GIS的鄱陽湖流域土地利用動態(tài)變化

基于土地利用空間分析指標和圖譜方法,利用五期土地利用數(shù)據(jù),結(jié)合gis和rs技術(shù),得出南四湖流域1990?2010年土地利用/覆被變化的時空特征:(1)1990?2010年南四湖流域土地利用方式以耕地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地和水域為主,流域土地利用類型的分布與流域內(nèi)地形密切相關(guān)。(2)近20年流域綜合土地利用動態(tài)度為0.39%,總體變化速度較緩慢。其中,南四湖流域未利用地的減少速度最快,是該流域土地利用變化最獨特的特征。(3)流域內(nèi)各土地類型存在著不同程度的相互轉(zhuǎn)換,城鄉(xiāng)建設(shè)用地占用耕地是各階段土地利用類型轉(zhuǎn)換的主要特點,集中分布在流域內(nèi)的各個縣域；82.39%的未利用地在1990?1995年轉(zhuǎn)化為人工水域,主要分布在南四湖濕地自然保護區(qū)；耕地與林地和草地之間的相互轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在流域東部的多山地丘陵地帶。

為研究土地利用空間格局變化地形特征,采用1990年、2000年、2010年、2013年4期鄱陽湖地區(qū)landsattm解譯數(shù)據(jù)及dem數(shù)據(jù),借助地形位、分布指數(shù)、地學信息圖譜方法,深入探討了1990-2013年鄱陽湖地區(qū)不同地形下土地利用格局的變化特征.結(jié)果表明:(1)1990-2013年,鄱陽湖地區(qū)土地利用類型以耕地、林地、水域為主,三種類型面積占比均在90％以上,建設(shè)用地快速增長,由1990年的1387.42km2增加到2013年的2413.98krn2,增加了1026.56km2,耕地、未利用土地、林地面積分別減少513.39km2,399.04km2,123.75km2;(2)1990-2013年,土地利用格局變化具有地形效應(yīng),低地形范圍優(yōu)勢分布耕地、建設(shè)用地、水域,高地形范圍林地優(yōu)勢分布,未利用土地、草地零散分布對地形變化適宜性較強;(3)1990-2013年,研究區(qū)土地利圖譜以穩(wěn)定型和中期型為主,面積分別為48457.44km2,2014.56km2,穩(wěn)定型圖譜的優(yōu)勢區(qū)域位于高、低地形范圍,耕地、林地、建設(shè)用地變化穩(wěn)定;低、中高地形范圍是中期變換型的優(yōu)勢分布區(qū),主要表現(xiàn)為未利用土地—未利用土地—水域—水域、耕地—耕地—建設(shè)用地—建設(shè)用地.

本文對2015年12月,2016年3月、7月、9月、12月的遙感影像進行監(jiān)督分類,得到土地利用覆蓋數(shù)據(jù),采用rs以及土地利用凈變化量、交換變化量、總變化量分析方法,定量分析了2016年鄱陽湖湖灘的土地利用覆蓋變化。結(jié)果表明,遙感影像監(jiān)督分類的kappa均大于0.90,滿足數(shù)據(jù)的要求。年內(nèi)鄱陽湖湖灘的土地利用覆蓋呈現(xiàn)周期性變化:從3月到9月隨著水量的增加,部分河湖灘地、沼澤轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)陸水體；從9月到12月隨著水量減少,部分水體轉(zhuǎn)變?yōu)楹雍┑睾驼訚?。本文為鄱陽湖湖灘土地覆蓋變化的深入研究奠定了基礎(chǔ)。

