三門灣海岸線時(shí)空演變特征分析

□ 浙江省第二測(cè)繪院 馮柏棟 司 涵 胡國(guó)軍 姜安春

三門灣海岸線時(shí)空演變特征分析

□ 浙江省第二測(cè)繪院 馮柏棟 司 涵 胡國(guó)軍 姜安春

一、引言

海岸線是海洋與陸地的分界線，會(huì)因海面升降、地殼升降和海陸分布的變化而變動(dòng)，同時(shí)又是物質(zhì)、能量、信息交換最頻繁、最集中的區(qū)域之一。海岸帶地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱，處于人口與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的密集區(qū)，資源環(huán)境問(wèn)題突出。隨著海灣開發(fā)利用的深入，城市圍海造地、鹽田圍墾、海岸工程建設(shè)、灣內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖等人類活動(dòng)為海灣社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也帶來(lái)了諸多負(fù)面影響。圍海造地引起了海灣面積減小，減少了海灣納潮量，降低了潮流流速，使海灣產(chǎn)生淤積，影響水體交換。

三門灣是一個(gè)典型的半封閉式強(qiáng)潮多汊道海灣，在浙江沿岸海灣中有一定的代表性，灣內(nèi)島嶼眾多，岸線綿長(zhǎng)曲折，多級(jí)港汊深嵌內(nèi)陸并與大面積舌狀潮灘相間排列，構(gòu)成浙閩海岸特有地貌。三門灣既有基巖海岸，又有淤泥質(zhì)或人工海岸豐富的灘涂資源，具有重要的經(jīng)濟(jì)地位，這驅(qū)使三門灣長(zhǎng)期以來(lái)不斷進(jìn)行圍涂工程。在海洋資源開發(fā)熱潮下，人類活動(dòng)對(duì)三門灣地區(qū)的影響已遠(yuǎn)超過(guò)自然影響力的作用。面對(duì)海灣所承受的巨大壓力，人類的目光已經(jīng)開始從僅僅追求經(jīng)濟(jì)利益向著同時(shí)兼顧生態(tài)、環(huán)境效益轉(zhuǎn)變。

本文通過(guò)收集近50年來(lái)的三門灣海岸線資料，利用GIS技術(shù)和相關(guān)數(shù)學(xué)方法，從定量角度分析三門灣海岸線時(shí)空演變特征，為管理部門科學(xué)的開發(fā)與規(guī)劃提供參考依據(jù)。

二、區(qū)域概況

三門灣位于浙江省海岸中段，北與象山港接壤，南鄰臺(tái)州灣，東界為南田島金七門與浦壩港牛頭門連線，呈西北-東南走向。灣口面向東南，與東海相連，除東北面石浦港與外海相通外，三面環(huán)陸，與象山港、樂清灣并列為浙江著名的三大半封閉海灣。地理范圍為北緯 28°57′-29°22′，東經(jīng)121°25′-121°58′。行政區(qū)屬寧波市的寧?？h、象山縣和臺(tái)州市的三門縣。

▲ 圖1 三門灣位置示意圖

三門灣地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，受季風(fēng)氣候的影響，四季分明，氣候溫和，雨水充沛，累年平均降水量1375.3毫米，降水量主要集中在3-9月，占年降水量的80%左右，全年大致可分為兩個(gè)雨季和兩個(gè)相對(duì)干季：第一個(gè)雨季包括3-5月的春雨和亂7月初的梅雨，第二個(gè)雨季出現(xiàn)雜8-9月。第一個(gè)相對(duì)干季出現(xiàn)在7月，第二個(gè)相對(duì)于季是10月至次年二月。夏季沿岸盛行偏南氣流，冬季盛行偏北氣流，年平均風(fēng)速1.9-5.6米/秒，區(qū)域變化明顯。年平均霧日13.0-54.6天，季節(jié)變化明顯，灣口霧日多余于灣頂。

