基于地理国情监测的抚顺露天矿土地利用/覆盖时空变化分析

王丽男

（辽宁省地理国情监测中心，辽宁沈阳 110034）

抚顺露天矿曾为我国经济社会发展做出了突出贡献，各级自然资源主管部门正逐步推进其综合治理和生态修复工作，向绿色发展转型升级。通过动态监测获取矿区地表覆盖变化情况是实现该目标的基础。目前，土地利用/覆盖变化研究多是宏观的、大范围的，而针对矿区这类特殊的小范围的地理区域研究还是比较少的，且侧重于土地利用[1-3]。

地理国情监测可以获取真实、准确的自然和人文环境等基本地理国情的现状，随着地理国情常态化监测工作的持续开展，无论从国家层面还是民众层面，都在积极推进其成果的应用推广[4-6]。基于不同时期的地理国情监测成果，本文采用数理统计和对比分析等方法，对抚顺露天矿土地利用/覆盖变化情况进行了综合分析，为典型矿区土地资源的优化配置与合理规划整治提供科学的依据。

一、研究数据与方法

1.数据来源

以抚顺露天矿2015年地理国情普查数据为基础，面积约205.67km2基于ArcGIS软件平台，以2010年和2013年两期遥感影像为数据源，同样标准下分别采集获得2010年、2013年地表覆盖矢量数据，包括耕地、园地、林地、草地、房屋建筑（区）、道路、构筑物、人工堆掘地、荒漠与裸露地表、水域10大类。

2.分析依据

（1）结构变化分析：土地利用/覆盖结构是一定范围内的各种用地之间的比例关系或组成情况，从土地利用结构的多样化程度和集中化程度能够真实反映土地利用现状。

（2）变化幅度分析：变化幅度能够从宏观的角度上分析土地利用/覆盖等变化，对变化的总态势和结构变化能够综合地反映出来。其计算公式为：

式中：F为变化幅度；Ua为研究初期某一种土地利用/覆盖类型所占面积，Ub为研究末期同一类土地利用/覆盖类型所占的面积[7]。

（3）动态度分析：为了进一步获得不同类型的变化信息，引入动态度的概念，以具体说明各地类的实际增减情况。其数学表达式为：

式中，K为土地利用相对动态度，正值表示增加，负值表示减少，Ua为 研究初期某一种覆盖类型所占面积，Ub为 研究末期同一类覆盖类型所占的面积；T为研究初期和研究末期的时间间隔，单位为年[8]。

（4）转移矩阵模型：土地利用/覆盖转移矩阵是马尔科夫模型在土地利用变化方面的应用。马尔科夫模型不仅可以定量地表明不同土地利用类型之间的转化情况，还可以揭示不同土地利用类型间的转移速率。通过转移矩阵可以得出空间位置转换和数量变化，所谓空间位置转换是指监测范围内土地利用/覆盖类型的空间位置发生的转移，但没有引起相应类型面积数量变化，而仅仅空间位置有变化的部分，如退耕还林和毁林开荒，面积相抵但没有发生面积数量的增加或减少[9-10]。其数学表达式可以表示为：

式中：Sj为地类j发生空间位置转换的面积，Pja和 Pjb分别为研究首期和研究末期地类j发生变化的面积。

数量变化是指转入和转出相抵后，各土地利用/覆盖类型面积的净增加或净减少量，数学表达式表示为：

式中：Qj为 地类j面积的数量变化。地类j的总变化Cj= Sj+ Qj。

二、实验结果与分析

1.结构变化

对比结果显示（图1），2010-2015年间研究区土地覆盖总体结构基本不变，其中主要土地利用方式是房屋建筑用地，2010年占比19.31%，2013年 占 比19.96%，2015年 占 比20.48%；人工堆掘地占比持续升高，由4.66%增至7.38%；耕地、林地、草地面积呈现逐年减少的趋势，与城市发展建设规律相符合。

图1 2010--2015年地表覆盖各类别占比变化

2.变化幅度

从表1可以看出，2010-2013年间，荒漠与裸露地表变化幅度最大，为113.33%，人工堆掘地、建设用地，林地的变化幅度较小；2013-2015年间，人工堆掘地变化幅度最大，为28.64%，园地和构筑物的变化幅度则较小。

表1 抚顺矿区地表覆盖幅度变化

3.动态度

由表2可知，2010-2013年间，抚顺矿区内耕地、林地、草地、水域的用地面积都在减少，成为矿区土地覆盖变化的重要组成部分；2013-2015年间，人工堆掘地变化占矿区覆盖变化的主导地位，其次为荒漠与裸露地表。

表2 抚顺矿区地表覆盖动态度变化

4.转移矩阵模型

由表3可知，2010-2013年间，房屋建筑（区）转入转出最大，总计转入41.05km2，转出39.71km2。房屋建筑（区）的增加量主要从构筑物转化而来；房屋建筑（区）的减少量中，部分转化为构筑物。表4显示出2013-2015年间房屋建筑（区）依旧呈现转入转出量最大，人工堆掘地面积增加主要来源于草地和构筑物，转出较少，从而导致了人工堆掘地的增加，园地在转入转出量上基本没有变化。

表3 2010--2013年抚顺矿区地理国情体系下地表覆盖转移矩阵

表4 2013--2015年抚顺矿区地理国情体系下地表覆盖转移矩阵

从表5可知，2010-2013年间，发生空间位置转换最大的地表覆盖类型是草地，面积为18.70km2，数量变化上最大的是耕地，净增加量为4.93km2。2013年到2015年间，空间位置转换最大的地表覆盖类型是人工堆掘地，面积为7.29km2，数量变化最大的是草地，净增加4.33km2。

表5 抚顺矿区地表覆盖空间位置转换及数量变化 单位：km2

三、结论

综上所述，可以得出以下结论：

（1）抚顺矿区内最主要的土地利用方式是房屋建筑用地，其次是耕地和林地，面积最小的是荒漠与裸露地表，表明绿地分布状态良好，适宜生活居住。

（2）2010年到2013年间，地表覆盖变化幅度最大的为荒漠与裸露地表，表明矿区范围内部分地区在这一阶段有荒漠化趋势。2013-2015年间，人工堆掘地变化占矿区覆盖变化的主导地位，主要来源于草地，反映出土地利用过程中出现的不平衡与人类活动息息相关，也凸显了加快推进矿区环境综合治理的必要性。

（3）房屋建筑区、道路、构筑物以及人工堆掘地面积不断增加，表明土地征用成为改变矿区土地利用类型的主要驱动力。其中房屋建筑区转入最大，可见人类活动范围不断扩大，城市处于不断扩张趋势。

本文利用三个不同时期的遥感影像，采用变化幅度、动态度与转移矩阵模型等对抚顺露天矿土地利用/覆盖变化时空变化规律进行了数据分析，分析结果反映了人工作用是矿区内土地利用方式、地表覆盖类型变化的一个主要诱因，合理的规划利用对于重建矿区生态系统至关重要。由于研究深度的限制，文中只选取了地理国情监测分类体系中的一级地类进行研究，未来可以结合更权威、更全面的行业资料，更为细致的分类，进一步提高数据分析的科学性和准确性。