基于GIS的抚仙湖流域土地利用时空变化研究

高原湖泊是流域内生产生活的重要水源地,维系着当地经济社会的发展,对于调节气候和美化环境起着不可替代的重要作用。由于城镇化的推进和旅游产业的发展,湖泊流域空间格局发生变化,高原湖泊环境污染加剧。以云南省抚仙湖流域为研究对象,运用GIS空间分析技术和数理统计方法,基于2005～2015年3期遥感影像从土地利用幅度变化、土地利用转移类型和土地利用动态度3个方面分析了流域10 a来土地利用时空变化特征。结果表明:①抚仙湖流域土地利用类型以湖泊水面、有林地、旱地、水田和草地为主,水田、有林地和建设用地面积增长,旱地、草地和灌木林地面积减少,园地、湖泊水面和未利用地面积先增后减,水库坑塘先减后增;②土地利用转换类型以农用地向建设用地转移、耕地内部转移和耕地向林地转移3类为主;③不同时期不同地类不同区域的土地利用动态度存在较大差异,2010～2015年与2005～2010年相比,变化更为剧烈,其他建设用地动态度最高,湖泊水面动态度最低,动态度较高的区域分布于湖泊北岸以及西岸中部,而流域北部边缘、西部边缘的动态度较低。研究成果可为该流域生态环境的保护和土地资源的可持续利用提供理论参考。     

近 40 年来窟野河流域土地利用类型变化及驱动因素

为分析土地利用变化的内部特征及驱动机制,从土地利用整体格局、土地利用转移方向、转移程度和土地利用单一动态度方面出发,全面分析近40年以来窟野河流域土地利用的时空变化特征,并利用SPSS软件系统地阐述了其驱动机制。主要结果表明:目前,该流域各土地类型面积占比为草地耕地煤矿用地林地沙地居住用地水域未利用土地,耕地主要分布在研究区中部和东南部,煤矿用地主要分布在河流沿岸;在研究时段内,煤矿用地作为动态度最高的土地利用类型,其面积大幅增加,主要流入源为草地和耕地,该流域煤炭的大规模开采已严重影响到该流域的植被覆盖情况以及农业生产活动;经济的高速发展,尤其是第二、第三产业的壮大是导致该流域煤矿用地和居住用地发生明显变化最主要的驱动因子,而耕地、林地、草地和水域的面积变化也与其息息相关,但变化幅度相对较小;此外,人口作为重要因素之一,也在土地利用的变化过程中起到了较为明显的推动作用。     

永定河上游流域土地利用变化及生态环境效应研究

基于1980年、1990年、2000年及2010年4期土地利用数据,定量化计算永定河上游流域土地利用动态度、土地利用类型间的转移矩阵、生态环境质量指数等指标,对永定河上游流域的土地利用变化和生态环境效应进行了系统分析。结果表明:(1)过去30年期间,研究区土地利用类型的面积所占比例由大到小排列为耕地草地林地城乡、工矿、居民用地水域未利用土地;1980—1990年与1990—2000年,土地利用综合动态度分别为0.06%、0.19%,土地利用类型的转出率或转入率基本上均小于10%,土地利用变化较小;2000—2010年,土地利用综合动态度较大,达到了6%,土地利用类型的转出率或转入率均大于10%,土地利用变化较大。(2)2000—2010年间永定河上游流域生态环境质量指数从从0.4230上升到0.4290,生态环境质量略有好转;总体上维持着区域生态环境的动态稳定。该研究可为永定河上游流域土地利用格局优化及生态环境的改善提供技术支撑。     

1980 年以来黄河内蒙古段十大孔兑流域 土地利用变化时空特征

研究黄河内蒙古段十大孔兑(以下简称十大孔兑)流域土地利用变化,对于区域生态环境建设和水土保持效果评价有重要意义。根据1980年、1998年、2010年3期遥感影像解译的土地利用数据,采用土地利用动态变化和土地利用转移矩阵,系统分析了十大孔兑流域1980年以来的土地利用变化时空特征。结果表明:研究区以耕地、草地和未利用地为主要土地利用类型,1980年以来草地面积逐渐增加,未利用地面积逐渐减少,1998年-2010年较1980年-1998年的土地利用变化幅度和变化速度提高。1980年-1998年和1998年-2010年,土地利用转移方向主要是未利用地向低、中覆盖草地转化,低覆盖草地向中、高覆盖草地转化,中覆盖草地向高覆盖草地转化,该转化主要分布在流域的上中游,以流域东部和西部最明显。1980年-1998年间低覆盖草地向中、高覆盖草地转化比例较高,1998年-2010年间未利用地向低、中覆盖草地转化比例较高。分析认为,1980年以来十大孔兑流域城镇化水平提高,林草水保措施力度增强、成效显著,区域生态环境改善,特别是国家实施"退耕还林(草)"生态修复政策后,生态环境改善效果更为突出。     

