基于landsam遙感影像的松華壩水源保護(hù)區(qū)土地利用特征分析

基于landsam遙感影像的松華壩水源保護(hù)區(qū)土地利用特征分析

人類使用不同的土地使用方法，不同的土地利用功能在全球范圍內(nèi)改變了土地覆蓋率。因此，它不僅對土壤覆蓋本身非常重要，而且對當(dāng)?shù)?、地區(qū)和全球環(huán)境的許多方面也有很大影響。土地利用/覆被變化不僅改變了自然景現(xiàn)面貌,而且影響景觀中的物質(zhì)循環(huán)和能量分配,對區(qū)域氣候、土壤、水量、水質(zhì)的影響極其深刻。自上個(gè)世紀(jì)90年代,土地利用/土地覆蓋變化被列入國際地圈與生物圈計(jì)劃(IGBP)和全球環(huán)境變化人文因素計(jì)劃(IHDP)項(xiàng)目之一,已成為全球環(huán)境變化研究的前沿和熱點(diǎn)領(lǐng)域,它既是“可持續(xù)發(fā)展理論”的開拓計(jì)劃,又是我國21世紀(jì)穩(wěn)步發(fā)展的關(guān)鍵性影響因素?；趨^(qū)域和地方尺度上的典型研究為土地利用變化的綜合研究提供了豐富的區(qū)域信息,也是參與全球環(huán)境變化研究的具體途徑。所以從區(qū)域角度研究土地利用變化及其環(huán)境效應(yīng)成為土地利用土地覆被變化研究的重點(diǎn)。通過研究特定區(qū)域土地利用類型的面積、空間變化,了解土地利用變化總的態(tài)勢和土地利用結(jié)構(gòu)的變化,分析土地利用變化的幅度、速度和區(qū)域差異,是土地利用/土地覆被(LUCC)變化深入研究前提和重要的基礎(chǔ)。昆明市是全國14個(gè)嚴(yán)重缺水的城市之一,昆明市的水環(huán)境已極度超載,人均水資源占有量僅為300m3,只有全國人均占有量的11%。松華壩水庫是昆明人民的生命線,擔(dān)負(fù)著全市3/4以上的供水任務(wù)。松華壩水源區(qū)同時(shí)也是滇池最主要的供水源頭。長期以來,省、市人民政府高度重視水源的保護(hù),在飲用水源的保護(hù)與建設(shè)上投入了大量財(cái)力和人力。但自2000年起,產(chǎn)水量和水質(zhì)均呈下降趨勢。2005年水質(zhì)甚至降為Ⅳ類,已劣于既定保護(hù)目標(biāo)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。以松華壩水源保護(hù)區(qū)為研究區(qū)域,深入探討土地利用/土地覆被變化情況,對于充分認(rèn)識(shí)該地區(qū)的環(huán)境變化動(dòng)因、預(yù)防水土流失,保障昆明市生態(tài)及飲用水安全等都具有非常重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。1明、明、清三大河谷階地松華壩水源保護(hù)區(qū)(102°45′-102°59′E,25°08′-25°27′N)位于昆明市東北部,面積629.8km2,是昆明市供水、防洪的重要樞紐。全區(qū)以淺切割的中山山地為主體,有面積不大的河谷階地、斷陷盆地、溶蝕洼地。整個(gè)地勢由東北向西南逐漸傾斜,境內(nèi)海拔2840m-1917m,相對高差923m。水源區(qū)內(nèi)主要有牧羊河和冷水河兩條支流,在小河村東南匯合后稱盤龍江,最終注入松華壩水庫。2006年保護(hù)區(qū)總?cè)丝谶_(dá)到82600人,其中農(nóng)業(yè)人口占95%以上,非農(nóng)業(yè)人口主要分布于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)辦事處駐地。2恢復(fù)區(qū)域土地利用和覆蓋層變化的信息提取2.1遙感影像幾何精糾正處理此次研究采用時(shí)相為1992年和2001年LANDSATTM影像各兩景,1982年總參測繪局的出版的1∶50000地形圖5幅,在ERDAS軟件下,利用配準(zhǔn)過的1∶50000萬地形圖對各幅遙感影像進(jìn)行幾何精糾正,誤差范圍控制在0.5個(gè)像元內(nèi),繼而裁剪、拼接、圖像增強(qiáng)處理,對研究區(qū)域土地利用/覆蓋變化遙感圖像分類進(jìn)行預(yù)處理。