基于GIS的关中地区水土资源优化配置研究

基于GIS的关中地区水土资源优化配置研究

水土资源是人类赖以生存的最基础的资源，与区域生态环境质量紧密相关，其分布格局和利用方式相互影响，密不可分。关中地区水资源短缺、土地资源有限，且匹配错位，因此，对该区进行水土资源优化配置研究，对缓解关中地区人水矛盾、人土矛盾，改善资源浪费和生态问题，并促进水土资源的合理开发利用具有重要的理论意义和实用价值。 本文基于可持续发展即统筹兼顾经济效益、社会效益、生态效益的原则，运用系统工程理论的规划方法和ArcGIS的空间分析功能，分析了关中地区水土资源空间分布特征、开发利用现状与变化趋势及驱动因素，研究了水土资源的空间匹配格局，构建并求解了关中地区水土资源优化配置模型，对配置结果进行了系统分析评价，提出了水土资源优化配置方案实施的保障措施。论文获得以下主要研究结论： （1）以水土资源统计数据及关中地区1：100万土地资源数据集为基础，结合GIS专题图，对关中地区水土资源分布特征和利用现状进行了评价。评价结果表明，关中地区水资源总量匮乏，人均水资源量、每公顷耕地水资源占有量均处于全国较低水平；降水量、地表水资源量、地下水资源量和水资源总量均呈现出西南部大于东北部的格局，分布极不平衡，但水资源利用水平较高，供水量较大，用水结构以农业用水为主。关中各市土地利用结构差异性较大，但总体来说，其土地利用类型以农用地为主，其中耕地比例最大，土地开发利用程度处于中等偏上水平，土地利用和土地适宜类的匹配情况存在错位现象。 （2）依据关中地区各部门用水量、社会经济统计数据及1985年、1995年及2000年1：100万土地利用数据，结合ArcGIS技术计算了土地转移矩阵、灰色关联度，分析了关中地区水土资源利用变化趋势及驱动因素。结果表明，关中地区各部门用水量变化经历了平稳低值、快速增长、显著减小和趋于稳定四个阶段；用水结构变化主要体现在农业用水比重逐渐变小，工业用水量和生活用水量逐渐增加；关中地区用水量变化的驱动因素主要包括气候因素、人口因素、经济发展因素和重复用水率。关中地区土地利用结构呈现出耕地和建设用地集中于平原盆地区，而林地和草地等分布于西南部和北山区的特点；土地利用类型的相互转移呈现出建设用地占用耕地、耕地和草地相互流转频繁、林地面积较稳定而未利用地变动幅度较大等特点；人口增长、城镇化工业化、政策倾向等是土地利用结构变化的主要驱动要素。 （3）基于GIS和DeoDa软件，运用全局自相关分析和局部自相关分析方法对关中地区水土资源匹配格局进行了评价。评价结果表明，关中地区水土资源空间匹配程度较差，盆地中部人口众多、经济发达、耕地比例大，但是水资源匮乏，淳化、礼泉、富平、高陵、泾阳、蒲城等县尤为严重；而关中地区西南部人口较少、工业发展较缓、耕地比重较小，但水资源丰富，太白、凤县和眉县等是水资源较为丰富的区域。 （4）以土地利用类型作为决策变量，以经济效益、社会效益、生态效益最大化为目标函数，将水资源可利用量作为主要约束条件，建立了多目标优化模型，采用MATLAB对所建模型进行求解。研究结果表明，关中地区土地利用的合理结构是耕地、建设用地、林地、草地、水域、未利用地分别为178877km2、2960km2、26445km2、7454km2、554km2和89km2；与2000年现状年相比，全区国内生产总值增加219.07亿元，二三产业占国民经济的比重从88%提高到93%、各部门总需水量减少5.61亿m3、农业需水量的从总需水量的65%降到52%、全区绿当量增加了9593.69。在此基础上，通过土地适应性约束，在现状土地利用SHAPEFILE格式的地图上，改变相应地块的属性值，将优化配置的结果落实到地块单元上，进而提出了水土资源优化配置的保障措施。 论文研究结果对促进关中地区水土资源的可持续开发利用，改善生态环境具有借鉴意义。