以鄱陽湖區(qū)為研究對象,在遙感與地理信息系統(tǒng)、土地利用變化指數(shù)計算模型、相關(guān)分析法等技術(shù)與方法的支持下,通過土地利用變化指數(shù)分析鄱陽湖區(qū)土地利用變化特征。結(jié)果表明:草地與耕地的單一土地利用動態(tài)度最大,每年約有0.6%的草地景觀發(fā)生了變化,約有0.3%的耕地景觀發(fā)生了變化;水體與未利用地景觀的穩(wěn)定性最好,每年發(fā)生變化的僅有0.05%左右。就綜合土地利用動態(tài)度而言,南昌縣為最高,每年有近4.9%的土地利用景觀類型發(fā)生了變化;進賢縣為最小,每年只有約0.046%的土地利用景觀類型發(fā)生了變化。土地綜合動態(tài)與國內(nèi)生產(chǎn)總值和財政總收入有較好的相關(guān)性,由于受到退耕還林、退田還湖等土地政策的影響,鄱陽湖區(qū)的土地利用程度綜合指數(shù)2004年較1992年略有下降。

在構(gòu)建鄱陽湖區(qū)土地利用地理數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,利用區(qū)域生態(tài)質(zhì)量指數(shù)與土地利用變化生態(tài)貢獻率對鄱陽湖區(qū)土地利用生態(tài)效應(yīng)進行了定量研究。結(jié)果表明,鄱陽湖區(qū)1990年區(qū)域生態(tài)質(zhì)量指數(shù)平均值為7·60,2002年為7·62,總體生態(tài)質(zhì)量介于灌木林地、疏林地等土地利用類型之間。1990—2002年鄱陽湖區(qū)區(qū)域生態(tài)質(zhì)量指數(shù)上升的主要動力為水庫坑塘、有林地和疏林地的擴大;生態(tài)質(zhì)量指數(shù)下降的主要動力依次為水田、中覆蓋度草地的減少。在土地利用轉(zhuǎn)移貢獻率上,水田轉(zhuǎn)為有林地、旱地轉(zhuǎn)為有林地、水田轉(zhuǎn)為疏林地、水田轉(zhuǎn)為水庫坑塘的生態(tài)貢獻率之和達52·96%,為主導(dǎo)土地利用的正向轉(zhuǎn)移類型。有林地轉(zhuǎn)為水田、有林地轉(zhuǎn)為旱地、水田轉(zhuǎn)為農(nóng)村居民點的生態(tài)貢獻率之和達39·89%,為主導(dǎo)土地利用的反向轉(zhuǎn)移類型。

本文利用1989年、1999年和2006年三期遙感影像解譯數(shù)據(jù),借助gis的空間分析功能,從土地利用變化的幅度及速度、土地利用程度和土地類型轉(zhuǎn)化模式等角度對鄱陽湖區(qū)近17年的土地利用動態(tài)變化情況進行了定量分析。結(jié)果表明:在人類活動和自然因素的影響下,湖區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變,耕地面積正在逐漸減少,但其減少速度相對較慢;而建設(shè)用地、灘地都有不同程度的增加,其中以建設(shè)用地增加速度為最快;水體和未利用地受湖區(qū)水土資源開發(fā)的影響,面積出現(xiàn)大幅減少;林地是近17年湖區(qū)最為穩(wěn)定的土地類型,面積基本保持不變。從土地利用類型的轉(zhuǎn)移變化來看,湖區(qū)各土地類型存在著不同程度的相互轉(zhuǎn)換,水體主要轉(zhuǎn)出方向為草地和灘地,轉(zhuǎn)入部分則主要來自于耕地;而受生態(tài)退耕和墾殖活動的影響,耕地、林地和草地三者之間轉(zhuǎn)換較為頻繁;研究期間,建設(shè)用地的增加主要是通過大量侵占耕地來實現(xiàn)的;而灘地面積的增減主要受水位和人類耕作活動的制約。

