閩江口海岸線40年變遷遙感監(jiān)測(cè)與分析

鄭旭霞

(福建省地質(zhì)測(cè)繪院，福州，350011)

海岸線是陸地與海洋的分界線，主要是指多年大潮平均高潮位時(shí)的海與陸的分界線[1]。由于河口淤積、氣候變暖導(dǎo)致海平面上升等自然條件的變化，以及人工圍墾、填海造地、海洋工程等人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致海岸線在不斷地發(fā)生著變化。因此，快速而又準(zhǔn)確的測(cè)定海岸線的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)于海岸線與海岸保護(hù)及利用、海域使用、海洋執(zhí)法等活動(dòng)具有十分重要的意義[2]。

遙感具有大范圍實(shí)時(shí)同步獲取不同尺度時(shí)空信息的優(yōu)勢(shì)，而且不受地表、海面、天氣或地理位置偏遠(yuǎn)、環(huán)境條件惡劣等條件的限制[3]。因此，遙感技術(shù)在海岸線調(diào)查、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)基于遙感手段的海岸線信息提取方法開展了大量的研究，并提出多種提取算法[4-6]，大致分為2類：①瞬時(shí)水邊線的提取法，該方法把海岸線和瞬時(shí)水邊線混淆，沒有考慮潮汐的變化對(duì)其所謂“岸線”位置的影響；②基于嚴(yán)格定義的海岸線提取法，該方法考慮了海岸線與潮汐的關(guān)系。而國(guó)際上很多國(guó)家采用多年平均大潮高潮線法，平均大潮高潮線是指海洋潮流達(dá)到大潮高潮時(shí)，海水所淹沒的平均界線。筆者采用平均高潮線法提取閩江口海岸線信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并研究分析近40年來閩江口海岸線變遷與長(zhǎng)度變化情況。

1 研究區(qū)概況

閩江口地區(qū)海岸線漫長(zhǎng)曲折，大陸海岸線自羅源鑒江至福清江兜(不包括平潭島)，長(zhǎng)約800 km，島嶼岸線長(zhǎng)約300 km。福州沿海海域廣闊，海底地形平坦舒緩，并有階地、峽谷等海底地貌，絕大部分為大陸架淺海[7]。閩江口漫長(zhǎng)曲折的海岸線構(gòu)成了眾多大小港灣，其中較大的有羅源灣、定海灣、馬尾港、漳港灣、福清灣和興化灣，而沿海島嶼更是星羅棋布，數(shù)以萬(wàn)計(jì)。

閩江口以北為山地丘陵，沿岸群山峻嶺，谷嶺相間，崗巒起伏的山地高丘直逼海岸。閩江口以南為低丘、臺(tái)地和平原，有福州、興化兩大河口平原。

閩江口地區(qū)北岸段，淺海灘涂的氣溫、水溫適宜多種藻類、魚蝦類和貝類的養(yǎng)殖，是由于該岸段秋季降溫早，初春氣溫低，較為適合海帶和紫菜的養(yǎng)殖。此外，閩江口地區(qū)海岸線有一半是基巖岸線，而該區(qū)的基巖岸線主要為弱侵蝕型，如興化灣、福清灣、羅源灣等港灣內(nèi)岬角和島嶼基巖岸段，因?yàn)樗幍牡匦坞[蔽、波浪作用微弱，基巖岸坡較緩，有較寬的泥砂灘發(fā)育，為灘涂圍墾提供了廣闊的空間。因此，閩江口以北地區(qū)圍墾養(yǎng)殖在逐年增加。而閩江口以南地區(qū)有福州、興化兩大河口平原，城鎮(zhèn)發(fā)展較快，頻繁圍海造地、港口開發(fā)建設(shè)，導(dǎo)致海岸線變化較大。

2 海岸線提取數(shù)據(jù)源與分析方法

2.1 數(shù)據(jù)源

系統(tǒng)搜集了閩江口地區(qū)5個(gè)時(shí)相的底圖數(shù)據(jù)有1970年1∶10000數(shù)字地形圖；1986，1994，2002，2010年衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于美國(guó)Landsat TM/ETM+、法國(guó)SPOT5。時(shí)相底圖數(shù)據(jù)參數(shù)(表1)。

