公路工程项目建设用地与土地利用影响性研究

赵程勋

【摘要：】文章以重庆市公路建设与土地利用发展规划为案例，根据重庆市不同等级公路附近的土地利用变化情况，以土地利用动态度、土地利用转移矩阵和土地利用程度等方法，对土地利用和公路建设之间的相互影响进行了研究。结果表明：土地利用变化最高的是耕地和林地，减少最多的是未利用地，其次是草地;公路旁的土地利用主要趋势是其他土地利用类型转化为耕地和林地，建设用地次之。

【关键词：】公路工程;土地利用;建设用地

U412.1+4A180563

0 引言

随着公路工程项目建设的发展，我国的土地面貌也在发生迅速的变化。土地作为人类生存的基本物质资源，其重要性不言而喻，对其进行客观的分析研究是一个十分重要的问题。国内外土地利用的研究基本集中在三个方面：土地利用的环境生态效应、土地利用变化模型以及土地利用变化的驱动因素。在土地利用的过程中，学者们也提出了一系列模型，如土地利用动态度[1-2]等，同时对土地利用变化的时空变化以及土地利用变化的驱动因素进行了分析，这其中包括自然因素和社会因素。长期来看，自然因素的作用更大，比如气候、干旱等因素;而短期来看，人类的社会化行为对土地利用变化的影响更大，如退耕还林、围湖造田等[3]，这一系列的变化引起了诸多生态效应问题[4-5]。

但这些研究并不能精确地指导土地利用，还需要更为详细的研究，比如公路交通用地领域。本文正是基于这一点，以重庆市为例，在既有土地利用的状况下研究交通用地的变化及其相互性影响。

1 概述

重庆地处我国西南地区，周边与多省接壤。其西部与四川省成都市紧邻并且互补，形成了成渝经济圈，东部与湖北省和湖南省相连，南部紧靠贵州省，北部跨过秦岭及淮河与陕西省相接，位于中西部大型城市的连接点上。重庆市属于亚热带季风性湿润气候，是典型的湿热地区，夏季高温闷热，全年湿度在70%以上。境内河流众多，水资源和水系都较为发达。重庆周围大山环绕，东部、东南部、南部和北部分别是巫山、武陵山、大楼山和大巴山，这些大山环抱导致了重庆独特的局地气候。重庆城区海拔为168～400 m，整个城区地貌十分复杂，地表以山地和丘陵为主，占区域总面积的98%，地势由南侧和北侧向河谷地带降低。

重庆市紧邻成都市，是我国中西部地区十分重要的城市。重庆位于长江上游，在西南地区发挥着辐射带动周边经济发展的作用。重庆是国家重要的制造业基地，拥有众多高校，以及数十个国家工程技术中心和国家级重点实验室，还拥有自由贸易试验区，经济地位十分突出。

2 数据获取及来源

本次研究的数据包括遥感影像数据、2005年和2015年的土地利用数据、行政边界数据、道路矢量数据以及社会经济方面的数据。遥感影像数据是从地理云平台下载的TM遥感影像;2005和2015年的土地利用数据通过遥感影像解译得到;道路交通数据通过重庆市交通局得到;社会经济数据从重庆市官网下载获得。

土地利用数据的获取方法为：（1）从NASA网站查找到重庆所对应的遥感卫星航带号和轨道号，在地理云平台下载2005和2015年对应航带号的遥感影像;（2）把下载好的影像导入到ENVI软件中进行波段合成，通过不同波段的实验组合，找到最佳的波段组合，生成所需要的假彩色合成图像;（3）利用行政边界数据对该影像进行切割，得到研究区的彩色影像;（4）进行土地利用分类，建立解译标志。对较易识别的目標直接进行解译;对不易识别的目标，可以通过谷歌地球以及相关的资料进行辅助判断;对于识别困难的目标，采用实地考察的方式，对目标进行识别。根据中科院刘纪远等[1]的分类方式，将土地利用分为六大类：（1）耕地，从事农业生产的土地，包括水田和旱地;（2）林地，树木生长的地块，包括自然林地和人工林地等;（3）草地，既包括野外的杂草地，也包括人工草地;（4）水域，江河湖泊等占有的面积，包括人工池塘、湖泊等;（5）建设用地，主要是人工建造物所占据的场地，包括公路铁路等;（6）未利用地，指还未被开发利用的土地，此类地在城市中较为少见，多见于野外。最后，利用建立起来的解译标志对遥感影像进行矢量化，这一过程是在ARCGIS中通过数字化完成的。

