2001—2013年天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶時(shí)空變化特征

楊艷麗，孫艷玲，b，杜晉苗

（天津師范大學(xué)a.城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，b.天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

2001—2013年天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶時(shí)空變化特征

楊艷麗a，孫艷玲a，b，杜晉苗a

（天津師范大學(xué)a.城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，b.天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

為了把握天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶在2001—2013年13年間的變化特征和演變規(guī)律，選取2001年、2006年、2009年和2013年4期遙感影像，借助遙感和GIS手段，對(duì)濱海新區(qū)海岸帶時(shí)空變化特征進(jìn)行全面研究，并簡(jiǎn)要分析了變化的原因.結(jié)果表明：①2001—2013年天津?yàn)I海新區(qū)海岸線變遷較大且向海中快速突進(jìn).海岸線曲折度變大，總長(zhǎng)度明顯增加.②海岸面積變化與海岸線變遷在時(shí)間上保持一致，隨著海岸線向海中延伸，2001—2013年天津?yàn)I海新區(qū)陸域面積快速增大.③天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶變化存在明顯的空間差異.在天津港附近，岸線變遷引起的海岸面積變化最明顯、最集中，海岸面積增長(zhǎng)最大；其次是南港區(qū)域；再次是天津漢沽區(qū)域；永定新河以北部分的岸線變化相對(duì)穩(wěn)定；海岸面積變化最小的區(qū)域位于天津港與南港之間.④2001—2013年天津?yàn)I海新區(qū)海岸線利用率迅速提高，海岸帶的巨大變化主要由該區(qū)域用海項(xiàng)目、海岸帶開(kāi)發(fā)建設(shè)和改造工程以及人類較大程度的干預(yù)活動(dòng)引起.

天津?yàn)I海新區(qū)；海岸帶時(shí)空變化；遙感影像；海岸線長(zhǎng)度；海岸面積

作為海陸間相互作用的地帶，海岸帶是人類活動(dòng)較為頻繁的區(qū)域，其生態(tài)環(huán)境極為復(fù)雜[1].隨著國(guó)際地圈-生物圈計(jì)劃（IGBP）的不斷開(kāi)展，海岸帶研究受到國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注，海岸帶也成為全球變化研究的重要地帶[2-3].海岸線變遷是海岸帶研究的重要內(nèi)容[4]，作為陸海交界線，海岸線受自然要素和人類活動(dòng)的雙重影響而發(fā)生變遷[5].同時(shí)，海岸線的變遷又會(huì)引起海岸面積發(fā)生變化，造成沿岸地區(qū)自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)人類的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生一定影響[6-7].對(duì)海岸帶時(shí)空變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)既是海岸帶海陸交互作用研究（LOICZ）的重要內(nèi)容，也是準(zhǔn)確把握海岸變遷規(guī)律和正確理解海岸地理-生態(tài)過(guò)程的基礎(chǔ)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)海岸資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義[1，5].近年來(lái)，隨著遙感對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星遙感影像在海岸帶變化研究中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，利用遙感技術(shù)探測(cè)研究海岸帶變化已取得一定成果[8-10].

