基于RS和GIS的西藏林芝地区土地利用类型动态变化

苏立彬¹郭永刚^2* 吴 悦²杨永涛²

(1.西藏农牧学院 高原生态研究所,西藏 林芝 860000；2.西藏农牧学院 水利土木工程学院，西藏 林芝 860000)

摘 要 根据1990、2005和2015年共3期Landsat卫星影像资料及其他辅助资料，运用遥感(RS)人机交互目视解译方法进行监督分类，并应用地理信息系统(GIS)的空间分析和统计功能，分别制作3期土地利用转移矩阵及1990—2015年的土地利用类型动态变化图，分析西藏林芝地区土地利用的动态变化特征，以及各类型之间的转化情况。结果表明：研究区土地利用类型主要以林地、未利用土地、草地和水域为主，其中林地面积最大，占林芝地区总面积的52.5%；其次为未利用地，占25.9%。1990—2015年，林芝地区林地面积减少118.4 km²，变化面积最大，主要转化为草地和未利用地；水域和未利用地次之，面积分别增加32.65和32.06 km²，水域主要由未利用地和草地转化而来，未利用地的增加主要由草地和林地转化而来；耕地面积增加26.89 km²，主要由林地转化而来；城乡、工矿、居民用地和草地面积分别增加16.96和9.84 km²，变化幅度相对最小。土地利用变化存在明显的区域差异，林芝地区北部变化明显强于南部变化。

关键词 地理信息系统(GIS);遥感(RS);土地利用;动态变化;空间分析

土地利用现状是自然客观条件和人类社会经济活动综合作用的结果，它的形成与演变过程在受到地理自然因素制约的同时，也越来越多地受到人类改造利用行为的影响。不同的社会经济环境和不同的社会需求以及不同的生产科技管理水平，不断改变并形成新的利用现状。土地利用现状分析是对规划区域内现实土地资源的特点、土地利用结构与布局、利用程度、利用效果及存在问题作出的分析。随着LUCC研究的不断深入，需要针对更加多样化的研究区域，尤其要加强中观和微观尺度的研究^[1]。当前，土地利用时空过程研究主要是依据卫星遥感RS和GIS的集成技术^[2]，以土地详查的数据和图件作为本底资料，对土地利用的动态变化进行全面系统地反映和分析。依据地域差异规律，选择好土地资源利用方向是社会经济发展中研究的重要问题。结构变化分析的重要指标是各类用地结构中所占的比重开展土地利用变化与生态安全机制研究,对区域土地科学利用与合理开发、保护生态环境具有重要的战略意义。

目前，国内外已开始使用遥感数据进行监测灌区作物长势的研究^[3-4]，土地利用/土地覆盖变化和社会经济发展对区域生态系统服务的影响^[5-8]，以及通过应用RS/GIS技术，评估不同LULC类别之间的变化^[9-10]，确定快速变化的领域，并有针对性地进行现场更详细的监测。西藏林芝地区作为我国青藏高原东南部重要的生态屏障，其生态系统类型多样，野生动植物种类繁多，是世界上山地生物物种最主要的分化和形成中心。在调节气候、涵养水源、保护生物多样性等诸多方面有着不可替代的保护作用，并且对全国气候系统的稳定以及我国未来水资源安全起着重要的保障作用。近年来，随着区域社会经济的发展，其地质、地貌、水文、土壤、动植物资源及生物多样性等方面已越来越多的为专家学者所深入的研究和报道^[11-23]，而对于该区大中尺度的土地利用景观格局时空变化特征的研究还较少。本研究在梳理国内外相关研究的基础上，以RS和GIS为技术手段，选取西藏林芝地区为研究区，详细分析1990—2015年的土地利用动态变化，以期揭示研究区土地利用及景观格局的时间演变规律和空间分异特征，为该区域生态环境建设和土地的可持续利用提供科学依据。

