1985—2020年天水市黄土区滑坡灾损土地利用时空变化特征

天水市位于甘肃省东南部，陕、甘、川三省交界处，地处陇中黄土高原南部，渭河上游；是黄土高原水土保持重点区，中国滑坡灾害高发区之一，也是甘肃省地质灾害重灾区之一。秦州区和麦积区是天水市的政治、经济、商业和文化中心，总人口约130万， 总面积约5855 km ² ，其中秦州区约2373 km ² 、麦积区约3482 km ² 。地理位置34°05'05″—34°49'40″N， 105°13'15″—106°42'58″E（图1）。

土地利用数据来源于中国科学院空天信息创新研究院刘良云团队（https：//data. casearthc.n/sdo/detail/5fbc7904819aec1ea2dd7061），1985— 2020年全球30 m精细地表覆盖动态监测产品，共包含29个地表覆盖类型（联合国粮农组织的土地覆盖分类体系），细化了5种森林类型，更新周期为5年， 总体精度82.5%。对下载的数据进行处理得到研究区1985—2020年8期土地利用类型（图 2），将8期土地利用类型图与识别的滑坡样本进行空间叠加分析，得到滑坡区的土地利用类型。主要的土地利用类型包括耕地（旱地、灌溉农田）、林地（封闭常绿阔叶林、封闭落叶阔叶林、封闭常绿针叶林）、草地（草本植物盖、草原）和不透水表面。

（1）基于 GIS的滑坡特征参数提取

利用ArcGIS10.2软件和研究区12.5 m分辨率的DEM 数据，参考宿星等对滑坡特征参数的选取。在ArcToolbox中执行SpatialAnalyst，利用”表面分析”求得山体阴影、坡度和坡向；将滑坡面和处理后的数据叠加，利用”以表格显示分区统计”求得滑坡的平均高程、平均坡度、平均坡向、面积、前后缘相对高差；再利用”滑坡长度=高差/坡度”求得滑坡长度， 最后分类统计6种滑坡特征参数。

（2）基于GIS的滑坡土地利用类型统计

将识别的469个滑坡样本与8期土地利用类型图结合，利用ArcGIS中”多值提取至点”得到滑坡点土地利用类型；利用”以表格显示分区统计”的”MAJORITY” 得到滑坡面土地利用类型；利用”VARITY”属性统计每个滑坡面不同年份的土地利用类型种类数；再利用 “面积制表”统计滑坡区各土地利用类型面积。

（3） 土地利用/覆被净变化量指数

土地利用/覆被净变化量指数能够有效反映不同土地利用类型某一时期内在数量上的绝对变化量百分比，计算公式为：

（4）土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵是依据同一区域不同时间的土地利用状况的动态转化关系得出的一个二维矩阵， 可以直观地表示一段时间内土地利用的变化值和方向，揭示不同土地利用类型之间面积流动的时空演变，计算方法为：

（5） 土地利用转移贡献率

为进一步明确不同土地利用类型的单项转移情况，在土地利用转移矩阵的基础上计算土地利用转移贡献率，从而明 确不同土地利用类型间的转移情况，计算方法为：

（1）9种基流分割方法对比分析

由图3可知，滑坡平均高程1003.7~1888.1 m，按200 m的梯度分为5个等级，优势高程集中于1200~1400 m，发育203个滑坡，占比达43.28%；平均坡度间接影响滑坡发育与稳定性，研究区滑坡平均坡度7.7°~35.8°，按5°的梯度分为6个等级，10°~15°发育191个滑坡，占比达40.72%；滑坡平均坡向28.4°~327.6°，按坡向每45°为1个分带，分为8个分带，其中在西向坡发育124个滑坡， 占比达26.44%，北东、东、南东、南、南西、北西也较均匀的发育着滑坡；滑坡高差19.0~416 m，按50 m的梯度分为9个等级，100~150 m间发育156个滑坡，占比达33.26%，高于300 m的高差发育的滑坡很少；滑坡面积介于0.45×10 ⁴ ~2.66×10 ⁶ m ² ，按10×10 ⁴ m ² 的梯度分为11个等级，显著分布于1×10 ⁴ ~10×10 ⁴ m ² ，有224个滑坡，占比达47.7%，随着面积的增加滑坡数量在减少；滑坡长度大小反映了滑坡的滑动 空间范围，研究区滑坡长度61.5~1 819.4 m，按200 m的梯度分为10个等级，在200~400 m 间发育187个滑坡，占比达39.87%，200~2000 m的范围内，随着长度的增加滑坡数量逐渐减少。

由图4可知，滑坡特征参数统计表明，研究区滑坡发育具有一定的易发区间，这与天水市区的地质地貌背景和气候环境相关。整个研究区出露的地层主要为前震旦系（AnZ）、震旦系（Z）、前寒武系牛头河群（Pz1）、泥盆系（D）、石炭系（C）、侏罗系（J）、古近系（E）、新近系（N）和第四系（Q）及花岗岩（γ），其中以第四系、新近系、古近系和泥盆系及花岗岩分布最广。

（1）滑坡点土地利用/覆被类型

由表1可知，旱地是滑坡点上最多的土地利用类型，1985—2020年平均占比81.05%， 1990年开始呈减少趋势；灌溉农田是滑坡点上最少的土地利用类型，8期平均占比仅有0.27%；封闭常绿阔叶林略多于灌溉农田，平均占比0.35%；封闭落叶阔叶林和封闭常绿针叶林在1985—2020年间波动较小；草原从1990年开始逐年增加，2000年增加趋势最明显，近些年保持为80个左右，是滑坡点次要土地利用类型；不透水表面从5~11个缓慢增加。总体而言，变化最明显的土地利用类型是旱地和草原，旱地先增加后减少，草原先减少后增加。

