基于遙感影像的太原土地利用頻度變化分析

姚梅梅,裴 桐

(山西師范大學 地理科學學院，山西 太原 030031)

1 引言

隨著社會經濟的發展，人口、資源和環境之間的矛盾日益突出[1]，土地資源作為人類社會發展不可或缺的一部分，其利用方式及變化對人類社會經濟的發展具有重要影響，其中楊國東、鄭怡鵬等通過遙感影像和GIS對長春市經濟開發區和云南呈貢新區的土地利用變化進行分析，揭示了土地利用變化的內在機制[2，3]。同時，土地利用變化研究是國土空間規劃和社會經濟發展規劃的前提和基礎，吳楠、陳鑄等分別以長江上游和株洲城市的土地利用為研究對象，得出城市建設和不同地形條件下對土地利用的影響因素是不同的[4，5]，在城鎮化高質量發展背景下，土地利用變化研究已成為學者及社會關注的熱點問題，學者分別對阜康綠洲、銅陵縣、太原市和長沙市基于遙感影像對土地利用進行研究，證明隨著社會經濟的發展，人為因素對土地利用的影響不斷加大[6～9]，尤其是隨著遙感技術的不斷發展，利用遙感影像進行土地利用/覆蓋變化的研究已經得到廣泛應用，研究者基于遙感影像對各個城市的土地利用變化進行分析研究，認為在城市建設發展過程中要注意耕地的保護和生態環境的保護，土地利用跟國家相關政策密切相關[10～15]。其中，不同時相下的土地利用遙感檢測研究成果較豐富，相關學者通過對研究區的土地利用變化情況進行研究，得出在土地利用過程中要注重耕地、水源和生態環境的保護，遵守國家相關的可持續發展政策，對城市健康發展做出助力[15～22]。本文以山西省太原市為研究區，利用遙感影像數據，基于ArcGIS平臺對太原市2000年、2005年、2010年、2015年4個時相下的土地利用變化和變化頻度進行分析。以期為當地的土地資源利用、國土空間規劃及社會經濟發展規劃提供一定的參考。

2 研究區概況

太原位于山西省中央，太原盆地北端，于華北地區黃河流域中部，西、北、東三面環山，中、南部為河谷平原，全市整個地形北高南低呈簸箕狀。介于東經111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′之間，東西橫距約144 km，南北縱約107 km。全市面積約6988 km2，以山地、丘陵為主。其中市區面積約為1460 km2，建成區面積約438 km2。其土地利用類型多樣、土地利用變化較明顯。

太原地處南北同蒲和石太鐵路線的交匯處。市轄6個區、3個縣、1個縣級市。2021年末常住人口約539萬人，其中城鎮人口約481萬，約占常住人口的89.23%。城鎮化的快速發展、社會經濟水平的穩步增長使得太原土地利用類型變化較為明顯。

3 數據來源與預處理

3.1 數據來源

本文中所運用的數據來源于中國科學院資源與環境數據中心，數據分辨率為1km，基于arcgis10.2對2000年、2005年、2010年和2015年4個時相的LandsatTM影像進行處理分析。

3.2 數據預處理

數據處理的準備工作：在全國土地利用矢量數據基礎上裁剪山西省的土地利用數據，然后提取出太原市的土地利用數據。運用2000年、2005年、2010年、2015年4個時相、6973個相元進行分析。最后進行土地利用重分類。將4個時相、6973個像元數據進行重分類，為之后的重編碼做準備。最后對各個土地利用類型進行賦值、重編碼，將耕地土地利用類型賦值為1，林地賦值為2，草地賦值為4，水域賦值為8，城鄉工礦、居民用地賦值為13，未利用土地賦值為21，通過整理得到太原市4個時相下的土地利用類型面積統計表(表1)。

表1 太原4個時相下土地利用類型統計 km2

4 結果與分析

4.1 土地利用變化

通過對相元值重新賦值，得出3個時段下太原市市土地利用類型變化。

2000～2005年、2005～2010年、2010～2015年太原土地利用變化情況如下。

2000～2005年間，太原土地利用類型由水域變為耕地的地區有7 km2，未變化的區域為6934 km2，草地變為水域和水域變為建設用地的區域分別為1 km2，耕地變為水域的有5 km2，草地變為建設用地的地區為2 km2，耕地變為建設用地的地區有23 km2。

