輻射沙洲陸岸岸段圍填海強(qiáng)度與潛力定量評(píng)價(jià)

陳瑋彤,張 東,2*,李弘毅,韓 飛

(1.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,江蘇南京210023;

2.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京210023)

輻射沙洲陸岸岸段圍填海強(qiáng)度與潛力定量評(píng)價(jià)

陳瑋彤1,張 東1,2*,李弘毅1,韓 飛1

(1.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,江蘇南京210023;

2.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京210023)

利用2007-2014年輻射沙洲的遙感影像獲取陸岸岸段的圍填海用海面積信息,結(jié)合淤泥質(zhì)潮灘圍填海強(qiáng)度與潛力定量評(píng)價(jià)模型,對(duì)輻射沙洲陸岸及其各分岸段進(jìn)行了圍填海開發(fā)狀況評(píng)價(jià)及開發(fā)潛力預(yù)測(cè)。結(jié)果表明:在5級(jí)為上限的強(qiáng)度評(píng)價(jià)體系下,在2007—2014年間輻射沙洲陸岸岸段總體,圍填海開發(fā)強(qiáng)度等級(jí)由1級(jí)進(jìn)入3級(jí),開發(fā)強(qiáng)度由32.8 hm2/km上升至147.87 hm2/km,圍填海壓力中等,對(duì)岸段的后續(xù)開發(fā)有一定影響。其各分岸段開發(fā)強(qiáng)度差異較大,2014年各分岸段:射陽河口至梁垛河閘岸段開發(fā)強(qiáng)度為2級(jí),處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);梁垛河閘至新北凌口岸段及東灶港至蒿枝港岸段開發(fā)強(qiáng)度為4級(jí),開發(fā)壓力較大,預(yù)測(cè)可供開發(fā)年限僅為1～2 a;新北凌口至東灶港岸段開發(fā)強(qiáng)度為3級(jí),預(yù)測(cè)可供開發(fā)年限為8 a。該結(jié)論可為合理規(guī)劃淤泥質(zhì)海岸圍填海工程進(jìn)度與規(guī)模,維護(hù)海岸帶資源環(huán)境可持續(xù)利用提供參考。

輻射沙洲;圍填海;強(qiáng)度;潛力;定量評(píng)價(jià)

二十世紀(jì)中期以來,世界海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,土地資源需求量大,沿海各國(guó)開展圍填海建設(shè)、利用圍填海拓展土地資源的趨勢(shì)越來越明顯。以區(qū)域建設(shè)用海和區(qū)域農(nóng)業(yè)圍墾用海為主的海岸帶空間資源開發(fā)對(duì)海洋能源、交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、海水養(yǎng)殖業(yè)等行業(yè)的快速發(fā)展起到了非常大的促進(jìn)作用,因此圍填海作為近岸海域的一種熱點(diǎn)用海方式,為沿海地區(qū)緩解土地供求矛盾、擴(kuò)大社會(huì)生存和發(fā)展空間提供了重要的解決方案[1]。

江蘇省發(fā)育有中國(guó)最寬大的粉砂淤泥質(zhì)潮灘,以輻射沙洲陸岸岸段為代表的岸灘淤長(zhǎng)明顯,這些廣闊的灘涂資源為江蘇海洋經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展起到了重要保障[2]。如果采取正確的風(fēng)險(xiǎn)管理方式,注重海岸帶生態(tài)養(yǎng)護(hù)和修復(fù),江蘇海岸可以繼續(xù)進(jìn)行一定程度的開發(fā)[3]。然而近年來大量的圍填海開發(fā)活動(dòng)占用和損耗了極大的海岸帶資源[4-6],隨著時(shí)間的推移,圍填海開發(fā)造成的海洋環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)破壞等問題開始凸顯[7],并對(duì)海洋資源的健康、可持續(xù)發(fā)展利用帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[8-9]。

因此,開展江蘇淤泥質(zhì)海岸海域圍填海承載力和圍填海潛力進(jìn)行科學(xué)評(píng)估,并以此為基礎(chǔ),建立科學(xué)有效的圍填海計(jì)劃管理制度與體系,合理控制圍填海規(guī)模,促進(jìn)海岸空間資源的健康可持續(xù)利用迫在眉睫。

1 研究區(qū)概況

輻射沙洲區(qū)域包括向陸域一側(cè)的岸段及岸外輻射沙脊群,由于圍填海工程多布局于陸岸岸段一側(cè)。因此,選擇江蘇中部具代表性的淤長(zhǎng)型輻射沙洲陸岸岸段作為主要研究區(qū)(圖1)。其中,陸岸岸段灘涂資源的范圍為從海岸線至輻射沙洲外部最大圍填規(guī)模控制線[10]。