3 研究方法

本项研究需要对土地利用的情况进行分析，采用的模型是土地利用动态度、土地利用转移矩阵以及土地利用程度。

（1）在遥感图像中根据不同道路的等级提取路边一定范围内的土地利用类型。根据道路等级的不同，分别是高速公路两边1 km范围、国道两边500 m范围、省道两边250 m范围、县道两边100 m范围。

（2）在其范围内提取耕地、林地、草地、水域、建设用地以及未利用地，分别得到了2005年和2015年的土地利用面积。

（3）根据土地利用单一动态度模型计算土地利用动态度，见式（1）;利用ARCGIS对得到的不同时期土地利用数据进行叠加求取土地利用转移矩阵，再根据土地利用程度模型计算土地利用程度，见式（2）。

土地利用动态度具体公式为：

K=Ub-UaUa×1T×100% （1）

式中：Ub和Ua——某一类土地在研究末期和研究初期的面积（km2）;

T——两期土地利用中间的时间（单位为年）。

K值为正，说明该类土地利用的面积增加，存在该类土地利用变化的积极因素;K值为负，说明该类土地利用类型的面积减少，该类土地类型面积萎缩，存在对该类型的抑制因素。

土地利用程度公式[6]为：

L=∑ni=1Ai×SiSj×100

ΔL=L2-L1        （2）

R=ΔLL1

式中：Ai——指土地利用程度分级指数。

根据文献[1]提出的土地利用程度分级原则和赋值方法进行了赋值，详细情况见表1。

4 研究结果

通过遥感解译，可以获得2005年和2015年重庆市公路用地的土地利用变化情况，具体解译的结果见表2。整体上来说，耕地、水域和建设用地增加，而林地、草地和未利用地减少。

从耕地方面来看，2005年原有耕地为372.93 km2，到2015年耕地变为1 752.96 km2，增加了将近15%。林地则表现出相反的趋势，由2005年的5 344.29 km2变为2015年的5 143.25 km2，减少了2.4%，相对于耕地变化幅度并不大。草地本身面积就较少，2005年为147.61 km2，到2015年进一步缩小为64.60 km2，仅变化82.31 km2，幅度很小。水域的面积是增加的，2005年是118.28 km2，2015年是230.65 km2，增加约1.5%。相对而言，建设用地面积变化较大，2005年为210.91 km2，2015年上升到776.15 km2，增加超过6%。未利用地2005年是1 781.15 km2，2015年变化为5.71 km2，出现了急剧的减少。总之，耕地、未利用地和建设用地变化最为明显，其他土地利用类型的变化都不显著。

通过土地利用动态度可以得到各种土地利用类型的动态度。从结果来看，在高速公路、国道、省道和县道的土地利用变化情况中，未利用地的减少速度是最快的，其值都在40%以上，国道最高达到了74.58%，最低为高速公路，为45.89%。水域的变化速度整体上较低，高速公路的水域变化速度最高为7.71%，县道的水域变化速度最低为3.08%，其最高和最低值的差距并不大。在各种土地利用类型中，省道旁边的草地变化速度最慢，只有2.53%，林地最低值为国道旁的林地变化率，耕地变化最慢的是国道旁的耕地，变化最快的是省道旁的地块，达24.69%，建设用地在县道旁的变化最为迅速，而在高速公路旁是最低的。在各种道路中，省道整体的变化是最高的，而县道是最低的。

利用ARCGIS获得的公路附近的土地利用转移矩阵见表3。从表3可以看出，各种土地利用类型的转入转出变化情况。耕地、林地和水域的变化是较大的，未利用地尽管数值比较大，但由于其原有的土地面积较小，百分数的意义不是很大。具体来看，耕地转化为林地和建设用地的数量较多，达到了20.51%，而转为草地的比例是1.13%，没有转化为未利用地。在转化为耕地的类型中，以草地为最大，未利用地次之，建设用地最少。在转化为建设用地的类型中，林地最少，为3.97%，且整体看林地转为其他用地类型都较低。未利用地转林地是最多的，达到了64.47%。草地转化为林地和耕地的比例最高，达到了46.85%，没有转化为未利用地。转化为草地的土地利用类型很少，水域和建设用地都为0。建设用地由于其特殊的下垫层性质很难转化为其他土地利用类型，转化为耕地和林地的面积都很小，分别为7.07%和14.67%。转化为建设用地的土地利用类型中，水域和耕地分别占到了27.46%和18.08%。