2.2土地利用/土地覆被分類系統(tǒng)參照中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫中的全國1:10萬土地利用分類系統(tǒng)和云南省土地利用分類系統(tǒng)和調(diào)查技術(shù)規(guī)程,并結(jié)合野外調(diào)查和植被分布特征等信息的分析,最終制定出該區(qū)土地利用/土地覆被分類系統(tǒng)(表1)。2.3基于gps的監(jiān)督分類在本次研究中,根據(jù)研究區(qū)的土地利用/土地覆蓋實(shí)際情況與數(shù)據(jù)源的特征,結(jié)合目視解譯與野外調(diào)查資料等先驗(yàn)知識(shí),擬對兩期影像采取傳統(tǒng)的監(jiān)督分類方法。訓(xùn)練區(qū)的選擇參照了1:5萬地形圖、植被圖、研究區(qū)遙感圖像非監(jiān)督分類結(jié)果以及野外土地利用調(diào)查所獲得的GPS調(diào)查點(diǎn)數(shù)據(jù)。通過大量的GPS定位信息,大大提高了所選訓(xùn)練區(qū)的準(zhǔn)確性。根據(jù)地物的光譜特征和樣區(qū)土地利用特征所建立的標(biāo)志特征制作分類模板,進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)督分類。通過不斷計(jì)算訓(xùn)練區(qū)的均值向量(M)和誤差矩陣來提純訓(xùn)練區(qū),并采用最大似然法分類判決函數(shù),加強(qiáng)不同類別間的可分離性。采用野外采集的GPS點(diǎn)對監(jiān)督分類結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果表明1992年監(jiān)督分類總精度為72.3%,2001年監(jiān)督分類總精度為73.6%。在ArcGIS下,對計(jì)算機(jī)監(jiān)督分類結(jié)果去除小圖斑,并結(jié)合野外所采集的GPS點(diǎn)和樣方以及作業(yè)人員的經(jīng)驗(yàn)和多學(xué)科背景知識(shí),進(jìn)行人工目視解譯和修正,從而得到精度較高(1992年精度檢驗(yàn)結(jié)果總精度84%,2001年精度檢驗(yàn)結(jié)果總精度為82.9%)的研究區(qū)兩期土地利用/覆蓋分類圖(圖2,圖3)。3結(jié)果分析3.1各地段面積和利用土地面積從表2可以看出,研究區(qū)土地利用類型主要以林地、耕地、草地為主。土地利用/土地覆被動(dòng)態(tài)變化特征為:(1)耕地、草地、居民點(diǎn)及工礦用地和未利用土地面積不斷減少。其中草地面積減少最多,減少了3427.47hm2,減少量達(dá)5.61%。耕地面積2001年比1992年減少0.25%。居民點(diǎn)及工礦用地面積減少了2548.98hm2。(2)林地和水域面積呈增長趨勢,林地面積年均增長率為1.1%。水域面積增加了230.31hm2,比1992年增加0.38%。3.2不同類型林分密度和未變比例借助ArcGIS9.2及Excel軟件創(chuàng)建了土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣(表3)。由兩期土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以看出,耕地、林地、草地和水域未變比例較高,各類型都有48%以上保持不變,各類型之間的轉(zhuǎn)換趨于穩(wěn)定。其中未變林地和未變水域分別達(dá)到了86.59%和89.66%,未變比例較高。松華壩水源區(qū)土地利用變化規(guī)律可以簡單總結(jié)為耕地、草地及未利用土地向林地的轉(zhuǎn)換構(gòu)成了土地利用變化的主導(dǎo)過程,另外耕地的退耕還草,部分園地、未利用土地轉(zhuǎn)變?yōu)楦匾彩瞧鋭?dòng)態(tài)變化的表現(xiàn)。3.3地表坡度dem地形狀況不同,對土地的利用難易程度也不同,從而影響土地利用的變化。