天津?yàn)I海新區(qū)地處環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的中心地帶，是北方對(duì)外貿(mào)易和文化交流的重要樞紐.近年來(lái)，隨著國(guó)家政策的支持和開(kāi)發(fā)力度的加強(qiáng)，該區(qū)經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，成為拉動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新的增長(zhǎng)極，戰(zhàn)略地位十分重要.但是，隨著海岸帶開(kāi)發(fā)熱潮的興起，人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和各類海洋建設(shè)工程逐漸增加，天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶面臨著巨大壓力，海岸線走向、長(zhǎng)度以及海岸面積均在發(fā)生變化[4，6].目前，針對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶變化的研究還相對(duì)較少.2012年，段麗瑤等[11]采用定性方法探討了氣候變化對(duì)天津海岸帶的影響，并提出相應(yīng)對(duì)策，對(duì)天津海岸帶科學(xué)管理具有一定的指導(dǎo)意義，但缺乏對(duì)海岸帶變化趨勢(shì)的定量分析；秦文翠等[10]采用4期遙感影像定量分析了天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶的土地利用變化情況，指出1990—2010年濱海新區(qū)建設(shè)用地不斷增加，而水域和耕地面積不斷減少，通過(guò)土地利用變化情況間接說(shuō)明天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶正在發(fā)生變化，但并未針對(duì)海岸帶變化特征進(jìn)行詳細(xì)探討；王娟等[4]利用遙感和GIS技術(shù)，從岸線變化和濕地變化兩方面分析了天津?yàn)I海新區(qū)1987—2008年的海岸帶變化情況，指出沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)導(dǎo)致天津?yàn)I海新區(qū)自然岸線和濕地面積不斷減少，而人工岸線和岸線總長(zhǎng)度不斷增加.海岸帶變化是一個(gè)隨時(shí)間推移不斷進(jìn)行的過(guò)程，為了進(jìn)一步了解近年來(lái)天津?yàn)I海新區(qū)岸線走向、長(zhǎng)度和海岸面積等海岸帶的變化情況，本研究基于天津?yàn)I海新區(qū)2001年、2006年、2009年和2013年4期遙感影像數(shù)據(jù)，借助遙感和GIS技術(shù)，對(duì)研究區(qū)不同年代的岸線變化信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，定量分析了2001—2013年間海岸帶時(shí)空變化特征和海岸線變遷規(guī)律，以期為天津市海岸帶合理規(guī)劃管理和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考依據(jù).

1 資料來(lái)源和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

天津?yàn)I海新區(qū)位于38°40′N～39°00′N，117°20′E～118°00′E，地處山東半島與遼東半島交匯點(diǎn)和海河流域下游，天津市中心城區(qū)的東部瀕臨渤海，擁有153 km海岸線，陸域面積為2 270 km2，海域面積為3 000 km2，由塘沽、漢沽、大港3個(gè)行政區(qū)和天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、天津港保稅區(qū)、天津港區(qū)以及東麗區(qū)和津南區(qū)的部分區(qū)域組成.該區(qū)域年平均氣溫為12.6℃，年平均降水量為604.3 mm，屬于濱海沖積平原，西北高、東南低，濕地和灘涂廣布，自然資源豐富，工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)極其重要的戰(zhàn)略地位.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究選取研究區(qū)2001年、2006年、2009年和2013年4個(gè)時(shí)期的Landsat系列遙感影像，影像的成像質(zhì)量良好，具體數(shù)據(jù)信息如表1所示.首先，采用遙感軟件ENVI5.1對(duì)Landsat遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正和鑲嵌配準(zhǔn)等處理，使影像和矢量數(shù)據(jù)的投影達(dá)到統(tǒng)一.然后，根據(jù)研究需要，結(jié)合天津?yàn)I海新區(qū)海岸信息和各期遙感影像的特點(diǎn)，選擇合適波段進(jìn)行圖像運(yùn)算和光譜增強(qiáng)等處理，以提高遙感圖像的可解譯性.最后，在ArcGIS10.2軟件的支持下，選擇合適波段對(duì)遙感圖像進(jìn)行假彩色合成，并對(duì)海岸線變化信息進(jìn)行解譯.

表1 研究區(qū)遙感數(shù)據(jù)信息Tab.1 Remote sensing data information in the study area

1.3 研究方法

海岸線是海陸圖中重要的地形要素之一，國(guó)際地理信息委員會(huì)（IGDC）將其定為最重要的27種地表特征之一[12].《海道測(cè)量規(guī)范》（GB12327-1998）[13]、《中國(guó)海圖圖式》（GB12319-1998）[14]和《地形圖圖式》（GB/ T7929-1995）[15]等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，海岸線指平均大潮高潮的痕跡所形成的水陸分界線.國(guó)家與地方法律以及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中均采用相似的定義[12].

