GIS空間分析方法支持的泉州灣整治利用規(guī)劃研究＊

張加晉，楊順良，趙東波

（1.福建海洋研究所 廈門 361013；2.福建省海島與海岸帶管理技術(shù)研究重點實驗室廈門361013）

GIS空間分析方法支持的泉州灣整治利用規(guī)劃研究＊

張加晉1，2，楊順良1，2，趙東波1，2

（1.福建海洋研究所 廈門 361013；2.福建省海島與海岸帶管理技術(shù)研究重點實驗室廈門361013）

在GIS空間分析方法的支持下結(jié)合地方需求，提出泉州灣整治利用規(guī)劃的思路。有效結(jié)合增加納潮量、改善灣內(nèi)水循環(huán)，整合產(chǎn)業(yè)集群等目標(biāo)要求，進(jìn)行了針對性的規(guī)劃布局，提出了整治方案。創(chuàng)新性的提出對鳥類保護(hù)區(qū)進(jìn)行引導(dǎo)保護(hù)的人工島方案，既解決了泉州灣整治利用中疏浚淤泥的外運傾倒問題，又解決了地方政府市政建設(shè)等經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求對環(huán)境保護(hù)的壓力問題，為行政主管部門提供了決策性支持。

空間分析；海域整治規(guī)劃；泉州灣；納潮量

為解決日益增長的投資需求和日趨緊張的臨海土地資源之間的矛盾，最大限度地發(fā)揮泉州灣海域的海域功能，緩解資源與環(huán)境的壓力，增強(qiáng)泉州灣生態(tài)承載能力，達(dá)到海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的目的，必須妥善協(xié)調(diào)處理多種功能用海的矛盾，合理安排用海需求規(guī)模和用海時序，開拓優(yōu)化發(fā)展空間。

泉州灣內(nèi)灣的洛陽江口及百崎湖海域沿岸人口稠密，經(jīng)濟(jì)繁榮，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)達(dá)，灘涂上互花米草滋生蔓延，致使泉州灣內(nèi)灣海域灘涂面抬高，航道變窄，海域面積縮小，納潮量銳減，水交換能力變小。來自陸域日益增加的陸源廢水不能有效地交換至灣外，造成泉州灣水環(huán)境質(zhì)量惡化，影響周邊人民生活質(zhì)量和旅游景觀視覺效果，也危及所在的泉州灣河口濕地省級保護(hù)區(qū)的環(huán)境質(zhì)量。百崎湖是位于內(nèi)灣中部的潟湖，通過閘門與泉州灣相連，周邊地勢低洼，湖內(nèi)水體交換能力弱，水質(zhì)環(huán)境較差，岸灘環(huán)境較混亂，湖邊岸線環(huán)境差。依據(jù)相關(guān)規(guī)范及技術(shù)要求［1－3］，福建海洋研究所組織開展了泉州灣整治利用規(guī)劃研究。

1 泉州灣整治利用規(guī)劃的范圍及原則

1.1 規(guī)劃范圍及概況

泉州灣位于福建省沿海中部，規(guī)劃海域范圍為灣口北起惠安縣張坂鎮(zhèn)浮山島岸邊，南至石獅市東北祥芝角。灣內(nèi)在洛陽江口以洛陽橋為界，在晉江河口以晉江市與豐澤區(qū)陸域行政區(qū)域界線最終界樁為界。泉州灣海岸線長132.75km，海域總面積211.24km2，灣內(nèi)最大水深為24m，灣口有欄門沙發(fā)育。若以秀涂西南角至石湖西北角連線為界，可把泉州灣分為內(nèi)外兩部分：西側(cè)為內(nèi)灣，封閉性較強(qiáng)；東側(cè)為外灣，屬開敞式海灣，水交換較強(qiáng)。周邊行政區(qū)域跨越二區(qū)二市一縣，包括11個鎮(zhèn)（鄉(xiāng)、街道）（圖1）。