表1 5個(gè)時(shí)相底圖數(shù)據(jù)參數(shù)Table1 The five phase map data situation

運(yùn)用ERDAS IMAGE遙感圖像處理軟件對(duì)Landsat TM/ETM+及SPOT5遙感圖像進(jìn)行專業(yè)數(shù)據(jù)信息處理，從中提取海岸線信息，結(jié)合地面實(shí)地考察進(jìn)行判定。利用ArcGIS Tools的疊合功能進(jìn)行分析、計(jì)算，運(yùn)用遙感解譯得到閩江口海岸線信息，通過比對(duì)分析其變遷規(guī)律。

2.2 海岸線影像特征

閩江口地區(qū)海岸線類型主要有基巖岸線、人工岸線、砂質(zhì)岸線、泥質(zhì)岸線4類。不同類型的海岸線有不同的特點(diǎn)，遙感解譯標(biāo)志也不同。

2.2.1 基巖型海岸線影像特征

由于形成基巖海岸區(qū)域的坡度一般較大，當(dāng)漲落潮時(shí)對(duì)基巖海岸線影響相對(duì)較小，可以直接用解譯結(jié)果來進(jìn)行對(duì)比分析?；鶐r海岸海蝕崖明顯，高度較大，崖體上下地物區(qū)分明顯。崖上為侵蝕、剝蝕臺(tái)地，上面覆蓋有土壤層及耕地，生長(zhǎng)有許多植被、農(nóng)作物，光譜反射率高。崖下為碎石堆積物以及磨蝕岸灘，常被潮水淹沒，很少有植被或其它植物生長(zhǎng)，光譜反射率低。這一光譜反射率的差異表現(xiàn)在單波段影像上主要為灰度的差異，而對(duì)于合成彩色圖像而言，則表現(xiàn)為顏色上的差異，為岸線的劃定提供了良好的標(biāo)志[8]。在高分辨率遙感影像上地形起伏，紋理粗糙，主要分布于基巖岬角岸段、半島和島嶼，其岸線曲折，呈典型的鋸齒狀海蝕岸(圖1a)。

2.2.2 人工海岸線影像特征

海岸帶是人類活動(dòng)頻繁的區(qū)域，人類圍墾、填海造地、灘涂養(yǎng)殖等修建了許多堤壩，影像上呈規(guī)則線性，與海域界線明顯(圖1b)。這些堤壩邊緣不受潮汐作用的影響，可以作為海岸線，有利于遙感影像對(duì)其直接監(jiān)測(cè)。

2.2.3 砂質(zhì)海岸線影像特征

砂質(zhì)海岸對(duì)應(yīng)著沙灘和過渡型砂礫質(zhì)岸灘，在真彩色高分影像上呈灰黃、淺黃色色調(diào)，由海至陸地呈漸變色調(diào)，紋理平滑(圖1c)，主要分布于長(zhǎng)樂海濱一帶。

2.2.4 泥質(zhì)海岸線影像特征

泥質(zhì)岸線對(duì)應(yīng)著泥質(zhì)灘或泥砂質(zhì)灘，海洋環(huán)境良好，營(yíng)養(yǎng)豐富，一般可成為重要的灘涂養(yǎng)殖區(qū)域。在影像上呈灰色、淺灰色色調(diào)，紋理平滑、細(xì)膩(圖1d)，主要分布于羅源灣、福清灣等半封閉的谷河口海灣。

圖1 閩江口海岸線衛(wèi)星影像紋理特征Fig.1 The satellite image characteristics of shorelinea—基巖岸線；b—人工岸線；c—砂質(zhì)岸線；d—泥質(zhì)岸線

