基于GIS的重慶兩江新區(qū)土地利用變化研究

摘要：依據(jù)重慶市兩江新區(qū)土地變更調(diào)查資料，在GIS技術(shù)的支持下，結(jié)合兩江新區(qū)自身的區(qū)位和地貌特征，對(duì)兩江新區(qū)2009～2015年間土地利用變化特征進(jìn)行了追蹤與研究。結(jié)果表明：兩江新區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)變化總的趨勢(shì)是城鎮(zhèn)用地、交通運(yùn)輸用地的持續(xù)擴(kuò)展，以及農(nóng)村、園地、耕地的遞減后退；各地類(lèi)的空間分布變化具有明顯的地帶性特征。此結(jié)果為兩江新區(qū)土地資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：土地利用變化；GIS技術(shù)；兩江新區(qū)

中圖分類(lèi)號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2017）10018004

1 引言

區(qū)域土地資源的空間分布及其變化特征，能夠直觀(guān)地反映該區(qū)域范圍內(nèi)人與自然界的相互影響與相互作用，同時(shí)，土地資源的空間分布及其變化是一個(gè)系統(tǒng)性演化的過(guò)程，期間的每一次轉(zhuǎn)變都將為區(qū)域帶來(lái)一系列資源、環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題[1]。進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的提高以及人口的增加，土地利用變化的速度與強(qiáng)度顯著增長(zhǎng)，人地關(guān)系日益為人們所重視，土地利用問(wèn)題也成了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界研究的重要課題[2]。

兩江新區(qū)是中國(guó)內(nèi)陸第一個(gè)國(guó)家級(jí)開(kāi)發(fā)新區(qū)，同時(shí)也是繼上海浦東新區(qū)、天津?yàn)I海新區(qū)后，由國(guó)務(wù)院直接批復(fù)的第三個(gè)國(guó)家級(jí)開(kāi)發(fā)新區(qū)。2015年，兩江新區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值突破2000億元，年均增長(zhǎng)17.5%。經(jīng)過(guò)5年的發(fā)展，兩江新區(qū)已經(jīng)成為全市建設(shè)速度最快、建設(shè)規(guī)模最大的區(qū)域。目前，兩江新區(qū)建成區(qū)面積達(dá)到229 km2，年均增加10 km2左右；常住人口達(dá)到240萬(wàn)人，年均增加7萬(wàn)人左右。依據(jù)兩江新區(qū)2009年、2012年及2015年三期土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)，在 GIS 技術(shù)支持下，分析兩江新區(qū)土地利用及其變化特征，以期為保障兩江新區(qū)土地資源及其安全利用，制定地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策提供科學(xué)依據(jù)與參考。

2 研究區(qū)概況

兩江新區(qū)因位于重慶市主城區(qū)長(zhǎng)江以北、嘉陵江以東而得名，全區(qū)總面積1200 km2，轄江北區(qū)、渝北區(qū)、北碚區(qū)3個(gè)行政區(qū)的部分區(qū)域，共33個(gè)街鎮(zhèn)（21個(gè)街道、12個(gè)鎮(zhèn)）。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)源

研究的數(shù)據(jù)主要為兩江新區(qū)2009年、2012年和2015年三期土地變更矢量數(shù)據(jù)，坐標(biāo)統(tǒng)一，精準(zhǔn)度高；通過(guò)ArcGIS 10.3軟件的轉(zhuǎn)換工具，轉(zhuǎn)換得到11個(gè)土地類(lèi)型的三期土地利用柵格圖，柵格單元大小為30 m。

圖1 兩江新區(qū)2009～2015年土地利用空間分布

3.2 研究方法

基于GIS空間分析技術(shù)，選取了土地利用動(dòng)態(tài)度、開(kāi)發(fā)度、耗損度以及土地利用綜合動(dòng)態(tài)度4個(gè)指數(shù)，并根據(jù)三期土地資源空間分布特點(diǎn)構(gòu)建地類(lèi)轉(zhuǎn)移矩陣，來(lái)對(duì)兩江新區(qū)土地利用變化情況進(jìn)行分析[3]。

單一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度，是區(qū)域土地利用變化的一個(gè)重要指標(biāo)，可以對(duì)研究區(qū)某種土地類(lèi)型，在一定時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)生的變化進(jìn)行定量描述[4]。計(jì)算公式為：

R=Ub-UaUa×1T×100%（1）

式（1）中，R為研究區(qū)某一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度；Ua|Ub分別為不同時(shí)期的某地類(lèi)的面積；T為研究區(qū)時(shí)長(zhǎng)，當(dāng) T為年時(shí)，R則表示該研究區(qū)某地類(lèi)的年變化率。

