱 150090；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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紫荊關流域土地利用變化

張琳1，楊曉玉2

(1.黑龍江農墾勘測設計研究院，哈爾濱 150090；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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

關鍵詞：土地利用;GIS;動態(tài)度指數(shù);利用變化;發(fā)展趨勢

20世紀90年代以來，結合GIS技術的土地利用變化研究已成為全球變化研究的新熱點。近幾十年來，由流域土地利用開發(fā)和過度利用等人類活動產生的環(huán)境變化，在強度上超過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)、綜合土地利用動態(tài)度指數(shù)及土地利用轉移矩陣的方法，分析紫荊關小流域近20 a來的土地利用變化過程。

1研究區(qū)概況

紫荊關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，紫荊關流域控制面積為1 760 km2，主河道全長81.5 km，河道縱坡降5.5‰，流域平均寬度25.4 km。流域內植被情況較差，河道嚴重侵蝕，巖石風化嚴重，水土流失現(xiàn)象嚴重。

2數(shù)據(jù)處理

本次采用SWAT模型確定紫荊關小流域的邊界，提取其下墊面情況。

運行SWAT模型需必要的地形圖和數(shù)據(jù)庫文件，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ArcGIS軟件處理得到。

紫荊關流域的DEM圖是由中國科學院資源與環(huán)境數(shù)據(jù)中心提供的GRID格式的DEM數(shù)據(jù)文件，將1：25萬的流域DEM圖進行投影轉化后得到。土地利用圖是利用ArcGIS軟件將ARCINFO格式轉換為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，提取出紫荊關小流域的下墊面情況，見表1所示。

表1　1980、2000年紫荊關流域下墊面情況　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)

劉紀遠提出了一套數(shù)量化土地利用程度分析方法，將土地利用程度進行分級定量化，賦予分級指數(shù)：Ⅰ級地類為未利用地，土地利用程度賦值為1，Ⅱ類林地、草地、水域為2，Ⅲ類農用地為3，Ⅳ類工礦建筑用地為4[1]，計算公式為：

(1)

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

計算結果顯示，紫荊關流域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?？梢娮锨G關流域的土地利用變化幅度較大，土地利用綜合指數(shù)減少，因此該土地利用開發(fā)活動處于衰退期。

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

圖1紫荊關流域土地利用分類圖

3.2土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度是以各類型土地面積在時間序列上的變化為基礎建立的分析方法，能夠反應出區(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態(tài)度表達式為：

(2)

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

(3)

式中：LUi為監(jiān)測起始時間第i類土地利用類型面積；△LUi為監(jiān)測時段內第i類土地利用類型轉為非i類土地利用類型面積的絕對值；T為監(jiān)測時段長，當時段為年時，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計算得出紫荊關流域土地利用綜合程度指數(shù)，見表2。

表2　紫荊關流域土地利用動態(tài)度表　%

從土地利用動態(tài)度來看，紫荊關流域灘地面積增加最快，水域面積減少最快，流域綜合指數(shù)為0.27%，可見紫荊關流域土地利用變化較強烈。

3.3土地利用轉移矩陣

轉移矩陣是將土地利用變化類型間的轉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，同時還能反映流失土地的去向。

利用ArcGIS和Excel，對1980、2000年2期的土地利用類型圖進行空間疊置分析，得到土地利用轉移矩陣[2]，轉移情況見表3。

表3　紫荊關流域土地利用類型轉移矩陣

分析表3可以看出，紫荊關流域不同土地利用類型之間的轉化明顯，變化主要集中于旱地、草地、灌木林之間，在1980—2000年間，紫荊關地區(qū)旱地減少了61.41 km2，102.8 km2的旱地轉化為灌木林地，43.89 km2的灌木林地又轉換為旱地，灌木林地增加了61.41 km2，270.03 km2的草地轉化為灌木林地，草地增加17.36 km2，69.73 km2的旱地轉化為草地，可見林草地面積的增加是由流域退耕還林和植樹造林所致，紫荊關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。

4結論

上述研究成果表明：紫荊關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，土地利用強度增加，不同地類間變化明顯，說明紫荊關河流域土地利用的結構發(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，這一趨勢必將對流域可持續(xù)發(fā)展產生一定的影響。

參考文獻：

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

[2]田光進，張增祥，王長有，等.基于遙感與GIS海口市士地利用結構動態(tài)變化研究[J].自然資源學報，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：F301

文獻標識碼：A

文章編號：1007-7596(2015)10-0012-03