基于錦州灣圍填海的海岸線演變分析

張俊麗，趙云，柯麗娜

(遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 大連 116029)

?

基于錦州灣圍填海的海岸線演變分析

張俊麗，趙云，柯麗娜

(遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 大連 116029)

自20世紀(jì)70年代以來(lái)，錦州灣附近海域?qū)嵤┐罅刻詈Ｔ礻懝こ?，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不良影響，有必要對(duì)錦州灣附近海域的圍填海狀況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。文章以5個(gè)時(shí)相的Landsat TM遙感影像作為主要數(shù)據(jù)，利用RS和GIS技術(shù)手段進(jìn)行錦州灣附近海域海岸線的提取，系統(tǒng)分析錦州灣圍填海海岸線的演進(jìn)過(guò)程，并從海岸線長(zhǎng)度和海岸線曲折度等方面對(duì)錦州灣圍填海開(kāi)發(fā)特點(diǎn)進(jìn)行定量分析。

填海造陸；遙感技術(shù)；海岸線

1 引言

在人地關(guān)系緊張以及人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展問(wèn)題日益突出的情況下，海域的科學(xué)利用日益受到關(guān)注。圍填海是人類向海洋索取生存和發(fā)展空間的重要方式，世界上許多資源匱乏的沿海國(guó)家都有圍填海的歷史[1]。自新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)先后出現(xiàn)過(guò)4次大規(guī)模的圍填海高潮，近年來(lái)沿海經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和沿海土地資源的日益稀缺促使圍填?；顒?dòng)呈現(xiàn)速度快、面積大、范圍廣的發(fā)展趨勢(shì)[2-3]，對(duì)附近海域的生態(tài)環(huán)境和社會(huì)生產(chǎn)帶來(lái)巨大影響[4]，因此對(duì)填海造陸加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與研究十分迫切。

目前對(duì)海岸線和圍填海的研究主要集中在2個(gè)方面，即定性分析二者的驅(qū)動(dòng)因子、現(xiàn)狀、結(jié)果和應(yīng)對(duì)政策等[5-8]，以及借助3S技術(shù)進(jìn)行定量分析[9-11]；前者缺乏實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的信息，后者時(shí)間跨度短且多集中在一定范圍內(nèi)[12]。因此，本文選取2000—2013年Landsat系列衛(wèi)星影像，對(duì)錦州灣海域海岸線進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，以獲得研究區(qū)更為精準(zhǔn)的海岸線變遷情況。

錦州是遼寧省“五點(diǎn)一線”戰(zhàn)略的重要建設(shè)區(qū)域，發(fā)達(dá)的交通運(yùn)輸、豐富的礦產(chǎn)資源和優(yōu)越的地理位置等是錦州灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要原因。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展提高對(duì)土地的利用需求，填海造陸成為必然選擇。幾十年的圍填?；顒?dòng)導(dǎo)致錦州灣海域水體凈化能力下降、環(huán)境污染程度加重，對(duì)錦州灣附近海域的圍填海狀況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)并總結(jié)該地區(qū)圍填海的時(shí)空分布和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律尤為必要。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 數(shù)據(jù)源

為在對(duì)錦州灣遙感影像進(jìn)行目視解譯之前盡量減少海冰對(duì)圖像判讀的影響，本文利用多波段組合技術(shù)選擇最優(yōu)圖像，達(dá)到弱化海冰顯示的目的。同時(shí)考慮云量對(duì)數(shù)據(jù)精度的影響，本文優(yōu)先選擇云量相對(duì)較小的遙感影像數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)處理

本研究過(guò)程中對(duì)原始遙感圖像的預(yù)處理工作在圖像處理軟件 ENVI4.7中進(jìn)行，然后在ArcGIS10.1的支持下對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行海岸線的提取操作，同時(shí)結(jié)合其他數(shù)據(jù)確定研究區(qū)界和圍填海分布情況，最后進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算和空間分析。原始遙感圖像的預(yù)處理工作主要包括圖像裁切、圖像假彩色合成、線性拉伸等。

本研究中用到的原始數(shù)據(jù)覆蓋范圍較大，因此首先要對(duì)錦州灣海域進(jìn)行觀測(cè)分析，然后對(duì)原始影像進(jìn)行裁切，得到需要的錦州灣附近海域影像數(shù)據(jù)，以便開(kāi)展下一步的圖像假彩色合成工作。

根據(jù)加色法彩色合成原理，選擇遙感影像的3個(gè)波段，分別賦予紅、綠、藍(lán)3種顏色，即可以合成彩色影像，且由于原色的選擇與原來(lái)遙感波段所代表的真實(shí)顏色不同，生成的合成色不是地物的真實(shí)顏色，這種合成叫做假彩色合成[13]。本文為突出遙感影像中的海岸線進(jìn)程和圍填海進(jìn)程，TM和ETM選擇5(紅)、4(綠)、3(藍(lán))波段合成，形成假彩色影像，提高對(duì)原圖像的分辨能力，便于對(duì)影像進(jìn)行人工目視解譯。

