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通过方案评价 ,从众多方案中筛选出可行的方案 ; 最后通过对 COVERAGE 或 SHAPEFILE 文件属性表 的修改将筛选出的方案体现在土地利用 - 土地资源评价图上 ( 图 1) 。
2 资料来源
土地利用现状资料 、 地形资料来源于中国资 1) 源环境数据库 中的 1∶ 100 000土地利用数据库和 1∶ 100 000地形数据库 。1∶ 100 000土地利用数据库 的数据由 2000 年的 TM 卫星遥感影像解译获得 , 遥感影像能够客观地反映地表的覆被状况 , 且具 有现势性强的优点 。土地利用采用三级分类系 [9 ] 统 :一级类 6 个 , 二级类 28 个 , 三级类 8 个 。在 本研究中按一 、 二级地类 , 在 ARCGIS 中分别进行 统计汇总 。 土地适宜性评价资料采用 《中华人民共和国 [10 ] 1∶ 1 000 000土地资源图》 , 应用 CORELDRAW 及 ARCGIS 软件 , 进行数字化处理 , 并进行各适宜性 等级的面积统计汇总 。 水资源总量采用水资源调查数据 ,对于较小 的研究区域 ,由于确切的水资源数量难以获得 , 则 参照 《中国地面气候资料》 中的多年平均降雨量 , 确定出最大可能水资源量 。 农业总产值 、 人口总量 、 粮食总产量 、 复种指 数等指标采用社会经济统计年鉴中的统计数据 。
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姚华荣等 : 区域水土资源的空间优化配置
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3. 2 方案筛选决策模型
采用灰色线性规划获得的是在不同投入水平、 不同经济技术条件下的一簇水土资源优化配置方 案 ,究竟选择哪个方案 ,还需通过对方案进行筛选决策来实现 。模糊综合评判模型可满足这一要求 , 其表达式是 :
Pj = [
摘要 : 随着人口增长和经济的快速发展 , 水土资源的供需矛盾日益尖锐 , 诸多生态环境问题也不断加 剧 ,水土资源配置合理与否 ,不仅关系到社会经济的发展 , 而且影响着生态环境恢复与重建的进程 。因而 有必要进行水 、 土资源优化配置 ,尤其是水土资源空间优化配置的研究探讨 。该文在已有研究的基础上总 结出区域水土资源空间优化配置具体的步骤和方法是 : ① 利用 GIS 技术获取水土资源空间优化配置研 究的基础资料 ; ② 在区域生态环境建设效益和资源利用效益最佳的目标下 ,利用灰色线性规划模型对水 土资源进行优化配置 ,获得水土资源优化配置方案簇 ; ③ 利用模糊综合评判法进行方案的筛选决策 ; ④ 利用 GIS 软件将优选方案落实到空间地块上 ,实现水土资源的空间优化配置 。以首都圈防沙治沙典型 区之一的张北县为例对水土资源空间优化配置研究方法作了进一步的说明 。 关键词 : 水土资源 ; 空间优化配置 ; 优化配置模型 中图分类号 :S15712 ;TP3911264ZB 文献标识码 :A 文章编号 :1007 - 7588 (2004) 01 - 0099 - 08
的白化值的上限和下限 ) ,
取其间任意值 , 每取一组白化值
对应一组约束方程 ; X = [ x1 x2 , …, x n ] ,为决策变量矩阵 ; B = [ b1 b2 , …, bn ] ,为约束值矩阵 ; C =
[ c1 c2 , …, cn ] ,为目标函数系数矩阵 。
1) 中国科学院地理科学与资源研究所数据中心 , 中国资源环境数据库 , 2001 。 2) 张家口市水利局 ,张家口市水资源公报 ,1998 。
11 12 22 [11 ]
方法来对水土资源
… … …
ij T
1m 2m
( a11) ( a21)
( a12) ( a22)
… … …
ij
( a1 m) ( a2 m)
其中 ,
( A) =
21
…
n1 n2 nm
=
…
( an1) ( an2) ( anm)
ij
∈(
ij
,ā ij ) , (
ij
、 ā ij 分别为
1) [6 ]
,最终计算出 P1 、 P2 、 P3 等值 ,其中最大的所对应的方案为筛选决策出的最优方案 。
4 优选方案的空间配置
只有将水资源优化配置的数据指标落实到空间上 ,才能对当地的生态建设与水土资源调整提供 可参照的依据 。方案空间配置的内容主要是如何将优选方案中的指标在地图上反映出来 。由于在利 用模型法进行优化配置的时候 ,所有空间数据均来自于 COVERAGE 或 SHAPEFILE 格式的图上 , 所以 优选方案的数据指标与图是匹配的 ,只需按进行优化配置时的原则和指导思想选出需要转型的土地 利用类型 ,按照土地适宜性评价结果 ,改变相应的 COVERAGE 或 SHAPEFILE 图斑的属性 ,使得每一土 地利用类型的面积与优选方案中的相应指标相匹配即可 。
26 卷第 1 期 2004 年 1 月
资 源 科 学 RESOURCES SCIENCE