本研究采用遙感影像提取海岸線法，首先采用非監(jiān)督分類方法進(jìn)行預(yù)分類，再以預(yù)分類結(jié)果為基礎(chǔ)，

選取訓(xùn)練樣區(qū)運(yùn)用監(jiān)督分類方法進(jìn)行分類；然后提取出多年平均大潮高潮位時(shí)的海陸分界線，通過(guò)柵格矢量化處理，形成線狀數(shù)據(jù)；岸線提取完畢后，以海岸線調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，核實(shí)岸線提取的精度，運(yùn)用ArcGIS10.2軟件對(duì)海岸線的變遷和長(zhǎng)度信息進(jìn)行解譯分析.

2 海岸帶時(shí)空變化分析

2.1 海岸線長(zhǎng)度變化

2001年、2006年、2009年和2013年4個(gè)年份遙感影像所顯示的天津?yàn)I海新區(qū)海岸線位置如圖1所示.由圖1可以看出，2001—2013年，天津?yàn)I海新區(qū)海岸線變遷較大，且向海中快速突進(jìn)，海岸線曲折度明顯增加，海岸線總長(zhǎng)度呈增加趨勢(shì).

圖1 天津?yàn)I海新區(qū)各時(shí)期的岸線位置Fig.1 Shoreline location of Tianjin Binhai New Area in each period

在圖1基礎(chǔ)上對(duì)4個(gè)年份的海岸線長(zhǎng)度及其變化情況進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2和表3所示.

表2 天津?yàn)I海新區(qū)各時(shí)期海岸線長(zhǎng)度Tab.2 Coastline length of Tianjin Binhai New Area in each period

表3 天津?yàn)I海新區(qū)海岸線長(zhǎng)度變化統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of coastline length change of Tianjin Binhai New Area

由表3可知，天津?yàn)I海新區(qū)海岸線長(zhǎng)度在13年間共增加了302.20 km.其中，2009—2013年岸線總長(zhǎng)度增幅最大，增加了194.97 km，漢沽、塘沽和大港三地的岸線長(zhǎng)度均增加，尤以塘沽岸線增加最多；2006—2009年岸線總長(zhǎng)度增幅次之，增加了74.30 km，除大港岸線呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)外，漢沽和塘沽岸線均在增加；2001—2006年岸線總長(zhǎng)度增幅最小，為32.94 km，漢沽和塘沽岸線均在增加，而大港岸線幾乎沒(méi)有變化.

2.2 海岸面積變化

海岸線的長(zhǎng)度變化必然會(huì)帶來(lái)海岸面積的變化.圖2為天津?yàn)I海新區(qū)各時(shí)期海岸發(fā)生變化的區(qū)域，表4為由岸線變遷引起的海岸面積變化的具體數(shù)據(jù).

圖2 天津?yàn)I海新區(qū)岸線增長(zhǎng)區(qū)域Fig.2 Shoreline growth area of Tianjin Binhai New Area

結(jié)合圖2和表4可知，①海岸面積變化方面，2001—2013年，海岸總面積呈現(xiàn)快速增加趨勢(shì)，共增加了340.83 km2.其中，2009—2013年海岸總面積變化最大，增加了151.78 km2；其次是2006—2009年，增加

了136.57 km2；2001—2006年海岸總面積變化最小，增加了52.48 km2.②海岸變化區(qū)域方面，在天津港附近，岸線變遷引起的海岸面積變化最明顯、最集中，這部分區(qū)域在2001—2013年間向海推進(jìn)面積不斷增加，海岸面積增長(zhǎng)最大；其次是南港區(qū)域，2001—2006年僅有極小部分區(qū)域海岸面積增加，2006—2013年海岸面積大幅增加；再次是天津漢沽區(qū)域，2001—2013年該區(qū)域的岸線不斷向海推進(jìn)，海岸面積不斷增加；永定新河以北部分的岸線變化相對(duì)穩(wěn)定，2001—2006年、2006—2009年和2009—2013年3個(gè)階段的海岸面積都有些許增加；海岸面積變化最小的區(qū)域位于天津港和南港之間，2001—2013年這部分區(qū)域海岸線曲折度變化較小、海岸增加面積最小.