2.3 海岸線提取方法

依據(jù)以上各類型海岸線影像特征，解譯出不同時(shí)間的海岸線。在通常情況下，海岸線的提取采用閾值法即可實(shí)現(xiàn)，其前提條件是水陸邊界線位置受潮汐、海岸地形等因素的影響變化很小，岸線相對(duì)穩(wěn)定。研究表明,在缺乏潮位和地形資料的情況下，平均大潮高潮線法是一種切實(shí)可行的方法，能夠滿足宏觀分析所需的精度。平均大潮高潮線是指海洋潮流達(dá)到大潮高潮時(shí)，海水所淹沒的平均界線。由于海水淹沒的沙灘與未淹沒的沙灘具有不同的潮灘物質(zhì)成分，且暴露于水面之上的時(shí)間不同，致使沙灘含水量明顯不同，具有不同的反射率，從而在遙感影像的紅外波段具有不同的灰階和色彩特征信息。因此，根據(jù)近紅外波段的水體反射輻射率明顯單一并低于其他地物的特性，將平均大潮高潮線位置進(jìn)行提取，并結(jié)合人機(jī)交互修正方法，從而獲得各時(shí)段的海岸線。

3 閩江口海岸線動(dòng)態(tài)變化及分析

3.1 閩江口海岸線總體變遷分析

基于上述方法提取出的海岸線信息，再經(jīng)過野外實(shí)地勘查驗(yàn)證、并進(jìn)行修正后，得出了1970，1986，1994，2002，2010共5個(gè)年份的閩江口各類型海岸線的空間位置，不同時(shí)相各類型海岸線長(zhǎng)度變遷統(tǒng)計(jì)情況(表2)。統(tǒng)計(jì)分析表明，閩江口海岸線長(zhǎng)度變遷總體呈下降趨勢(shì)。其中人工岸線逐年遞增，2010年人工岸線長(zhǎng)度是1970年的2.8倍。泥質(zhì)岸線、砂質(zhì)岸線則逐年遞減，其中泥質(zhì)岸線變化最為劇烈，2010年泥質(zhì)岸線的長(zhǎng)度僅為1970年的28%，基巖岸線相對(duì)較穩(wěn)定。

閩江口地區(qū)海岸線在20世紀(jì)70年代至90年代岸線變遷主要是海灣區(qū)填海圩垸，用于蝦、貝、魚等養(yǎng)殖用地；90年代至2002年則為鄉(xiāng)鎮(zhèn)用地和養(yǎng)殖開發(fā)用地并存，而2002年至2010年期間岸線變遷主要表現(xiàn)為港口、工業(yè)等建設(shè)用地。

主要分布于羅源灣、官嶺村、曉澳鎮(zhèn)、道澳村、壺江村、梅花鎮(zhèn)、松下港、興化灣等地，其中最為明顯的是興化灣和羅源灣。興化灣則多以工業(yè)用地為主，新建了江陰港、火力發(fā)電站、福清核電站等；羅源灣主要新建了工業(yè)碼頭、砂碼頭、獅歧碼頭、可門港、羅源火車站以及部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民用地。閩江口海岸線由羅源灣、定海灣、馬尾港、漳港灣、福清灣和興化灣6部分組成，其中定海灣和馬尾港海岸線變化較小，其他4個(gè)海岸線變化較大。

表2 各類型海岸線長(zhǎng)度變遷統(tǒng)計(jì)情況(單位：km)Table2 The statistics of difference types of coastline lenth

3.2 羅源灣岸段海岸線變遷分析

近40年來，羅源灣岸段的泥質(zhì)岸線變化最為明顯，每個(gè)階段各類型海岸線都有較大幅度的變化，主要原因是人工圍墾所致。1970～1986年，羅源灣海岸線由172 km減少到了150 km。主要是新建大官坂圍墾區(qū)，泥質(zhì)岸線減少18.1 km，人工岸線增加2.3 km，基巖岸線減少5.6 km。1986～1994年，羅源灣海岸線由150 km減少到119 km。主要是羅源松山鎮(zhèn)巽嶼村至乘風(fēng)村圍墾，人工岸線減少了1.1 km，泥質(zhì)岸線減少了20 km，基巖岸線減少了2.2 km。1994～2002年，羅源灣海岸線由119 km減少到110 km。主要是羅源松山鎮(zhèn)白水村圍墾，人工岸線增加了1.7 km，泥質(zhì)岸線減少了8.9 km。2002～2010年，羅源灣海岸線由110 km增加到113 km。主要是羅源碧里鄉(xiāng)先鋒村至梅花村的圍海造地，使4.5 km的泥質(zhì)岸線變?yōu)?.4 km的人工岸線；另外，連江可門港區(qū)圍海造地，使得3.0 km的泥質(zhì)岸線變?yōu)?.2 km的人工岸線。

