GIS技術(shù)在海島保護(hù)與利用規(guī)劃中的應(yīng)用*
——以破灶嶼為例

GIS技術(shù)在海島保護(hù)與利用規(guī)劃中的應(yīng)用*
——以破灶嶼為例

任岳森1，2，翁宇斌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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門 361013）

隨著全國(guó)首批開(kāi)發(fā)利用的無(wú)居民海島名錄公布以來(lái)，全國(guó)海島保護(hù)與利用規(guī)劃工作迅速發(fā)展起來(lái)，文章以福建省破灶嶼為例，綜合考慮海島地形、植被以及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀因素，采用GIS空間分析手段，探討其保護(hù)與利用分區(qū)研究，并繪制海島保護(hù)與利用規(guī)劃各專題地圖。

地理信息系統(tǒng)；海島；保護(hù)與利用規(guī)劃

1 前言

根據(jù)《中華人民共和國(guó)海島保護(hù)法》，“本法所稱海島，是指四面環(huán)海水并在高潮時(shí)高于水面的自然形成的陸地區(qū)域，包括有居民海島和無(wú)居民海島”。中國(guó)是海洋大國(guó)，也是一個(gè)海島眾多的國(guó)家。在300萬(wàn)km2余的管轄海域中，500 m2以上的海島有6 900多個(gè)，面積不足500 m2的海島更是數(shù)以萬(wàn)計(jì)［1］，有人居住的海島460多個(gè)，總?cè)丝? 000多萬(wàn)［2］。海島是人類開(kāi)發(fā)海洋的遠(yuǎn)涉基地和前進(jìn)支點(diǎn)，是第二海洋經(jīng)濟(jì)區(qū)，在國(guó)土劃界和國(guó)防安全上也有特殊重要地位。近年來(lái)，隨著沿海社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，開(kāi)發(fā)利用海島，特別是開(kāi)發(fā)利用無(wú)居民海島的情況逐漸增多。但大多數(shù)開(kāi)發(fā)利用過(guò)于粗放，開(kāi)發(fā)廣度和深度不夠，所產(chǎn)生的效益低下，不僅使海島生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，甚至威脅國(guó)防安全，有些已經(jīng)嚴(yán)重地毀壞了海島自身的固有價(jià)值［3］。為此國(guó)家出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)來(lái)規(guī)范海島保護(hù)與利用行為。1988年，國(guó)家有關(guān)部門開(kāi)展了全國(guó)海島資源綜合調(diào)查和開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，初步摸清了中國(guó)海島的家底。2003年，國(guó)家海洋局、民政部和總參謀部聯(lián)合發(fā)布了《無(wú)居民海島保護(hù)與利用管理規(guī)定》，開(kāi)始了中國(guó)無(wú)居民海島管理制度建設(shè)。2007年，啟動(dòng)了海島保護(hù)規(guī)劃的編制、海島法律制度的建設(shè)、海島經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展政策的制定以及海島特別保護(hù)區(qū)的建設(shè)等工作［1］。2009年12月26日《中華人民共和國(guó)海島保護(hù)法》頒布實(shí)施。2011年4月12日國(guó)家海洋局公布全國(guó)首批176個(gè)開(kāi)發(fā)利用的無(wú)居民海島名錄。2012年4月19日，《全國(guó)海島保護(hù)規(guī)劃》由國(guó)家海洋局正式公布實(shí)施。韓秋影等［4］研究指出我國(guó)海島資源開(kāi)發(fā)利用在環(huán)境、管理和經(jīng)濟(jì)等方面存在諸多問(wèn)題，提出我國(guó)海島資源開(kāi)發(fā)利用應(yīng)該建立有效的海島綜合管理體系和機(jī)構(gòu)因地制宜開(kāi)發(fā)利用海島資源增加海島資金投入，逐步擴(kuò)大海島對(duì)外開(kāi)放力度，大力發(fā)展海島科教事業(yè)，實(shí)施人才戰(zhàn)略。

