黄土台塬区水土潜力开发与高效利用模式

论文摘要

本文以关中平原黄土台塬区为研究对象,以1990年、2000年、2010年的TM卫星遥感影像以及地形图、水资源数据等为数据源,综合运用GIS、RS等技术,分析了黄土台塬区过去20年之中土地利用/土地覆被变化的特征以及水资源变化的特征,并在此基础上运用了基于流域用水标准的水资源栅格尺度分析方法探索了台塬区的水资源开发潜力状况,最后,本研究将水资源和土地资源在时空上进行了优化配置,得出了台塬区的水资源和土地资源在数量和空间上的优化配置。其主要研究结论如下：(1)黄土台塬区土地资源利用变化特征通过对台塬区土地利用数量、质量、土地利用程度以及土地利用数量和土地利用程度综合指数变化的分析,发现：①黄土台塬区在过去的20年时间里各个地类面积发生了很大的变化。1990年到2000年之间,草地面积呈减少趋势,面积比例由1990年的12.4878%减少到2010年的11.9021%；耕地面积大幅度减少,由1990年的941198.58hm2减少到2010年的911504.60hm2,面积减少了29693.98hm2；水域和未利用地的面积也有不同程度的减少,只是减少的程度不同而已；在此期间,建设用地面积大幅度增加,建设用地面积由1990年的75756.37hm2增加到2010年的98894.37hm2,增加了23137.99hm2；林地面积在此期间也增加了14579.87hm2,林地的增加主要是近二十年台塬区进行退耕还林的效果起了很大的功效。②黄土台塬区土地开发利用程度在过去的20年之间经历了上升和下降阶段,但是,上升和下降的速率参差不平。其主要表现在台塬区各个区域内部在20年之间经历的情况有所不同,宝鸡、渭南地区呈现出先上升、后下降的态势；咸阳、铜川西安呈上升趋势,其中,铜川地区的土地开发程度指数上升的最快。(2)黄土台塬区水资源潜力开发时空差异水资源负载指数在时空上存在这明显的时空分异现象,从时间尺度上来看,黄土台塬区水资源负载指数1997年、2000年、2003年、2006年和2009年依次为18、22、18.8、26和29,时间尺度上基本呈现出历年增加的趋势,同时在五个时间段内,台塬区的水资源负载指数分级也基本上处于一级和二级水平,水资源开发利用程度极高；而从空间尺度上来讲,水资源负载指数较高的区域主要集中在咸阳台塬区的中部、西安台塬区,具体为咸阳的三原县、泾阳县、渭城区、兴平市,西安地区则主要分布在临潼区和雁塔区周边,这些地方水资源负载指数极高,进一步的开发比较困难。水资源负载指数相对较少的区域则主要分布在大部分渭南地区,如合阳县、白水县、澄城县,宝鸡的凤翔县,西安的蓝田县、周至县,这些地区的水资源负载指数相对来说比较小,区域的水资源开发潜力比较大。(3)黄土台塬区土地利用多尺度空间优化尺度黄土台塬区的耕地、林地和草地在十个空间尺度上所表现出来的ROC值大小表现出了一定的规律性,表明土地利用格局与各影响因子之间存在着一定的尺度相关性特征,即随着研究尺度的增大ROC曲线表现出了先增加后减少的趋势,而从三个地类的曲线中可以明显的看出,在模拟尺度为400m时,黄土台塬区的耕地、林地、草地的空间模拟拟合度的ROC值均达到了最大值,分别为0.683、0.741和0.842。说明黄土台塬区在各种尺度的转换之下,400m×400m是此区域在进行土地利用格局优化时最佳的模拟尺度。(4)黄土台塬区水土资源高效、优化配置模拟从水土数量优化配置的结果可知,耕地、草地、水域及未利用地面积减少,而林地和建设用地面积则有增加的趋势；从面向生态的角度出发,黄土台塬区的水土优化配置结果反映了台塬区土地生态系统的生态价值和经济效益,台塬区的生态效益由2000年的1.5313亿元增加到2020年的1.5445亿元；而台塬区的土地经济收益则由2000年的68.4901亿元增加到71.9021亿元。从水土空间优化配置的结果可以看出,咸阳台塬区建设用地在过去十年以及未来十年变化极为明显,建设用地主要在原有建设用地周边进行拓展,其中,建设用地变化最为明显的区域主要集中在咸阳市的秦都区以及三原县。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 水土资源优化配置理论基础