1 研究区概况

西藏林芝地区位于26°52′～30°40′N,92°09′～98°47′E，东西长646.7 km，南北宽353.2 km，边境线长约1 000 km，幅员面积约11.7万km²。林芝地区包含工布江达、米林、林芝、墨脱、波密、察隅和朗县7个县(图1)。平均海拔3 000 m左右，而最低处仅有900 m，就高度来讲要低于西藏其他地区。地处雅鲁藏布江中下游，其西部和西南部分别与拉萨和山南市相连，东部和北部分别与昌都市和那曲地区相连，南部与印度、缅甸两国接壤，被称为西藏的江南，有世界上最深的峡谷——雅鲁藏布江大峡谷。区内气候多样，热带、亚热带、温带及寒带气候并存，具有特殊的热带湿润和半湿润气候。降水丰富且分配不均，主要集中于6—8月，年均温度8.7 ℃，年均降雨量 650 mm。境内水力资源丰富，占全西藏的70%以上，森林植被覆盖率达46%以上，土地资源如农耕和草场面积也在不断增加。近年来，以第一产业为主的林芝地区产值增长显著。同时，该地区也是自然灾害高发区^[24-26]。

当我第一次听到学生们这样的呼喊时，我感到莫大的欣慰。从“秋兰姐”到“秋兰妈”，变化的不仅是年龄，更重要的是对学生成长与发展的更为深刻的理解和追求：既立足当下，更要着眼未来。

图1 林芝地区各县位置图

Fig.1 Location of counties in Linzhi area

2 数据处理与研究方法

2.1 数据来源与处理

研究区数据来源于中国地理空间数据云平台公布的1990年Landsat5 TM、2005年Landsat7 ETM+和2015年Landsat8 OLI共3期Landsat卫星影像资料以及政府官网公布的有关调查资料。覆盖研究区域的遥感影像每期需要10景影像，且云量<10%。首先，分别将3期遥感影像在ENVI5.1中进行辐射校正、大气校正等预处理；然后，以颜色相近的影像先镶嵌、云层少等影响小的影像叠置在上的原则进行多次直方图匹配拼接，在无色差或色差很小不影响的情况下使用研究区矢量图层进行裁剪；最后，在ENVI 5.1中进行分类前的图像增强处理以便于区分地物，并以土地利用分类研究常用的波段组合进行显示。

2.2 研究方法

1）帷幕灌浆法的应用。在帷幕灌浆的应用中最主要的是对浆液的比例进行调和，因为浆液本身就具有胶凝性以及流动性，在通过一定的比例调和之后，会增加其附着性，在调配完浆液之后，通过钻孔将其压至岩层的缝隙中，浆液在岩石的缝隙中会自动胶结硬化，通过浆液的胶结硬化能够极大地改善岩层的性能，提升岩层的硬度以及强度，进而达到了防渗的目的。当前我国最常使用的是孔口封闭灌浆的方法。

从1990—2005年，林芝地区的土地利用有较为明显的变化(图2(a)和(b))，除了林地面积减少外，城乡、工矿、居民用地、耕地、水域、草地和未利用地五类都有相应的增加。从表2中可以看出，面积变化最大的是林地，面积减少102.6 km²，平均每年减少6.84 km²，从表3的土地利用转移矩阵中可看出，减少的林地主要转化为草地和未利用地；其次为未利用土地、耕地和水域，增加面积分别为33.43、29.23和24.33 km²，未利用地增加面积主要来源于草地、林地和水域，耕地增加的面积主要来源于林地、草地和水域，水域增加的面积主要来源于未利用地；草地面积增加14.49 km²，主要来源于林地和未利用地；城乡、工矿和居民用地面积变化最小，增加面积1.14 km²，主要来源于水域和草地。