為了評估未來氣候變化可能對鄱陽湖區(qū)土地利用變化產(chǎn)生的影響,本文根據(jù)ipcc的建議,利用新近建立的基于主體的土地利用變化模擬模型,詳細分析了4種氣候變化情景下鄱陽湖區(qū)1985-2035年的土地利用變化過程。這4種氣候變化情景分別為a1b(經(jīng)濟高速增長模式)、a2(區(qū)域經(jīng)濟多樣化增長模式)、b1(引進更多清潔能源的經(jīng)濟增長模式)和情景4(無氣候變化模式)。在這些氣候變化情景中,由于耕地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力差異顯著,農(nóng)戶主體的收入和他們對土地利用方式的決策也發(fā)生了相應(yīng)的改變。通過對這一過程的模擬和結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)氣候變化可能有利于鄱陽湖區(qū)土地利用變化向著環(huán)境友好的方向自我調(diào)整。與a1b和a2兩種氣候變化情景相比,b1情景對土地利用變化的影響更具環(huán)境友好性。

洪湖流域是著名的魚米之鄉(xiāng),長期遭受洪澇漬害威脅,也是我國血吸蟲病流行最嚴重地區(qū),搞清該地區(qū)洪澇的致災(zāi)因子很有必要。利用歷史上兩個典型相似的暴雨強降水過程氣象數(shù)據(jù)、土地利用資料,采用暴雨洪澇淹沒模型模擬計算,以及實際洪澇災(zāi)情資料進行對比分析。結(jié)果表明,洪湖流域水域面積從1995年的11.70%上升至2010年的14.95%,增加的水域面積主要為水產(chǎn)養(yǎng)殖面積；水產(chǎn)養(yǎng)殖導(dǎo)致對洪水承載能力下降,魚塘面積的大量增加對洪澇災(zāi)害確有放大作用,加劇洪澇災(zāi)害；真正落實國家\"退田還湖\"政策,對于保護濕地生態(tài)環(huán)境十分重要。

以1987年、2000年、2014年的landsat影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),借助envi,arcgis,fragstats等軟件,提取了土地利用信息,計算了景觀指數(shù),定量分析了流域土地利用變化及其對景觀格局的影響.結(jié)果表明:(1)近30年來,南四湖流域土地利用變化突出表現(xiàn)為耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化,耕地面積減少1069.15km2,建設(shè)用地面積增加1573.26km2.2000-2014年,土地利用綜合動態(tài)度為0.461％,是1987-2000年的4倍.(2)景觀結(jié)構(gòu)上,耕地是流域的主導(dǎo)斑塊,面積約占70％,30年來占景觀面積的比例降低了3.85％,斑塊形狀趨于復(fù)雜;建設(shè)用地日益發(fā)展為優(yōu)勢斑塊,占景觀面積的比例指數(shù)增加了6.1％.耕地與建設(shè)用地斑塊在景觀中的變遷,使得流域自然生態(tài)功能受到較為嚴重的干擾.(3)流域總體的景觀特征表現(xiàn)為優(yōu)勢斑塊明顯,景觀比較完整,但空間異質(zhì)性較高而連通性較低.近30年來景觀結(jié)構(gòu)由較完整的大斑塊主導(dǎo)、演化成小斑塊圈點狀穿孔于大斑塊的格局,景觀破碎化較為嚴重.

以鄱陽湖區(qū)為研究區(qū),采用logistic回歸測度不同影響因子與各地類之間的驅(qū)動作用,結(jié)合markov預(yù)測構(gòu)建適用于湖區(qū)土地利用變化模擬的元胞自動機模型,對模型精度進行檢驗并對湖區(qū)未來土地利用發(fā)展趨勢進行模擬預(yù)測。結(jié)果表明:(1)2000~2010年湖區(qū)各地類變化幅度呈顯著提升趨勢,草地是最活躍地類,耕地面積大幅下降,城鎮(zhèn)化擴張穩(wěn)定；(2)不同影響因子對各地類的驅(qū)動作用方向與解釋能力各不相同,整體解釋效果良好,各個roc檢驗值均超過了0.81；(3)ca-markov模型整體kappa系數(shù)>0.85,點對點精度>75%,模擬結(jié)果具有較高精度,其中模型對于林地、耕地及水域變化的模擬效果最優(yōu)；(4)2010~2025年湖區(qū)各地類變化幅度有所擴大,但其變化活躍程度趨向穩(wěn)定；(5)2010~2025年耕地、林地面積減少主要是城市建設(shè)用地的侵占所致,其它類型轉(zhuǎn)變?yōu)榫用裼玫氐膯蜗蜃兓厔蒿@著,湖區(qū)城鎮(zhèn)化進程大幅加速,主要集中在昌九一體化城市群區(qū)域；(6)2010~2025年草地、未利用土地面積增加主要集中在湖區(qū)各區(qū)縣城鎮(zhèn)邊緣地帶,城鎮(zhèn)化進程中綠地保護措施效果明顯,但仍容易造成耕地、林地拋荒等狀況。