Vol. 26 ,No. 1 Jan. ,2004
区域水土资源的空间优化配置
姚华荣
1 ,2
, 吴绍洪 , 曹明明 , 杨勤业
1
3
1
( 1. 中国科学院地理科学与资源研究所 ,北京 100101 ; 2. 西安交通大学 ,西安 710049 ; 3. 西北大学城市与资源学系 ,西安 710069)
[8 ]
1 研究方法
采用 GIS 和数学模型相结合的方法 。土地利用现状图由 TM 影像解译获得 , 土地资源图经扫描 并数字化后获得 。具体可以分为五步 : 利用 GIS 软件 ,在对土地利用现状图和数字化后的土地资源评 价图 ( 必要时考虑以地形数据库为基础的坡度图) 作过配准之后进行叠加 ,生成新的土地利用 - 土地 资源评价图 ; 统计计算新图中各土地利用类型的各适宜性等级的面积 ; 以上述结果作为土地适宜性约 束的依据 ,考虑水资源 、 社会经济需求等其他条件 ,利用灰色线性规划模型对水土资源进行优化配置 ;
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资 源 科 学
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( 2) 用地结构和布局不合理 。 根据土地利用现状 与土地适宜性的比较表明 ,耕地所占比重偏大 ; 草地中 高覆盖度草地所占比重太小 ,而中 、 低覆盖度度草地比 重偏大 。种植业用地内部结构不尽合理 , 由于农业可 用水资源紧缺 ,应首先考虑将耕地用于种植需水量相 对较小的粮食作物 , 使得水资源的边际效应得到最充 分的发挥 。 大量耕地分布在宜牧 ( 草 ) 的土地上 , 耕地 4 2 中有 8121 × 10 hm 为一 、 二等宜牧地 , 占耕地总面积 4 2 的 36109 % ; 有 10189 ×10 hm 为三等宜农一等宜牧 地 ,占耕地总面积的 47187 % ; 而一 、 二等宜农地仅有
水土资源是人类生产 、 生活的基本资料 。随着人口的不断增加和经济的快速发展 ,人类对水土资 源利用的广度和强度不断增加 ,各部门 、 各行业之间争地争水的矛盾日益尖锐 ,因之而来的生态环境 问题亦日益突出 。在这种情势下 ,如何遏制生态环境问题 ,尽量满足各种用水用地需求就变得十分重 要了 。在以往的相关研究工作中 ,常见的做法是将水资源和土地资源分别进行研究 ,将它们结合起来 所做的研究工作较少 ,而水资源作为一个区域土地利用尤其是农业 ( 农 、 林、 牧、 渔) 土地利用的瓶颈因 素 ,决定着一个区域的土地利用方向 ; 进行了大量以模型为基础的量化优化研究 ,但在空间上如何配 [1～7 ] 置的研究较少 。因此有必要将水土资源结合起来 ,并配置到空间的优化利用研究探讨 。 水土资源空间优化配置旨在通过了解水土资源利用变化情况 ,分析水土资源利用现状和存在问 题 ,进而以防沙治沙和发展经济 、 实现区域可持续发展为目标 ,通过模型方法 ,获得最优的水土资源优 化配置方案 ,并利用 GIS 软件将优选的配置方案落实到图斑上 , 可使区域水土资源得到比较合理 、 有 效的利用 ,是水土资源的合理开发利用与实施可持续发展战略的基础 。由于水资源的数量和时空分 布决定着一个区域土地利用的类型 ,因而水土资源的优化配置是在确定不同用地类型单位面积需水 量 ,并考虑适当的节水率及总量补给的基础上 , 以它们作为约束条件 , 进行土地资源的优化配置 。 这样则土地资源在空间得到优化配置的同时水资源也得到优化配置 。
2)
图1 水土资源优化利用研究思路
Fig. 1 Approach of optimum allocation of land and water resources
3ห้องสมุดไป่ตู้ 模型选择
3. 1 水土资源优化配置模型
用于农业系统的优化方法较多 ,如线性规划 、 目标规划 、 多目标规划等 ,而农业系统中有很多不确 定性的因素 ,灰色系统理论能够很好地解决这类问题 ,因而选择灰色线性规划 进行优化配置 。其形式如下 : 目标函数 : F ( x ) = C・ X = max ) B , X ≥0 约束条件 : ( A ) ・ X ≤ (or ≥
i =1
6
n
Xij ・Wi ] [
k=1
6
m
Ykj ・W k ] j = 1 ,2 ,3 , ……
式中 : Pj 为方案 j 优劣度评判指数 , Xij 为相应方案的效益指标 ( 包括生态效益和社会经济效益) , Yij 为 相应方案的可行性指标 , Wi 、 W k 分别为效益指标和可行性指标的权重 , 其值通过 Delphi 法 ( 专家打 分) 来确定
收稿日期 :2003 - 07 - 07 ; 修订日期 :2003 - 07 - 20 (编 基金项目 : 科技部首都圈 ( 环北京) 防沙治沙应急技术开发与示范项目 “典型区域水土资源优化配置和可持续高效利用研究” 号 :FS2000 - 007 - 2) 。 作者简介 : 姚华荣 (1969～) ,女 ,陕西临潼人 ,讲师 ,博士生 , 研究方向为区域环境 、 自然资源评价与可持续利用 。