畢業(yè)論文-南水北調(diào)中線水源區(qū)土地的利用生態(tài)安全時空分析

1、編號：08009110218南陽師范學院20屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設計） 題 目： 南水北調(diào)中線水源區(qū)土地的利用生態(tài)安全時空分 析 以陜西省為例 完 成 人: 班 級： 2008-2 學 制： 4年 專 業(yè)： 地理科學 指導教師： 完成日期： 2012-03-30 目 錄摘要(1)0前言(1)1研究區(qū)域概況(3)2土地利用生態(tài)安全評價指標體系的建立(3)2.1土地利用生態(tài)安全評價指標選取原則(3)3評價模型及方法(4)3.1數(shù)據(jù)處理(4)3.2土地利用生態(tài)安全評價模型建立及安全等級的確定(6)4土地利用生態(tài)安全定量分析與動態(tài)評估(8)4.1從時間上土地利用生態(tài)安全的變化趨勢(8)4.2從土地利用生

2、態(tài)安全值的空間分布來看(10)5結(jié)果與討論(11)參考文獻(11)Abstract(12)第 頁 (共 13 頁)南水北調(diào)中線水源區(qū)土地的利用生態(tài)安全時空分析以陜西省為例摘要：土地利用變化對流域水資源動態(tài)具有深刻的影響，這對于我國大規(guī)模跨流域的南水北調(diào)工程規(guī)劃尤為重要。通過對南水北調(diào)中線水源區(qū)（陜西省）1999-2009的土地利用生態(tài)安全狀況進行計算，本文分析了南水北調(diào)工程建立前后水源區(qū)土地利用變化的時空分異規(guī)律，從而為科學地組織人類有序活動、調(diào)整和優(yōu)化土地利用格局，以確保流域生態(tài)安全提供了理論基礎。研究結(jié)果顯示：1999-2009年研究區(qū)域土地利用生態(tài)安全狀況呈先下降后逐漸回升好轉(zhuǎn)最后又下降

3、的趨勢，2005年和2008年是兩個轉(zhuǎn)折點。土地利用的生態(tài)安全狀態(tài)處于風險型和惡化類型之間。各縣市土地利用的生態(tài)安全值在時間與空間上存在著差異。關鍵詞： 南水北調(diào)中線工程；水源區(qū)；土地利用；生態(tài)安全狀況0前言人類社會發(fā)展離不開土地，沒有土地也就沒有人類，土地不僅為人類提供生存所必須的糧食，而且為生產(chǎn)提供原材料，同時對環(huán)境的凈化也有一定的作用。隨著經(jīng)濟和工業(yè)的快速發(fā)展，土地的利用生態(tài)環(huán)境遭受了嚴重的破壞，對人類的生存和發(fā)展構成了嚴重的威脅。因此，如何更好的對土地的利用生態(tài)安全進行評價，關系到糧食安全、社會穩(wěn)定等問題。土地利用/土地覆被(簡稱LULC)是人類根據(jù)土地的自然特點，按一定的經(jīng)濟、社會目

4、的，采取一系列生物、技術手段，對土地進行長期性或周期性的經(jīng)營管理和治理改造。南水北調(diào)中線工程是一項復雜的系統(tǒng)工程,它南起湖北丹江口水庫,橫跨長江、淮河、黃河、海河四大流域,從南到北途經(jīng)湖北、河南、河北、天津、北京5省區(qū),為沿線城市自流供水。南水北調(diào)中線工程的水源區(qū)土地的利用生態(tài)安全情況直接關系著南水北調(diào)中線水源區(qū)水源的安全情況，對南水北調(diào)中線水質(zhì)情況起著重要作用，對整個南水北調(diào)工程及水源地周邊地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展也具有重要意義。由于土地利用生態(tài)安全評價的理論和方法的不成熟，缺乏一個對土地生態(tài)安全評價的標準和體系，因此，研究該區(qū)域土地的利用生態(tài)安全情況是十分重要的。對土地利用生態(tài)安全的研究一直是學術界

