基于GIS與RS的海岸帶土地利用變化分析

(1.長江水利委員會水文局 長江口水文水資源勘測局，上海 200136； 2.長江水利委員會水文局 長江下游水文水資源勘測局，江蘇 南京 210011；3.水利部 水文儀器及巖土工程儀器質量監督檢驗測試中心,江蘇 南京 210012)

海岸帶連接著海洋和內陸，城市海岸帶更是人類活動的密集區，面臨著人類與自然的雙重影響，是資源環境條件最為優越的人文活動區域，復合性、邊緣性和活躍性是海岸帶生態系統的典型特征。鑒于海岸帶在全球環境和人類社會發展中至關重要的作用以及其不斷惡化的現狀，為實現海岸帶資源的科學管理和持續利用，人類迫切需要及時、準確、高效地獲取海岸帶的各種土地利用信息，并監測其動態變化[1]。

1 研究區域概況

連云港海岸帶呈東南至西北走向，從南邊的灌河口往北綿延至繡針河口，海岸線長 161.58 km，研究區域土地總面積約為7 444 km2，海域面積約為 1 759 km2。隨著城鎮化進程的推進，區域內的土地利用越發活躍，土地利用率也逐年提高。大規模的圍墾種植、圍海養殖以及各種臨港工業的建設，使連云港市海岸帶的土地格局發生了重大變化[2]。

如圖1所示，連云港海岸帶的研究范圍為：將沿海的海堤、基巖、岬角以及具有明顯植被特征的地方作為海岸岸線，由海岸線向陸、海兩方向各延伸10 km，面積為 2 084.970 0 km2。

圖1 研究區域范圍

遙感圖像資料為：1987,2002,2007年和2012年4期Landsat TM遙感影像數據，輔助數據為連云港市地形圖。數據影像由地理空間數據云提供，并經輻射校正、幾何校正、圖像增強處理等數據預處理。

2 遙感圖像土地類型劃分

將地形圖與遙感影像精確關聯并進行校正，以shape格式的矢量省界為參考界線，通過ArcGIS空間分析(Spatial Analyst)模塊下的圖像轉換(Convert Features to Raster)，將矢量的界線數據轉換為柵格數據，運用Raster Calculator建立關系式，將柵格的界線文件和經處理的遙感影像相乘，裁剪出研究區域。

運用迭代自組合數據分析技術(IsoData)訓練方法(基于最小光譜距離公式)，分別將最大初始分類數目、最大循環次數及最大循環收斂閾值確定為40類、24次及95%，執行非監督分類，生成初步分類結果圖像。

綜合專題資料和遙感影像資料，解譯結果以矢量格式轉入地理信息系統軟件ArcGIS中，利用ArcGIS專題制圖，得到連云港海岸帶的土地利用的分類圖。

表1 1987～2002年土地利用類型的面積轉換情況 km2

3 土地利用變化分析

3.1 土地變化速度分析

為了對比區域內土地利用變化的差異，并對未來的變化趨勢做出預測，采用單一土地利用動態度這一概念,描述研究區域內的土地利用類型變化的速率[3]。公式如下

(1)

式中,R單指的是單一土地利用動態度可定量描述區域一定時間范圍內某種土地利用類型變化的速度，即耕地的變化速度；Ua，Ub分別為研究初期和研究末期的土地利用類型的數量；T為研究期時段長。當T的時間段設定為年時，R表示為土地類型的年變化率。

通過各個時間點的不同土地類型的面積及各時間段年變化率繪出1987～2012年各土地利用類型面積變化圖(見圖2)，借助圖像可以更直觀地看出該區域25 a間大體的變化趨勢。

圖2 1987～2012年各土地類型面積變化

從圖2可見，25 a來變化較為劇烈的是耕地與建筑用地。耕地面積呈遞減趨勢，而建筑用地呈遞增趨勢, 但2002年以后耕地面積減少的速度得以有效控制，而建筑用地面積則依然呈現快速增長的勢頭。其他土地利用類型多年來變化不大，僅鹽場在整體上有遞減趨勢。

3.2 土地利用類型轉換分析

為獲取研究區域3個時間段(1987～2002年、2002～2007年、2007～2012年)的土地利用轉換矩陣，采用ArcGIS軟件按矢量層交集操作方式進行空間疊加分析(見表1～3)。

表2 2002～2007年土地利用類型的面積轉換情況 km2

表3 2007～2012年土地利用類型的面積轉換情況 km2

通過轉換矩陣可以看出，建設用地占用耕地比例持續過高，海域向其他類型用地的轉化量極少，未利用地轉化率較高，說明未利用地開發程度很高，其他土地均有不同程度的轉換利用。正是由于土地類型間的相互轉化，導致了土地利用結構、幅度和速度的變化。

3.3 土地利用變化驅動力分析

(1)自然驅動。自然驅動的因素多種多樣，如水文氣象、地形地貌、植被環境等[6]。耕地、林地等農用地的土壤類型應適合農作物和林木生長；建筑用地的土壤類型一般比較堅固且不易松散。土壤中含鹽量較高的鹽場則一般分布在沿海的圍堤內居多。由此看來，影響土地利用類型分布的重要因素之一就是土壤環境，這一因素也在不同程度上影響了土地類型的相互轉換。土地的自然特性往往影響和驅動著人類的活動，而人類活動對土地利用類型轉換作用明顯。海拔較高的林地、遠離城郊的灘涂等區域，由于人類活動的影響較小，其土地利用類型變化也小。而地勢較低的山腳、交通便利的平原等則更易受人類活動的影響，其土地利用類型變化也更為劇烈。

(2)人力驅動。導致土地利用類型變化的另一重要原因是人口變化[7]。從表4中可以發現，研究區域人口的變化與建筑用地面積的變化存在必然的關聯。總體來看，人口增加對應著建筑用地面積的增加。然而，從2007～2012年對比數據來看，人口減少而建設用地面積卻依舊增長，這可能是由于多種因素綜合作用而形成的現象，比如灘涂、岸線的開發利用等。除了人口變化這一重要因素之外，近年來連云港GDP增長速度明顯加快，這與建筑用地在此期間的持續增長有著密不可分的關系。隨著建筑用地的增加，預計未來幾年的GDP總值會繼續呈增長趨勢。此外，科學技術的發展、經濟體制的改革、政治政策的引導等因素也不同程度地影響著土地利用類型的變化。

表4 1987～2012年各時期人口、建筑用地與GDP對比

4 結 語

利用ArcGIS分析1987，2002，2007年和2012年的數據，得知連云港海岸耕地的數量逐年減少，且減少的速度有不斷加速的趨勢。對應耕地減少，建設用地在大幅度增長，這一變化趨勢反映出耕地未被充分利用。隨著經濟快速發展和城鎮化進程的加速，其他非農用地占用耕地，土地矛盾會一直存在。

鑒于此，提出以下建議：①退耕還林、退耕還湖；②做好城市土地利用規劃；③挖掘未利用土地的潛力；④針對已利用土地，控制建設用地，切實保護耕地。只有這樣，才能實現對有限耕地資源的合理利用與保護，從而獲得最佳的經濟、生態和社會效益，為實現社會經濟可持續發展提供用地保障。

RS技術對土地利用類型的信息解譯具有較大

優勢，大大提高了判讀的速度和精確度，再利用ArcGIS對數據進行管理和分析，將兩者結合起來具有不可估計的應用前景。