為提高對(duì)圖像的目視解譯效果、方便解譯，需要對(duì)遙感圖像進(jìn)行各種增強(qiáng)算法，根據(jù)研究區(qū)的遙感影像和研究?jī)?nèi)容，采用線性拉伸，在ENVI中設(shè)定遙感圖像灰度值的拉伸范圍，以提高圖像對(duì)海岸線、圍填海信息的顯示效果。

2.3 海岸線提取過(guò)程

利用ENVI4.7對(duì)研究區(qū)遙感影像進(jìn)行裁剪、線性拉伸、圖像增強(qiáng)等預(yù)處理后，在ArcGIS技術(shù)的支持下，分別以遙感影像和DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合行政區(qū)劃確定研究區(qū)界線和各時(shí)期海岸線。

海岸線提取的步驟為：①利用DEM數(shù)據(jù)獲取-10 m的等高線，然后在ArcGIS中疊加行政劃界線，從而確定研究區(qū)界線；②對(duì)每個(gè)年份的影像進(jìn)行多波段彩色合成，將TM/ETM影像選取5、4、3 波段組合方式，有利于弱化海冰的顯示和目視解譯；③將彩色合成后的TM/ETM影像進(jìn)行目視解譯，在AcrGIS10.1中利用矢量化工具勾勒出各年份的海岸線，并利用Model builder工具對(duì)已解譯的海岸線數(shù)據(jù)建立模型，運(yùn)用數(shù)據(jù)提取、線面轉(zhuǎn)化、疊加分析、空間計(jì)算等操作，計(jì)算各時(shí)期的海岸線長(zhǎng)度。

3 錦州灣圍填海開(kāi)發(fā)的演進(jìn)過(guò)程

2000—2013年圍填?；顒?dòng)給錦州灣地區(qū)海岸線帶來(lái)巨大改變，圍填海作業(yè)是該區(qū)海岸線發(fā)生變化的主要原因，圍填?；顒?dòng)主要集中在葫蘆島附近海域和大筆架山附近海域。

3.1 海岸線長(zhǎng)度變化

利用ArcGIS提取海岸線并通過(guò)空間量測(cè)計(jì)算可以得到：2000—2013年錦州灣圍填海海岸線的總長(zhǎng)度由91 279.65 m增長(zhǎng)到161 348.01 m，增長(zhǎng)值為70 068.36 m。其中，2000—2003年填海海岸線增加4 146.37 m，主要集中分布在葫蘆島附近海域；2003—2006年填海海岸線增加24 833.12 m，主要集中分布在葫蘆島附近海域、錦州海域、大筆架山和小筆架山附近；2006—2010年填海海岸線增加33 500.47 m，主要集中分布在葫蘆島附近海域、錦州海域和錦州港附近海域；2010—2013年填海海岸線增加7 588.40 m，主要集中分布在北港工業(yè)區(qū)和葫蘆島附近海域。

3.2 海岸線曲折度變化

海岸線凹凸處形成的海灣是沿海港口建設(shè)、漁業(yè)養(yǎng)殖、交通旅游發(fā)展的重要資源保證，而海岸線曲折度劇變會(huì)增加發(fā)生海洋災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。因此，研究不同時(shí)期錦州灣海岸線曲折度的變化趨勢(shì)、掌握其變化規(guī)律，對(duì)錦州灣區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和海岸生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要意義。

曲折度即折線兩點(diǎn)之間的距離與直線距離的比值，具體計(jì)算公式為：

(1)

式中：Li為岸段間的岸線長(zhǎng)度；LiS為岸段間的海岸線輪廓基線長(zhǎng)度；i為研究區(qū)內(nèi)的岸段數(shù)量。

根據(jù)曲折度模型計(jì)算可得出：2000年海岸線曲折度為3.44；2000—2003年填海造陸面積有所增加但增加幅度較小，對(duì)海岸線曲折度基本沒(méi)有影響，海岸線的總體曲折度無(wú)變化；自2003年開(kāi)始，隨著填海造陸的幅度逐漸增大，海岸線曲折度開(kāi)始產(chǎn)生明顯變化，2006年為4.37，2010年達(dá)到5.63；2010年后由于填海造陸的幅度逐漸減小，海岸線曲折度的變化隨之減小，2013年為5.92。