5、研究的熱點之一，研究成果相當豐富。例如李玉平、蔡運龍對生態(tài)安全和土地生態(tài)安全做出了詳盡的闡述：生態(tài)安全一般指一個國家或地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和自然資源狀況能維持滿足社會經(jīng)濟發(fā)展需要，社會經(jīng)濟發(fā)展不受或少受來自于自然資源和生態(tài)環(huán)境的制約與威脅的狀態(tài)。土地生態(tài)安全，是指陸地表層由各種有機物和無機物構成的土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構不受破壞，同時，土地生態(tài)系統(tǒng)為人類提供服務的質(zhì)量和數(shù)量能夠持續(xù)滿足人類生存和發(fā)展需要。并針對河北省的土地生態(tài)安全進行評價，得出河北省土地生態(tài)安全具有不斷惡化的趨勢1。劉慶，陳利根等基于客觀的狀態(tài)評價和趨勢分析模型相結(jié)合的區(qū)域土地生態(tài)安全動態(tài)評價方法，得出了長株潭城市群的土地生態(tài)安全呈現(xiàn)逐漸

6、惡化趨勢2。再如田克明，王國強利用多元素綜合評定法和系統(tǒng)聚類法相結(jié)合，借助MapGIS和SPSS軟件對河南省進行生態(tài)安全評價3。上述分析基本上大多數(shù)是針對大范圍宏觀尺度的研究，研究的時間跨度較小。而且，目前開展南水北調(diào)中線工程對環(huán)境影響方面的研究主要集中在水資源與水源區(qū)生態(tài)環(huán)境4、5、水質(zhì)6、受水區(qū)生態(tài)環(huán)境7、8、對生物的影響9、10以及對調(diào)水區(qū)地方經(jīng)濟和疾病傳播的影響等方面11，對水源區(qū)土地利用生態(tài)安全缺乏深入研究?；诖?，本研究針對南水北調(diào)中線水源區(qū)（以陜西省為例），采用“壓力狀態(tài)反映”模型，結(jié)合定量分析法，評價了1999年到2009年十年間南水北調(diào)中線水源區(qū)（陜西?。┛h域土地生態(tài)安全的變

7、化狀況，以及空間的差異分析。分別從時間和空間兩個方面對研究區(qū)域的土地的利用生態(tài)安全進行研究分析，研究時間跨度大，屬于小范圍微觀尺度的研究。1研究區(qū)域概況南水北調(diào)中線工程陜西水源區(qū)包括秦嶺以南的 陜西南部地區(qū)，大部分處在丹江口水庫的上游水源區(qū)，涉及寶雞、漢中、安康、商洛和西安5個市的31個縣（區(qū)），區(qū)內(nèi)總面積6. 27 104平方千米，占丹江口水庫控制面積 9. 52 4平方千米的65. 9 %，其中水土流失面積3. 39 4平方千米，總耕地面積103. 78平方千米，其中25以上的坡耕地占28 %，人均耕地面積為0.08公頃/人。該區(qū)人均GDP為21688元。陜西境內(nèi)南部地區(qū)丹江和漢江年均入丹

8、江口水庫水量2. 847 10立方米，占丹江口水庫多年平均入庫水量4. 085 10立方米的70 %。陜西屬于大陸性季風氣候，年平均氣溫10.0-16.6，年降水量283731mm，南北差異明顯。丹江口水庫水面750平方公里，為全國最大的人工“高峽平湖”。研究區(qū)域地處鄂、豫、渝、陜交界地帶，旅游資源豐富；土地廣闊，地形復雜,生物資源南北兼有，共有動植物30002土地利用生態(tài)安全評價指標體系的建立目前土地利用生態(tài)安全評價研究主要體現(xiàn)在評價指標體系和評價方法兩個方面。建立科學的指標體系和評價標準是土地利用生態(tài)安全評價的關鍵環(huán)節(jié)。2.1土地利用生態(tài)安全評價指標選取原則建立完善的土地利用生態(tài)安全評價指

9、標體系是進行土地利用生態(tài)安全評價的基礎，本研究針對研究區(qū)域的特點，遵循指標體系建立的科學性、針對性、可操作性、完整性、層次性、多樣性原則，以研究區(qū)客觀事實為基礎，按照系統(tǒng)的層次和指標的特點，選擇能夠明確代表研究區(qū)特點的指標，使所選指標盡可能全面的反應研究區(qū)評價的特征，從多方面反應農(nóng)用土地生態(tài)安全情況。借鑒國內(nèi)相關研究，結(jié)合本研究區(qū)實際，注重研究的動態(tài)性，選取了三級指標9個,其中壓力指標4個,狀態(tài)指標1個,響應指標4個。分別是人口密度、人均耕地面積、單位耕地化肥使用量、單位耕地農(nóng)業(yè)機械總動力、耕地面積比重、第一產(chǎn)業(yè)比重、人均GDP、農(nóng)民人均純收入、人均糧食產(chǎn)量（見表1）。表1 水源區(qū)（陜西?。┩?/p>

