矿业城市土地利用时空变化及模拟
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摘要
矿业城市是土地利用/土地覆盖变化（Land Use and Land Cover Change，LUCC）研究的一个典型区域，矿业城市土地利用变化也是LUCC研究的重要内容。本文以典型矿业城市—河北省武安市为例，运用GIS技术，综合统计学、地理学和系统论等原理与方法，结合定性与定量分析方法，系统剖析矿业城市土地利用时空变化的特征、机制、过程、趋势与规律，研究自然、经济、人口、矿产资源、交通、生态环境和政策等多方面驱动因素对矿业城市土地利用变化的影响，并构建驱动指标体系。基于土地利用变化和驱动力相互关系分析，集成SD模型和CLUE-S模型模拟预测未来不同情景下武安市土地利用变化过程和空间格局分布，为土地利用规划和政策决策提供有力工具，也对深入研究矿业城市土地利用变化提供较为重要的理论依据及现实意义。主要研究内容与成果如下：
（1）揭示矿业城市土地利用变化特征及其规律。通过对矿业城市内涵与土地利用特征进行梳理，综合采用土地利用动态度、土地利用变化幅度、土地利用变化速度、土地利用/覆盖变化转移矩阵和土地利用结构信息熵指数系统分析武安市土地利用时空变化过程与格局，并在此基础上深入剖析武安市工矿用地分布及空间格局变化。
（2）构建矿业城市土地利用变化驱动指标体系。影响矿业城市土地利用变化的驱动力可分成自然、矿产资源、经济、交通、人口、生态环境和政策等方面。在此基础上，采用定性和定量相结合的方法分析土地利用变化和驱动因子之间内在关系。并进一步对武安市工矿用地与驱动因子的相互关系进行具体研究。
（3）构建土地利用优化模型理论研究基础。集合自上而下的SD模型和自下而上的CLUE-S模型构建土地利用优化模型，充分考虑SD模型在土地利用变化结构预测上的优势与CLUE-S模型在土地利用变化空间布局上的优势。
（4）将土地利用优化模型应用到武安市实证研究中，并验证了其在矿业城市的可行性。综合SD土地利用结构优化模型和CLUE-S空间布局优化模型模拟预测生态安全情景、经济高速发展情景和经济均衡发展情景3种模式下武安市的土地利用时空变化。对比分析表明，经济均衡发展模拟更符合武安市未来土地利用变化情况。模拟结果为编制可信度高、可行性强的土地利用总体规划提供了一种新的思路和方法。
Mining city is considered as a typical area in the study of Land Use/Land Cover Change(LUCC). The land use change in mining city is an important content of LUCC research. In thepaper,the research method focused on the comprehensive statistics, system theory andgeography and other multi-disciplinary theories with the combination of qualitative andquantitative way. Based on the land use database in1996,2005and2009and the support of GIStechnology, the paper systematically analyses the land use, mechanism, process, trend andregularity of Wu’an in Hebei Province from the perspective of spatial-temporal scale And thendriving factor system was built by selecting significant factors,having enormous impacts on landuse change in mining cities, in the aspect of mining resources, economy, population,transportation,policy and others. Based on the study of land use change and driving forcemechanism, integrated SD models and CLUE-S model was applied into predicting the futurepattern of land use change under different scenario. The predicted result can provide a newmethod and idea for decision-makers in the process of land use planning and policy, and offer areference for land use change in other mining cities. The main research contents and results asfollowed.
(1) Build a general theoretical framework for land use change mechanism in mining urban.To sort out the meaning and land use characteristics of mining cities, using a combination of landuse change, land-use dynamics, land-use change speed, land use transfer matrix and informationentropy index in the process and pattern of Wu'an land use structure. And then do an in-depthanalysis of Wu'an mining land in the aspect of distribution and spatial-pattern change.
(2) Build driving factor system of mining urban land use change, and taking a typical miningcity-Wu'an as example. This chapter is also a focus throughout the article. The driving forceaffecting the mining urban land use change can divided into natural resource, mineral resource,economic driving force, traffic driving force, population resource, ecological resource andpolicy-driven force. On this basis, with the help of information entropy and correlation analysis,information entropy and gray relational analysis do an intrinsic relationship between land usechange and driving factors, and then screening out the most significant factor affecting land usechange.
(3) Establish the theoretical foundation of the simulation study of land-use change. optimizeland use change model by comprehensive top-down SD model and bottom-up CLUE-S model,make full use of the prediction advantage of SD model in land use structure and CLUE-S modelin land use spatial layout.
