基于SWAT模型的昌江流域土地利用变化对水环境的影响研究

土地利用快速变化对水环境带来较大影响,定量分析土地利用与水环境污染的关系是土地利用结构调整的重要依据。利用3S技术,通过SWAT模型对1983年与2012年昌江流域的水量和水质模拟,分析了土地利用时空变化,结合氨氮、总磷模拟数据,定量分析了土地利用变化下该流域的水环境污染负荷。研究结果表明:该区域林地、草地、水域、城镇及建设用地呈增加趋势,耕地则呈减小趋势。林地占比最大,为70%左右,其次为水田。水田为水环境非点源负荷贡献的第一大来源,且其占流域略多于20%的面积,贡献了该区域总磷总量的53.48%~57.01%和氨氮总量的51.86%~56.57%;农业耕作以25%的地类面积,贡献了60%~65%的非点源污染负荷;旱地的单位面积贡献污染负荷高于林地及城镇及建设用地,表明农业非点源污染是该区域水环境非点源污染的主要来源。     

基于Dyna-CLUE模型的太湖流域建设用地空间扩张模拟

从区域尺度模拟建设用地空间扩张是理解和解释区域土地利用变化过程与趋势的有效途径之一。基于Dyna-CLUE模型，通过1985年以来5个时段太湖流域遥感影像数据及自然与社会经济数据提取先验转换规则，模拟未来太湖流域在耕地保护、生态保护与综合保护3种不同情景模式下建设用地空间增长过程。结果显示：3种模拟情景下Kappa 系数均大于0.75，具有较高的一致性，表明Dyna-CLUE模型在太湖流域建设用地空间扩张模拟中有较强的适用性；3种情景下，综合保护情景下建设用地扩张模拟精度最高；2020与2030年流域建设用地扩张均以大城市周边为主导，其中2010～2020年扩张总量位居前列的城市依次为上海、嘉兴、无锡和湖州等，而2020～2030年依次为嘉兴、苏州、上海和无锡等。2020年、2030年建设用地空间扩张模拟结果基本符合太湖流域建设用地空间扩张的趋势。研究方法及模拟结果相对可靠，以期为未来太湖流域城市化进程中的土地利用规划实施，特别是土地利用宏观需求的空间配置提供一定的借鉴与参考     

汉江流域土地利用/覆被变化的水文效应模拟研究

针对流域LUCC驱动因子众多、驱动因子与土地利用/覆被变化之间存在复杂的非线性动态关系的特点，以汉江上游流域LUCC模拟为例，构建基于人工神经网络（ANN）与元胞自动机（CA）的模拟土地利用/覆被变化的CA ANN耦合模型，并应用该模型预测汉江上游流域2020s年代的LUCC变化情景。结果表明：2020s汉江黄家港站上游流域水田、旱地、灌木林与建设用地面积均有不同程度的增加，其中建设用地增幅最大，与区域交通和城市化的迅猛发展趋势相符；除建设用地增幅变化较大之外，1980s～2000s与2000s～2020s两个时期其余土地利用/覆盖类型的面积变化率都比较相近，表明CA ANN耦合模型能够刻画土地利用/覆盖类型的转换规律，在流域土地利用/覆被变化的复杂非线性动态演变情景的模拟预测方面是可行的。在此基础上，应用SWAT分布式水文模型模拟汉江上游流域水文过程。研究结果表明：在1980s年代、2000s年代及预测的2020s年代LUCC情景下，汉江上游流域年平均径流量呈增加趋势，LUCC对径流量年内影响较汛期显著，多年平均蒸散发量呈增加趋势     

不同地貌类型区城镇扩展对土地利用景观格局的影响——以四川名山县为例

基于RS和GIS的支持,以名山县为研究案例,分析与探讨西部经济以农业为主地区城镇扩展的时空特征和不同地貌类型下土地利用景观格局,以期为城镇规划及区域城镇可持续发展提供决策支持。结果显示:1975～1999年土地利用类型在不同地貌区的分布格局变化显著。林地面积大幅减少,分布区域向海拔较高地区收缩。居民及建设用地在低丘区增长较快,城镇用地大幅增加,成为影响研究区景观格局的重要要素。农业生产活动向地势较高的区域扩展,中丘区成为农业生产的主要场所,水田和旱地成其主要土地利用方式。高丘区旱地分布面积占首位;园地在低山区分布面积有所增加。1999～2005年基本维持1999年景观格局,居民及建设用地继续增长,尤其在低丘区表现明显;低丘和中丘区斑块总数减少,各景观要素平均斑块面积增加,形状指数和分维数降低;高丘、低山区水田、旱地减少,园地面积增加。     