4 結(jié)論和展望

2000—2013年錦州灣圍填海海岸線總長(zhǎng)度由91 279.65 m增長(zhǎng)到161 348.01 m，增長(zhǎng)值為70 068.36 m，其中2006—2010年增幅最大，區(qū)域經(jīng)濟(jì)也得到迅猛發(fā)展；2010—2013年海岸線增幅開(kāi)始減少，表明研究區(qū)填海造陸已達(dá)到飽和狀態(tài)；海岸線曲折度從2006年的4.37到2010年的5.63，圍填海給錦州灣帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。大面積填海造地造成海岸線的迅速擴(kuò)張，反映錦州灣沿海城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地的強(qiáng)烈需求，同時(shí)也對(duì)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成較大影響，因此開(kāi)展海灣生態(tài)環(huán)境的戰(zhàn)略評(píng)價(jià)，為該區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)具有重要意義[14-15]。

[1] 宋紅麗，劉興土.圍填?；顒?dòng)對(duì)我國(guó)河口三角洲濕地的影響[J].史地科學(xué)，2013，11(2)：297-304.

[2] 金彭年，陳小龍.海岸帶可持續(xù)發(fā)展立法芻議：以填海造地為視角[J].法制研究，2012(2)：50-59.

[3] 于海波，莫多聞，吳健生.深圳填海造地動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)因素分析[J]，地理科學(xué)進(jìn)展，2009，28(4)：584-590.

[4] 朱高儒，許學(xué)工.填海造陸的環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20(4)：761-766.

[5] 劉偉，劉百橋.我國(guó)圍填?，F(xiàn)狀、問(wèn)題及條空間對(duì)策[J].廣州環(huán)境科學(xué)，2008，23(2)：26-30.

[6] 戴桂香，蘭香.基于海洋產(chǎn)業(yè)角度對(duì)圍填海開(kāi)發(fā)影響的理論分析：以環(huán)渤海地區(qū)為例[J].海洋開(kāi)發(fā)與管理，2009，26(7)：24-28.

[7] 李建國(guó)，韓春花，康慧.濱海新區(qū)海岸線時(shí)空變化特征及成因分析[J].地質(zhì)調(diào)查與研究，2010，33(1)：63-70.

[8] 馮守珍，于甲，李杰.廣西海島海岸線變遷與動(dòng)態(tài)演變及影響分析[J].海岸工程，2010，29(3)：37-42.

[9] 張國(guó)華，郭艷霞，黃韋良，等.1986年以來(lái)杭州圍墾淤漲狀況衛(wèi)星遙感影像調(diào)查[J].國(guó)土資源遙感，2006，17(2)：50-54.

[10] 丁麗霞，周斌，張新剛，等.浙江大陸淤漲型海岸線的變遷遙感調(diào)查[J].科技通報(bào)，2006，22(3)：292-298.

[11] 馬小峰，趙冬至，邢小是，等.海岸線衛(wèi)星遙感影像提取方法研究[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2007，26(2)：185-189.

[12] 趙玉靈.近30年來(lái)我國(guó)海岸線遙感調(diào)查與演變分析[J].國(guó)土資源遙感，2010，22(增刊)：174-177.

[13] 梅安新.自然地理學(xué)原理[M].北京：高等教育出版社，2010.

[14] 劉敏，方如康，李朝頤，等.現(xiàn)代地理科學(xué)詞典[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[15] 雷寧，胡小穎，周興華.膠州灣圍填海的演進(jìn)過(guò)程及其生態(tài)環(huán)境影響分析[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2013，22(4)：506-509.

Analysis of Coastline Evolution Based on the Reclamation of Jinzhou Bay

ZHANG Junli，ZHAO Yun，KE Lina

(School of urban and Environmental Sciences，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China)

Since 1970s，a large number of land reclamation projects were implemented in the waters near the Gulf of Jinzhou，which have promoted the economic development as well as causing the adverse ecological and environmental effects.It is necessary to monitor the status of the reclamation areas near the Gulf of Jinzhou.This study based on five phases of the Landsat TM remote sensing images as the main data were extracted in the Jinzhou Bay coast line，by using RS and GIS technology，the system analysis of Jinzhou Bay reclamation coastline evolution process，and the length change from the coastline.Quantitative analysis on the characteristics of reclamation development was carried out in Jinzhou Bay by using the structure of the sea and shoreline twists and turns.

Land reclamation，Remote sensing technique，Coastline

2016-05-13；

2016-09-01

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(201410165000000)；中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目(2014M561248)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41501594).

張俊麗，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)應(yīng)用，電子信箱：1903358448@qq.com

柯麗娜，副教授，博士，研究方向?yàn)楹Ｑ筚Y源開(kāi)發(fā)與利用、遙感及地理信息系統(tǒng)應(yīng)用，電子信箱：kekesunny@163.com

P74

A

1005-9857(2016)10-0089-03