图2 1990—2015年林芝地区土地利用类型

Fig.2 Types of land use in the Linzhi area from 1990 to 2015

图3 1990—2015年林芝地区土地利用类型动态变化图

Fig.3 Dynamic change map of land use types in Linzhi area from 1990 to 2015

3 土地利用分布状况及变化特征分析

3.1 土地利用结构统计及变化速度分析

土地利用现状分析是土地利用总体规划的基础，只有深入分析土地利用现状，才能发现问题，作出合乎当地实际的规划。这些分析不能单独从数量上做比较分析，应根据地区特点做出分析，为以后土地管理提供有价值的意见。为进一步了解25年来林芝地区土地利用时空格局分异背后的主导因素，本研究在ArcGIS 10.2软件的支持下，应用空间分析、图形叠加运算功能，结合林芝地区高程、行政区划以及社会经济资料，将土地利用时空分布格局与区域自然地貌因素以及行政区划单元叠加分析。着重分析1990—2015年土地利用/覆盖时空演化在自然、人类活动不同因素下的时空耦合关系，从而揭示出土地利用时空分异背后的主导因素和驱动机制，因地制宜地为不同地貌单元、区域经济发展不同阶段的土地利用格局提供决策参考。

表1 1990—2015年林芝地区土地利用结构及其统计

Table 1 Land use structure and statistics in Linzhi area from 1990 to 2015

从表5中总的来看，1990—2015年，林地面积共减少118.40 km²，变化幅度为0.2%，平均每年减少4.736 km²，主要转化为草地3 883.32 km²和未利用地2 468.49 km²；水域面积增加32.65 km²，变化幅度为0.41%，平均每年增加1.31 km²，主要来源于未利用地转化的1 446.9 km²和林地、草地转化的542.54和400.84 km²；未利用地面积面积增加32.06 km²，变化幅度为0.11%，平均每年增加1.28 km²，主要来源于草地转化2 784.87 km²、林地转化2 468.49 km²和水域转化1 432.70 km²；耕地面积增加26.89 km²，变化幅度为5.01%，平均每年增加1.08 km²，主要来源于草地转化80.89 km²、林地转化276.92 km²；城乡、工矿和居民用地面积增加16.96 km²，变化幅度为206.33%，平均每年增加0.68 km²，主要来源于草地转化8.87 km²、林地转化6.68 km²；草地面积增加9.84 km²，变化幅度为0.40%，平均每年增加1.31 km²，主要来源于林地。25年间，各用地类型变化幅度大小依次是：城乡、工矿、居民用地、耕地、水域、林地、未利用地和草地。同时，通过对比前15年和后10年各用地类型面积变化情况可以发现，耕地面积由前15年的增加变为后10年的减少；林地面积前15年的年减少率很大变为后10年的年减少率几乎为0；草地面积前15年的增加变为后10年的减少；水域面积前15年和后10年都在增加，但增加速率有所降低；城乡、工矿和居民用地面积前15年的增加速率远小于后10年的增加速率；未利用地面积前15年的增加变为后10年的减少。

尽管反不正当竞争法和侵权法都有可能给体育赛事转播权提供保护，但是一个明确的权利定位仍然是上述保护方式所难以替代的。㊷ L.H.M. The Property Right in a Sports Telecast. Virginia Law Review. Vol.35, No. 2(Feb.,1949), pp. 251.体育赛事转播权的权利定位应当兼顾体育赛事的权利界定，一方面它能够为体育赛事转播权的交易扫清障碍（一个明确的权利显然更容易评估和议价，也更具有法律上的稳定性）；另一方面它能够作为体育产业的基础性权利，为体育赛事的各种衍生权利提供正当性来源。

表2 1990—2015年林芝地区土地利用面积变化统计

Table 2 Statistics on land use change in Linzhi area from 1990 to 2015

3.2 土地利用面积转移分析

后记：在本讲义编写中，贺少鹏提交了第一节的文稿并提供同济大学的“QSAR模型内部和外部验证方法综述”等3篇资料。笔者2017年已欣然为贺少鹏写推荐信，现其正在此领域选题攻读在职博士。