基于CLUE-S模型的重庆市主城区土地利用情景模拟

以重庆市主城区为研究区,采用120m×120m栅格大小的数据为模拟基准,借助CLUE-S模型、情景分析法、SPSS软件及ArcGIS10.1软件建立了数量变化和空间分布变化相结合的不同情景下土地利用/覆盖变化的动态模拟模型,并对研究区不同情景下的土地利用/覆盖动态变化进行了模拟,模型综合考虑各种宏观驱动因子与土地利用变化之间的关系,较全面地考虑了多种土地利用/覆盖变化驱动因子,并利用SPSS软件进行相关性分析,确定了各因子的回归模型,提高了模拟结果的精度,通过对已有数据的模拟及精度分析,整体模拟精度达86%以上,在一定程度上反映了该模型在研究高分辨率土地利用/覆盖变化方面有很好的适应性,对土地利用/覆盖变化的复杂性研究和相关部门对土地布局、规划方面具有一定的参考价值。模拟结果表明:到2030年湿地、人工用地、林地将增加,耕地和其它用地减少,草地在不同的情景下均有稍微的增加,耕地和人工用地是变化最大的两种类型,随着时间的推移耕地和林地面积不断接近甚至持平,研究区西部及西南部变化比较明显。     

近20年来北京市耕地面积变化及其相关社会经济驱动因素分析

80年代以为，北京市土地利用结构发生了巨大的变化，突出表现在耕地面积大量减少，本文通过对改革开放以来北京市人口规模扩大，经济迅速发展和城市化水平大幅度提高等方面，分析研究了北京市1981-2001年20年间土地利用的变化特征及其社会经济驱动因素，探讨耕地减少的原因及趋势。研究表明，随着人口增加，经济发展和城市化水平提高，农业内部产业结构调整和城乡建设用地扩张等将导致大量耕地被占用，人多地少的矛盾会进一步加剧，保护耕地应受到更加广泛的重视。     

不同地貌类型区城镇扩展对土地利用景观格局的影响

基于RS和GIS的支持，以名山县为研究案例，分析与探讨西部经济以农业为主地区城镇扩展的时空特征和不同地貌类型下土地利用景观格局，以期为城镇规划及区域城镇可持续发展提供决策支持。结果显示：1975 ~ 1999 年土地利用类型在不同地貌区的分布格局变化显著。林地面积大幅减少，分布区域向海拔较高地区收缩。居民及建设用地在低丘区增长较快，城镇用地大幅增加，成为影响研究区景观格局的重要要素。农业生产活动向地势较高的区域扩展，中丘区成为农业生产的主要场所，水田和旱地成其主要土地利用方式。高丘区旱地分布面积占首位；园地在低山区分布面积有所增加。1999~2005 年基本维持1999年景观格局，居民及建设用地继续增长，尤其在低丘区表现明显；低丘和中丘区斑块总数减少，各景观要素平均斑块面积增加，形状指数和分维数降低；高丘、低山区水田、旱地减少，园地面积增加.     

基于CLUE-S模型的千岛湖镇土地利用动态模拟分析

基于1993、2004年两期土地利用数据和1〖DK〗∶250000DEM，运用GIS技术，通过Logistic逐步回归分析，在地形、高程、水系、道路交通、城镇和居民点等多种自然和社会经济因素中，筛选出不同时期对千岛湖镇主要土地利用类型空间分布及其变化具有决定作用的驱动因子，并对所得结果进行ROC检验，同时生成相应的土地利用空间分布概率适宜图，然后采用CLUE-S模型，对其2004年的土地利用变化格局进行模拟；并用2004年的土地利用现状图对模拟结果进行检验，结果显示，在基本单元（90 m×90 m栅格）的水平上，模拟的正确率为8471%，Kappa值达到了0825。在此基础上，针对两种政策情景，应用相同模型模拟预测了千岛湖镇2015年的土地利用时空变化。与2004年相比较，变化明显的是城镇工矿用地的扩张和林地的减少，并且城镇工矿用地的扩张多是在原有城镇及工矿用地的基础上向四周扩展，侵占的多是周边的耕地、林地、未利用地。     