單一土地利用開(kāi)發(fā)度，以單位時(shí)間內(nèi)新開(kāi)發(fā)面積占初期該類(lèi)型面積比例來(lái)表示[4]。反應(yīng)了單位時(shí)間內(nèi)某地類(lèi)面積增加的速度。計(jì)算公式為：

RD=UabUa×1T×100%（2）

式（2）中，RD為某一土地利用開(kāi)發(fā)度；Uab為該土地利用類(lèi)型從a時(shí)刻到b時(shí)刻，由其他地類(lèi)轉(zhuǎn)變?yōu)樵擃?lèi)型的面積總和；Ua為a時(shí)刻該土地利用類(lèi)型的總面積；T為a時(shí)刻到b時(shí)刻時(shí)間長(zhǎng)度，以年為單位。

單一土地利用耗損度，以單位時(shí)間內(nèi)新?lián)p耗面積占初期該類(lèi)型面積比例來(lái)表示[4]，反應(yīng)了某地類(lèi)面積減少的速度。計(jì)算公式為：

RU=CabbUa×1T×100%（3）

式（3）中，RU為某一土地利用耗損度；Cab為該土地利用類(lèi)型從a時(shí)刻到b時(shí)刻，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩妙?lèi)型面積的總和；Ua為a時(shí)刻該土地利用類(lèi)型的總面積；T為a時(shí)刻到b時(shí)刻時(shí)間長(zhǎng)度，以年為單位。

土地利用綜合動(dòng)態(tài)度，以年為單位，計(jì)算區(qū)域在不同年份土地利用變化總的態(tài)勢(shì)和土地利用結(jié)構(gòu)的變化程度[5]，綜合考慮了研究期內(nèi)土地利用類(lèi)型間的轉(zhuǎn)變，能夠較為綜合地反映研究區(qū)土地利用年變化情況。其計(jì)算公式為：

C=∑ni=1ΔUi-j∑ni=1Ui×1T×100%（4）

式（4）中，C為研究區(qū)土地利用綜合動(dòng)態(tài)度；Ui為研究起始時(shí)刻第i類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積；為研究期間第i類(lèi)土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?lèi)型面積的絕對(duì)值；T為研究期間時(shí)長(zhǎng)。

符俊鵬：基于GIS的重慶兩江新區(qū)土地利用變化研究

地理與規(guī)劃

4 結(jié)果與分析

在土地利用現(xiàn)狀柵格數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)，對(duì)研究區(qū)土地利用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分別得到兩江新區(qū)2009-2015年土地利用結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)表（表1）、兩江新區(qū)2009-2015年土地利用動(dòng)態(tài)度（表2）、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表3～5）。

4.1 土地利用結(jié)構(gòu)特征分析

根據(jù)以上土地利用結(jié)構(gòu)表（表1）可知，城鎮(zhèn)用地所占比重最多，林地和耕地次之，三者面積之和占研究區(qū)總面積70%以上；6年中，草地、特殊用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)、其他用地四類(lèi)的面積占比和變化量均非常小；研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)在2009～2015年最直觀(guān)的變化是，城鎮(zhèn)用地和交通用地面積逐年增加，水域村莊園地林地耕地逐年減少。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是對(duì)研究區(qū)范圍內(nèi)地類(lèi)由一種類(lèi)型轉(zhuǎn)移為另一種類(lèi)型的定量描述。通過(guò)構(gòu)建兩江新區(qū)2009～2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，分析其統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表3）可知如下。

從轉(zhuǎn)出總量來(lái)看， 2009～2015年，6年間兩江新區(qū)轉(zhuǎn)出最多的地類(lèi)是耕地，轉(zhuǎn)出面積達(dá)118.59 km2，轉(zhuǎn)出比例占比65.47%；園地、林地、村莊轉(zhuǎn)出的土地面積依次遞減，轉(zhuǎn)出面積分別為19.85 km2、17.8 km2、15.53 km2，轉(zhuǎn)出占比分別為10.96%、9.83%、8.57%。

從轉(zhuǎn)入總量來(lái)看，2009～2013年，6年間兩江新區(qū)城鎮(zhèn)用地面積的轉(zhuǎn)入量最大，轉(zhuǎn)入面積為151.33 km2，占比83.54%；此外，轉(zhuǎn)入量較大的是交通運(yùn)輸用地，轉(zhuǎn)入面積為25.82 km2，占比14.25%；其余地類(lèi)的轉(zhuǎn)入量和占比都非常小，在此不多做分析。