海岸主要有基巖海岸、淤泥質(zhì)海岸和人工海岸，灣內(nèi)島嶼羅列，減弱了一部分動(dòng)力作用，又有一定的細(xì)顆粒物質(zhì)來(lái)源，因此淤泥質(zhì)海岸發(fā)育良好，擁有大量廣闊的舌狀潮灘，包括粉砂和淤泥灘，基巖岬角之間也發(fā)育相對(duì)狹小的潮灘，有豐富的灘涂資源，舌狀潮灘之間港汊間布，自然狀態(tài)下水深良好、穩(wěn)定，灣頂腹地蓄潮區(qū)廣闊，納潮量可觀。

三、數(shù)據(jù)獲取與處理

（一）數(shù)據(jù)獲取

為了研究長(zhǎng)時(shí)間尺度的三門灣海岸線時(shí)空變化特征，本論文的數(shù)據(jù)源涉及不同比例尺，不同數(shù)據(jù)源。研究時(shí)段為60年代、90年代以及現(xiàn)狀（2007年、2011年和2015年），數(shù)據(jù)主要包括海岸線數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)。

（二）岸線信息提取

首先將5期岸線進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一。不同來(lái)源的空間數(shù)據(jù)有著不同坐標(biāo)參考體系和不同投影方式，5期海岸線均統(tǒng)一采用CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)，中央經(jīng)線120度的高斯克呂格投影方式，將多源多時(shí)相的海圖、地形圖、遙感圖、矢量數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系進(jìn)行歸一化處理。

60年代海岸線提取自1964年Landsat TM遙感影像圖，將遙感影像進(jìn)行增強(qiáng)處理，同時(shí)參照海圖、航空?qǐng)D等資料，對(duì)海岸線進(jìn)行修正，將海岸線分為人工岸線和自然岸線兩類。對(duì)于人工海岸，人工構(gòu)筑物大都由水泥和石塊構(gòu)筑，具有較高的光譜反射率，把堤壩的外邊緣線作為海岸線；自然海岸以影像水陸分界線為界。

90年代海岸線取自三門灣海圖，于1998年測(cè)量，將海岸線分為人工岸線和自然岸線兩類。將海岸線矢量化后并轉(zhuǎn)為CGCS2000坐標(biāo)系。

表1 三門灣海岸線研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

（三）變化速率計(jì)算

根據(jù)多時(shí)期歷史海岸線數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法計(jì)算海岸線及海岸帶面積變化速率，分析各類岸線的變化特征。本研究采用端點(diǎn)速率法。

基于兩個(gè)歷史位置移動(dòng)的距離除以其時(shí)間差來(lái)計(jì)算變化速率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中，D1和D2分別為時(shí)間T1 和T2的位置數(shù)據(jù)，即參與計(jì)算的歷史數(shù)據(jù)中時(shí)間跨度最大的兩個(gè)位置數(shù)據(jù)。

四、海岸線時(shí)空演變特征分析

（一）海岸線時(shí)空演變過(guò)程

1.60 年代-90年代

▲ 圖2 三門灣60年代海岸線分布圖

▲ 圖3 三門灣90年代海岸線分布圖

▲ 圖4 60年代和90年代海岸線對(duì)比圖

三門灣海岸線總長(zhǎng)度從60年代到90年代總體呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，60年代岸線總長(zhǎng)度為476.61千米，其中，人工岸線長(zhǎng)度為186.74千米，占39.18%，主要為人工在農(nóng)田、水塘和灘涂之間修筑的護(hù)坡和防潮堤，自然岸線長(zhǎng)度為289.87千米，主要類型為基巖，在健跳港以南以及蟹鉗港處分布較多。

90年代岸線總長(zhǎng)度為389.72千米，減少了18.23%，從變遷因素來(lái)看，人為為主要影響因素，包括修建岸堤、養(yǎng)殖池、圍海造陸、修建水利工程等。在象山縣南部，由于修建養(yǎng)殖池、防潮提，使得海島并陸，大陸岸線長(zhǎng)度減少，而海岸帶向外推移，面積增加；而在寧?？h南部，90年代以后由于修建水利工程，胡陳港演變?yōu)閮?nèi)陸的胡陳港水庫(kù)，大陸海岸線長(zhǎng)度明顯減少；除此之外，在三門縣北部蛇蟠水道、旗門港等地，還存在修建養(yǎng)殖池、圍海造陸的情況，使得海岸線向外推移，長(zhǎng)度逐漸減少，而海岸帶面積增加。90年代人工岸線為174.31千米，自然岸線為215.41千米，相對(duì)于60年代岸線長(zhǎng)度均有所減少，但人工岸線占岸線總長(zhǎng)度比例增加，占到44.73%。

