近30年三門灣海岸線時空變化及人為干擾度分析*

宋文杰， 禹絲思， 陳梅花， 吳 濤

(1.浙江師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,浙江 金華 321004；2.山東科技大學(xué) 測繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590 )

近30年三門灣海岸線時空變化及人為干擾度分析*

宋文杰1， 禹絲思2， 陳梅花1， 吳 濤1

(1.浙江師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,浙江 金華 321004；2.山東科技大學(xué) 測繪科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590 )

了解海岸線變化、分析人類活動對海岸帶的干擾程度，對海岸環(huán)境的維護(hù)、改善和合理開發(fā)具有重要的意義.以三門灣為研究區(qū)，借助GIS和RS技術(shù)，利用多期遙感影像(Landsat MSS/TM/ETM+/OLI)提取了 1985—2015年7個時期的海岸線矢量數(shù)據(jù)，分析三門灣海岸線的時空變化和2015年三門灣海岸帶所受的人為干擾程度.結(jié)果表明：1)人為因素對三門灣海岸線變化的影響大于自然因素，受影響最大的區(qū)域?yàn)榘捉杆?、瀝洋港、蛇盤水道等地;2)1985—2015年，三門灣海岸線由內(nèi)陸向沿海不斷遷移，總長度減少了1.86 km，但總面積增加了137.16 km2.從1995年起，人類主要活動區(qū)域由象山縣轉(zhuǎn)移到寧?？h和三門縣，2001年后，人類對三門灣的開發(fā)力度加強(qiáng);3)2015年，人類活動對三門灣海岸帶產(chǎn)生中度偏強(qiáng)干擾，個別區(qū)域達(dá)到高度干擾，在未來的海岸帶開發(fā)工作中，需要合理規(guī)劃人類活動.

三門灣；海岸線；時空變化；人為干擾度

我國相關(guān)部門和專家將海岸線定義為多年平均大潮高潮時海陸分界的痕跡線[1].海岸線作為陸地和海洋的分界線，在潮汐作用、泥沙堆積和人類活動等影響下，時刻發(fā)生著變化[2].海岸帶是不可再生資源，擁有獨(dú)特的環(huán)境條件和豐富的自然資源[1].近年來，我國沿海地區(qū)的開發(fā)力度不斷加強(qiáng)，活躍的人類活動與頻繁的自然災(zāi)害導(dǎo)致海岸帶生態(tài)環(huán)境日益敏感、脆弱.對海岸帶進(jìn)行有效保護(hù)、有序開發(fā)和合理利用，對全球生態(tài)環(huán)境保護(hù)和資源的可持續(xù)利用都具有深遠(yuǎn)的影響.

近年來，國內(nèi)外學(xué)者致力于海岸帶的研究，已經(jīng)取得了大量的成果，其中信息提取、變遷監(jiān)測和人為干擾度分析是研究的重要內(nèi)容.遙感技術(shù)具有高效性、廣泛性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于海岸線的研究中[3].徐進(jìn)勇等[4]運(yùn)用遙感影像分析了中國北方海岸線的時空變化；高義等[5]利用Landsat影像對廣東省大陸海岸線空間變化及其驅(qū)動因素進(jìn)行過探討；許寧等[6]利用Landsat影像分析了環(huán)渤海地區(qū)海岸線的變遷；孫永光等[7]利用SPOT5影像分析了河口濕地人為干擾度的時空變化及景觀響應(yīng).但是，多數(shù)研究只分析了研究區(qū)的時空變化及其驅(qū)動因素，將岸線的時空變化與人為干擾相結(jié)合的研究相對較少.本文基于不同時期(1985年、1990年、1995年、2001年、2006年、2010年及2015年)的Landsat影像，利用RS和GIS技術(shù)，分析了近30年三門灣海岸線的時空變化、變遷面積及2015年所受人為干擾的程度.

1 研究區(qū)概況

三門灣位于浙江省海岸中段，地理坐標(biāo)為28°57′～29°22′ N， 121°25′～121°58′ E，總面積為12 128 km2，是浙江省第二大海灣.三門灣是個天然的半封閉海灣，東、北、西3面環(huán)山，兼臨象山縣、寧?？h和三門縣，曲折度較大，地形復(fù)雜.灣口北起炮臺山東南角，中端為燕坤山島南嘴，東起南田島(牛頭山)金漆(七)門，西至坡壩港牛頭門，寬14 n mile；口部至灣北底部泗洲頭，縱長18 n mile.