表3 1990—2005年林芝地区土地利用类型转移矩阵

Table 3 Land use type transfer matrix in Linzhi area from 1990 to 2005 km²

图3是林芝地区1990—2015年土地利用动态变化图。从图3中可以看出，林地转化为未利用地和草地的空间部位主要是林芝地区西北部和东南部，中部地区墨脱县转化较少，并且西北地区明显要多于东南地区的转化，西北地区主要集中在工布江达县、米林县、林芝县、波密县、朗县；东南地区主要集中在察隅县。从地理上也可以看出，西北地区海拔要明显高于东南地区，林地的转化位置也与雅鲁藏布江流域空间阶级分布有很大关联。水域主要由未利用地和草地转化而来，原因与近几十年来全球气候变化有莫大关系，冰川融化而使流域水量增加，水平面上升而使草地向水域转化。从图中也可以看出，主要是工布江达县、米林县、林芝县、波密县、朗县的雅江流域草地转化水域较为明显；未利用地的增加主要由北部四县的草地和察隅县中部地区的林地转化而来；耕地面积增加区域主要分布在尼洋河流域和雅江流域波密段以及墨脱段，尤其是墨脱中部林地转耕地较为明显；城乡、工矿、居民用地面积增加区域主要集中在尼洋河流域的末段，这个也与林芝县发展有着密切关系。总体看来，土地利用变化存在明显的区域差异，林芝地区北部变化明显强于南部变化。

根据单一土地利用类型动态度和综合土地利用动态度公式^[27]可计算出林芝地区土地利用6种类型的年变化率(表2)。在表2的变化面积及年变化率统计中可以看出：在1990—2005年这15年间，耕地面积以每年0.36%的速率增加，林地面积以每年0.01%的速率减少，草地面积以每年0.01%的速率增加，水域面积以每年0.02%的速率增加，城乡、工矿和居民用地每年0.92%的速率增加，未利用地每年0.92%的速率增加；而在2005—2015年这10年间，耕地面积以每年0.04%的速率减少，林地、草地和未利用地面积年变化速率几乎为0，水域面积以每年0.01%的速率增加，城乡、工矿和居民用地每年16.90%的速率增加。除了城乡、工矿和居民用地外，前15年各土地类型的年变化率明显要大于后10年的变化，也就是说2005—2015年这10年，林芝地区的城乡、工矿和居民用地发生了很明显的增长变化，年变化率高达16.90%。林芝地区作为农牧林业发展的重要区域，城乡、工矿和居民用地以及耕地和草地的变化情况尤其重要。在25年的土地利用类型演变中，耕地的年增长率为0.20%，变化也较为突出。水域面积变化也有相应的增加。各土地利用类型年变化速率大小排序分别为：城乡、工矿和居民用地以及耕地、水域、林地、草地和未利用地。

表4 2005—2015年林芝地区土地利用类型转移矩阵

Table 4 Land use type transfer matrix in Linzhi area from 2005 to 2015 km²

表5 1990—2015年林芝地区土地利用类型转移矩阵

Table 5 Land use type transfer matrix in Linzhi area from 1990 to 2015 km²

3.3 土地利用面积动态分析

1990—2015年林芝地区土地利用结构统计如表1所示，从表1中的林芝地区各土地利用统计比较可知，在1990、2005和2015年这3个时相的统计数据中，林地面积最大，始终占据林芝地区总面积的52%，其次为未利用土地，始终占据区域总面积的25%。然后依次是草地、水域、耕地和城乡、工矿和居民用地，面积占比分别为13.9%、7.1%、0.49%和0.02%，这也充分体现了林芝地区自然资源丰富的地理特征。