南亚典型国际河流柯西河流域土地覆被空间分布特征

作为南亚极为重要的跨境河流,柯西河横跨中国、尼泊尔、印度三国。流域内部海拔落差巨大,土地覆被类型多样,生态系统完整,是研究土地覆被及全球气候变化的敏感区之一。将土地利用本底数据叠加DEM和TRMM3B43详细分析了柯西河流域土地覆被类型的结构和空间分布特征,并进一步分析了该流域土地覆被类型与地形、气象因子之间的相关性。结果表明:①柯西河流域土地覆被类型可分为裸地、林地、灌木、旱地、水田、建筑用地、河流、湖泊、冰川/永久积雪、河漫滩、盐碱地、人工园地、沼泽地、草地共14类,其中水田面积最大,约占流域总面积的32.56%,其次是林地占18.89%;②地形因子对土地覆被类型影响巨大,由南向北随着地形的起伏,主要土地覆被类型依次表现为水田、林地、旱地、灌木、裸地、冰川、草地的垂直地带性;③土地覆被类型与气候因子相关性较强,随着降雨量由少变多,土地覆被优势类型依次表现为裸地、草地、灌木、冰川/永久积雪、林地、水田。开展柯西河流域的土地覆被研究对该流域土地资源合理利用、生态环境保护具有重要的理论和实践意义,同时也能为中国倡导的“一带一路”国际区域经济合作战略提供基础数据保障。     

赣江流域土地利用迁移变化分析

土地利用/覆被变化是人类与自然环境相互作用的重要表征，其变化特征深刻影响着区域的生态安全和社会经济可持续发展。基于赣江流域1980—2018年土地利用数据，利用ArcGIS空间分析方法，分析赣江流域土地利用的时空变化特征。结果表明：赣江流域1980—2018年土地类型以林地和耕地为主，林地和耕地面积呈减少趋势，建设用地面积不断增加；流域土地利用综合指数呈增加态势，表明土地利用变化加快；土地利用转换类型以耕地和林地向建设用地转移、林地和草地相互转移以及林地向耕地转移为主，部分耕地转化为水域；草地、水域、建设用地重心变化较明显，草地的重心在向西偏北方向迁移，水域的重心在向西偏南方向迁移，建设用地重心在向东偏南方向移动，移动速度均具有阶段性。可为赣江流域生态环境保护、水土资源规划与管理提供科学依据。     

渭河流域土地利用变化对径流的影响

近年来土地利用变化在人类活动影响下越趋明显,对其引起的水文循环变化的研究也受到越来越多的重视。为定量分析渭河流域咸阳站以上流域土地利用变化对径流的影响,根据1965—2015年径流长系列数据分析径流变化趋势及突变点。基于1986年、2000年和2015年3期土地利用数据,分析了土地利用面积及动态变化特征,结合SWAT模型,在1986年和2015年土地利用情景的基础上,定量分析了土地利用变化对径流的影响。结果表明:20世纪90年代初期流域径流发生突变;SWAT模型在渭河流域适用性良好;林地、草地和耕地为流域主要用地类型,耕地面积减小22%,主要转化为林地和草地,城镇用地增加显著;渭河流域土地利用变化对径流存在抑制作用,其影响小于10%。     

东北黑土地治理区2015-2016年水土流失动态监测

作为全国水土流失动态监测与公告项目的重要组成部分,松辽流域2016年度重点对东北黑土地治理区15个典型县,面积6.32万km2的土地利用、植被覆盖、水土保持措施和水土流失情况进行了动态监测.监测结果表明,区域土地利用类型以旱地为主,区域总面积的48.04%,各类土地利用总体变化不大,呈现旱地面积减少,水田和林地面积增加的现象,水土流失面积占区域总面积的31.91%,2015-2016年水土流失面积减少139.48 km2,新增水土保持重点治理项目是导致水土流失面积减少的主要原因.     