圖1 泉州灣整治規(guī)劃范圍

泉州灣位于福建省人口最稠密的地區(qū)，城鎮(zhèn)化水平高、區(qū)域經(jīng)濟(jì)繁榮、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)達(dá)，人為污染較嚴(yán)重。泉州灣內(nèi)有泉州灣河口濕地省級自然保護(hù)區(qū)，設(shè)洛陽紅樹林核心區(qū)、桃花山海濱水禽核心區(qū)和蟳埔槍城河口濕地生態(tài)核心區(qū)等3個核心區(qū)。

1.2 規(guī)劃原則及期限

規(guī)劃的原則：可持續(xù)發(fā)展原則；與城市總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)原則；海域資源優(yōu)化配置的原則；突出重點、發(fā)揮優(yōu)勢、優(yōu)化布局原則；統(tǒng)籌兼顧、協(xié)調(diào)發(fā)展原則。規(guī)劃期限至2020年。

2 泉州灣整治利用規(guī)劃的空間分析方法

空間分析作為地理信息系統(tǒng)（GIS）的一個重要概念，是基于地理對象的空間布局的地理數(shù)據(jù)分析技術(shù)，其目的是在于提取和傳輸空間信息。在海洋功能區(qū)劃評價中，空間分析是評價方法的具體執(zhí)行工具，有很多種類型和方法，如空間查詢與量算、緩沖區(qū)分析、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析、空間統(tǒng)計分析、空間插值、數(shù)字高程模型和空間建模、空間決策支持系統(tǒng)等［4］，泉州灣用海功能分區(qū)格局見圖2。

圖2 泉州灣用海功能分區(qū)格局

目前，在國家海洋局《關(guān)于加強(qiáng)區(qū)域建設(shè)用海管理工作的意見》（2006）、《關(guān)于印發(fā)區(qū)域建設(shè)用海管理有關(guān)技術(shù)規(guī)范的通知》（2008）和《區(qū)域用海規(guī)劃編制技術(shù)要求》（2010）等文件中均未對用海規(guī)劃的技術(shù)方法作出規(guī)定。而我國海洋功能區(qū)劃執(zhí)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是《海洋功能區(qū)劃技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T17108－2006）。導(dǎo)則中規(guī)定了海洋功能區(qū)劃編制的指導(dǎo)原則、分類體系、指標(biāo)體系、編制方法等，其規(guī)定的方法主要有指標(biāo)法、疊加法、綜合分析法。

其中：指標(biāo)法是指根據(jù)海洋功能分類體系和指標(biāo)體系，綜合考慮海洋不同區(qū)域的自然屬性、社會屬性和環(huán)境保護(hù)要求劃出各類具體的海洋功能區(qū)。疊加分析法是將所收集到的各類資料編繪成圖件，并將與收集到的各種圖件進(jìn)行疊加，依據(jù)功能區(qū)劃的原則進(jìn)行分析比較。保留合理的功能，舍去不合理的功能，比較、確定主導(dǎo)功能。綜合分析法是按照區(qū)劃原則，利用海洋自然資源和自然環(huán)境的評價、海洋開發(fā)保護(hù)現(xiàn)狀與面臨的形勢結(jié)果分析，綜合考慮海域自然屬性、社會屬性和環(huán)境保護(hù)要求，協(xié)調(diào)各種用海關(guān)系，確定海洋功能區(qū)類型及功能的主次關(guān)系。

導(dǎo)則給出了區(qū)劃方法的基本概念，但缺少具體的應(yīng)用指南或流程，同時指標(biāo)體系也存在定性描述較多的不足。在具體的功能區(qū)劃實踐中，難于全面應(yīng)用導(dǎo)則給出的區(qū)劃方法，且功能區(qū)劃劃分最終是根據(jù)專家的評判，缺乏客觀性，受海域利用現(xiàn)狀、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃等因素的影響較大。

