基于Landsat TM遥感影像的运城市土地利用变化分析

裴 桐，陕永杰

(山西师范大学 地理科学学院，太原 030031)

随着社会经济的发展，人口、资源和环境之间的矛盾日益突出[1]，土地资源作为人类社会发展不可或缺的一部分，其利用方式及变化对人类社会经济的发展具有重要影响[2-3]。土地利用效益[4-5]、土地利用变化及其驱动力研究是国土空间规划和社会经济发展规划的前提和基础[6-8]。在城镇化高质量发展背景下，土地利用变化研究已成为学者及社会关注的热点问题[9]，尤其是随着遥感技术的不断发展，利用遥感影像进行土地利用/覆盖变化的研究已经得到了广泛应用[10-13]。本文以运城市为研究区，利用遥感影像数据，运用ArcGIS软件对运城市1980、1990、2000、2010年4个时相3个阶段下的土地利用变化进行分析。以期为当地的土地资源利用、国土空间规划及社会经济发展规划提供一定的参考。

1 研究区概况

运城市位于山西省西南部，介于东经110°15′～112°04′，北纬34°35′～35°49′之间，总面积约为14 182 km2，占山西省总面积的9%。其地形较复杂，有山地、丘陵、平原3种地貌类型，其中平原面积约占总面积的58%，其余为山地和丘陵，主要有中条山、吕梁山、稷王山和孤峰山。运城市属温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季高温多雨。运城市市辖1个区、10个县、2个县级市，2020年全市常住人口约477.45万人，其中城镇人口约有235.25万人，占总人口的49.27%。近年来，运城市经济发展稳中向好，企业效益显著提高，居民消费稳定增长，旅游业兴旺。

2 数据来源与预处理

2.1 数据来源

以ArcGIS为平台，以Landsat TM影像为数据源，选取1980、1990、2000、2010年4个时相的Landsat TM影像进行分析，数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心。

GIS(geographic information systme，地理信息系统)是一种以地理空间数据库为基础，利用计算机软硬件进行一系列操作，从而对空间相关数据进行采集、管理、分析、模拟和显示的方法和技术[14-15]。ArcGIS是由美国Esri公司开发的一款GIS平台产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析等能力[16]。在GIS 技术中，矢量图层的更新、特征提取和合并、图形叠加、空间连接和建立缓冲区等空间分析功能均可以被广泛应用于土地利用的研究。

2.2 数据预处理

首先在GIS里进行运城市4个时相下的土地利用类型重分类，得到运城市1980、1990、2000、2010年4个时相的土地利用类型图(图1)。

图1 1980、1990、2000、2010年4个时相下运城市土地利用类型

根据土地利用分类标准，将运城市的土地利用类型分为耕地、林地、草地、水体、建设用地和未利用土地6类。从图1中可以清晰地看出运城市4个时相下各类用地的分布情况：耕地主要分布在中部地形较为平坦的地带；林地和草地主要集中在东北-西南走向的中条山一带；水体主要为盐湖区的运城盐湖；建设用地和未利用地均匀分散，其中建设用地主要分布于各区县的中心城区。

3 结果与分析

对影像图中的像元值进行重新赋值，通过栅格计算求取运城市1980—1990、1990—2000、2000—2010这3个阶段的土地利用变化情况(图2)。

图2中共有3幅图，分别体现了1980—1990、1990—2000、2000—2010年这3个阶段运城市的土地利用转换情况，主要为耕地和水域、草地及建设用地等之间的转换。图例中不同颜色代表不同地类的转换情况，因不同年份、不同时间段的转换情况不同，故使用了不同颜色的条带来展示。