10、地利用的生態(tài)安全評價指標體系目標層準則層指標層安全趨向土地利用生態(tài)安全壓力人口密度負向人均耕地面積正向單位耕地化肥使用量負向單位耕地機械總動力正向狀態(tài)耕地面積比重正向響應第一產(chǎn)業(yè)比重正向人均GDP正向農(nóng)民人均純收入正向人均糧食產(chǎn)量正向3評價模型及方法3.1數(shù)據(jù)處理文中相關研究數(shù)據(jù)來源于陜西省統(tǒng)計年鑒（1999-2009年），中國縣市社會經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒（20012009年）。3.1.1數(shù)據(jù)標準化不同評價指標的數(shù)據(jù)性質(zhì)不同，具有不同的量綱，不能進行比較，為了使不同指標的數(shù)據(jù)具有可比性，需要對數(shù)據(jù)進行無量綱化處理。采用歸一法對各評價指標進行標準化處理，轉(zhuǎn)化到0,1之間。計算公式為 式中，Pij表示標準

11、化處理后的值，即歸一化值，Xi表示評價指標的實際值，Xmax和Xmin分別表示評價指標的實際最大值和實際最小值。正向型指標采用公式(1)進行計算，表示的意義是歸一化值越大，安全程度越高，即越大越安全型；負向型指標采用公式(2)進行計算，表示的是歸一化值越小，安全程度越高，即越小越安全型。3.1.2利用均方差賦權法確定指標的權重在確定指標權重時多采用層次分析發(fā)、專家打分法等主觀確定權重的方法，這樣會造成評價結(jié)果會帶有人的主觀因素造成的偏差。均方差賦權法是一種客觀賦值法，其權重是由各指標在評價指標體系中的實際數(shù)據(jù)形成的，它消除了人的主觀因素造成的偏差，客觀性比較強，且該方法已在研究中得到應用12。

12、因此，采用均方差賦權法對南水北調(diào)中線水源區(qū)（陜西省）各縣（市）土地利用生態(tài)安全進行評價，使得評價結(jié)果更符合實際。設Ai(i=1,29)為指數(shù)集，Gj(j=1、2、3、4、5)，（1、2、3、4、5分別代表1999、2000、2005、2008、2009年）為方案集，Pij為方案集對指標集的屬性值，及歸一化值。首先，利用公式(1)(2) 對各項評價指標數(shù)據(jù)進行標準化處理，得到標準化值Pij， 其次，利用公式(3)(4)分別計算標準化后的各項指標Ai的均值E(Ai)和方案集Gj的均方差 ,見公式（3）和（4），最后根據(jù) 得出的結(jié)果算出各指標的權重Wi，見公式(5)，計算結(jié)果見表2.表2 19992

13、009年水源區(qū)（陜西省）土地利用的生態(tài)安全評價指標權重AiE(Ai)Wi19992000200520082009A110.8750.3750.12500.4750.8910.109A21100.5000.5000.6000.8370.102A310.9420.4730.23000.5290.8740.107A400.0770.6190.92610.5240.9340.114A510.72700.1360.1820.4090.8620.105A610.7350.2240.10000.4120.8670.106A700.0320.3580.87210.4520.9310.114A800.0070.

14、3000.84810.4310.9380.115A90.014010.9430.0570.4031.0400.1273.2農(nóng)用土地生態(tài)安全評價模型建立及安全等級的確定3.2.1農(nóng)用土地生態(tài)安全評價模型根據(jù)公式(6)，計算得出南水北調(diào)中線水源區(qū)（陜西?。└骺h（市）農(nóng)用土地生態(tài)安全值。式中，U為生態(tài)安全度，Wi為各指標權重，Pij同前。將每年各縣市的安全值取均值，得出研究區(qū)域農(nóng)用土地生態(tài)安全的總體值。綜合評價結(jié)果見表3。表3 19992009年水源區(qū)（陜西省）土地利用的生態(tài)安全綜合評價結(jié)果指標19992000200520082009生態(tài)安 全度0.5310.4660.3880.5360.4203.