因此我們按照《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查規(guī)程》規(guī)定,凡坡度小于或等于2°的稱之為平地,坡地分為2°~6°,6°~15°,15°~25°,大于25°四個(gè)不同的坡級。借助ArcGIS9.2將國家基礎(chǔ)信息中心標(biāo)準(zhǔn)1:5萬的DEM數(shù)據(jù)生成坡度數(shù)據(jù);并利用其格式轉(zhuǎn)換功能,將兩期土地利用圖轉(zhuǎn)換為30m*30m的柵格數(shù)據(jù),利用Combine函數(shù)將土地利用柵格數(shù)據(jù)與坡度數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加,以統(tǒng)計(jì)各坡度等級上的土地利用類型與面積(表4)。4立地條件對草地面積和生態(tài)環(huán)境的影響該水源區(qū)土地利用類型以林地為主,其次是草地和耕地,這3類面積的總和達(dá)到了整個(gè)流域面積的86.4%以上。1992年-2001年期間,土地利用類型轉(zhuǎn)移以耕地、草地及未利用土地向林地的轉(zhuǎn)換為主。而其余各類土地類型面積均呈減少狀態(tài)。1992年-2001年期間,坡度<2°的范圍內(nèi),距離水體最近,便于生產(chǎn)、生活取水,人口規(guī)模雖然受到一定程度的控制,但仍有一定數(shù)量的增長,所以耕地開發(fā)占用強(qiáng)度有增長趨勢。而植樹造林的政策促使林地面積增加。2°-6°的坡地耕地、園地、林地、水域面積增加,尤其林地面積呈大幅度增長趨勢,而草地、居民點(diǎn)及工礦用地和未利用土地則大幅度減少。林地增加而居民點(diǎn)及工礦用地減少,主要原因是水源區(qū)內(nèi)積極退耕還林,開荒種樹,并對旅游業(yè)的發(fā)展和工礦用地進(jìn)行了強(qiáng)行控制。近年來水源區(qū)內(nèi)調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu),其蔬菜瓜果種植面積增長較快,糧食作物面積逐漸減少,種植花卉、蔬菜面積逐漸擴(kuò)大,致使該坡度范圍內(nèi)園地面積有所增加。6°以上的坡耕地不斷減少,尤其15°以上,減少幅度較大。而坡度6°以下,耕地仍有小幅增長。這是因?yàn)樗幢Ｗo(hù)區(qū)內(nèi)不能發(fā)展工業(yè)、旅游業(yè)等收益較高的產(chǎn)業(yè),僅能發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍以傳統(tǒng)方式生產(chǎn)為主,生產(chǎn)效率低下。農(nóng)民只能通過擴(kuò)大耕地面積的做法爭取較高收益。在近十余年時(shí)間內(nèi)林地面積增長較快,其增長主要來源于未成林和灌木林面積的增長。每個(gè)坡度范圍內(nèi)的林地面積都大幅度增加,證明水源區(qū)封山育林措施,取得了顯著成效。但是25°以上林地面積增加幅度減小,則主要是因?yàn)樵诖藚^(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)與林業(yè)爭奪用地現(xiàn)象仍較為嚴(yán)重;且這個(gè)范圍內(nèi)部分地區(qū)仍有砍樹燒柴現(xiàn)象,森林資源受到一定的破壞。在2°-6°范圍內(nèi)和25°以上地區(qū),園地面積有所增加;2°-6°范圍內(nèi),園地增加面積較大。這是因?yàn)?水源區(qū)內(nèi)以生態(tài)農(nóng)業(yè)為發(fā)展方向調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),由傳統(tǒng)的糧食種植轉(zhuǎn)向蔬菜、花卉種植。這樣既提高了農(nóng)民的收益,又減少了由于化肥,農(nóng)藥而造成的對水體的污染。草地在各個(gè)坡度范圍內(nèi),都有較大幅度的減少,主要原因是大面積的以牧為主的疏林和灌木草地轉(zhuǎn)化為了人工次生林。其次是因?yàn)樵诹謽I(yè)建設(shè)過程中,忽視對低矮灌木、雜木的營造和管護(hù),導(dǎo)致草地面積減少。而水源保護(hù)區(qū)居民撿拾燒柴、放牧牲畜時(shí)對雜灌木的破壞,是草地面