海域自然屬性的特殊性和差異性是劃定各種功能區(qū)的先決條件，海域的社會屬性即海洋開發(fā)利用現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要是海洋功能區(qū)劃劃分的必要條件。要進(jìn)行海洋功能區(qū)的空間單元劃分，必然要將大量的海域自然屬性、社會屬性和生態(tài)環(huán)境等各類資料編繪成圖件，明確海域資源、使用現(xiàn)狀、開發(fā)規(guī)劃等空間布局。結(jié)合上述分析和海洋功能區(qū)劃的編制實踐，泉州灣整治利用規(guī)劃采用如下的功能分區(qū)方法（圖3）。

（1）采用指標(biāo)法。根據(jù)海域使用現(xiàn)狀的自然屬性，初步確定港口、旅游、海洋保護(hù)區(qū)等涉海產(chǎn)業(yè)的海域使用現(xiàn)狀，初步形成自然屬性功能分區(qū)，并在GIS軟件下建立海域使用現(xiàn)狀圖層管理。

（2）采用疊加法。根據(jù)海域使用管理、涉海行業(yè)海域使用規(guī)劃空間數(shù)據(jù)，在GIS軟件空間分析功能下，疊置分析使用現(xiàn)狀、規(guī)劃圖層，形成初步的泉州灣海域利用功能區(qū)布局方案。

（3）采用綜合分析法。引入專家和部門協(xié)調(diào)意見，確定功能分區(qū)的功能和開發(fā)順序，結(jié)合整治用海規(guī)劃目標(biāo)，提出泉州灣整治的方案，并對海洋功能區(qū)的空間分布做局部調(diào)整，形成最終的用海規(guī)劃布局方案及開發(fā)時序。

3 泉州灣整治利用規(guī)劃方案布局

根據(jù)與環(huán)泉州灣的涉海行業(yè)規(guī)劃中空間功能相銜接的原則，將環(huán)泉州灣海域規(guī)劃為空間相對獨立的環(huán)境整治、港口物流、濱海旅游和漁業(yè)四大功能，構(gòu)建“一灣四功能七片區(qū)”的用海功能分區(qū)格局。

3.1 洛陽江口綜合整治片區(qū)

范圍自洛陽橋至后渚大橋海域，其功能目標(biāo)是內(nèi)包含濕地公園和河口濕地保護(hù)區(qū)，兩岸陸域為城市建設(shè)用地。

3.2 百崎湖綜合整治片區(qū)

范圍包括百崎湖水域及湖口白沙至秀涂沿海灘涂。功能目標(biāo)為加強(qiáng)百崎湖水體交換，改善湖內(nèi)水質(zhì)，優(yōu)化環(huán)境，造就親水生活岸線、生態(tài)濕地景觀岸線、濕地公園和城鎮(zhèn)景觀，為百崎、秀涂城市建設(shè)、臺商投資區(qū)建設(shè)提供優(yōu)良的投資環(huán)境。

3.3 石湖港片區(qū)

范圍包括石湖作業(yè)區(qū)至古浮澳，主要功能為港口物流。

3.4 秀涂港片區(qū)

范圍包括秀涂作業(yè)區(qū)南北兩部分，北部為港口發(fā)展用地，南部為碼頭。主要功能為港口物流及臺商投資區(qū)配套碼頭。

3.5 灣口北側(cè)濱海旅游片區(qū)

范圍自浮山島至崇武鎮(zhèn)沿海岸線，包括青山灣、西沙灣與半月灣等海濱沙灘，主要功能為濱海旅游。

3.6 泉州灣貝類苗種繁育片區(qū)

范圍包括仙石鎮(zhèn)沿岸灘涂海域，主要功能為灘涂蟶苗天然繁育育種。

3.7 祥芝漁業(yè)基地片區(qū)