2.90 年代-2007年

▲ 圖5 三門灣2007年海岸線分布圖

▲ 圖6 90年代和2007年海岸線對(duì)比圖

2007年海岸線總長(zhǎng)度為373.13千米，相比90年代減少了4.26%，總體相差不大。通過(guò)對(duì)比可知，2007年海岸線整體向外推移，尤其是三門縣北部和寧?？h南部，變化最為明顯，由于圍海造陸、漁業(yè)養(yǎng)殖等工程，使得海島并陸，海岸線大幅度向外推移，陸地面積增加，長(zhǎng)度也隨之增加，見圖7，90年代兩處小島原并不屬于大陸海岸線，北部小島原為蛇蟠島，是三門縣第一大島，1992年建立蛇蟠鄉(xiāng)，旅游業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖資源豐富，因圍墾連接寧海縣一市鎮(zhèn)后成為半島；南部小島原為正嶼村花鼓島，為三門縣僅次于蛇蟠島的第二大島，1992年劃為三門縣六敖鎮(zhèn)，村民的收入由依靠捕魚逐漸向?yàn)┩筐B(yǎng)殖發(fā)展，正嶼村周圍的淺海和灘涂逐步圍墾，建立養(yǎng)殖區(qū)，改造塘壩，并入大陸海岸線，2013年區(qū)劃調(diào)整為三門縣海潤(rùn)街道。但由于從90年代到2007年，各海灣內(nèi)部多處修建養(yǎng)殖池，導(dǎo)致海岸線由原本彎曲的自然岸線（或人工岸線）變?yōu)槠街钡娜斯ぐ毒€，使得海岸線總長(zhǎng)度減少。

▲ 圖7 90年代和2007年遙感影像對(duì)比圖

2007年人工岸線為262.61千米，相比90年代其比例大幅度增加，占到了海岸線總長(zhǎng)度的70.38%，自然岸線僅為110.52千米，除象山縣的蟹鉗港內(nèi)和三門縣健跳港以南，其余海岸線基本均為人工海岸線。

3.2007 年-2011年

▲ 圖8 三門灣2011年海岸線分布圖

▲圖9 2007年和2011年海岸線對(duì)比圖

三門灣2011年海岸線總長(zhǎng)度為379.27千米，相比2007年變化不大，海岸線的變遷主要發(fā)生在寧?？h南部，2007年此處原為下洋涂，是寧?？h成片面積最大的灘涂資源，到2011年，已劃為寧?？h長(zhǎng)街鎮(zhèn)的一部分。寧?？h南部下洋涂圍墾工程是省、市、縣重點(diǎn)工程，自2007年初，正式啟動(dòng)前期工作，于2007年12月正式開工，至2013年1月全面完工。圖10為2011年圍墾狀況，可以看出，至2011年為止，下洋涂雖已劃入大陸海岸線，但利用程度較低，主要利用方式仍為灘涂和漁業(yè)養(yǎng)殖。下洋涂圍墾工程竣工后，成為寧波南部濱海新區(qū)未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心區(qū)之一。2011年人工海岸線長(zhǎng)度為271.82千米，相比2007年增長(zhǎng)了3.51%，自然海岸線長(zhǎng)度為107.45千米，相比2007年減少了2.78%，同時(shí)，人工海岸線比例也在持續(xù)增長(zhǎng)，到2011年，人工海岸線占岸線總長(zhǎng)度的71.67%。