3.3 漳港灣岸段海岸線變遷分析

1970～1994年，漳港灣岸段海岸線比較穩(wěn)定，變化很少。但在1994～2002年變化比較大，海岸線由39 km減少到29 km。主要是長(zhǎng)樂江田圍墾，該圍墾區(qū)岸線由原來的人工岸線1.9 km、泥質(zhì)岸線7.7 km、砂質(zhì)岸線3.4 km，變?yōu)槿斯ぐ毒€4.0 km。2002～2010年，海岸線由29 km增加到35 km。主要是長(zhǎng)樂松下鎮(zhèn)牛頭灣碼頭圍海造地，岸線由原來的基巖岸線2.9 km，變?yōu)槿斯ぐ毒€8.7 km。

3.4 福清灣岸段海岸線變遷分析

1970～1986年，福清灣海岸線由158 km減少到136 km。主要是福清三山鎮(zhèn)的圍墾，使得該圍墾區(qū)內(nèi)的人工岸線增加到2.8 km，泥質(zhì)岸線減少15.9 km。另外，福清市城頭鎮(zhèn)的圍墾，人工岸線減少了4.9 km，泥質(zhì)岸線減少了0.1 km。1986～1994年，福清灣海岸線由136 km減少到117 km。主要是龍?zhí)镦?zhèn)、三山鎮(zhèn)的圍墾，人工岸線增加1.9 km，泥質(zhì)岸線減少22.6 km。1994～2002年，福清灣海岸線比較穩(wěn)定，變化很少。2002～2010年，福清灣海岸線由117 km減少到106 km。主要是港頭港的圍墾，人工岸線減少5.1 km，基巖岸線減少4.1 km，泥質(zhì)岸線減少4.1 km。

3.5 興化灣岸段海岸線變遷分析

1970～1986年，興化灣海岸線由257 km減少到254 km。主要是東港和西港圍墾，使得海岸線有所減少。1986～1994年，興化灣海岸線比較穩(wěn)定，變化少。1994～2002年，興化灣海岸線由254 km減少到241 km。主要是東港和西港繼續(xù)向外圍墾，使得海岸線減少較多。2002～2010年間，興化灣海岸線由241 km增加到253 km。主要是江陰半島圍海造地，使得該范圍內(nèi)的岸線由原來的人工岸線9.7 km、砂質(zhì)岸線2.2 km，變?yōu)槿斯ぐ毒€19.2 km。另外，三山鎮(zhèn)前學(xué)薛村圍海造地，岸線由原來的人工岸線1.7 km、基巖岸線6.3 km，變?yōu)槿斯ぐ毒€8.3 km。

4 結(jié)論

(1)采用衛(wèi)星遙感調(diào)查與GIS空間分析技術(shù)相結(jié)合的方法，探討研究分析了近40年來閩江口海岸線變遷演化規(guī)律。其中5個(gè)時(shí)段閩江口海岸線空間位移與長(zhǎng)度變化。

(2)其主要原因是人類活動(dòng)因素導(dǎo)致閩江口沿海岸線的變遷及長(zhǎng)度變化。對(duì)變遷情況進(jìn)行實(shí)地勘查驗(yàn)證對(duì)比及綜合分析研究表明，閩江口海岸線在逐年不斷縮短，人工岸線逐年不斷增加，其中羅源灣、漳港灣、福清灣和興化灣變化最大。

(3)采用不同時(shí)相的遙感影像數(shù)據(jù)源，能夠快捷地獲取不同年份各類型海岸線的變化信息，通過剖析變化的因素，總結(jié)變遷演化規(guī)律，可以為海岸帶的開發(fā)利用及海洋資源的保護(hù)提供翔實(shí)的科學(xué)參考依據(jù)。

文章承蒙張書煌教授級(jí)高級(jí)工程師的悉心指導(dǎo)、審閱，并提出寶貴修改意見，在此表示衷心感謝！

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