目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)用GIS技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃的研究較多，但因海島保護(hù)欲利用規(guī)劃剛開(kāi)始起步，將GIS技術(shù)應(yīng)用到海島海島保護(hù)與利用規(guī)劃的研究卻不多。麻德明等［3］是從研究多維動(dòng)態(tài)GIS方面構(gòu)建海島三維可視化模型，從而實(shí)現(xiàn)海島保護(hù)與利用可視化管理。張海明等［5］采用GIS技術(shù)和定位定量相結(jié)合的分析方法，對(duì)嵊泗縣各島嶼生態(tài)環(huán)境敏感性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，為合理開(kāi)發(fā)嵊泗海島資源提供技術(shù)支持。王潤(rùn)等［6］嘗試運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)手段，以福建省海壇島為例，從地理氣候、環(huán)境制約、土地開(kāi)發(fā)建設(shè)可能性和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)條件4個(gè)方面，評(píng)判海壇島岸線運(yùn)動(dòng)休閑旅游產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的適應(yīng)性和各段岸線的開(kāi)發(fā)利用方向。郭曉峰等［7］基于生態(tài)敏感度、生態(tài)彈性度和生態(tài)壓力度，構(gòu)建了海島生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，采用綜合指數(shù)法和GIS相結(jié)合的方法分析了生態(tài)脆弱度的空間差異和不同區(qū)域生態(tài)脆弱性的主導(dǎo)成因，對(duì)于海壇島的生態(tài)保護(hù)和資源利用具有一定的指導(dǎo)意義。María Elizabeth Barroeta-Hlusicka等［8］研究利用GPS（全球定位系統(tǒng)）以及GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)提高瑪格麗塔島（Margarita）海島的管理計(jì)劃以及保護(hù)區(qū)護(hù)林人的覆蓋率。Biswajeet Pradhan等［9］研究在馬來(lái)西亞檳城島（Penang）海島利用遙感數(shù)據(jù)和GIS技術(shù)研究土壤侵蝕評(píng)價(jià)與滑坡事件的相關(guān)性。

海島作為單個(gè)的地理實(shí)體，其空間位置、大小、形態(tài)均是獨(dú)一無(wú)二的。海島的保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用涉及海島上各個(gè)地理單元，地形地貌、植被等。因此，如何根據(jù)各海島不同地理單元的特點(diǎn)以及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀情況，科學(xué)合理地保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用海島，是我們亟須解決的問(wèn)題。

2 研究區(qū)概況

2.1 地理位置

破灶嶼位于龍海市港尾鎮(zhèn)卓岐村東北側(cè)海域中，距大陸最近點(diǎn)1．320 km，行政區(qū)隸屬龍海市港尾鎮(zhèn)，面積為68 961 m2，岸線長(zhǎng)度為1 570 m。形如爐灶，故名。

2.2 海島開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及調(diào)訪，破灶嶼島陸已實(shí)施的開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)主要有：林木種植、房屋建筑及水井、碼頭、山體開(kāi)挖、填海造地、測(cè)量標(biāo)志、道路修建等（圖1和圖2）。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源及技術(shù)路線

植被數(shù)據(jù)：采用“908專項(xiàng)”海洋調(diào)查海島植被數(shù)據(jù)。

等高線數(shù)據(jù)：采用福建省測(cè)繪局提供的1∶10 000地形數(shù)據(jù)。

海島開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)：采用實(shí)地踏勘GPS測(cè)量數(shù)據(jù)及航拍遙感數(shù)據(jù)。

圖1 破灶嶼島陸開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀照片

圖2 海島開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

本研究先從福建省測(cè)繪局提供的1∶10 000地形數(shù)據(jù)入手構(gòu)建海島三維數(shù)字高程模型，提取出坡度小于25°的區(qū)塊，然后疊加“908專項(xiàng)”海洋調(diào)查海島植被數(shù)據(jù)，得出坡度小于25°且無(wú)植被或植被是草叢、灌叢的區(qū)域，即海島初步較適宜開(kāi)發(fā)利用區(qū)域，再根據(jù)實(shí)地踏勘GPS測(cè)量數(shù)據(jù)及航拍遙感數(shù)據(jù)得出海島開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，得到最終的海島保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃方案，并繪制海島保護(hù)與利用規(guī)劃專題圖。技術(shù)路線如圖3所示。

圖3 技術(shù)路線

4 海島保護(hù)與利用規(guī)劃分區(qū)確定

4.1 海島數(shù)字高程模型構(gòu)建

4.1.1 海島TIN生成

利用ArcGIS中的3DAnalyst工具中的CreateT IN from features模塊，加載研究區(qū)域邊界數(shù)據(jù)、等高線數(shù)據(jù)，高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，將區(qū)域邊界數(shù)據(jù)Height source設(shè)置為none，將Triangulate as設(shè)置為hard clip，Tag value field設(shè)置為none，等高線數(shù)據(jù)與高程點(diǎn)數(shù)據(jù)Height source設(shè)置均為高程值，Triangulate as設(shè)置均為mass point［10］（圖4）。

圖4 海島三維高程模型

4.1.2 海島DEM生成

利用Arc GIS中的3DAnlyst工具中的Convert tin to raster模塊可以將生成的TIN轉(zhuǎn)為DEM，Attribute設(shè)置為Elevation，Z factor設(shè)置為1，根據(jù)DEM精度需要，選擇相應(yīng)的Cell size。

4.1.3 海島坡度數(shù)據(jù)提取

利用ArcGIS中的3DAnlyst工具箱中的Raster surface下的slope工具，提取DEM數(shù)據(jù)中坡度小于25°的區(qū)域（圖5）。