(陳 靖 編輯)

研究區(qū)范圍從鹽城射陽河口南岸起一直延伸到南通啟東蒿枝港。根據(jù)海岸的侵蝕和淤積狀況,可以將研究區(qū)岸段劃分為3種類型:射陽河口至梁垛河閘、新北凌口-東灶港為淤積岸段,其受岸外輻射沙洲的掩護(hù)而處于風(fēng)浪相對(duì)較小的淤積環(huán)境[11];梁垛河閘至新北凌口為強(qiáng)淤積岸段,其處于潮流系統(tǒng)的波腹點(diǎn)[12],因此淤長(zhǎng)速率較大;東灶港至蒿枝港之間為侵蝕岸段,由于長(zhǎng)江口的南移其北部海灣河口逐漸被侵蝕,目前海灘的下蝕仍在繼續(xù)[13-14]。

研究區(qū)中包括了鹽城國(guó)家級(jí)珍禽自然保護(hù)區(qū)的范圍,其中保護(hù)區(qū)的核心區(qū)位于鹽城市新洋港至斗龍港之間,嚴(yán)禁任何形式的人類開發(fā)改造活動(dòng)。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Sketch map of the study area

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)收集與處理

2.1.1 岸線長(zhǎng)度及岸灘沖淤速率

基于河口、港口我們將研究區(qū)細(xì)分為一系列的分岸段,各分岸段的岸外資源條件、沖淤情況存在差異。以我國(guó)近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)專項(xiàng)獲取的實(shí)測(cè)岸線為基準(zhǔn)岸線,以實(shí)測(cè)岸線的測(cè)量年份(2006年)為基準(zhǔn)年,岸線岸灘基本情況如表1所示[11,14]。其中平均淤長(zhǎng)速率是指潮灘的自然淤積速率。

表1 輻射沙洲陸岸岸段基本情況Table 1 General information ofthe onshore coast of Radial Sandbank

2.1.2 圍填海開發(fā)狀況

根據(jù)2007-2014年間研究區(qū)歷年的Landsat-TM/ETM+遙感影像(表2)分析圍填海開發(fā)現(xiàn)狀。所有影像統(tǒng)一校正到WGS84坐標(biāo)系,UTM51N投影帶,幾何校正工作使用ENVI5.1進(jìn)行處理,控制點(diǎn)誤差控制在0.5個(gè)像元精度內(nèi)。依據(jù)圍填海工程特有的形狀、紋理及光譜特征,通過自動(dòng)提取與結(jié)合海域管理部門的圍填海宗海圖進(jìn)行目視解譯修正的方法獲得圍填海用地矢量圖[15]。研究區(qū)圍填海逐年變化情況如圖2所示。

表2 2007-2014年輻射沙洲地區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)列表Table 2 Summary of the satellite dataused in Radial Sandbank during 2007-2014

圖2 2007-2014年輻射沙洲陸岸岸段圍填海開發(fā)工程分布示意圖Fig.2 Sketch map of sea reclamation area in the onshore coast of Radial Sandbank during 2007—2014

2.1.3 圍填控制線數(shù)據(jù)

對(duì)灘涂資源的評(píng)價(jià)參考徐敏等提出的江蘇岸段適宜圍填規(guī)?？刂凭€和最大圍填規(guī)?？刂凭€[10]。這兩條控制線分別對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)圍填海開發(fā)壓力很強(qiáng)和壓力狀況中等兩種壓力狀態(tài)。其中,最大圍填規(guī)?？刂凭€是指圍填海工程不會(huì)明顯改變海岸整體形態(tài),對(duì)海洋動(dòng)力格局及維持周邊水道穩(wěn)定性的控制性動(dòng)力不產(chǎn)生明顯影響的圍填外包絡(luò)線;適宜圍填規(guī)?？刂凭€是指在該控制線范圍內(nèi)開展圍填用海項(xiàng)目建設(shè)時(shí)海洋環(huán)境可承載、資源利用可持續(xù)并與社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件相適應(yīng)。

通過計(jì)算適宜圍填海規(guī)模線和最大圍填海規(guī)模線與基準(zhǔn)岸線之間的包絡(luò)面積,得到各岸段的適宜圍填面積和最大圍填面積。各岸段適宜圍填面積、最大圍填面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 適宜圍填面積、最大圍填面積統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical chart of the suitable and the maximum sea reclamation area

