基于CA-Markov模型的土地利用变化与预测研究——以巩义市为例

作     者：霍明明 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈伟强

授予年度：2015年

学科分类：07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 070104[理学-应用数学] 083306[工学-城乡规划管理] 0833[工学-城乡规划学] 0701[理学-数学] 

主      题：土地利用变化 驱动力分析 CA-Markov模型 巩义市 

摘      要：土地利用/覆被变化是社会经济发展过程的综合反映,受到自然因素、社会因素和经济因素等多重因素的制约,表现出明显的地域性和综合性,反映出人与自然最直接的相互作用关系,是以,一直是国内外近年来探究的热点问题之一。由于其发展过程十分复杂,有必要构建简单抽象的土地利用预测模型,构建模型有助于了解土地利用变化的过程、机制以及未来变化趋势。结合历史和未来的土地利用格局变化特征、规律和趋势的研究,揭示人类社会影响下区域土地利用变化的过程及机理,以此为土地管理部门及时调整土地政策提供科学依据,从而促使土地利用更趋合理,保证土地资源可持续利用。因此,进行LUCC研究有着重要的现实意义。本文以河南巩义市为研究区,以1990年、2000年、2010年三个时期土地利用矢量数据为基础,模拟预测土地利用变化格局。首先,对三期数据进行土地利用结构变化分析,继而通过动态度、信息熵等指数研究土地利用数量和结构变化;分析研究期间的景观格局指数的变化及其特征;分析研究区地类的空间重心变化;探究研究区域自然、社会和经济等因素对土地利用格局演变的影响作用,制定约束条件、计算土地利用类型的转移矩阵和制作适宜性图集。在此基础上,构建CA-Markov模型对2020年巩义市的土地利用格局进行预测,并分析2020年土地利用变化特征。本文的研究目的是分析巩义市土地利用的现状和变化规律,探讨土地利用格局演化的形成机理,并应用于制定CA-Markov模型模拟的转换规则,进而对未来的土地利用格局进行预测模拟。本文结论包括:(1)分析土地利用变化得出:1990-2010年研究期间巩义市土地利用结构变化显著。城乡建设用地不断增加,城乡建设用扩张,必然导致以耕地为主的农用地面积的大幅减少;与此同时,林、草地总体呈现增长态势,交通用地大幅增加,水域面积有所减少;20年来巩义总体土地利用结构信息熵和均衡度呈现逐步提升的趋势,信息熵大小空间分布整体呈现出从中心向外逐渐降低的分布规律。(2)通过景观格局分析表明:区域内整体景观格局趋于多样化,景观破碎程化在逐渐加深。整体而言,景观格局中城乡建设用地和耕地的优势斑块的作用依旧明显,但随着景观破碎化程度的逐渐加深,优势斑块的作用有所下降。随着人类干扰的加剧,景观斑块的形状更为复杂,城镇农村居民点用地由于连片发展趋势,集聚性有所提高。(3)土地利用类型转移分析表明:1990-2010年间,巩义市耕地和建设用地之间相互转化最为活跃,城乡建设用地转化的主要来源是以耕地为主的农用地。林草地大量增加后变化趋于平稳,水域面积在减少,沿河滩涂转为耕地。(4)从影响土地利用格局变化因素分析得出:坡度、行政中心和交通道路显著影响土地利用格局。大部分城乡建设用地都分布在坡度较低、距离行政中心和交通路线较近的范围内,行政中心和交通道路对建设用地有着较强吸附力;在坡度低缓、远离行政中心和靠近道路的区域,耕地面积呈加速增长的趋势;规划因素划定了未来巩义市允许和限制的建设区域和需严格保护的基本农田,在制定转换规则时对地类转换设置相应的允许和限制条件。(5)以土地利用类型转移矩阵和适宜性图像集作为转化规则,构建CA-Markov模型模拟2010年巩义市的土地利用格局,并将模拟图与2010年实际土地利用格局图做对比验证,对模拟结果进行精度检验,显示Kappa指数为0.7944,说明模型基本与实际吻合,能满足预测需要,再加入分析得出的约束条件和规划限制预测2020年土地利用格局,预测结果显示巩义市2020年土地利用变化显著。(6)土地利用预测结果显示:2020年巩义市建设用地仍保持增长态势,耕地侵占依然存在,主要集中在建设占用和生态退耕等方面,但由于受到政策的影响,土地利用结构调整趋于稳定,说明相关政策法规的实施对土地资源的可持续发展具有积极的指导作用。