土地利用覆蓋變化是當前國際地學研究的熱點之一,通過大量的數(shù)據(jù)收集,利用灰色系統(tǒng)理論將洞庭湖各流域土地利用/覆蓋對其水土流失的影響進行了聚類分析和關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果表明:1、耕地、荒山地、林地為洞庭湖流域水土流失影響的第一類因素,影響最大;非農(nóng)業(yè)用地、草地為洞庭湖流域水土流失影響的第二類因素,影響居中;灘涂用地、園地、水域為洞庭湖流域水土流失影響的第三類因素,影響最小。2、各種土地利用類型對洞庭湖流域水土流失影響的排序為耕地、荒山地、林地、草地、非農(nóng)業(yè)用地、園地、水域、灘涂用地。論文旨在為洞庭湖流域水土流失及洞庭湖的治理提供科學依據(jù)。

土地利用/土地覆被變化改變了地表生態(tài)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu),影響著生態(tài)系統(tǒng)功能,威脅著區(qū)域生態(tài)安全。本文以遼河流域的渾河-太子河流域為研究區(qū),探討了流域空間尺度上的lucc特征及其所帶來的生態(tài)效應(yīng)。研究表明,不同的生態(tài)指標對lucc的響應(yīng)程度略有不同:(1)從景觀生態(tài)格局角度看,反映生態(tài)系統(tǒng)斑塊形狀特征的景觀指數(shù)對lucc的響應(yīng)較弱,而對生態(tài)系統(tǒng)斑塊之間關(guān)系的景觀指數(shù)對lucc的響應(yīng)較強。2007年與1992年相比,shdi呈現(xiàn)出變大的趨勢,分別反映出各生態(tài)類斑塊呈均衡化狀態(tài)變好。contag呈現(xiàn)出變小的趨勢,反映出優(yōu)勢生態(tài)景觀類型的破碎化程度有所增加。(2)從生態(tài)功能效應(yīng)角度看,2007年與1992年相比,lucc使得植被覆蓋度、水土保持能力等單因子生態(tài)功能效應(yīng)指標呈現(xiàn)出變好的特征;綜合考慮生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)、文化與支持功能的綜合生態(tài)功能效應(yīng)呈現(xiàn)出持平的特征。

以洮河流域為研究區(qū)，基于swat模型模擬，從多年平均徑流、典型年徑流和徑流波動性等3方面探討土地利用變化對河川徑流過程的影響．結(jié)果表明：1980s-2000s洮河流域土地利用變化背景下，上游甘南片區(qū)徑流量減少、下游黃土片區(qū)徑流量增加；土地利用變化對上游枯水年徑流和下游豐、平水年影響較大；對洮河上游甘南片區(qū)徑流波動有微弱抑制，使洮河下游黃土片區(qū)的徑流波動有一定的增強．