位于泉州灣口南側(cè)祥芝半島北面海域。基地將建設(shè)成為以祥芝國家一級漁港為特色，船舶修造、海員培訓(xùn)為支撐的濱海特色型城鎮(zhèn)，為石獅及周邊地區(qū)漁業(yè)生產(chǎn)發(fā)展創(chuàng)造優(yōu)越的配套條件。

上述7個片區(qū)，按照開發(fā)時序分為近期、中期和遠(yuǎn)期。臨海產(chǎn)業(yè)填海需求分別規(guī)劃了近期開發(fā)14塊，中期開發(fā)10塊和遠(yuǎn)期開發(fā)4塊填海區(qū)域。用海需求分別規(guī)劃了近期開發(fā)23塊，中期開發(fā)11塊和遠(yuǎn)期開發(fā)12塊用海區(qū)域。其中，規(guī)劃近期開發(fā)中的用海區(qū)域包含已頒發(fā)海域使用證的項目用海。

4 對內(nèi)灣及潟湖的整治利用規(guī)劃方案

4.1 洛陽江口綜合整治方案

洛陽江口綜合整治方案總體上包括紅樹林種植和紅樹林生態(tài)修復(fù)、灘涂疏浚及適當(dāng)造地筑路、清除大米草蔓延區(qū)等3個方面，從而達(dá)到增加泉州灣納潮量，提高灣頂內(nèi)灣水交換能力，修復(fù)海洋生態(tài)環(huán)境，美化岸線環(huán)境等效果（圖4）。

圖4 洛陽江口及百琦湖綜合整治規(guī)劃

同時，利用緩沖區(qū)和疊加分析方法，結(jié)合海灣地形等深線要素分析，提出將灘涂大米草蔓延區(qū)設(shè)置為人工島型濕地保護(hù)區(qū)生態(tài)島概念，即利用泉州灣疏浚淤泥填高，種植樹木，周圍種植紅樹林，設(shè)置無人候鳥島，建設(shè)鳥類高潮位調(diào)節(jié)區(qū)，形成人工島型濕地，為各種珍稀鳥類、鸻鷸類和鷺類等水鳥在提供棲息地，從而接納桃花山珍禽保護(hù)區(qū)鳥類築巢，在提升周邊環(huán)境保護(hù)區(qū)保護(hù)功能的同時，還有效地解決了部分疏浚淤泥外拋的問題。

4.2 百崎湖綜合整治方案

百崎湖整治規(guī)劃首要問題是要解決在百崎湖與泉州灣之間打通進(jìn)水連接通道，解決湖區(qū)水體的納新和防洪排澇問題。研究中根據(jù)等高線、土地利用、圍墾、水渠等地形要素進(jìn)行距離分析，進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計，提出百崎湖“三聯(lián)通”工程方案：①石任水道（b6）：規(guī)劃在現(xiàn)有洛陽江經(jīng)石任村至張坂的引水灌溉渠邊新開挖引水渠道，引泉州灣水體經(jīng)該水道進(jìn)入百崎湖湖頂水域，達(dá)到百崎湖水體與泉州灣水體進(jìn)行有效交換的目的。②白沙水道（c1）：現(xiàn)有白沙圍墾與百崎湖中部圍墾養(yǎng)殖處開挖水道，連通泉州灣，通過計算，該處的土方開挖量最少且距離最短。③海堤橋閘：維持百崎湖口南側(cè)現(xiàn)有水閘進(jìn)出水功能的同時，新建設(shè)一座橋閘型進(jìn)出水通道，橋閘可通車設(shè)計；同時百崎湖整治規(guī)劃方案還包括百崎湖周邊岸線整治及對百崎湖口白沙至秀涂沿岸灘涂海域進(jìn)行疏浚，適當(dāng)回填造地。