15、2.2農(nóng)用土地生態(tài)安全等級的確定由于生態(tài)安全是一個相對概念，僅通過所計算出的生態(tài)安全值，很難對生態(tài)安全有一個直觀的判斷。因此，需要對生態(tài)安全值進行合理的等級劃分，本研究在參考相關文獻13、14的基礎上，根據(jù)南水北調(diào)中線水源區(qū)（陜西?。└骺h（市）的實際情況，將農(nóng)用土地生態(tài)安全水平劃分為五個等級，見表4。表4 水源區(qū)（陜西?。┩恋乩蒙鷳B(tài)安全分級和系統(tǒng)標準U等級 特征0.9安全土地生態(tài)環(huán)境基本未受到干擾破壞，土地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構完整、功能較強，土地肥沃，無農(nóng)業(yè)污染，植被覆蓋率高，無沙化、堿化現(xiàn)象，生態(tài)問題不顯著0.7U0.9較安全土地生態(tài)環(huán)境受到干擾，土地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構尚完整、功能尚好，土壤肥力高，農(nóng)業(yè)

16、污染程度低，農(nóng)業(yè)與畜牧業(yè)產(chǎn)量高，土地利用程度高，水土協(xié)調(diào)性好，生態(tài)問題不顯著0.6U0.7敏感土地生態(tài)環(huán)境受到較少破壞，土地生態(tài)系統(tǒng)有惡化趨勢，但尚能維持基本功能，受干擾后易惡化，鹽堿化程度較高，土地肥力降低，生態(tài)問題顯現(xiàn)0.4U0.6風險土地生態(tài)環(huán)境受到較大破壞，土地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構惡化較大，功能不全，受外界干擾后恢復困難，鹽堿化程度高，治理困難，一般為低產(chǎn)田，生態(tài)問題較大，生態(tài)災害較多0.4惡化土地生態(tài)環(huán)境受到較大破壞，土地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構殘缺不全，功能低下，發(fā)生退化性變化，恢復與重建很困難，土地表現(xiàn)為無法耕作的光板地，生態(tài)災害嚴重，農(nóng)民背井離鄉(xiāng)4土地利用生態(tài)安全定量分析與動態(tài)評估4.1從時間上土

17、地利用生態(tài)安全的變化趨勢根據(jù)生態(tài)安全評價模型公式，對水源區(qū)（陜西?。?999、2000、2005、2008、2009年十年間的5個時間段的數(shù)據(jù)進行了土地利用生態(tài)安全評價，評價結(jié)果見圖1 。從圖中可以看出，南水北調(diào)中線水源區(qū)（陜西?。┑耐恋乩蒙鷳B(tài)安全變化經(jīng)歷了一些變化，水源區(qū)（陜西?。┑耐恋乩蒙鷳B(tài)安全變化經(jīng)歷了先下降后回升之后又有小幅度下降這三個階段。4.1.1 下降階段1999年到2005年為土地利用的生態(tài)安全的下降期。在此期間，土地的利用整體趨于惡化，生態(tài)安全值從1999年的0.531下降到2005年的0.388。安全等級狀態(tài)從風險型下降到惡化型。分析這一階段生態(tài)安全值下降的原因可能是當

18、地人民對土地的不合理開發(fā)利用，濫墾、濫伐、濫樵等經(jīng)濟活動日益劇烈，農(nóng)、林、牧用地失調(diào)，土地“三化”（沙化、鹽堿化和草原退化）發(fā)展迅速，再加上農(nóng)民的不合理耕作活動加劇了土地的貧瘠化。4.1.2 回升階段 2005年到2008年為土地利用生態(tài)安全的回升期。生態(tài)安全值從2005年的0.388上升到2008年的0.536，生態(tài)安全值達到研究時間內(nèi)的最高值，安全等級狀態(tài)從惡化型上升為風險型。從圖1中可以看出2005年是水源區(qū)（陜西?。┩恋氐睦蒙鷳B(tài)安全度發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點。這說明一方面，當?shù)卣畬ι鷳B(tài)建設特別關注，且投入力度在逐漸增大；另一方面，人們的安全意識在不斷的提高，人們對環(huán)境保護與農(nóng)業(yè)發(fā)展的關系的