基流是干旱區(qū)最重要的枯季水文特征之一,在維持河川徑流和維護流域生態(tài)安全等方面具有重要意義。基于寧夏清水河流域上游1980年、1995年、2000年、2013年四期土地利用數(shù)據(jù)及原州水文站1984—2014年日徑流資料,采用枯季徑流分割法進行了基流分割,分析了流域基流、基流指數(shù)與景觀格局指數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系,研究了流域景觀格局變化對基流的作用。結(jié)果表明:(1)30年中,草地是清水河上游的主導(dǎo)性景觀類型。流域景觀多樣性隨時間的推移逐漸增加,整體向好;(2)1984—2014年,清水河上游徑流量呈顯著減少趨勢(p<0.01),基流量呈極顯著減少趨勢(p<0.001);(3)景觀格局指數(shù)與基流量的關(guān)系較徑流量密切,基流量與面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(shapeam)、斑塊結(jié)合度(cohesion)、最大斑塊指數(shù)(lpi)、斑塊豐富度密度(prd)、周長—面積分維數(shù)(pafrac)這5個指標的相關(guān)性較高,其中與shape_am,cohesion,lpi呈顯著正相關(guān),與prd,pafrac呈顯著負相關(guān)。研究結(jié)果可為清水河上游流域生態(tài)建設(shè)提供科學依據(jù)。

以洮河流域為研究區(qū)，基于swat模型模擬，從多年平均徑流、典型年徑流和徑流波動性等3方面探討土地利用變化對河川徑流過程的影響．結(jié)果表明：1980s-2000s洮河流域土地利用變化背景下，上游甘南片區(qū)徑流量減少、下游黃土片區(qū)徑流量增加；土地利用變化對上游枯水年徑流和下游豐、平水年影響較大；對洮河上游甘南片區(qū)徑流波動有微弱抑制，使洮河下游黃土片區(qū)的徑流波動有一定的增強．

以沂河流域為例,在arcgis10.2中解譯沂河流域2005年和2015年遙感影像,得到兩期土地利用數(shù)據(jù).并分析了2005-2015年沂河流域土地利用及其變化情況,以costanza生態(tài)服務(wù)價值計算方法為參考,分析了沂河流域生態(tài)服務(wù)價值變化情況.結(jié)果表明:研究區(qū)耕地面積顯著減少,但生態(tài)服務(wù)總價值卻從2005年的2338964萬元上升到2015年的2427039萬元,上升了約3.77％,這主要是由于林地面積的增加帶來的較高的生態(tài)服務(wù)價值.

為了實現(xiàn)土地的可持續(xù)利用和生態(tài)的可持續(xù)維護,以藉河流域5期土地利用數(shù)據(jù)和構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價模型為基礎(chǔ),運用馬爾科夫模型對藉河流域的土地利用及生態(tài)服務(wù)價值變化進行評估,結(jié)果表明:研究時段內(nèi)坡耕地、梯田、林地和草地的總面積占流域面積的90%以上,坡耕地面積逐期減少,梯田和林地面積增加;1975—2030年流域總的生態(tài)服務(wù)價值呈增加趨勢,草地和林地占總價值比例達到70%以上;預(yù)測2020年和2030年流域的生態(tài)服務(wù)價值分別增加到5.499億元和5.633億元,1975—2030年間單項生態(tài)服務(wù)價值中土壤形成與保持、維持生物多樣性、氣候調(diào)節(jié)和氣體調(diào)節(jié)4項占總價值的60%左右。

研究土地利用變化對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響具有重要的意義。該文以懷柔水庫流域5期土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),探討了流域內(nèi)1990-2008年間土地利用變化及其所引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化。結(jié)果表明:該流域林地是主要的土地利用類型,林地和水域面積呈逐期增加趨勢,農(nóng)田面積基本保持不變,而未利用地面積逐漸減少;研究期內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體呈上升趨勢,與1990年相比,1995、2000、2005、和2008年生態(tài)服務(wù)總價值分別增加0.57%、1.58%、2.46%和2.88%。林地和水域是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值構(gòu)成中貢獻最大的土地類型,占到總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的80%以上;各單項生態(tài)服務(wù)價值大小依次為:維持生物多樣性>水文調(diào)節(jié)>氣體調(diào)節(jié)>氣候調(diào)節(jié)>土壤形成與保持>提供美學景觀>原材料生產(chǎn)>廢物處理和食物生產(chǎn)。