整治方案中必須開通石任水道，海水從百崎湖頂?shù)竭_(dá)湖口位置。但隨著洛秀組團(tuán)、臺商投資區(qū)的建設(shè)，其城市生活污水排放和工業(yè)排水的增大，僅開通石任水道將存在湖水交換周期長、湖水交換量小的問題，屆時百崎湖將難以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)建設(shè)、社會進(jìn)步、環(huán)境容量等對水體環(huán)境的要求，將對湖水水環(huán)境質(zhì)量維護(hù)造成難度，故應(yīng)拓展其他納潮渠道，增加拓開白沙水道，新建百崎海堤橋閘，增加納潮量，改善海水水交換率，縮短交換時間，從而起到連通內(nèi)外水體，改善湖區(qū)水環(huán)境，帶動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和城建建設(shè)，保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，促進(jìn)臺商投資區(qū)建設(shè)的作用。

根據(jù)計算，兩綜合整治片區(qū)總疏浚量為1 921萬m3，各相關(guān)需填方量為1 296萬m3，尚有625萬m3疏浚淤泥量，需要運輸?shù)饺轂晨诤Ｑ髢A倒區(qū)傾倒。洛陽江口綜合整治片區(qū)和百崎湖綜合整治片區(qū)新增填海面積合計為114.9hm2，圍墾區(qū)填海新增面積為57.8 hm2，總為172.7hm2。百崎湖三聯(lián)通方案完成后百崎湖將增加納潮量90萬m3、增加排水量58.3萬m3，完成一次理論水交換需要5d就可以完成，遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的約20d。

5 泉州灣整治利用規(guī)劃實施后水動力變化預(yù)測

5.1 規(guī)劃實施后納潮量變化

規(guī)劃中對泉州灣納潮量的變化進(jìn)行了數(shù)模運算分析預(yù)測，在泉州灣布設(shè)了4條斷面，斷面1為規(guī)劃范圍邊界線，其余3條斷面位于洛陽江入海口的洛陽江口綜合整治片區(qū)（圖5）。由表1和表2可知，按照由灣外往灣內(nèi)的斷面順序，納潮量的增加呈減少趨勢；斷面1和斷面2基本上相近，說明：由于規(guī)劃疏浚工程的實施，納潮量的增加將主要位于后渚以北的內(nèi)灣；小潮斷面2納潮量增加比斷面1還大，原因是由于規(guī)劃實施的灘涂浚深對小潮時影響較大，使更多漲潮流進(jìn)入疏浚海域。由于工程設(shè)計將從低潮時基本出露的近岸淺灘疏浚到當(dāng)?shù)乩砹闵疃然鶞?zhǔn)面，將對小潮的納潮量影響很大；除了斷面1小潮納潮量增加比大潮納潮量增加略小外，其他斷面小潮納潮增加量比大潮還略大；而由于小潮工程前納潮量較小，故小潮工程后納潮量增加率也明顯比大潮納潮量增加率大。

圖5 工程前后納潮量計算斷面位置

表1 工程前后4個斷面大潮納潮量變化

表2 工程前后4個斷面小潮納潮量變化

5.2 規(guī)劃實施后流速變化

為了了解工程疏浚對泉州灣潮流場的影響，模擬計算、繪制了大小潮期間工程前后整個泉州灣和后渚以上的內(nèi)灣的流場圖。根據(jù)分析預(yù)測結(jié)果，整治規(guī)劃實施前后整個泉州灣的潮流格局基本不變，后渚內(nèi)灣由于工程疏浚增加了較大的納潮量，使后渚以上的內(nèi)灣潮流更加順暢，后渚以北水域流速明顯變大。

還有一個較明顯規(guī)律是漲潮比落潮流速增加要大，這可以從物質(zhì)的源匯角度進(jìn)行解釋：后渚以北內(nèi)灣，在漲潮時潮流流入，相當(dāng)于潮水的匯（容器），而在落潮時潮流往南流出，最后往東流向外海，這時相當(dāng)于源；規(guī)劃的3塊疏浚區(qū)相當(dāng)于把內(nèi)灣的源匯增加，納潮量增加，而由于從整個泉州灣到內(nèi)灣的地形，類似于一個喇叭地形，故在漲潮的時候，由于地形的束窄作用，流速增加較大，而落潮的時候，由內(nèi)灣到整個泉州灣，地形放寬，故流速增加較小。