基于CLUE-S模型的重庆市渝北区土地利用变化动态模拟

以重庆市渝北区为研究区域,运用CLUE-S模型,结合Logistic回归分析,分别以2007年和2009年为基期,对渝北区2013年土地利用情况进行模拟研究,在此基础上构建了渝北区2013~2020年3种不同情景的土地利用变化模式,模拟了3种情景模式下渝北区在2020年的土地利用空间分布格局。结果表明:(1)两期模拟的正确率分别达到了92.26%和94%,Kappa系数值分别为90.32%和92.5%,均取得了较好的模拟效果,说明CLUE-S模型适用于渝北区的土地利用空间格局变化的模拟研究,具有较好的模拟区域土地利用时空变化的能力;(2)地形、国道、省道、高速公路等主要道路、河流、城镇和村庄是影响渝北区土地利用空间格局变化的重要驱动因素;(3)在3种情景模式中,主要的用地格局变化均发生在两江新区,区内建设用地总体呈现向东北部扩张的趋势,表明区域经济社会发展政策对用地类型的变化具有较大的影响;(4)从促进城乡统筹和谐发展、土地节约集约利用、生态环境显著改善和保护耕地的区域发展目标而言,情景模式2为较为合理的发展模式。研究结果可为决策部门在土地可持续利用和土地管理方面提供参考依据。     

稻虾共作快速发展背景下潜江耕地时空变化特征分析

虾稻共作综合种养模式近年来在长江中下游地区快速发展，探索虾稻共作对农业土地利用的影响，对于科学调控虾稻田发展、确保粮食和生态双安全具有重要意义。该研究以虾稻共作模式发源地——湖北潜江市为研究区域，利用空间分析和破碎度指数方法，分析虾稻共作模式快速推广下潜江市农业土地利用时空格局变化。结果表明：（1）近20年来，耕地时空格局变化过程是以园林办事处（主城区）为中心的建设用地向西至广华镇、南至杨市镇不断扩张，耕地转为新增建设用地达28.64 km2，约18.59 km2耕地转换为水域；（2）耕地格局呈现破碎化，主要由城市发展过程中建设用地扩张占用耕地，以及虾稻田快速发展后造成；（3）虾稻田主要由水田转换而来，部分旱地及水域也转换为虾稻田。虾稻田的不断扩张，特别是旱地和水域转换为虾稻田，一定程度上带来耕地破碎化。因此，在我国农业劳动力不足、农民收入不高和种地积极性不强等因素下，未来虾稻田种植模式对耕地利用具有较好的潜力和空间，但也需要重点关注虾稻共作模式的可持续发展，重点基于水田发展虾稻田种养模式。     

高度城市化区域土地利用结构演化与驱动因素分析——以苏州市为例

分析高度城市化区域土地利用结构演化以及驱动因素，可为优化区域未来的土地利用结构、促进土地资源的保护和高效利用提供科学依据。采用1998～2008年苏州市土地利用变更调查数据，运用土地利用数量变化、程度变化和空间变化等指标测算模型分析土地利用演化规律。结果表明：1998～2008年，苏州市耕地面积显著减少，农业结构调整明显；居民点及独立工矿用地面积急剧增加，与耕地减少呈显著负相关；土地利用程度综合指数逐年提升；苏州全域耕地、园地、城市用地相对变化率最大的均为昆山市，建制镇和独立工矿用地相对变化率最大的分别是张家港市和吴江市；利用主成分分析法对影响土地利用结构演化的人文因素进行了分析，得出驱动因素主要为：人口增长、经济发展、工业化和城镇化水平。走集约型城市化道路，实现“效率型”土地利用模式，注重社会、经济、生态效益相结合是今后土地利用努力的方向     