2005～2010年間，太原土地利用類型由建設用地變為未利用的區域有1 km2，6914 km2沒有發生變化，10 km2耕地變為林地，1 km2由林地變為草地，11 km2由耕地變為草地，由草地變為水域的地區有1 km2，耕地變為水域的地區有1 km2，草地變為建設用地的有2 km2，林地變為建設用地有1 km2，耕地變為建設用地有31 km2。

2010～2015年間，太原土地利用類型由建設用地變為水域的地區有2 km2，由草地變為耕地的區域有2 km2，未變化區域未6959 km2，耕地變為水域、草地變為建設用地和林地變為建設用分別為1 km2，由耕地變為建設用地的地區有7 km2。整理得出3個時段里太原市土地利用各類型面積變化情況(表2)。

表2 3個階段太原土地利用類型變化情況 km2

綜上所述，由草地變為建設用地的土地利用類型共有5 km2，由耕地變為城鄉建設用地的土地利用類型共有61 km2，由耕地變為水域的有7 km2，由水域變為耕地的有7 km2，草地變為水域、水域變為建設用地、建設用地變為水域，草地變為耕地的區域分別為2 km2，耕地變為草地的有11 km2，，耕地變林地的有10 km2，林地變草地的有1 km2。建設用地得變化最大，耕地減少相對明顯，表明，隨著時間的推移，國民經濟的發展，城市化進程不斷加快，建設用地使用不斷增加。

4.2 土地利用頻度變化

通過以上分析，整理得出2000～2015年太原市的土地利用頻度變化(表3)。

表3 2000～2015年太原土地利用頻度變化

原因分析：2000～2005年間，由于城市建設的發展，耕地變為建設用地的土地利用類型變化較為明顯，主要集中在太原城區的尖草坪區、杏花嶺區、迎澤區和小店區以及下轄的陽曲和清徐縣。水域變為耕地的類型變化較大，主要是農業發展帶動耕地面積的發展，集中處于晉陽湖段和婁煩縣汾河水庫的相關區域。

2005～2010年間，基于相關政策的變化，城市不斷向南發展，耕地面積隨之減少，建設用地不斷增多；主要集中在小店區，由于退耕還林政策的實施，耕地、林地、草地變化明顯，耕地變為林地的土地利用類型變化主要集中在東部陽曲縣，耕地變為草地的土地利用類型則在尖草坪區和杏花嶺區相對集中。

2010～2015年間，城市建設進程加快，建設用地不斷增加，主要集中在太原市區的尖草坪區、杏花嶺區、迎澤區、小店區和下轄的清徐縣區域內。太原市內晉陽湖和婁煩縣汾河水庫變為耕地類型，主要原因是城市發展，耕地緊缺。耕地變為水域的土地利用類型集中在婁煩縣城區和清徐縣。

綜上，太原市土地利用變化主要集中在六大城區和婁煩縣、陽曲縣。

5 結論

2000～2015年太原土地利用變化頻度為6865 km2，是未變化區域，處于低頻變化區有104 km2，中頻變化區有4 km2。其中，低頻變化區主要集中在太原城區的尖草坪區、杏花嶺區、迎澤區和小店區，以及下轄的婁煩縣和陽曲縣；中頻變化區則集中在婁煩縣的城區和太原城區的小店區。由于分辨率較低，部分地區土地利用類型變化不明顯。

根據4個時間節點及3個時段的太原市土地利用變化、土地利用各用地類型轉換及相應表格分析，得出：①2000～2005年太原市土地利用類型變化中，建設用地面積增加最多，表明政府大力發展經濟建設；其中主要城區以及道路沿線的變化特征較明顯，充分說明建設用地面積的變化和經濟發展水平、人口密度等密切相關；②研究時段內，耕地變為建設用地的面積占比較大，這是一個不合理現象，城市化進程加快導致耕地大量流失，應注重糧食安全和城市的健康發展；③值得注意的是，從2000～2015年水域面積沒有明顯的變化，表明在城市發展過程中，注重水資源的涵養，沒有盲目占用水域面積。

綜上所述，太原市政府在土地利用規劃及社會經濟發展規劃中要充分保護耕地和基本農田，嚴守耕地紅線；同時更要堅持綠水青山就是金山銀山的發展理念，促進城市健康發展乃至黃河流域的高質量發展。在城市化發展過程中要科學發展規劃，堅持可持續發展方針，注重糧食安全，注重生態環境保護。