4.2 海島保護(hù)與利用規(guī)劃分區(qū)確定

4.2.1 初步可進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用區(qū)域確定

海島地形地貌跟植被是海島上非常重要的而且非常敏感的因子，一旦對(duì)其造成過(guò)度破壞將難以恢復(fù)甚至永遠(yuǎn)無(wú)法恢復(fù)。一般坡度大于25°的地區(qū)不適宜進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)，在該地區(qū)進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)將會(huì)不可避免地嚴(yán)重破壞海島地形地貌，從而引起地質(zhì)災(zāi)害，根據(jù)地形因

圖5 海島地形坡度分布

子確定的保護(hù)區(qū)范圍如圖6所示。對(duì)于海島上植被覆蓋度較高的闊葉林地區(qū)，一般也不適宜進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)，根據(jù)植被因子確定的保護(hù)區(qū)范圍見(jiàn)圖7。

圖6 根據(jù)海島地形確定的保護(hù)區(qū)范圍

圖7 根據(jù)海島植被暨保護(hù)對(duì)象確定的保護(hù)區(qū)范圍

因此，可利用ArcGIS軟件intersect空間分析工具將坡度小于25°面狀矢量圖層與無(wú)植被或植被是草叢、灌叢區(qū)域二者疊加分析，取交集，得到坡度小于25°且無(wú)植被或植被是草叢、灌叢的區(qū)域，即海島初步可進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用區(qū)域（圖8）。

圖8 海島初步較適宜開(kāi)發(fā)利用區(qū)分布

4.2.2 海島保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用分區(qū)規(guī)劃方案確定

然后根據(jù)海島目前的開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，主要有林木種植、房屋建筑及水井、碼頭、填海造地、測(cè)量標(biāo)志、道路修建等開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)，結(jié)合海島初步較適宜開(kāi)發(fā)利用區(qū)分布，確定海島保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用分區(qū)規(guī)劃方案。破灶嶼共劃定4個(gè)保護(hù)區(qū)（其中一個(gè)位于海域）、兩個(gè)開(kāi)發(fā)建設(shè)區(qū)和1個(gè)海域緩沖區(qū)（圖9）。

圖9 海島保護(hù)與利用規(guī)劃分區(qū)

（1）保護(hù)區(qū)。面積約3．668 7 hm2，占全島面積的53．2%。保護(hù)對(duì)象主要有海岸線、沙灘、植被群落、水井以及大地測(cè)量控制點(diǎn)。保護(hù)區(qū)內(nèi)的海岸線長(zhǎng)度613 m，且大部分岸段陡峭，少部分為沙灘岸線。島東北側(cè)有一個(gè)國(guó)家永久大地測(cè)量控制點(diǎn)，根據(jù)《中華人民共和國(guó)測(cè)量標(biāo)志保護(hù)條例》“禁止在距永久性測(cè)量標(biāo)志50米范圍內(nèi)采石、爆破、射擊、架設(shè)高壓電線”，根據(jù)《福建省測(cè)量標(biāo)志管理辦法》“禁止在距測(cè)量標(biāo)志10米范圍內(nèi)挖沙、取土或開(kāi)設(shè)機(jī)動(dòng)車道”。本研究將該永久測(cè)量控制點(diǎn)10 m范圍內(nèi)不宜進(jìn)行人工建筑的開(kāi)發(fā)建設(shè)，考慮到該區(qū)域內(nèi)植被較為稀少，且多為灌叢，高度較低，可結(jié)合現(xiàn)有道路開(kāi)展登島觀光旅游。保護(hù)區(qū)內(nèi)的海岸線嚴(yán)格控制進(jìn)行工程設(shè)施建設(shè)；保護(hù)區(qū)內(nèi)除植被修復(fù)、道路修葺等開(kāi)發(fā)活動(dòng)外，不允許開(kāi)展破壞海島植被、測(cè)量標(biāo)志及淡水資源的開(kāi)發(fā)活動(dòng)。

破灶嶼中部北側(cè)有一小片的自然沙灘。北部沙灘面積較大，砂質(zhì)岸線較長(zhǎng)，但沙灘上礁石林立；南部沙灘砂質(zhì)較細(xì)，但面積較小，均不利于進(jìn)行旅游開(kāi)發(fā)活動(dòng)。將來(lái)可考慮在上述沙灘區(qū)進(jìn)行人工拋沙，對(duì)現(xiàn)有的沙灘進(jìn)行改造。

