基于GIS的土地利用时空动态变化分析摘要：土地利用结构的变化对区域生态系统的稳定有着重要的影响。
分析土地利用时空变化是研究区域生态环境的重要途径。
以信阳出山店水库建设为例，运用RS和GIS技术，对研究区不同时期的遥感影进行解译处理，叠加计算和空间分析，通过生成MARCOV土地转移矩阵，构建单一动态度、综合动态度等模型，定量分析土地利用结构的时空变化特征，以揭示不同时空尺度内土地利用的变化规律。
研究结果表明：2000-2018年间，研究区在水库建成前后土地利用情况发生了显著变化。
总体特征表现为水域增加明显，增加量达到10%。
林地、建设用地略有增加，耕地显著减少，减少量达到18%。
而且不同时段，土地类型的空间动态度变化差异明显。
2000-2015年除建设用地外，其他类型土地空间动态度变化均较小。
2015-2018年水域和建设用地空间动态度变化尤为剧烈，分别达到98.7%和85.6%。
研究成果为区域生态系统健康发展提供决策依据，为未来改善区域生态环境、促进区域生态文明建设、土地资源可持续利用等提供有效基础信息支撑。
关键词：水库，生态，土地利用，转移矩阵，动态变化GIS-based Analysis of Dynamic Spatial and Temporal Changes of Land Use—take the construction of Chushandian Reservoir in Xinyang as anexampleZHANG Jun hua ,WU Qing,CHEN jing,WANG Kun ,CHENG Jun jie,LU Heng,LIZiwei(1.mapping and geographic information School of North China Universityof Water Resources and Electric Power.2.SHui fa planning and design co.LTD) Abstract:This essay takes the construction of Chushandian Reservoir in Xinyang as an example to explain the problems such as the destructive impact on the surrounding environment during the construction of the reservoir project. With the support of GIS technology, the essay conducts geographical calculation and spatial analysis of the remote sensing images and land use maps in different periods of time. Through the construction of MARCOV transfer matrix, single dynamic degree, comprehensive dynamic degree and other models, the essay aims at doing quantitative analysis of the spatial and temporal changes of the characteristics of land use structure and revealingthe changes of land use landscape pattern. The results of the study indicate that between 2000 and 2018, the land use situation in this area changed significantly before and after the completion of the reservoir. Overall, the water area, forest land and construction land has increased significantly, especially the water area. And the cultivated land has decreased significantly by 18%, Moreover, the spatial dynamics of land types vary dramatically in different periods. Except for construction land, the spatial dynamics of other types of land changed little from 2000 to 2015. From 2015 to 2018, the spatial dynamics of water and construction land changed drastically, reaching 98.7% and 85.6% respectively. The research results provide essential information support for the future improvement of the ecological environment of the reservoir area, the promotion of ecological civilization construction in the reservoir area, and the sustainable use of land resources. It also provides the basis for decision-making for the rational use of land resources and the healthy development of the ecosystem in the reservoir area.Key words: reservoir, ecology, land use, transfer matrix, dynamic change随着社会的发展，人类对自然环境的干扰日益强烈，生态恶化问题是目前人类生存所面临的严峻问题。
作为自然环境的主要因素之一，土地资源是人类赖以生存和发展的重要资源基础，集中体现了人地关系和地球表层生态系统，在可持续发展及全球环境变化中占有重要地位[1] 。
大规模的建设活动和对土地不合理的利用，导致了生态环境破坏，使得“人地”关系之间的矛盾日益突出[2]。
各种类型的土地单元及空间分布组成了土地利用景观格局，反映了人类对自然环境的干扰程度和土地利用/土地覆被变化(LUCC)的结果[3]。
土地利用结构与景观格局变化揭示了人类活动与自然环境的相互关系。
因此，分析土地利用时空变化是研究区域生态系统重要途径。
目前，很多研究都是基于区域尺度探讨土地利用时空动态变化[4-5]，部分是针对省、市区级行政边界进行土地利用时空变化及其驱动机制研究[6]。
国内也有一些学者对流域土地利用变化规律进行了研究[7-9]，但大多选取经济发达、人地矛盾比较突出的区域进行较短时间尺度的研究[10]。
而以水库建设区域为对象的研究较少，仍有待进一步加强[11]。
而水库工程在建设的过程中势必对其周围的土地、植被、生物等造成一定破坏，如何在进行水库建设的同时，同时加强对库区以及周边的生态环境的保护，实现其水利利用和生态保护的同时，协调水库建设和生态环境之间的和谐关系，保证人类的进步符合自然的发展规律，实现人和自然的和谐发展，是当前社会面临的一个重要课题。
1研究区域概况出山店水库位于淮河干流信阳市浉河区游河乡出山店村附近，坝址距下游信阳市约15km。
研究区位于坝址上游，信阳市西北部，面积约958km2，海拔分布范围在0~450m，低于6°坡度土地占到75%。
研究区的高程、坡度、坡向的分布充分体现了库区的地势平坦的特点。
出山店水库控制流域面积2900km2，总库容12.51亿m3(其中防洪库容6.91亿m3、兴利库容1.45亿m3)，水库水面面积81.9km2，将在信阳市形成一个新的水利风景区和旅游景观。
出山店水库研究区地貌类型主要为低山、丘陵、岗地和河谷地貌；北亚热带湿润型气候，年降水量800~1200mm，多年平均气温为15.0°C；土壤类型主要为水稻土和黄棕壤，植被以落叶针阔林类型为主，常绿针阔林与落叶针阔林交替状态并存，具有南北树种草种兼备特点；研究区所在地为信阳市平桥、浉河两区，地势平坦，交通便利，人口稠密，群众相对富裕，区域内有宁西铁路(高于淹没线)、312 国道等重要道路，乡镇公路网也很发达，库区最远至信阳市不过几十公里。
社会经济传统上依赖农业以及预制厂、砖窑厂、农产品加工厂、养殖厂等村办、自办企业为主，最大规模企业年产值在500万元左右。
图1 研究区域地理位置Fig．1 Geographical location of the study area2数据来源本研究所使用的数据包括遥感数据、DEM 数据，河网、水系等均来自中国科学院资源与环境科学数据中心。
2000 年、2005年、2010年、2015年、2018年数据源分别来自于 Landsat TM 和 Landsat OLI 遥感数据，分辨率为30m*30m。
遥感数据时相均为5月中旬—9月中旬。
根据研究区的范围，首先利用ENVI软件进行图像的裁剪镶嵌、波段融合等处理[12]，再结合统计资料、地形图及Google Earth同期地面资料，建立解译标志，采用人机交互的监督分类方法进行解译，最后生成可用于进行土地利用变化分析的研究区栅格影像数据。
经野外调查验证其准确率达到92%，满足本研究需要。
3 研究方法3.1生成转移矩阵生成土地利用转移矩阵是Markov模型的应用，研究不同土地利用类型间相互转化的定量方法，它不仅可以定量地表明不同土地利用类型之间的互相转化情况[13]，还可以揭示不同土地利用类型间的转化速率[14]。
土地利用类型直接相互转化的初始转移概率矩阵 S 和 Markov 过程的基本方程分布为[15]：()1112112ij m m mm S S S S S S S S ⎡⎤⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎣⎦式中：m 为研究区土地类型数；ij S 为研究初期到末期类型i 转移为类型 j 的概率，Markov 过程的基本方程()1()s t s t s +=式中：系统 1+t 时刻状态向量 (1)S t +由t 时刻的状态向量()S t 和转移概率P 确定。