規(guī)劃實施后沖淤變化分析根據(jù)交通部《海港水文規(guī)范》所推薦的淤積強(qiáng)度估算公式和文獻(xiàn)提出的推廣建議［5］，對疏浚海域進(jìn)行年淤積強(qiáng)度估算。經(jīng)計算，百崎湖口灘涂疏浚區(qū)的回淤強(qiáng)度為7.4cm/a，洛陽江口灘涂疏浚區(qū)、后渚至城東灘涂疏浚區(qū)兩塊疏浚區(qū)的回淤強(qiáng)度都約為9cm/a。

6 結(jié)束語

對泉州灣綜合整治規(guī)劃的研究，是在海洋功能區(qū)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件對海域使用的需求和海洋環(huán)境保護(hù)的總體目標(biāo)，對區(qū)域生產(chǎn)性和非生產(chǎn)性用海項目進(jìn)行的統(tǒng)籌安排，對海洋產(chǎn)業(yè)及海域使用結(jié)構(gòu)與布局的調(diào)整優(yōu)化，解決了涉海行業(yè)之間的海域使用矛盾，使臨海產(chǎn)業(yè)之間的規(guī)劃布局更為合理，使海域開發(fā)利用規(guī)模和強(qiáng)度與海洋資源和環(huán)境承載能力相適應(yīng)。規(guī)劃的實施將發(fā)揮泉州灣海洋資源的最佳綜合效益，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，保障海洋資源可持續(xù)利用，促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，也為新一輪的海洋功能區(qū)劃提供了參考依據(jù)。

空間分析方法在區(qū)域用海規(guī)劃編制中的應(yīng)用，是針對當(dāng)前海域開發(fā)及海域規(guī)劃中相關(guān)技術(shù)課題研究的實踐，對區(qū)域用海規(guī)劃規(guī)劃中地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，尤其是內(nèi)灣形和潟湖式的海域整治與規(guī)劃中有借鑒意義。同時提出了提出人工島型濕地保護(hù)區(qū)生態(tài)島概念建議，在提升周邊環(huán)境保護(hù)區(qū)保護(hù)功能的同時，還有效解決了部分疏浚淤泥外拋的問題。

雖然本研究驗證了GIS空間支持的海域整治規(guī)劃中應(yīng)用的可行性，但僅限于空間分析方法在海域用海規(guī)劃編制方面的應(yīng)用，海域整治利用開發(fā)規(guī)劃是一項涵蓋面廣泛的復(fù)雜工作，GIS空間分析方法在其中的應(yīng)用不管是在廣度還是在深度上都將得到進(jìn)一步拓展與延伸。

［1］ 國家海洋局.關(guān)于加強(qiáng)區(qū)域建設(shè)用海管理工作的意見［Z］.2006.

［2］ 國家海洋局.關(guān)于印發(fā)區(qū)域建設(shè)用海管理有關(guān)技術(shù)規(guī)范的通知［Z］.2008.

［3］ 國家海洋局.區(qū)域用海規(guī)劃編制技術(shù)要求［Z］.2010.

［4］ 秦昆.GIS空間分析理論與方法［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

［5］ 陳明劍.海洋功能區(qū)劃中的空間關(guān)系模型及其GIS實現(xiàn)：以萊州灣為例［D］.青島：中國海洋大學(xué)，2003.

［6］ 中華人民共和國交通部：JTJ213－98海港水文規(guī)范［S］.1998.

福建省科技廳公益性基金項目（2010R1006－4）；福建省“908”專項圍填海綜合評價（FJ908－02－01－05）；福建省海岸帶開發(fā)活動環(huán)境效應(yīng)評價項目（FJ908－02－02－02）；福建省海洋與漁業(yè)局項目（泉州灣整治利用規(guī)劃）.