2005—2015年是林芝地区经济快速发展的10年，虽然整体变化幅度相较前15年较小(图2(b)和(c))，但城乡、工矿和居民用地增加面积15.82 km²，成为面积变化最大的区域，从表4中也可以看出主要来源于草地和林地的转化，这也与国家大力扶持林芝地区经济发展有密切关系；林地面积减少15.78 km²，主要转化为草地和未利用地；水域面积增加8.32 km²主要来源于未利用地和林地；草地、耕地和未利用地分别减少4.65、2.34和1.37 km²，变化量相对较小。

根据研究区的地理特征和影像质量以及本区域辽阔的地域面积情况，结合研究目的，本研究将研究区域土地利用类型栅格图像按照LUCC分类标准划分为城乡、工矿、居民用地、耕地、林地、水域、草地和未利用地6大类。首先，在ENVI 5.1中执行监督分类时，采用最大似然法、最小距离和神经网络3种方法进行分类，并对比各分类方法结果，挑选适用西部地区土地利用监督分类的最优方法。同时，结合谷歌卫星地图，人工目视解译修改分类结果，提高土地利用类型分类精度。在创建土地利用类型训练样本时，选取的每种用地类型数量均>30个，样本控制在8个像元内且选取位置均匀。通过ENVI 5.1的样本可分离性验证，结果均>1.86。经过与部分实地考察数据以及官方数据进行对比评价，1990、2005和2015年3期土地利用类型分类图的总体分类精度分别为82.35%、86.77%和90.13%，计算得到的Kappa系数为0.81、0.88和0.90，可以满足本研究的精度要求，三期土地利用类型分布图如图2(a)、(b)和(c)所示。最后，在ArcGIS 10.2软件中，通过格式转换、空间叠加分析等工具，并结合Excel数据透视表工具进行研究区不同时相各土地利用类型的面积转移矩阵的计算，以及土地利用类型动态图(图3)的制作。

4 结 论

本研究主要以RS和GIS为技术手段，对林芝地区近25年土地利用面积变化情况及各用地类型时空变化特征进行了深入分析研究，结论如下：

1)西藏林芝地区在1990—2015年的25年时间内，土地利用类型发生了较大变化，但各土地类型总量占比变化不大。林地面积最大，始终占据林芝地区总面积的52%；其次为未利用土地，总面积始终占据区域总面积的25%。然后依次是草地、水域、耕地以及城乡、工矿和居民用地，面积占比分别为13.9%、7.1%、0.49%和0.02%。

在对该山体滑坡进行勘查时，主要采用的是高密度电阻率法和GPS物探法。其在应用中呈现特点为，测量点间的距离相对较小，数据密度较大，能够借助数据实现对地下异常形态加以反映。在将该勘查方法应用到滑坡灾害中时，多是通过对地质滑坡灾害中岩土体导电的差异加以勘查，从而减少电极对勘查工作的干扰。通过对该滑坡地质的分析，明确其滑面的宽度为35～55m，滑坡长度约为95m，厚度约为6m，土方量约为1.9×105m3。根据该滑坡边界及所布置的钻探点，深度钻探取样，得出抗滑稳定安全系数为2.3，需要制定相应的抗滑措施。

2)全区除了林地有所减少外其他类型土地面积均有不同程度的增加。其中，林地面积变化最多，减少面积为118.40 km²；其次为水域和未利用地，面积分别增加32.65和32.06 km²；耕地、城乡、工矿和居民用地和草地面积略有增加，但幅度不大，分别增加了26.89、16.96和9.84 km²。

3)西藏林芝地区25年来土地利用年变化速率加快，尤其以城乡、工矿和居民用地为最，年增加速率达到8.25%；然后是耕地面积的变化，以平均每年0.2%的速率增加；水域面积虽然也在增加，但较为缓慢，年增长率为0.02%；林地以每年0.01%的速率减少；草地和未利用地的年增加面积变化率几乎为0。