• 1.2.1 水土资源优化配置概念
• 1.2.2 水土优化配置模型研究
• 1.3 国内外研究综述
• 1.3.1 国外研究综述
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 存在主要问题
• 1.4 研究内容、方法和技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法和研究手段
• 1.4.3 拟解决关键问题
• 1.4.4 研究技术路线
• 1.4.5 考察路线
• 第2章 研究区概况
• 2.1 自然地理背景
• 2.1.1 气候
• 2.1.2 地形地貌
• 2.1.3 土壤
• 2.1.4 水文水资源
• 2.1.5 生物资源
• 2.2 社会经济概况
• 第3章 数据来源与数据的预处理
• 3.1 数据收集与处理
• 3.1.1 非遥感数据
• 3.1.2 遥感数据
• 3.2 遥感解译方法优选
• 3.3 空间坐标系统
• 3.4 影像预处理
• 3.4.1 几何精校正
• 3.4.2 Landsat FLAASH大气校正
• 3.4.3 影像拼接与裁剪
• 3.4.4 波段选择与组合
• 3.5 遥感图像解译
• 3.5.1 土地分类系统构建及解译标志的建立
• 3.5.2 遥感影像分类过程
• 3.5.3 分类结果精度评价
• 第4章 土地利用时空动态格局及土地开发程度分析
• 4.1 土地利用总体数量变化分析
• 4.2 土地利用空间变化分析
• 4.2.1 1990年至2000年土地利用空间变化分析
• 4.2.2 2000年至2010年土地利用空间变化分析
• 4.2.3 1990年至2010年土地利用空间变化分析
• 4.3 土地潜力开发程度分析
• 第5章 土地利用变化分析及土地利用格局模拟
• 5.1 土地利用多尺度模拟
• 5.1.1 Binary Logistic回归方法概述
• 5.1.2 尺度选择及驱动因子选择
• 5.1.3 Binary Logistic回归方程建立
• 5.2 台塬区最佳模拟尺度Logistic回归
• 5.2.1 400m Binary Logistic回归统计参数计算
• 5.2.2 土地利用格局模拟结果
• 5.2.3 土地利用模拟回归结果检验
• 第6章 黄土台塬区水资源开发潜力评价
• 6.1 黄土台塬区水资源现状分析
• 6.1.1 地表水资源分析
• 6.1.2 台塬区降水量分析
• 6.1.3 台塬区地下水资源量分析
• 6.1.4 台塬区水资源总量分析
• 6.2 基于栅格的黄土台塬区水资源开发潜力评价
• 6.2.1 水资源负载指数模型概述
• 6.2.2 水资源负载指数计算实现过程
• 6.2.3 水资源负载指数测评结果及分析
• 第7章 基于水资源约束的水土优化配置及空间模拟
• 7.1 CLUE-S模型概述
• 7.1.1 模型介绍
• 7.1.2 模型架构
• 7.1.3 数据格式及模型运行文件
• 7.1.4 空间统计分析
• 7.1.5 转换弹性系数
• 7.1.6 动态模拟
• 7.2 CLUE-S模型模拟台塬区水土资源空间配置
• 7.2.1 模型参数设置
• 7.3 CLUE-S模型运行结果及其图谱预测
• 7.3.1 模型结果检验
• 7.3.2 土地利用图谱预测
• 第8章 结论与讨论
• 8.1 主要结论
• 8.2 论文创新点
• 8.3 讨论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间的科研成果