基于SD模型的三峡库区快速城镇化地区耕地利用模拟研究

对引起耕地变化的驱动因素进行研究，有利于解决当下人口、经济和社会发展与耕地资源的矛盾。基于对耕地变化相关因素的线性分析，提出改进基于时间序列对耕地变化驱动力静态研究的模式，利用系统动力学模型从动态的耕地变化仿真模拟过程中对长寿区耕地变化趋势进行预测研究,为快速城镇化地区耕地资源的合理利用与保护提供借鉴。结果表明：（1）长寿区耕地面积25 a间共减少 9 535 hm2，在数量上总体呈现波动下降趋势；（2）长寿区耕地变化的主要驱动力与社会经济发展、人口与城市发展、农业结构调整与科技进步密切相关；（3）利用SD模型在不同情景设定下的模拟发现，区内城镇化率对耕地面积的影响＞GDP对耕地面积的影响＞人口增长对耕地面积的影响；（4）耕地利用变化在不同社会经济发展模式下的差异较大，而GDP和城镇化率的缓速增长发展模式最为理想，对区内耕地资源保护有一定的促进作用。由此可以得出，为减轻未来长寿区耕地保护工作压力，必须转变以牺牲耕地作为代价的经济发展模式，通过集约节约用地、积极开展农村建设用地复垦等工作来协调城镇化的快速发展与耕地保护之间的矛盾。 关键词： 耕地变化；驱动力；耕地非农化；系统动力学；城镇化；三峡库区     

Scenario-based urban growth allocation in a rapidly developing area: a modeling approach for sustainability analysis of an urban-coastal coupled system

Being located in an urban-coastal coupled system, the Hashtpar City is one of the most attractive areas for urban construction, tourism, agricultural activities and environmental protection in northern Iran. To resolve the issues between land developers and environmental conservation agencies, we conducted a scenario-based urban growth allocation procedure through the SLEUTH model. The scenarios consisted of ‘business as usual’, ‘managed urban growth’ and ‘environmentally sound growth’ that were introduced by modification of model parameters and exclusion layer. The resultant urban growth arrangements were compared for composition and configuration attributes of landscape patterns. According to the results, the pattern of urbanized lands under managed urban growth option demonstrated better connectivity and compactness of urban patches, while the two other scenarios generated a highly fragmented pattern. The managed urban growth can be considered as a compromised solution between other scenarios since it simultaneously takes into accounts both developers and environment protectors points’ of views. On this basis, a combination of centralized and decentralized urban land use planning is a recommended strategy for our urban-coastal environment to fulfill the purposes of a sustainable development process. The findings of the present article suggest that further expansion of the major urban core in the targeted area should be prohibited since it can lead to an urban patch with considerable physical size and noticeable ecological footprint.     

长江流域土地利用/覆被变化的大尺度水文效应

土地利用/覆被变化(LUCC)对流域水文过程具有重要的长期影响作用。针对土地利用覆被变化对大型流域水文过程的影响程度,利用构建的长江流域分布式水文模型分析了土地利用变化情景下的水文效应特征。结果显示:分布式水文模型综合考虑了下垫面土壤、坡度、植被等特征,可以较好的反映降水发生后水分在不同土壤、植被和地形条组合件下,蒸散、地表和地下径流等组分的运移过程。根据不同土地覆被类型的径流成分差异,以及长江流域实际可供调节的土地利用方式,流域现有土地利用格局中农林地依然具有较大的转换空间。根据典型流域中预设的农林地转换情景下的径流效应看,各种情景虽然对流域径流总量变化影响较小,但对蒸散、地表径流和基流可以产生显著影响。其中,林地增加使基流最高提升超过15%,同时可使地表径流下降近5%,两者对蒸散的改变在1%左右,对径流总量变化幅度则只有0.7%左右。不同情景下的水文响应模式反映了未来土地利用调整的水文效应,因此可以基于不同的径流效应,开展有利于综合发挥流域持水能力的空间规划,提升林地所占比重。     

武汉城市圈土地利用变化系统仿真模拟与驱动力分析

土地利用变化是全球环境变化与可持续研究的重要内容,驱动力研究是土地利用变化研究中的核心问题。现有土地利用变化驱动力研究多针对单一的城市区域展开,无法解释城市群地区,城市一体化战略指导下城市交互作用对土地利用变化的影响。运用系统动力学(SD)方法,综合考虑经济、人口、城市化、政策等主要人文因素,并将城市交互作用因素引入SD,以武汉城市圈为例,构建土地利用变化系统SD模型,运用1997~2006年的历史数据进行检验,并对武汉城市圈2010~2020年不同情景下的土地利用变化进行模拟。结果表明,建立的SD模型是有效的,两种情景下土地利用变化表现出差异性,说明城市交互作用是除经济、人口城市化等社会经济因素外,土地利用变化的又一重要影响因素。     