1980～2015年长江流域土地利用变化分析

基于长江流域1980,1990,1995,2000,2005,2010,2015年7期土地利用数据,通过土地利用转移矩阵以及多种指标,分析了1980~2015年间长江流域土地利用的时空变化过程。研究表明：近35 a来耕地和草地呈下降趋势,而林地、水域和城乡用地面积明显增加,未利用地总体呈下降趋势;随着时间的推移,各地类的变化形式由以交换变化量为主导转变为以净变化量为主导,说明各地类逐渐倾向于在原有空间位置发生面积变化,而不是在流域内发生空间位置转移;长江流域土地利用综合动态度从大到小排列依次是1990~1995年、1980~1990年、2005~2010年、1995~2000年、2000~2005年、2010~2015年。1980~1990年和1990~1995年这两个时期的综合土地利用综合动态度明显大于其他各时期,即这两个时期长江流域土地利用变化程度最为剧烈。     

土地利用变化对径流影响的定量研究

为定量研究径流对土地利用变化的响应,以淮河上游潢川流域为例,分析不同时期土地利用空间转移规律,结合SWAT模型,通过选取典型子流域,定量分析流域土地利用变化对径流的影响。结果表明:在不同时期,研究区旱地面积变化较大,主要转化为水田与林地,草地、城镇用地及水域几乎没有变化;研究区土地利用方式的改变导致年径流深明显减小,原因是水田大面积增多能够促进水面蒸散发,同时林地的增多也滞缓了径流汇集速度,进一步增加了蒸发。     

近20年黄河流域陆表水域面积时空变化特征研究

黄河流域生态保护和高质量发展是国家重大战略之一。开展陆表水域的动态变化监测,有助于掌握黄河流域水资源分布与变化状况,对于了解人类活动对水资源的影响,保障流域生态安全具有重要意义。本文基于Landsat数据提取2000—2019年黄河流域陆表水域分布,分析了黄河流域陆表水域面积的动态变化状况,结果表明：（1）流域陆表水域空间分布不均衡,上游陆表水域面积占流域陆表水域总面积的60.3%、中下游占39.7%,其中青海省和内蒙古自治区的陆表水域面积占比最高,分别占40.3%和17.0%;（2）近20年间,流域陆表水域面积总体呈增加趋势,增幅约为49.0%,其中上游地区对流域陆表水域总面积增加的贡献度最大,达到47.7%,中游地区贡献度次之,为42.7%,下游地区贡献度较小,只有9.6%;（3）从流域来看,渭河和汾河流域的陆表水域面积增加较为明显,2000—2019年期间,分别扩大了113.17 km²和55.75 km²,增幅约为139.9%和152.4%。     

嘉陵江流域土地利用/覆被变化特征及其驱动力分析

在GIS技术平台上,通过建立指数模型,对嘉陵江流域1980,1995和2000年3个时期的土地利用/覆被时空变化特征进行了定量研究,并进一步分析了嘉陵江流域土地利用/覆被变化的驱动因素。结果表明:研究区土地利用类型以耕地、林地和草地为主,这3种植被类型之间的相互转化是流域土地利用/覆被变化的主要方式。自1980—2000年,耕地和林地面积先减少后略有增加,草地先增加后减少,建设用地逐年增加,其他地类变化不明显。分析表明,嘉陵江流域土地利用/覆被变化的驱动力主要为自然因素、经济因素、人口因素及宏观政策和工程建设,各因素之间相互影响和制约,共同影响流域土地利用格局的变化。     

土地利用变化和气候变化对温榆河上游流域径流变化的影响

土地利用和气候是直接影响流域水文水资源的两个主要因素,其影响分离的研究对流域的土地利用规划和水资源管理具有重要意义。以温榆河上游流域为研究对象,在统计分析1980-2014年流域气象因子、土地利用变化趋势的基础上,通过SWAT模型模拟与情景设计相结合的方法,评估了气候变化和土地利用变化对温榆河上游径流变化的影响。结果表明,SWAT模型在温榆河上游流域模拟效果良好,率定期和验证期的决定系数R2分别为0.80、0.77,纳什系数Ens分别为0.79、0.74。流域降雨量和气温呈递增趋势,林地和耕地减少,城乡及工矿和居民用地增加,草地在1995年到2005年间增加,这些变化综合影响了流域的径流变化,使得径流先增加后减少。其中气候变化的贡献率为100.46%,土地利用变化的贡献率为2.09%,气候变化的影响远远大于土地利用变化的影响。因此,如何应对气候变化在温榆河上游流域水资源管理工作中值得重视。     