4.2 土地利用動(dòng)態(tài)度分析

由表2可知，2009～2015年兩江新區(qū)城鎮(zhèn)用地的變化幅度最大，其次為耕地、交通運(yùn)輸用地、園地、林地和村莊，草地、其他用地、特殊用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)和水域的變化幅度較小。6年中，城鎮(zhèn)用地和交通運(yùn)輸用地面積增加，草地、耕地和林地面積減少。通過(guò)2009～2012和2012～2015年兩期綜合動(dòng)態(tài)度可知，兩江新區(qū)在這六年間土地利用變化的程度越來(lái)越大。

（1）由城鎮(zhèn)用地的單一動(dòng)態(tài)度可知，研究區(qū)于2009～2012年間的城鎮(zhèn)擴(kuò)展速度較2012～2015年有所放緩；6年間，新增的城鎮(zhèn)用地面積151.33 km2，大部分來(lái)自于耕地，其余部分主要由從村莊、林地和園地轉(zhuǎn)化而來(lái)。交通運(yùn)輸用地的開(kāi)發(fā)度大于耗損度，單一動(dòng)態(tài)度為各地類(lèi)中最大值17.38%，這與研究區(qū)近幾年來(lái)逐漸擴(kuò)張的城鎮(zhèn)用地的實(shí)際情況是相符的。由土地利用轉(zhuǎn)移矩陣知，2009～2012年間增加的交通運(yùn)輸用地面積8.77 km2，主要由耕地和部分林地轉(zhuǎn)變而來(lái)，分別有4.50 km2耕地和1.27 km2林地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地；2012～2015年間增加的交通運(yùn)輸用地面積較2009～2012年大幅增加，為17，05 km2，主要由耕地、村莊、園地轉(zhuǎn)化而來(lái)。

（2）耕地、村莊、園地和林地的單一動(dòng)態(tài)度、開(kāi)發(fā)度和耗損度表明，該4種地類(lèi)在2009～2015年間面積大幅減少，隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的快速發(fā)展，耕地是最主要的補(bǔ)償來(lái)源，6年間共轉(zhuǎn)出了118.59 km2的耕地，其余的土地消耗量則由村莊、園地和林地來(lái)承擔(dān)。村莊在2009～2012年間與2012～2015年間的土地轉(zhuǎn)出量，分別為9.81 km2、5.78 km2，表明在城鎮(zhèn)擴(kuò)展的過(guò)程中，村莊的消亡過(guò)程是由快到緩的。

（3）草地、特殊用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、其他用地和水域的單一動(dòng)態(tài)度、開(kāi)發(fā)度和耗損度都較小，地類(lèi)轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出都較為溫和，表明兩江新區(qū)2009～2015年間這五種地類(lèi)的變化小，其轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)入的面積和比值都不明顯，因此認(rèn)為這些地類(lèi)變化并無(wú)明顯特征。

5 結(jié)語(yǔ)

利用GIS技術(shù)對(duì)研究區(qū)土地利用變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，可以及時(shí)反映土地的屬性變化[7]。該研究通過(guò)對(duì)兩江新區(qū)2009～2015年的土地利用變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果表明： ①土地利用方面，兩江新區(qū)城鎮(zhèn)用地6年間面積從221.23 km2增加到了371.35 km2，增幅達(dá)68%，由北到南逐步擴(kuò)展開(kāi)來(lái)；交通運(yùn)輸用地也隨著城鎮(zhèn)的擴(kuò)張而不斷發(fā)展，面積從24.21 km2增加到了49.86 km2，擴(kuò)張了近兩倍；草地、特殊用地、工礦用地和其他用地在研究區(qū)中所占面積少，且變化幅度非常小。②地類(lèi)轉(zhuǎn)化方向，研究區(qū)最主要轉(zhuǎn)化方向是由耕地、林地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化，耕地、林地、園地、村莊和水域的面積逐年縮小，減少的土地主要轉(zhuǎn)化為交通運(yùn)輸用地和城鎮(zhèn)用地；還有部分林地、耕地和村莊的相互轉(zhuǎn)化。

在研究過(guò)程中，也存在一些不足包括：①采用的數(shù)據(jù)為土地變更矢量數(shù)據(jù)，若要分析研究區(qū)2009年之前的土地利用變化情況，則必須借助2009年之前的遙感影像進(jìn)行解譯，而遙感解譯圖像識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)與土地變更數(shù)據(jù)存在差異，可能會(huì)影像分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。②應(yīng)用的3期數(shù)據(jù)，總的時(shí)間跨度為6年，因此造成研究區(qū)土地利用變化監(jiān)測(cè)與分析的時(shí)間序列較短。③僅對(duì)研究區(qū)土地利用變化的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，在進(jìn)一步的研究中，可以就產(chǎn)生該變化的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行進(jìn)一步的分析，以及預(yù)警和預(yù)測(cè)研究。

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