表4 天津?yàn)I海新區(qū)海岸面積變化統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistics of the coastal area change of Tianjin Binhai New Area

2.3 討論

天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶的整體變化特點(diǎn)是海岸線增長(zhǎng)，曲折度變大，陸域面積增加，由陸向海擴(kuò)張.海岸線處于陸海交界部位，物理、化學(xué)和生物過(guò)程強(qiáng)烈，受自然和人為因素的共同作用而發(fā)生變遷[11，16].長(zhǎng)期以來(lái)，天津?yàn)I海新區(qū)海岸線一直在風(fēng)暴潮、海平面上升以及海岸沖淤等自然因素的作用下不斷發(fā)生變遷，但演變較為緩慢[11，17].研究發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來(lái)人類活動(dòng)對(duì)天津?yàn)I海新區(qū)海岸線變遷的影響越來(lái)越明顯[4，18].

自2000年以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和對(duì)外貿(mào)易活動(dòng)的日益增加，加上海岸帶開(kāi)發(fā)熱潮的驅(qū)動(dòng)，渤海灣天津海岸帶承受著人類經(jīng)濟(jì)改造的巨大壓力.天津港是天津地區(qū)改造強(qiáng)度最大的地方，東疆和南疆填海造陸、領(lǐng)港工業(yè)區(qū)建設(shè)等人類活動(dòng)強(qiáng)度較大，使海岸線向海中延伸，陸域面積擴(kuò)大；天津南港位于“環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈”中部，以發(fā)展石油化工、冶金裝備制造和工業(yè)為主導(dǎo)，以與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的港口物流業(yè)為支撐，近年來(lái)隨著南港工業(yè)區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)的實(shí)施和入駐企業(yè)的不斷增加，該區(qū)域用海項(xiàng)目增多，用海面積增大，海岸線向海擴(kuò)展；天津漢沽位于濱海新區(qū)北部，作為天津經(jīng)濟(jì)建設(shè)戰(zhàn)略前沿的一部分和天津?yàn)I海新區(qū)十大戰(zhàn)役之一，近年來(lái)經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度也日益加快，隨著濱海旅游航母主題公園、中新生態(tài)城、中心漁港和北疆電廠的建設(shè)，沿岸濕地和天然灘涂被大量占用，海岸線也在發(fā)生變遷；永定新河以北部分的海岸線變遷主要由國(guó)際游樂(lè)港和幾個(gè)突堤、碼頭組成；在天津港和南港之間的狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，人為干預(yù)相對(duì)較少，岸線變遷和海岸面積變化幅度較小，但近年來(lái)隨著天津?yàn)I海新區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，海岸線在一定程度上也在向海延伸.

由此而見(jiàn)，天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶開(kāi)發(fā)建設(shè)和改造工程以及人類較大程度的干預(yù)活動(dòng)是引起本區(qū)域海岸帶發(fā)生變化的主要原因，這與王娟[4]和李秀梅[6]等的研究結(jié)果基本吻合.人類過(guò)度開(kāi)發(fā)活動(dòng)不僅會(huì)使海岸線發(fā)生變遷，也會(huì)對(duì)固有的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，從而對(duì)沿岸地區(qū)的生產(chǎn)生活構(gòu)成威脅.有關(guān)部門須予以重視，合理開(kāi)發(fā)、優(yōu)化布局，實(shí)現(xiàn)海岸帶資源的合理高效利用，促進(jìn)沿岸地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展.