（2）開(kāi)發(fā)建設(shè)區(qū)。共規(guī)劃3塊開(kāi)發(fā)建設(shè)區(qū)，分別位于東北部、南部和西部，總面積約為3．227 4 hm2，占全島面積的46．8%。東北部地塊面積為2．393 7 hm2，該區(qū)域岸線附近地勢(shì)陡峭，已開(kāi)發(fā)建設(shè)簡(jiǎn)易步游道，南部建有碼頭建設(shè)區(qū)，現(xiàn)建有簡(jiǎn)易碼頭一個(gè)，廢棄房屋兩座，主要開(kāi)發(fā)為碼頭建設(shè)區(qū)，開(kāi)發(fā)建設(shè)區(qū)內(nèi)還包括今后擬規(guī)劃建設(shè)的規(guī)劃道路。西部地塊為人工回填區(qū)域，地勢(shì)十分平緩，面積為0．833 7 m2，為開(kāi)發(fā)建設(shè)集中區(qū)，可在該區(qū)域進(jìn)行房屋等旅游設(shè)施建設(shè)，建筑密度應(yīng)小于30%，建筑物離岸距離最小為10 m，建筑物高度不宜超過(guò)10 m。

（3）海域緩沖區(qū)。海島四周為海水所環(huán)繞，海島和海域并不是孤立的，單獨(dú)的個(gè)體，海島開(kāi)發(fā)也需要一定的海域空間。破灶嶼周邊的海域目前密布養(yǎng)殖設(shè)施，且與海島之間距離很近，根據(jù)龍海市海洋與漁業(yè)局和龍海市港尾鎮(zhèn)政府2010年8月19日共同發(fā)出的《關(guān)于破灶嶼周邊海域水產(chǎn)養(yǎng)殖退出的通告》，位于破灶嶼西南部海域的水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)當(dāng)退出。破灶嶼定位為旅游娛樂(lè)用島，島上適宜開(kāi)展休閑度假、觀光、休閑垂釣等旅游活動(dòng)，開(kāi)展休閑垂釣活動(dòng)需要一定的海域空間。

結(jié)合上述分析，破灶嶼周邊海域應(yīng)預(yù)留一定的緩沖區(qū)作為海島開(kāi)發(fā)的輔助區(qū)域。因破灶嶼緊鄰漳州開(kāi)發(fā)區(qū)填海區(qū)，周邊海域空間不大，考慮周邊海域現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)利用情況，結(jié)合破灶嶼實(shí)際需求，建議將破灶嶼周邊150 m范圍內(nèi)的海域劃為緩沖區(qū)，主要可開(kāi)展沙灘修復(fù)、碼頭修建及海上垂釣等旅游娛樂(lè)活動(dòng)。在緩沖區(qū)內(nèi)除養(yǎng)殖外，禁止開(kāi)展與島嶼旅游娛樂(lè)開(kāi)發(fā)無(wú)關(guān)的其他活動(dòng)。由于島嶼西部進(jìn)行了人工開(kāi)山填海，對(duì)海島生態(tài)造成了一定的破壞，因此，建議在人工回填區(qū)附近山體開(kāi)展生態(tài)修復(fù)活動(dòng)，部分恢復(fù)海島自然形態(tài)。

5 利用ArcGIS繪制專題圖

根據(jù)前節(jié)得到的海島各專題數(shù)據(jù)，繪制海島保護(hù)與利用規(guī)劃各專題圖，主要專題圖有海島三維高程模型圖、海島地形坡度分布圖、海島植被分布圖、海島初步較適宜開(kāi)發(fā)利用區(qū)分布圖以及海島保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用分區(qū)圖，如上述系列圖。

6 結(jié)語(yǔ)與展望

海島的保護(hù)與合理開(kāi)發(fā)利用是海島管理中的兩個(gè)方面，如何針對(duì)不同的海島采取不同的保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用模式，是我們今后需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。本研究主要利用GIS手段，從地形、植被以及海島開(kāi)發(fā)利用狀況3個(gè)因素來(lái)探討海島的保護(hù)與可開(kāi)發(fā)利用分區(qū)方案，為海島的保護(hù)與合理開(kāi)發(fā)利用研究提供技術(shù)支撐，進(jìn)而為海島信息化綜合管理提供技術(shù)保障。目前三維可視化GIS技術(shù)與面向?qū)ο蟮姆?wù)端GIS技術(shù)（Arc server）以及移動(dòng)GIS技術(shù)是今后GIS技術(shù)發(fā)展的3個(gè)熱點(diǎn)。今后還可以運(yùn)用GIS中的三維可視化技術(shù)進(jìn)行海島三維可視化管理系統(tǒng)研究，從而構(gòu)建三維海島動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)；利用面向?qū)ο蟮姆?wù)端GIS技術(shù)，向社會(huì)公共以及內(nèi)部管理人員發(fā)布與共享海島管理信息；利用移動(dòng)GIS技術(shù)將可以構(gòu)建海島移動(dòng)GIS信息發(fā)布以及管理系統(tǒng)。

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福建省科技廳省屬公益類科研院所基金專項(xiàng)（2011R1006－6）．