2.2 定量評(píng)價(jià)模型

利用淤泥質(zhì)海岸圍填海開發(fā)強(qiáng)度與潛力定量計(jì)算模型[15],定量計(jì)算某一分岸段的圍填海強(qiáng)度計(jì)算公式:

式中,Ri為某一類型岸段的圍填海強(qiáng)度(hm2/km),i分別代表淤積、侵蝕和穩(wěn)定岸線類型之一;Si,j為i類型岸段的j分段岸線擁有的圍填海用?？偯娣e(hm2);n為i類型岸段的分岸段數(shù);Li,j為i類型岸段j分段岸線在基準(zhǔn)年的海岸線長(zhǎng)度(km);fi為i類型岸段的資源調(diào)節(jié)系數(shù)。當(dāng)對(duì)i類型岸段進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí),由于各個(gè)岸段的資源存量不同,可通過fi來進(jìn)行平衡。

本文對(duì)淤泥質(zhì)海岸圍填海開發(fā)強(qiáng)度等級(jí)劃分表最高等級(jí)對(duì)應(yīng)的閾值進(jìn)行了調(diào)整,由于輻射沙洲陸岸岸段灘涂資源存量大,整個(gè)研究區(qū)所能承受的最大圍填海面積對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度值為342,根據(jù)計(jì)算結(jié)果并參照該岸段的圍填海工程實(shí)際情況,并按照一定梯度,修正選擇300為4級(jí)強(qiáng)度級(jí)別對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度上限,制定相應(yīng)的等級(jí)劃分表如表4所示。淤泥質(zhì)海岸某一岸段的圍填海潛力定量計(jì)算模型:

表4 圍填海強(qiáng)度等級(jí)劃分表Table 4 Strength grades of reclamation

式中,Pi表示i類型岸段的圍填海潛力值(hm2);SⅢ,i,SⅣ,i分別表示等級(jí)劃分方案中i類型岸線在3級(jí)和4級(jí)強(qiáng)度級(jí)別所能容納的最大圍填海面積(hm2);Mi表示i類型岸段由于淤積或侵蝕帶來的圍填海資源面積改變量(hm2);Vi,j表示i類型岸段j分岸段的自然平均淤長(zhǎng)率(m·a-1);a表示年數(shù)。

3 輻射沙洲陸岸岸段圍填海開發(fā)強(qiáng)度評(píng)價(jià)

根據(jù)歷年圍填海用地矢量圖,基于ARCGIS自動(dòng)計(jì)算獲得圍填海面積;通過式(1)和圍填海強(qiáng)度等級(jí)劃分表,對(duì)研究區(qū)歷年圍填海開發(fā)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算評(píng)級(jí),結(jié)果如表5所示。

表5 2007-2014年輻射沙洲陸岸岸段圍填海開發(fā)強(qiáng)度等級(jí)Table 5 Strength grades of reclamation in the onshore coast of Radial Sandbank during 2007-2014

江蘇輻射沙洲陸岸岸段區(qū)域圍填海強(qiáng)度從2007年的1級(jí)上升至2011年的3級(jí)僅用了4年時(shí)間,圍填海強(qiáng)度增加最大的一年是2012-2013年。自2011年以來,圍填海開發(fā)已進(jìn)入到圍填海適宜規(guī)模層級(jí),意味著目前該區(qū)域的圍填海開發(fā)應(yīng)當(dāng)逐步限制,適當(dāng)控制圍填海開發(fā)速度。2013-2014年間,由于相關(guān)部門對(duì)海岸帶可持續(xù)開發(fā)的重視,圍墾速度逐漸放慢,圍填?；顒?dòng)主要在東臺(tái)河口至梁垛河閘岸段。

由于圍填海開發(fā)活動(dòng)具有明顯的地域性,不同分岸段開發(fā)情況不同,按本文中研究區(qū)的岸段劃分方法,對(duì)2007-2014年3種類型共4段岸段、以及2014年各分岸段圍填海情況進(jìn)行評(píng)價(jià),計(jì)算結(jié)果如圖3、表6所示,2014年各分岸段開發(fā)強(qiáng)度等級(jí)示意圖如圖4所示。

圖3 2007—2014年各區(qū)域圍填海強(qiáng)度變化Fig.3 Variations of intensity value for each reclamation areas during 2007-2014

圖4 2014年各分岸段圍填海開發(fā)強(qiáng)度等級(jí)示意圖Fig.4 Sketch map of strength grades of reclamation in each coastal segment in 2014