（2）滑坡面土地利用/覆被类型

由表2可知，土地利用变化明显的有旱地和草原，旱地逐年减少，草原逐年增加；封闭常绿阔叶林仅在1990年出现1次；封闭常绿针叶林在1995年首次出现1个，后每年保持2个；封闭落叶阔叶林基本保持20个；不透水表面波动较小，每年约有5个。总体而言，滑坡面的土地利用类型以旱地为主，草原次之，与滑坡点的土地利用特征基本一致。

由表3可知，单个滑坡面利用类型以2种或 3种居多。1985—2000年滑坡土地仅有1种利用类 型的逐年减少，1种以上的逐年增加，2000年最多达8种；2000年以后单个滑坡土地利用类型变化较小，基本趋于稳定。总体上，单个滑坡面的土地利用方式 趋于多样化。

（3）滑坡区土地利用/覆被类型面积特征

由表 4可知，滑坡区旱地、草原、封闭落叶阔叶林和不透水表面的面积总和在99%以上，其余土地利用类型面积少，旱地面积占比呈明显的主导优势，但整体在逐年减少，1985—1995年占比在90%以上，2000—2020年降至78%左右；草原逐年增长，2020年占比达到13.09%，面积仅次于旱地；不透水表面、封闭落叶阔叶林、草本植物盖、封闭常绿针叶林和封闭常绿阔叶林所占比例在各个时期内波动性较小；灌溉农田先略增，后趋于平稳。

由表5可知，旱地变化最多， 35年净变化量指数为13.59%，依次是草原9.11%、封闭落叶阔叶林1.98%、不透水表面1.77%；分段统计表明，1995—2000年土地利用净变化量指数最大， 总计19.99%，其中旱地为10.36%，草原为8.50%；在2000年之前土地净变化量明显，2000年之后变化量骤降，且波动较小，表明2000年前区域生态系统稳定性较差，后生态系统向好发展。总体上土地利用变化发生在1985—2000年。

（1）土地利用转移矩阵分析

由表6可知，（1）1985—1990年，旱地的转入与转出几乎持平，约0.28 km ² 转化为封闭落叶阔叶林，同期转入0.27 km ² ，来源于封闭落叶阔叶林和草原，约99.7%保持不变；草原总计转出0.71 km ² ，转化为旱地和封闭落叶阔叶林；不透水表面没有发生转化，保持在0.09 km ² 。（2）1990—1995年，旱地转化类型多样， 转化为封闭落叶阔叶林、封闭常绿针叶林、草原和不透水表面，分别有 0.06，0.01，0.39，0.09 km ² ，仅有0.35 km ² 的封闭落叶阔叶林转入；封闭常绿阔叶林有0.02 km ² 转化为封闭落叶阔叶林。（3）1995—2000年，旱地以微弱的转入和显著的转出呈下降趋势，转化为封闭落叶阔叶林、封闭常绿针叶林和草原，分别有1.60，0.01，4.44 km ² ，其中转为草原的最多，封闭落叶阔叶林也有0.38 km ² 转化为草原。整体在这一阶段草原和封闭落叶阔叶林表现为显著的转入，均来自旱地。（4）2000—2015年每5年土地利用转化非常少，15年旱地累计约0.43 km ² 转化为草原，草原累计约0.13 km ² 转化为不透水表面，其他土地利用类型几乎无波动。（5）2015—2020年，旱地转化为草原 和不透水表面，分别有1.32，0.11 km ² ；封闭落叶阔叶 林有0.04 km ² 转化为草原。（6）长时序来看，1985— 2020年旱地、封闭落叶阔叶林、草原和不透水表面分别保持不变的有78.70，0.34，0.71，0.09 km ² 。

由图5可知，对土地利用转移矩阵叠加可知，旱地转化最多， 约8.74 km ² ，转化为草原6.58 km ² ，封闭落叶阔叶林1.94 km ² ，不透水表面0.20 km ² ，封闭常绿针叶林0.02 km ² ；草原累计转化约1.07 km ² ，转化为封闭落叶阔叶林0.48 km ² 、旱地0.46 km ² ，不透水表面0.13 km ² ；封闭落叶阔叶林累计转化约0.86 km ² ，转化为草0.43 km ² ，旱地0.41 km ² ，封闭常绿阔叶林0.02 km ² ；其余土地利用类型占比少，转化微弱。1995—2000年转换面积最多，有6.78 km ² ，4种类型发生变化；2010—2015年没有发生转化。

（2）主要的土地利用转移贡献率分析

滑坡区土地利用净变化量指数在1995—2000年最大，因此，根据公式（3）计算1995—2000年和1985—2020年2期的主要土地利用类型转移贡献率（表7）、制作滑坡区土地利用变化图（图6）。封闭落叶阔叶林的增加来源于旱地， 1995—2000年贡献率达到131.93%，1985—2020年贡献率达到101.27%；草原的增加来源于旱地和封闭落叶阔叶林，1995—2000年贡献率分别为91.72%， 8.28%；1985—2020年贡献率分别为99.66%，0.34%。从整个研究区来看，林草地显著增加，东南部变化最明显，靠近中心的西北部以点、面发生变化，发生土地利用转移的滑坡面在整个滑坡区零散分布。1999年起国家实施退耕还林（草）政策，并于2014年开启新一轮的退耕还林（草），天水市区落实”以粮换生态” 的理念，开展了退耕还林工程和其他工程建设，提升了区域生态环境质量。