▲ 圖10 2007年和2011年遙感影像對(duì)比圖

4.2011 年-2015年

▲ 圖11 三門灣2015年海岸線分布圖

表2 三門灣海岸線變化速率綜合分析

▲ 圖12 2011年和2015年海岸線對(duì)比圖

2015年海岸線總長(zhǎng)度為423.11千米，相比2011年增加了11.56%，人工海岸線為327.51千米，比例繼續(xù)增加，占到了岸線總長(zhǎng)度的77.41%，自然海岸線減少。從2011年到2015年，海岸帶面積僅增加了10.57平方公里，變化不大，圍填海主要發(fā)生在三門縣海潤(rùn)街道、蛇蟠鄉(xiāng)以及象山縣的新橋鎮(zhèn)。三門縣境內(nèi)面積增加了4.69平方公里，象山縣境內(nèi)面積增加了3.86平方公里。

（二）海岸線長(zhǎng)度變化速率分析

人工修筑的岸堤、養(yǎng)殖池、水利工程等對(duì)海岸線的變遷影響十分明顯，海島并陸、汊道演變?yōu)閮?nèi)陸水庫(kù)等使得海岸帶增加明顯，但60年代和90年代自然岸線比例較高，且變化速率相對(duì)較慢，海岸線總長(zhǎng)度年均減少2.56千米。

自2007年以后，人工岸線的比例均在70%以上，至2015年，自然岸線僅為95.6千米。岸線總長(zhǎng)度在 2011到 2015年之間變化速率最快，年均增加10.96千米，海灣面積在2007到2011年之間變化速率最快，年均增加9.23平方公里。

五、結(jié)論

三門灣海岸線從60年代到90年代總體呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，主要由于人工修筑岸堤、水利工程等原因，使得海島并陸，港灣演變?yōu)閮?nèi)陸水庫(kù)，大陸岸線長(zhǎng)度減少，而海岸帶向外推移，岸線總長(zhǎng)度減少了18.23%；從90年代到2007年，大陸岸線的變遷主要發(fā)生在三門縣北部和寧?？h南部，三門縣北部蛇蟠島和花鼓島由于圍海造陸、漁業(yè)養(yǎng)殖等工程，逐漸與大陸岸線連接，演變?yōu)槿T縣蛇蟠鄉(xiāng)和海潤(rùn)街道；從2007年到2011年，海岸線的變遷主要發(fā)生在寧?？h南部，下洋涂圍墾工程使得下洋涂并入寧?？h長(zhǎng)街鎮(zhèn)，成為寧波南部濱海新區(qū)未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心區(qū)之一；至2015年，海岸線總長(zhǎng)度增加了11.56%，圍填海主要發(fā)生在三門縣海潤(rùn)街道、蛇蟠鄉(xiāng)以及象山縣的新橋鎮(zhèn)。

▲ 圖13 海岸線長(zhǎng)度年際變化

近50年來(lái)，三門灣海岸線總長(zhǎng)度呈現(xiàn)先減少后增加的過(guò)程，從60年代到90年代變化最為明顯，岸線總長(zhǎng)度變化最大，但變化速率相對(duì)較慢，海岸線總長(zhǎng)度年均減少2.56千米，從90年代到2007年以后，隨著人工干擾逐漸增加，海岸線變遷的過(guò)程經(jīng)歷了從原本彎曲的海岸線變?yōu)槠街钡暮０毒€、再繼續(xù)向外推移的過(guò)程，岸線總長(zhǎng)度先減少后增加，雖然幅度變化不大，但海灣的空間形態(tài)變化明顯，蛇蟠島、花鼓島的海島并陸、下洋涂的圍墾工程以及蟹鉗港內(nèi)海岸線的推移均為人工在較短時(shí)期內(nèi)對(duì)海灣形態(tài)的影響。

造成三門灣岸線變化主要是人為因素，海岸線逐漸向外推移，自然岸線比例逐漸減少，在圍墾開發(fā)的同時(shí)，三門灣的經(jīng)濟(jì)效益逐漸增加，人民生活水平得到了提高，但灘涂和濕地的利用要因地制宜，避免造成海灣淤積，生態(tài)環(huán)境破壞。