雖然研究區(qū)整體開發(fā)強(qiáng)度中等,但一些分岸段的開發(fā)等級(jí)已突破圍填海開發(fā)的健康等級(jí),達(dá)到4級(jí)或5級(jí)。其中,射陽河口至梁垛河閘岸段擁有寬闊的灘涂,能承受的最大圍填海面積很大,但適宜圍填規(guī)模相對(duì)較小,該岸段目前開發(fā)壓力較小,圍墾速率相對(duì)較慢,圍填海強(qiáng)度維持在健康水平;梁垛河閘至新北凌口岸段因位于潮流沙脊群發(fā)育動(dòng)力系統(tǒng)的波腹點(diǎn),擁有相對(duì)較豐富的岸外資源,以及最好的淤積環(huán)境,但由于大規(guī)模的圍填造地,在2013年開發(fā)強(qiáng)度就已進(jìn)入4級(jí),其分岸段梁垛河口至三倉河口更是達(dá)到5級(jí);新北凌口至東灶港岸段岸外資源豐富,開發(fā)速率適中,各分岸段開發(fā)強(qiáng)度均為3級(jí),處于適宜圍填階段;東灶港至蒿枝港由于海門市濱海新區(qū)的大規(guī)模圍海開發(fā)建設(shè),開發(fā)強(qiáng)度已接近5級(jí),圍填海開發(fā)壓力很強(qiáng)。

表6 2014年各分岸段圍填海開發(fā)強(qiáng)度評(píng)價(jià)Table 6 Reclamation intensities of each coastal segments in 2014

4 輻射沙洲陸岸岸段圍填海潛力評(píng)價(jià)

4.1 圍填海潛力計(jì)算

基于圍填海強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果,結(jié)合式(2),計(jì)算得圍填海潛力值如表7所示。

表7 各分岸段圍填海潛力值Table 7 Potential of reclamation in each coastal segment

4.2 圍填海供應(yīng)年限預(yù)測(cè)

在綜合考慮了目前研究區(qū)內(nèi)圍填海開發(fā)項(xiàng)目的分布及開發(fā)增速等情況的基礎(chǔ)上,再結(jié)合研究區(qū)域內(nèi)各岸段于未來一定年限內(nèi)的沖淤變化,我們對(duì)研究區(qū)內(nèi)的4個(gè)區(qū)域,基于自2007年以來歷年的圍填海面積變化情況進(jìn)行趨勢(shì)模擬,較為直觀的表現(xiàn)各岸段圍填海面積隨時(shí)間變化的程度,結(jié)果如圖5所示。根據(jù)獲得的擬合方程,在當(dāng)前圍填海面積基礎(chǔ)上,以各岸段對(duì)應(yīng)的潛力值消耗完為使用時(shí)間的上限,預(yù)測(cè)圍填海潛力及供應(yīng)年限。結(jié)果如表8所示。

射陽河口至梁垛河閘岸段因其近年來開發(fā)速率減緩,圍填海面積呈對(duì)數(shù)函數(shù)增長(zhǎng)(R2=0.928),圍填海開發(fā)處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);梁垛河閘至新北凌閘岸段圍填海開發(fā)強(qiáng)度較大,圍填海面積呈指數(shù)增長(zhǎng)(R2= 0.971 8),當(dāng)前的開發(fā)潛力已經(jīng)很小,應(yīng)暫時(shí)停止繼續(xù)圍墾;新北凌口至東灶港岸段岸外資源存量較多,每年仍在不斷淤長(zhǎng),圍填海面積呈線性增長(zhǎng)(R2=0.944 1),適宜繼續(xù)開發(fā),但開發(fā)的過程中仍需要注重圍填海域的節(jié)約利用;東灶港至蒿枝港岸段處于沖刷環(huán)境,加上近年來的大規(guī)模圍墾,圍填海面積呈指數(shù)增長(zhǎng)(R2= 0.891 5),圍填海資源即將消耗殆盡,建議保持現(xiàn)狀,不宜進(jìn)一步開發(fā)。

圖5 分岸段圍填面積年際變化擬合趨勢(shì)圖Fig.5 Fitting trend analysis plots of reclamation area for each coastal segment

表8 分岸段圍填海潛力及供應(yīng)年限預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)果Table 8 Potential and prediction of service life for each coastal segments