三門灣擁有豐富的土地資源和港口資源，可供開發(fā)灘涂面積為773 km2，有石浦港、瀝洋港及青山港三大港口.三門灣岸線曲折，潮流汊道眾多，深入內(nèi)陸，包括白礁水道、滿山水道、蛇盤水道和貓頭水道.夏季多東南風(fēng)，冬季多北風(fēng)及東北風(fēng)，夏秋多臺風(fēng)，年降水量約1 400 mm.

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本文選取7期Landsat MSS/TM/ETM+/OLI影像為數(shù)據(jù)源，詳細(xì)信息見表1.為便于信息提取和比較，需要將所有影像統(tǒng)一在ENVI 5.1中進(jìn)行預(yù)處理.主要步驟有：波段合成為標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像，MSS影像重采樣為30 m空間分辨率，幾何校正到0.5個像元精度，ETM+影像(2003年后)的SLC-off模型去條帶修復(fù)，以及影像裁剪.

表1 遙感數(shù)據(jù)列表

2.2 海岸線提取原則

本文的海岸線主要包括自然岸線(基巖岸線、沙質(zhì)岸線、淤泥岸線)和人工岸線.不同海岸具有不同的判別標(biāo)準(zhǔn)[4]:基巖海岸以海岬角和直立陡崖的水陸直接相接地帶為海岸線；沙質(zhì)海岸海灘因潮水搬運(yùn)、泥沙堆積成一條較為平直的脊?fàn)钌迟|(zhì)線，可以作為海岸線；已開發(fā)的淤泥質(zhì)海岸，選植被、坑塘、道路等與潮灘明顯的分界線為海岸線；未經(jīng)開發(fā)的淤泥海岸，海岸線兩側(cè)在遙感影像上有較為明顯的色彩差異；人工岸線形狀相對規(guī)則，易于區(qū)分,如公路、港口、工廠、堤壩等.

本文根據(jù)各類海岸線的判別標(biāo)準(zhǔn)，參照908專項(xiàng)“海岸線修測技術(shù)規(guī)程”[8]，“海島海岸帶衛(wèi)星遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程海岸線分類體系”[9]，以及研究區(qū)的地形圖、野外考察數(shù)據(jù)等資料，采用目視解譯法，提取7個時期的三門灣海岸線.

遙感影像分辨率的差異及成像時間的不同，都使提取岸線時易發(fā)生“雙眼皮”現(xiàn)象.故筆者在進(jìn)行岸線提取時，以2015年岸線為基準(zhǔn)，前期岸線以后期岸線為基準(zhǔn)，只更新岸線動態(tài)變化的部分，以保證前后兩期岸線沒有變化的部分保持一致[4].

2.3 岸線變化分析方法

基于提取的海岸線矢量數(shù)據(jù)，采用面積法[10]和基線法[11]分析三門灣岸線的時空變化.為探討各時段岸線變化速度的差異，本文計(jì)算了岸線長度的年平均變化率

(1)

2.4 人為干擾度計(jì)算方法

區(qū)域景觀格局是自然環(huán)境和人類活動相互作用的結(jié)果，人類活動在一定程度上能改變沿海地區(qū)的景觀格局與生態(tài)過程.因此，不同的景觀類型可以反映出人類對海岸帶的開發(fā)強(qiáng)度.本文采用陳鵬等[12]提出的人為干擾度指數(shù)(human disturbance index，HDI)模型，基于不同景觀類型面積所占的比重，評價(jià)該區(qū)域受到人類活動的干擾強(qiáng)度.計(jì)算公式如下：

(2)

式(2)中：H為某網(wǎng)格單元的人為干擾度;i表示該網(wǎng)格中第i種景觀類型;n為該網(wǎng)格包含的景觀類型數(shù);A為該網(wǎng)格的總面積(km2);Ai為該網(wǎng)格中第i種景觀類型的面積(km2);Ai/A表示該網(wǎng)格中第i種景觀類型所占的面積比;Pi為第i種景觀類型的干擾等級.

Waiz等[13]提出，不同的景觀類型的人為干擾度不同，他們將人為干擾度分為7個等級：1表示幾乎不受人為影響；2表示微弱的人為影響；3表示中度的人為影響；4表示中度偏強(qiáng)的人為影響；5表示較強(qiáng)的人為影響；6表示非常強(qiáng)的人為影響；7表示過分強(qiáng)度的人為影響，即生物群落已被破壞.本文將研究區(qū)的景觀類型分為建設(shè)用地、湖泊、林地、農(nóng)田、養(yǎng)殖池塘、道路和堤壩7類，其人為干擾度等級如表2所示.