北洛河流域水沙变化对降雨和土地利用的响应

研究流域水沙变化对降雨和土地利用变化的响应机理,对流域土地利用规划决策及水土保持措施优化配置具有重要意义。本文以黄土高原北洛河流域为研究对象,采用Pettitt突变检验、双累积曲线等方法,定量分析了流域近60年降雨、径流和输沙的演变规律及土地利用变化特征,探讨了流域降雨和土地利用变化对流域水沙的影响。结果表明:1960—2016年间,北洛河流域降雨随时间变化总体趋势不显著,而径流量和输沙量随时间变化表现为明显的下降趋势,下降幅度分别为31.4%和83.5%,输沙量减少趋势尤为显著;研究时段内,北洛河流域以林地、草地和耕地为景观基质,耕地、草地向林地转化是基本特征;人类活动影响下的土地利用变化是造成径流泥沙量减少的主要原因,其对径流输沙量减少贡献率分别为76.9%和96.6%,降雨变化影响贡献率分别为23.1%和3.4%。研究结果为深刻认识黄河水沙动态变化提供依据,对未来水土保持措施优化配置提供决策支撑。     

青藏高原土地利用/覆被时空变化特征

在对公开的土地利用数据集精度评价的基础上,选用较高精度的青藏高原科学研究所300 m土地利用数据(简称TPDC_LUCC),采用土地利用时空分布和变化率等指标,分析青藏高原1992—2015年土地利用变化特征,并结合气候数据集及社会经济数据对土地利用变化归因进行了分析。结果表明:①公开数据集中,TPDC_LUCC数据集序列最长,精度最高,尤其是对耕地、城镇用地及水体分类精度较好;欧洲航天局300 m 土地利用数据(ESA_LUCC)对草地的分类精度最高,耕地精度最差;中国科学院空天信息创新研究院30 m土地利用数据(CASearth_LUCC)对冰川和城镇用地的分类较准确,未利用土地误差较大;②青藏高原草地分布最广,多年平均占比约70.02%,其次是沙地、裸地等未利用土地,约占15.81%;城镇用地扩张较快,1992—2005年、2005—2015年两期增长率分别是2.34%、4.69%;1992—2015年,青藏高原未利用土地的9.14%转为草地,灌丛和耕地的3.27%转为林地,冰川的5.5%转为水体;③1992—2018年,青藏高原平均气温上升了1.17 ℃,降水和气温增加,是东部区域草地、灌丛、林地增加的主要驱动因素,气温明显上升致使西北部冰川融化,城市化促使城镇用地增加、耕地减少,实施生态保护政策对青藏高原草地、林地的恢复有显著推动作用。     

阿克苏灌区土地利用格局变化图谱及驱动力分析

利用地学信息图谱方法,以阿克苏灌区3期遥感影像(2006年、2010年、2015年)为基础,合成系列土地利用变化图谱,分析研究区土地利用格局变化规律,并对阿克苏灌区土地利用格局变化进行驱动力分析。结果表明:①2006—2010年,研究区耕地、园地和建设用地面积增加,林地、草地、水域和其他土地面积减少,其中耕地图谱单元增长最多,增加了149 868.54 hm²,主要来源于园地和其他土地;园地的增长速率最快,增长率高达43.08%;②2010—2015年,研究区园地和建设用地呈快速增加趋势,耕地、林地、草地、水域和其他土地面积呈缩减态势,其中园地图谱单元增长最多,增加了59 705.55 hm²,主要来源于耕地;建设用地增长速度最快,增长率高达300.50%;③经济、交通以及人口因素是引起阿克苏灌区建设用地规模快速扩张的主要驱动力。     

土地利用变化影响的灞河流域潜在非点源污染风险时空变化特征

流域内土地利用方式改变引起非点源污染源的时空变化,已显著影响地表、地下水环境质量。以人类活动影响强烈的灞河流域为例,采用改进后的潜在非点源污染指数模型(PNPI),探讨近20年半干旱区城市型河流土地利用变化影响下的流域潜在非点源污染风险时空变化特征及其主导因素。结果表明:灞河流域主要土地利用方式为林地与耕地,共占流域面积的85%。1995-2015年间西安实施区域融合发展战略,河流下游平原区城镇用地扩张近4倍,侵占大量原有草地与耕地;基于Quantile分类法,将研究区潜在非点源污染风险值划分为极低、低、中等、高和极高等级,区域流域内潜在非点源污染风险呈现两极分化现象,即人类活动影响区的非点源污染风险增强,极高风险区迅速扩张,同时上游水源区的非点源污染风险降低;近期,西安市城镇化的快速推进是流域极高潜在非点源污染风险区域迅速扩张的主要原因。