19、認識在不斷的深化。土地利用的生態(tài)安全得到了足夠的重視。4.1.3 下降階段 2008年到2009年為土地利用的生態(tài)安全的小幅度的下降期。在此期間，土地的利用整體仍處在風險態(tài)，生態(tài)安全值從2008年的0.536下降到2009年的0.420。分析這一階段生態(tài)安全值下降的原因可能是人們在土地利用的生態(tài)安全保護方面取得成就時，方式和手段不合理，以至于在生態(tài)安全值方面的到反饋。人們應該采取積極、有效、合理的方式繼續(xù)堅持改善土地利用的生態(tài)安全環(huán)境。4.2從土地利用生態(tài)安全值的空間分布來看1999年研究區(qū)域總體上處于生態(tài)不安全狀態(tài)，東南部地區(qū)處于第等級風險狀態(tài)，西北部地區(qū)處于等級惡化狀態(tài)，東南部地區(qū)生態(tài)安全

20、狀況優(yōu)于西北部地區(qū)。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，造成上述情況的原因主要是由于西北部地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化程度和電氣化水平較低，人們?yōu)榱颂岣弋a(chǎn)量大量施用化肥，導致農(nóng)用土地的質(zhì)量下降，影響到土地利用的生態(tài)安全狀況。2009年研究區(qū)域生態(tài)安全空間分布情況大體上為西北和東南部地區(qū)優(yōu)于中部地區(qū)，從相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可得，西北和東南部地區(qū)農(nóng)民人均純收入高于中部地區(qū)。總體上看，研究區(qū)域各縣市生態(tài)安全狀態(tài)都處于較好的狀態(tài)，這主要因為南水北調(diào)中線工程開工以后，各縣市按照“先節(jié)水后調(diào)水，先治污后通水，先生態(tài)后用水”的原則，積極實施源頭治理。為了保證水質(zhì)，水源區(qū)關停一大批污染嚴重的企業(yè)，保證了南水北調(diào)中線用水的安全，同時也對水源區(qū)的生態(tài)

21、環(huán)境起到了積極的作用。從1999、2009年各縣（市）生態(tài)安全值的空間分布來看，研究區(qū)域的土地利用生態(tài)安全狀況在逐年變好。從2000年研究區(qū)基本都處于風險狀態(tài)和惡化狀態(tài)，到2009年研究區(qū)生態(tài)安全基本都處于較安全和安全狀態(tài)。5.結(jié)果與討論南水北調(diào)中線水源區(qū)土地利用生態(tài)安全狀況關系到水源區(qū)的可持續(xù)發(fā)展狀況，對水源的安全問題起到關鍵性的作用。本文利用均方差賦權法，對南水北調(diào)中線水源區(qū)陜西省部分各縣市進行了實證研究，較客觀地反映了研究區(qū)10年來農(nóng)用土地地生態(tài)安全狀況，結(jié)果表明研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)為一個不斷改善的安全系統(tǒng)，但是研究區(qū)各縣市在時間與空間分布上有所差異，造成區(qū)域內(nèi)土地利用生態(tài)安全惡化的主

22、要因素為人口密度、人均耕地面積、農(nóng)民人均純收入、人均GDP、單位耕地化肥使用量、機械化程度等。上述因素制約著水源區(qū)土地利用生態(tài)安全狀況，因此在未來的區(qū)域發(fā)展中要控制人口的過快增長，提高人民的生活水平，減少農(nóng)用地化肥的使用量，提高耕地的機械化程度，從而降低土地利用生態(tài)安全的壓力，實現(xiàn)發(fā)展經(jīng)濟與保護生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。參 考 文 獻1 李玉平，蔡運龍.河北省土地生態(tài)安全評價J.北京大學學報（自然科學 版），2007-11,43(6):784-789.2 劉慶，陳利根，舒幫榮等.長株潭城市群土地生態(tài)安全動態(tài)評價研究J.長江流域資源與環(huán)境，2010-10,19(10):1192-1197.3 田克明，王

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26、nges of the use of the land have a profound effect on river basin water resources movement, which is particularly important for Chinas large-scale inter-basin water diversion project planning. By land ecological security situation of the water district of middle line of North Water Transfer Project (Shaanxi 1999 - 2009 is calculated, this pap