4)林芝地区土地利用变化存在明显的区域差异，总体来看，林芝地区北部变化明显强于南部变化。通过空间分析显示，林地转化为未利用地和草地的空间部位主要是林芝地区西北部和东南部；水域变化区域主要是工布江达县、米林县、林芝县、波密县和朗县的雅江流域；未利用地的增加主要由北部四县的草地和察隅县中部地区的林地转化而来；耕地面积增加区域主要分布在尼洋河流域和雅江流域波密段以及墨脱段，尤其是墨脱中部林地转耕地较为明显；城乡、工矿和居民用地面积增加区域主要集中在尼洋河流域的末段。

5 讨 论

近些年来，林芝地区经济发展迅速，尤其第一产业发展较快，再加之全球气候的变化，导致了区域土地利用类型发生了较大变化。同时，由于地形地貌、水域以及气候等因素，土地利用类型在空间上的变化也表现出差异性。林芝地区作为西藏生态建设环境保护的重要区域，林地和草地的变化情况在生物多样性保护中尤为关键，林地的减少说明了区域生态环境的脆弱性，但从分析中也可以看出，后10年的林地减少面积较前15年有很大的改变，减少速率降低了很多，也反映出区域生态环境建设的有效性。西藏林芝地区以农牧业为主，天然草地和林木的保护、退牧还草、防沙治沙、水土流失治理等方面需要投入更大的力度，这些不仅需要在制度上作出变革，更需要应用科学的方法来应对。而针对出现的各种生态问题，进行怎样的研究、采用什么方法来更好的建设西藏生态环境是一项极其繁重的任务，还需讲究科学的方法进一步深入研究。

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Dynamic change of land use types in Linzhi prefecture of Tibet based on RS and GIS

SU Libin ,GUO Yonggang ^*,WU Yue ,YANG Yongtao

(1.Institute of Tibet Plateau Ecology,Tibet Agriculture and Animal Husbandry University，Linzhi 860000，China；2.Water Conservancy Project & Civil Engineering College,Tibet Agriculture and Animal Husbandry University,Linzhi 860000，China)

Abstract According to the Landsat satellite imagery and other ancillary data in 1990,2005 and 2015,the remote sensing (RS) human-computer interaction visual interpretation method was used for supervised classification,and the spatial analysis and statistical functions of geographic information system (GIS) were applied.The three-stage land use transfer matrix and the dynamic change map of land use types from 1990 to 2015 were produced，the dynamic characteristics of land use in the Linzhi region of Tibet and the transformation between various types were analyzed.The results showed that:The land use types in the study area were mainly forest land,unused land,grassland and water area.Among which the forest land area was the largest,accounting for 52.5% of the total area of Linzhi area and followed by unused land,accounting for 25.9%.From 1990 to 2015,the forest area of Linzhi area decreased by 118.4 km²,and the area of change was the largest,which was mainly converted into grassland and unused land；The water area and unused land were second,and the area increased by 32.65 and 32.06 km²,respectively.The water area was mainly composed of unused land and the conversion of grassland was mainly caused by the conversion of grassland and forest land;The area of cultivated land increased by 26.89 km²,which was mainly converted from forest land.The urban and rural areas,industrial and mining,residential land and grassland area increased by 16.96 and 9.84 km².The magnitude of the change was relatively minimal.In conclusion,there are obvious regional differences in land use change,and the change in the northern part of the Linzhi region is significantly stronger than that in the south.

Keywords GIS；RS；land use；dynamic changes；spatial analysis

中图分类号 F301.24; S127

文章编号 1007-4333(2019)10-0170-09

文献标志码 A

收稿日期： 2018-11-06

基金项目： 西藏自治区重点科研项目(XZ201703-GC-11)

第一作者： 苏立彬，博士研究生，E-mail：174693701@qq.com

通讯作者： 郭永刚，教授，主要从事水利水电工程强震安全监测与水工结构地震危险性安全评价分析以及高原生态可持续发展等研究，E-mail：1960373107@qq.com

责任编辑:王燕华

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