5 結(jié) 論

本研究通過對(duì)輻射沙洲陸岸岸段的圍填海強(qiáng)度及潛力計(jì)算,進(jìn)行圍填海活動(dòng)的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。整個(gè)輻射沙洲陸岸在2007-2014年圍填?；顒?dòng)持續(xù)進(jìn)行,圍填海強(qiáng)度增加很快,雖然整個(gè)研究區(qū)圍填海壓力中等,但不同區(qū)域的圍填海壓力情況差異明顯。其中,射陽河口至梁垛河閘淤積岸段灘涂平直寬闊,圍填海開發(fā)速率相對(duì)較緩,圍填海開發(fā)壓力較小,具有一定的開發(fā)潛力;梁垛河閘至新北凌口強(qiáng)淤積岸段雖擁有豐富的灘涂資源,以及較好的岸外淤泥環(huán)境,但由于圍墾速率較快,圍填海強(qiáng)度很大,若按當(dāng)前圍墾速度繼續(xù)開發(fā),2 a內(nèi)圍填海潛力將消耗殆盡,其梁垛河閘至三倉河口分岸段由于條子泥的大面積圍填工程,開發(fā)潛力已經(jīng)很低,不宜再布局新的圍填海工程;新北凌口至東灶港淤積岸段岸外資源條件比較優(yōu)越,圍填海潛力相對(duì)豐富,適宜繼續(xù)開發(fā),開發(fā)過程中仍需注意圍填海資源的集約利用;東灶港至蒿枝港侵蝕岸段于2013年圍填海強(qiáng)度就已接近5級(jí),圍填海潛力已經(jīng)很低,監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn),該岸段2014年圍填?；顒?dòng)開始停止,避免對(duì)區(qū)域內(nèi)海岸和近岸的海洋資源造成嚴(yán)重影響,建議保持現(xiàn)狀。該結(jié)論與輻射沙洲陸岸當(dāng)前圍填海開發(fā)狀況相近,潛力預(yù)測(cè)結(jié)果為今后的圍填海開發(fā)提供參考。

致謝:USGS提供免費(fèi)的Landsat系列衛(wèi)星數(shù)據(jù);徐敏提供圍填控制線數(shù)據(jù)。

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Quantitative Assessment of Reclamation Intensity and Development Potential in the Onshore Coast of Radial Sandbank

CHEN Wei-tong1,ZHANG Dong1,2,LI Hong-yi1,HAN Fei1
(1.Department of Geography,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China; 2.Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023,China)

Based on the quantitative assessment model of reclamation intensity and development potential for muddy coast,and remote sensing images collected during 2007—2014,this study evaluated the development status and development potential of reclamationin the onshore coast of Radial Sandbank and its each coastal segment.Results showed that under five-grade strength evaluation systems,reclamation intensity level for the on shore coast of Radial Sandbank varies from grade no.1 to no.3 during 2007—2014,and development intensity increases from 32.8 hm2/km to 147.87 hm2/km,implying that the pressure of reclamation is moderate and have slight influence on subsequent development of the coast.The development intensity of the each coast was relatively large in 2014.Reclamation intensity level for Sheyang Estuary to Liangduo Sluice deposited coast was in grade no.2,and the region was in a less pressure of reclamation and a state of sustainable development.Reclamation intensity level for Liangduo Sluice to Xinbeilingkou strong deposited coast and Dongzaogang to Haozhigang erosive coast was in grade no.5,and these regions were in a strong pressure of reclamation and had 1～2 years of development potential.Reclamation intensity level for Xinbeilingkou to Dongzaogang deposited coast was in grade no.3 and the region was in a moderatepressure of reclamation and remained 8 years of development potential.Thus,this study provides a reference forreasonable planning the progress and scale of reclamation projects and the sustainable utilization of coastal resources in muddy coast in the near future.

Radial Sandbank;reclamation;intensity;potential;quantitative assessment

March 14,2016

P748

A

1671-6647(2017)02-0295-10

10.3969/j.issn.1671-6647.2017.02.014

2016-03-14

國(guó)家海洋局海域管理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目——淤泥質(zhì)海岸圍填海強(qiáng)度與潛力定量評(píng)價(jià)方法研究(201406);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——淤泥質(zhì)潮灘高程的遙感監(jiān)測(cè)機(jī)理與方法研究(41401371);江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(164320H116)

陳瑋彤(1992-),男,江蘇靖江人,碩士研究生,主要從事海岸帶資源開發(fā)利用研究.E-mail:chenweitong_em@163.com

*通訊作者:張 東(1975-),男,江蘇南通人,副教授,博士,主要從事海洋信息技術(shù)與海岸帶資源開發(fā)管理方面研究. E-mail:zhangdong@njnu.edu.cn