平原集水区城镇化对暴雨洪水影响研究 ——以常州市双桥浜为例

城镇化下土地利用变化影响了流域洪水过程，并可能导致设计洪水发生变化。为进一步辅助城镇化流域防洪设计研究，以常州市双桥浜集水区为例，针对城镇化地区管网资料不全、区域管网河（渠）道排水过程复杂的问题，利用城市河道、道路、集水井等的汇水路径对高度城镇化小区进行子汇水区划分，基于HEC-HMS（Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System）模型建立了适合高度城镇化下平原集水区的降雨-径流模拟模型，以模拟分析城镇化下土地利用转变对暴雨洪水的影响。结果表明，城市绿地向城镇化转变的过程较未利用地向城镇化转变使洪水增加得更大更快，且洪峰的增加幅度小于洪量的增加幅度。同时，随着土地利用转换程度的增大，对洪水影响的差异性也在增大，且低重现期洪水所表现的差异性更为明显。研究结果可为平原河网地区防洪减灾提供一定参考依据。     

Simulating spatial pattern of urban growth using GIS-based SLEUTH model: a case study of eastern corridor of Tehran metropolitan region,Iran

Tehran metropolitan region (TMR) has experienced rapid urbanization in the last few decades. This accelerating urbanization trend mainly arising from high natural population growth and rural–urban migration along with rapid socioeconomic changes formed unplanned and uncontrolled urban expansion in peri-urban areas and resulted in degrading environmental quality and considerable changes in the urban landscapes of the TMR. Thus, the main objective of this research is to model spatial pattern of urban growth in eastern corridor of TMR using GIS-based SLEUTH model and the prediction of future developments of the region from 2014 to 2060. The SLEUTH is one of the most powerful models for urban growth modeling. This model analyzes the spatial pattern of urban growth based on historical data obtained from satellite images of 1987, 2003, 2011, and 2014. The results indicate that the most important factors affecting the urban growth are slope resistance and road gravity. The slope resistance is the highest coefficients value, which illustrates the limiting influence of the slopes on general trend of urban growth in eastern corridor of the TMR. The road gravity stands in second place where it displaces orientation of linear form of outlying pattern alongside the transportation network; it represents that the main pattern of urban growth in peri-urban areas of the region have a linear nature and edge expansion due to slope resistance and road-influenced growth, while spread, diffusion, and breed coefficients display low probability of new spreading center and spontaneous growth in the study area. In addition, the prediction of urban growth for 2020–2060 revealed that urban expansion which was 41,500 ha in 2014 will increase to 179,400 ha in 2060 with noticeable growth rate of 145.6 %. Comparing study area and other researches indicate that the urban growth happens in high rate in eastern corridor. One of the main reasons of this growth goes back to the formation of the second homes for residents of Tehran metropolitan city.     

基于邻接关系的土地利用变化空间关联规则研究

空间关联规则可在海量空间数据中挖掘出空间对象之间相互作用、空间依赖、因果或共生的模式。将空间关联规则方法引入土地利用变化时空特征分析中,以浙江省桐庐县2004~2009年的两种典型地类变化(城镇用地的转入、耕地的转出)为例,结合GIS的空间统计和空间分析功能,首先通过土地利用转移矩阵分析土地利用面积变化的整体情况,再采用经典Apriori算法挖掘这两种典型地类变化与其周边邻接的地类变化间的关联性规律。研究表明:(1)桐庐县土地利用呈现明显的非农化趋势,这主要归因于城镇化进程以及其作为特色发展的生态建设;(2)城镇用地的发展主要依靠耕地和农村居民点的转型,表现为集中连片的扩展方式,且城镇用地与交通水利建设用地的发展具有明显的共生现象;(3)耕地的同种转变类型在空间上呈现连片集聚分布,且耕地发展易受相邻地类的驱动或制约,尤其是林地和农村居民点。空间关联规则挖掘能够定量分析在空间邻接的情况下地类间的转变倾向以及变化的关联规律,为土地利用变化时空分析提供有用信息。