3 結(jié)論

本研究基于天津?yàn)I海新區(qū)2001年、2006年、2009年和2013年4期遙感影像數(shù)據(jù)，利用遙感和GIS技術(shù)，對(duì)2001—2013年13年間的海岸帶時(shí)空變化特征進(jìn)行定量監(jiān)測(cè)和分析，并簡(jiǎn)要分析了變化原因，得到以下結(jié)論：

（1）海岸線長(zhǎng)度變化方面，13年間天津?yàn)I海新區(qū)海岸線變遷較大，向海中快速突進(jìn).海岸線曲折度變大，總長(zhǎng)度明顯增加，共增加了302.20 km.其中，2009—2013年岸線總長(zhǎng)度增幅最大，增加了194.97km；2006—2009年岸線總長(zhǎng)度增幅次之，增加了74.30 km；2001—2006年岸線總長(zhǎng)度增幅最小，為32.94 km.且在漢沽、塘沽、大港三地中，以塘沽海岸線變化最大，2001—2013年間共增加了225.87 km.

（2）海岸面積變化方面，海岸面積變化與海岸線變遷在時(shí)間上保持一致，隨著海岸線向海中延伸，陸域面積不斷增大.13年間，海岸向海推進(jìn)面積快速增加，共增加了340.83 km2.其中，2009—2013年海岸總面積變化最大，增加了151.78 km2；其次是2006—2009年，增加了136.57 km2；2001—2006年海岸總面積變化最小，增加了52.48 km2.

（3）海岸變化區(qū)域方面，天津?yàn)I海新區(qū)海岸變化存在明顯的空間差異.13年間在天津港附近，岸線變遷引起的海岸面積變化最明顯、最集中，海岸增長(zhǎng)面積最大；其次是南港區(qū)域；再次是天津漢沽區(qū)域；永定新河以北部分的岸線變化相對(duì)穩(wěn)定；海岸面積變化

最小的區(qū)域位于天津港和南港之間.

（4）天津?yàn)I海新區(qū)2001—2013年間海岸線利用率迅速提高.海岸帶的巨大變化主要由該區(qū)域用海項(xiàng)目、海岸帶開(kāi)發(fā)建設(shè)和改造工程以及人類較大程度的干預(yù)活動(dòng)引起.

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（責(zé)任編輯 亢原彬）

Spatial-temporal variation characteristics of Tianjin Binhai New Area coastal zone from 2001 to 2013

YANG Yanlia，SUN Yanlinga，b，DU Jinmiaob
（a.College of Urban and Environment Science，b.Tianjin Key Laboratory of Water Resources and Environment，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

In order to capture the variation characteristics and evolution rule of Tianjin Binhai New Area coastal zone during 13 years from 2001 to 2013，by selecting 2001，2006，2009 and 2013 four years remote sensing images，the spatial-temporal variation characteristics of Tianjin Binhai New Area coastal zone were studied comprehensively by remote sensing and GIS and the variation reasons were briefly analyzed.The results showed that：（1）The coastline of Tianjin Binhai New Area changed largely from 2000 to 2013，quickly on rushed toward the sea.The coastline tortuosity became larger and the total length increased significantly.（2）The coastal area variation stayed the same with coastline variation over time.With the coastline extending to the sea，the land area in Tianjin Binhai New Area increased quickly from 2000 to 2013.（3）There were obvious spatial differences in Tianjin Binhai New Area coastal zone variation.Nearby the Tianjin port，coastal area variation，caused by coastline variation，was the most obvious and concentrated，and the coastal growing area was the largest.The coastal area variation in Nangang region ranked second.Ranking third was Tianjin Hangu.In the north of Yongding New River，the coastline variation was relatively stable.The coastal area variation was the smallest in the region between the Tianjin port and Nangang.（4）The coastline utilization of Tianjin Binhai New Area increased rapidly from 2001 to 2013.The great changes of coastal zone were mainly caused by an increased sea-used project，coastal zone development，construction and renovation project，a greater degree of human intervention in this region.

Tianjin Binhai New Area；spatial-temporal variation of coastal zone；remote sensing image；coastline length；coastal area

P737.1

A

1671-1114（2016）05-0046-05

2016-06-08

天津市高等學(xué)校“創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)計(jì)劃”資助項(xiàng)目（TD12-5037）；天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（YF11700102）.

楊艷麗（1992—），女，碩士研究生.

孫艷玲（1977—），女，副教授，主要從事資源環(huán)境遙感與全球變化方面的研究.