選取位于長江三峽水庫小江支流回水末端的漢豐湖流域為研究對象,運用arcgis空間分析與統(tǒng)計分析方法,分析了漢豐湖流域河岸在不同緩沖區(qū)尺度的土地利用格局,并建立了河岸不同尺度緩沖區(qū)內(nèi)土地利用與河流水質(zhì)的關(guān)聯(lián).結(jié)果表明:(1)林草地在各個緩沖區(qū)尺度內(nèi)均對cod、nh3-h、tn、tp具有一定的削減作用,對水體質(zhì)量保護起著積極作用.(2)建設(shè)用地、耕地在各個尺度緩沖區(qū)內(nèi)與cod、nh3-h、tn、tp呈正相關(guān),表明建設(shè)用地、耕地比重的增加會對水質(zhì)保護產(chǎn)生負面影響.(3)建議為降低城市化進程對環(huán)境的負面影響,應(yīng)優(yōu)化區(qū)域土地利用格局,合理規(guī)劃河岸帶,特別是500m范圍內(nèi)的城市緩沖帶.

科學認識流域土地利用變化及其特征可以為流域水文變化、水環(huán)境變化、氣候變化等研究提供基礎(chǔ)。以1970—2010年伊洛河流域5期遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用gis信息技術(shù)與空間分析技術(shù),得到不同時期伊洛河流域土地利用/覆被特征,選取土地利用變化率指數(shù)、土地利用綜合指數(shù)和土地利用動態(tài)度模型3個指標,分析了近40a來研究區(qū)的土地利用/覆被變化特征。結(jié)果表明,伊洛河流域土地利用以耕地為主,其次為林地。研究區(qū)土地利用處于發(fā)展期且土地利用變化處于快速變化水平,隨著城鎮(zhèn)化面積的逐年增加,流域耕地面積從1990年以后逐年減少,城鎮(zhèn)工礦居民用地不斷增加,其他如林地、草地和未利用面積變化基本保持不變。從不同的發(fā)展階段來看,1970—1990年間,土地利用/覆被變化不太顯著;1990—2000年流域土地利用變化以城鎮(zhèn)工礦居民用地增加為主要特征;2000—2005年流域土地利用變化以耕地減少為主要特征;2005—2010年土地利用變化程度較2000—2005年有減緩趨勢,但仍然呈現(xiàn)耕地減少、城鎮(zhèn)工礦居民用地增加的特征。從不同的高程帶來看,洼地和丘陵地帶土地變化較劇烈,變化的主要特征為耕地減少、城鎮(zhèn)工礦居民用地增加,而中山和高山地帶,因為人類活動影響較小,土地利用情況變化很小。

基于GIS的廣州市土地利用遙感動態(tài)監(jiān)測與變化分析

基于landsat遙感影像提取大凌河流域1986~2014年7期土地利用/覆被變化信息,并結(jié)合1986~2014年流域氣候變化情況,發(fā)現(xiàn)大凌河流域土地利用變化對流域氣候變化具有負面影響。研究表明:(1)近30a大凌河流域土地利用/覆被變化情況表現(xiàn)為:建設(shè)用地和農(nóng)林用地的大幅度擴張,面積分別增加了322.30km2和1504.94km2,并伴隨著水域和旱地及其他未利用地面積的顯著減少,面積分別減少了102.42km2和1724.61km2;(2)大凌河流域近30a來土地利用變化導(dǎo)致流域平均年降水量、平均相對濕度及平均風速小幅度下降,分別減少了14.94mm、0.2%和0.04m/s,平均氣溫緩慢上升,增長了0.1℃;(3)退耕還林還草及成立凌河保護區(qū)等工作能提高流域植被覆蓋面積、使流域水域面積得以回升,從而可以緩解城市熱島效應(yīng)帶來的溫度升高,提高流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。