3.1 土地利用覆盖变化

通过计算各阶段土地利用各用地类型的转换情况，得到3个时段下运城市土地利用类型转换情况统计表(表1)。

运城市1980—1990、1990—2000、2000—2010年土地利用变化情况如下：

图2 1980—1990、1990—2000、2000—2010年3个时段运城市土地利用变化

1980—1990年，水域变为耕地的面积为22 km2，耕地变为草地的面积为24 km2，耕地变为水域的面积为25 km2，耕地变为建设用地的面积为57 km2。其中未变化的土地利用面积为13 643 km2。另外，建设用地变为草地、草地变为林地、林地变为耕地等变化面积均为1 km2，建设用地和林地变为水域的面积为2 km2，水域变为草地和草地变为耕地的面积为3 km2，耕地变为林地和水域的面积为4 km2。

1990—2000年，草地变为林地、耕地变为林地和林地变为建设用地的面积为1 km2，草地变为水域的面积为4 km2，林地变为草地的面积为5 km2，林地变为耕地的面积为6 km2，耕地变为草地的面积为7 km2，建设用地变为水域的面积为9 km2，耕地变为水域的面积为10 km2，水域变为耕地的面积为34 km2，草地变为耕地的面积为45 km2，耕地变为建设用地的面积为59 km2，未变化的土地利用面积为13 614 km2。

表1 3个时段下运城市土地利用类型转换情况 单位：km2

2000—2010年，未利用土地变为建设用地、耕地变为林地和草地、草地变为建设用地的面积为1 km2，耕地变为水域的面积为13 km2，水域变为草地的面积为14 km2，耕地变为建设用地的面积为16 km2，水域变为建设用地的面积为19 km2，水域变为耕地的面积为34 km2，未变化的土地利用面积为13 696 km2。

整理得出3个时段运城市土地利用各类型面积变化情况表(表2)。

表2 3个阶段运城市土地利用类型面积变化情况 单位：km2

由表2可知：1980—1990年运城市耕地面积变化最明显，减少了84 km2，其次是建设用地面积，增加了57 km2，草地和水域面积也有所增加，林地面积相对变化较少，未利用土地没有变化；1990—2000年变化最明显的是建设用地面积，增加了60 km2，其次，林地、草地和水域的面积都有所减少，相对来说耕地面积变化较小，增加了8 km2，未利用土地没有变化；2000—2010年运城市土地利用变化较明显的是水域面积和建设用地面积，分别减少了54 km2和增加了37 km2，其次是耕地、林地和草地的面积也有所增加，与前两个阶段不同的是此阶段未利用土地变化了1 km2。

总体来看，1980—2010年这30年来运城市土地利用变化中耕地和水域的面积减少得较多，增加最明显的是建设用地面积。说明运城市的发展偏向于经济建设，通过增加建设用地面积带动经济社会的发展。

3.2 土地利用频度变化

通过以上分析，整理得出1980—2010年运城市的土地利用频度变化表(表3)。

表3 1980—2010年运城市土地利用频度变化

由表3可知，1980—2010年运城市土地利用频度变化情况为：未变化区占比97.06%，占比最大；其次是低频变化区，占比2.72%；最后是中频变化区，占比0.22%；高频变化区占比为0%，即没有高频变化区。

4 结论

根据4个时间节点及3个时段的运城市土地利用变化图、土地利用各用地类型转换图及相应的表格分析，得出以下结论：①1980—2010年运城市土地利用类型变化中，建设用地面积增加最多，说明政府在大力发展经济建设，其中盐湖区和河津市以及道路沿线的变化特征较明显，说明建设用地面积的变化和经济发展水平、人口密度等密切相关；②研究时段内，耕地变为建设用地的面积占比较大，这是一个不合理现象，新时期国土空间规划背景下应严守18亿亩耕地红线；③值得注意的是，从1980—2010年水域面积一直在减少且减少较明显，多为水域变耕地、水域变草地和水域变建设用地，政府在土地利用规划中应充分保护水资源。

综上所述，运城市政府在土地利用规划及社会经济发展规划中要充分保护耕地和基本农田，严守耕地红线；同时要守住生态红线，以保护生态环境为前提进行社会经济建设。在社会经济条件允许的情况下和土地资源可承载范围内不断优化土地利用结构和布局，追求土地利用效益最大化，推动运城市社会经济发展稳中求进、不断发展。