通过式（2）计算可以得到土地利用程度的结果：县道在2005年为193.78，2015年为236.12，增加了20%以上;省道由2005年的188.63到2015年的242.34，上升约30%;国道的数值也处于不断上升的情况，约为30%;高速公路由2005年的185.89上升到2015年的244.0 上升了31.26%。在各种道路类型中，土地利用程度变化最大的是高速公路，反映出高速公路对沿路土地利用的影响是最大的，而县道对沿路的土地利用影响是最小的，仅为193.78。从整体看，各种级别的道路类型在2015年的土地利用程度高于2005年的土地利用程度。

5 公路与土地利用规律性分析

在表2中，2005年的土地利用情况显示耕地所占的比例较小，但是到2015年达到了20%以上，说明国家保护耕地的政策作用显现，保护耕地的意识深入人心。未利用地的面积也大大缩小，结合土地利用转移矩阵可知，未利用地主要转化为耕地和林地，反映出当地对林地和耕地的重视。林地对改善气候有着重要的作用，拓展耕地则意味着粮食多了一份保障。随着城市化进程加速，建设用地的扩展是必然的，由表2也可以看出建设用地在高速扩张，但是要注意控制其擴张速度，在城市发展的同时，也要减少其他土地利用类型如耕地、林地等的流失。

土地动态度的情况在整体上反映出道路等级越高其相应的土地利用变化的速度越快，这与高等级道路人流、车流量密集是十分密切的，人多车多就会吸引土地上的各种资源配置，从而促进土地利用的变化。在各种土地利用类型中，除了未利用地，建设用地的增加是最多的。

土地利用转移矩阵可以很好地反映出各种土地利用类型的流向变化情况。表3显示，耕地、林地和建设用地转入的土地面积远多于转出的面积，说明2005年到2015年之间，土地利用更加合理。草地和未利用地为主要转出类型，表明这些价值不大的地类都被最大化地开发。

土地利用程度表明了土地受到人类活动的影响程度。重庆市的基本情况是，土地利用在2005年时整体较低，而2015年较高，说明土地利用的程度大大增加，人类活动对土地利用的影响增大，其扰动也更为明显。一般的规律是，等级越高，扰动越大，因为密集的人流加重了土地上面的负荷。

6 结语

从研究的情况来看，重庆市全境范围内，土地利用变化速度逐渐提高，土地利用结构更加合理，根据国家的政策以及结合自身的特点，充分合理地利用了资源，土地利用的强度增强，土地集约化程度得到了提高。在公路工程项目建设过程中，要注意项目建设与土地利用的关系。通过对重庆公路建设与土地利用的分析研究，可以给出如下具体建议：

（1）保持耕地和林地的大致方向不变，做出更为精细的调整，让土地利用更加合理。

（2）控制建设用地的规模，以免损害其他土地类型的作用。

（3）避免公路工程项目临时用地后期不处理情况的发生。

参考文献：

[1]刘纪远.中国资源环境遥感宏观调查与动态研究[M].北京：中国科学技术出版社，1996.

[2]王思远，刘纪远，张增祥，等.中国土地利用时空特征分析[J].地理学报，200 56（6）：631-639.

[3]张荣鹏.徐州市土地利用变化及驱动力分析——基于主成分分析法[J].农村经济与科技，2020，31（4）：6-8.

[4]安志山，李栋梁，王 涛，等.气候变化对风水蚀复合区的影响[J].中国沙漠，2012，32（3）：610-617.

[5]徐朝霞，苏海报，江晓东，等.气候变暖对冬小麦生长发育、产量和品质的影响[J].中国农学通报，2020，36（25）：101-105.

[6]Wang L，Zhou X，Lu M，et al.Impacts of haze weather on tourist arrivals and destination preference：Analysis based on Baidu Index of 73 scenic spots in Beijing，China[J].Journal of Cleaner Production，2020（273）：1-11.