(4) Optimize land use change model is applied to a typical mining city-Wu'an and test its feasibility. The prediction scenarios consist of ecological security scenario, rapid economicdevelopment scenario and balanced economic development scenario. Under the constraints ofland use quantity prediction by SD model, to simulate land use change in spatial pattern in2020in study area. And the analysis shows that the balanced economic development is morereasonable than the others. The simulation results can provides a new way for establishing a highreliable, feasible land use planning program, and also verify the accuracy of the model in themining city.
（1）揭示矿业城市土地利用变化特征及其规律。通过对矿业城市内涵与土地利用特征进行梳理，综合采用土地利用动态度、土地利用变化幅度、土地利用变化速度、土地利用/覆盖变化转移矩阵和土地利用结构信息熵指数系统分析武安市土地利用时空变化过程与格局，并在此基础上深入剖析武安市工矿用地分布及空间格局变化。
（2）构建矿业城市土地利用变化驱动指标体系。影响矿业城市土地利用变化的驱动力可分成自然、矿产资源、经济、交通、人口、生态环境和政策等方面。在此基础上，采用定性和定量相结合的方法分析土地利用变化和驱动因子之间内在关系。并进一步对武安市工矿用地与驱动因子的相互关系进行具体研究。
（3）构建土地利用优化模型理论研究基础。集合自上而下的SD模型和自下而上的CLUE-S模型构建土地利用优化模型，充分考虑SD模型在土地利用变化结构预测上的优势与CLUE-S模型在土地利用变化空间布局上的优势。
（4）将土地利用优化模型应用到武安市实证研究中，并验证了其在矿业城市的可行性。综合SD土地利用结构优化模型和CLUE-S空间布局优化模型模拟预测生态安全情景、经济高速发展情景和经济均衡发展情景3种模式下武安市的土地利用时空变化。对比分析表明，经济均衡发展模拟更符合武安市未来土地利用变化情况。模拟结果为编制可信度高、可行性强的土地利用总体规划提供了一种新的思路和方法。
Mining city is considered as a typical area in the study of Land Use/Land Cover Change(LUCC). The land use change in mining city is an important content of LUCC research. In thepaper,the research method focused on the comprehensive statistics, system theory andgeography and other multi-disciplinary theories with the combination of qualitative andquantitative way. Based on the land use database in1996,2005and2009and the support of GIStechnology, the paper systematically analyses the land use, mechanism, process, trend andregularity of Wu’an in Hebei Province from the perspective of spatial-temporal scale And thendriving factor system was built by selecting significant factors,having enormous impacts on landuse change in mining cities, in the aspect of mining resources, economy, population,transportation,policy and others. Based on the study of land use change and driving forcemechanism, integrated SD models and CLUE-S model was applied into predicting the futurepattern of land use change under different scenario. The predicted result can provide a newmethod and idea for decision-makers in the process of land use planning and policy, and offer areference for land use change in other mining cities. The main research contents and results asfollowed.
(1) Build a general theoretical framework for land use change mechanism in mining urban.To sort out the meaning and land use characteristics of mining cities, using a combination of landuse change, land-use dynamics, land-use change speed, land use transfer matrix and informationentropy index in the process and pattern of Wu'an land use structure. And then do an in-depthanalysis of Wu'an mining land in the aspect of distribution and spatial-pattern change.
(2) Build driving factor system of mining urban land use change, and taking a typical miningcity-Wu'an as example. This chapter is also a focus throughout the article. The driving forceaffecting the mining urban land use change can divided into natural resource, mineral resource,economic driving force, traffic driving force, population resource, ecological resource andpolicy-driven force. On this basis, with the help of information entropy and correlation analysis,information entropy and gray relational analysis do an intrinsic relationship between land usechange and driving factors, and then screening out the most significant factor affecting land usechange.
(3) Establish the theoretical foundation of the simulation study of land-use change. optimizeland use change model by comprehensive top-down SD model and bottom-up CLUE-S model,make full use of the prediction advantage of SD model in land use structure and CLUE-S modelin land use spatial layout.
(4) Optimize land use change model is applied to a typical mining city-Wu'an and test its feasibility. The prediction scenarios consist of ecological security scenario, rapid economicdevelopment scenario and balanced economic development scenario. Under the constraints ofland use quantity prediction by SD model, to simulate land use change in spatial pattern in2020in study area. And the analysis shows that the balanced economic development is morereasonable than the others. The simulation results can provides a new way for establishing a highreliable, feasible land use planning program, and also verify the accuracy of the model in themining city.
引文
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