表2 不同景觀類型的干擾度等級

3 結(jié)果與分析

3.1 三門灣海岸線長度變化分析

圖1為1985—2015年三門灣海岸線的時空變化，表3為岸線長度變化.三門灣海岸線總長度從1985年的308.73 km減少到2015年的306.87 km，30年間共減少1.86 km.從地理空間上觀測可以發(fā)現(xiàn)，海岸線不斷向海洋一側(cè)延伸.

綜合分析圖1和表3可知，過去30年三門灣海岸線長度呈現(xiàn)“減少—增加—減少—增加—減少”的波動狀態(tài).1)1985—1990年，岸線長度由308.73 km減少為301.29 km，共減少7.44 km，年平均變化率為-0.48%,減少原因?yàn)椴糠殖绷縻獾廊肟谔幇毒€形狀由“凹”字形變?yōu)椤耙弧弊中魏妥匀话毒€“去彎取直”，這些變化多發(fā)生在白礁水道兩側(cè);2)1990—1995年岸線變化較為明顯，岸線長度由301.29 km增加到308.03 km，共增加6.74 km，年平均變化率為0.45%.象山縣麥地山等島嶼與陸地相連，使得岸線長度明顯增加;3)1995—2001年，岸線長度由308.03 km減少到297.73 km，共減少10.3 km，年平均變化率為-0.56%.減少原因?yàn)閷幒？h西部瀝洋港、青山港和三門縣旗門港、健跳港等部分岸段圍墾養(yǎng)殖，岸線變直;4)2001—2010年是岸線增加最為顯著的時期，岸線長度由297.73 km增加到316.77 km，共增加19.04 km，年平均變化率為0.71%.期間，三門縣晏站涂圍墾工程(2003—2009年)、寧?？h下洋涂圍墾工程(2007—2013年)和蛇盤涂圍墾工程(2003—2007年)等工程的實(shí)施導(dǎo)致岸線大幅度增加，增加的長度遠(yuǎn)大于白礁水道東岸和北岸部分岸段因圍墾養(yǎng)殖而減少的長度;5)2010—2015年間，岸線長度由316.77 km減少為306.87 km，共減少9.9 km，年平均變化率為-0.63%.減少原因?yàn)榘捉杆?、瀝洋港部分區(qū)域岸線“去彎取直”；三門縣西南部修建港口碼頭、建橋等人類活動，使曲折的自然岸線變?yōu)楣P直的人工岸線.

圖1 1985—2015年三門灣海岸線時空變化

1985年1990年1995年2001年2006年2010年2015年岸線長度/km308.73301.29308.03297.73310.84316.77306.87年平均變化率/%-0.480.45-0.560.880.71-0.63

總體上看，近30年，三門灣岸線由曲折逐漸趨于平整，岸線長度變化最強(qiáng)烈的階段為2001—2006年，變化最小的為1990—1995年，變化最明顯的區(qū)域?yàn)榘捉杆?、瀝洋港、蛇盤水道等.相比自然因素，人類活動對三門灣海岸線的影響更大，主要影響因素有：建壩蓄水、大型灘涂圍墾工程、圍墾養(yǎng)殖、開發(fā)近岸島嶼和修建港口碼頭等.從1995年起，人類主要活動區(qū)域由象山縣轉(zhuǎn)移到寧?？h和三門縣，2001年起，人類對三門灣的開發(fā)力度加強(qiáng).整體上來看，對三門灣岸線影響最大的人類活動為將麥地山與陸地相連、晏站涂圍墾工程、寧?？h的下洋涂圍墾工程和蛇盤涂圍墾工程等，見圖2.

3.2 三門灣岸線變遷面積分析

將7個時期的海岸線矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，統(tǒng)計(jì)三門灣岸線變遷的特征信息，其面積變化如圖3所示：1)三門灣海岸線變遷造成陸地面積增長，尤其是2001年后，陸地面積大幅度增加;2)近30年三門灣的面積共增加了137.16 km2，平均每年增長4.57 km2.其中，1985—1990年增加面積最少，僅為2.72 km2，平均增速0.54 km2/a；2006—2010年增長最多，達(dá)到66.57 km2，平均增速16.64 km2/a，遠(yuǎn)超過近30年的平均增長速度;3)1985—2010年，三門灣岸線變遷的速度不斷加快，陸地增加面積持續(xù)上升.前3個時期，年均增長速度較低；2001—2006年和2006—2010年，年均增長速度遠(yuǎn)超過了近30年的年均增長速度； 2010—2015年，陸地面積的增長速度減緩，低于近30年的平均增長速度.以上分析說明：1985—2010年期間，三門灣受到人類活動的影響越來越大，2010年達(dá)到峰值，2010年后人類活動相對減弱.三門灣岸線總體上以灘涂圍墾、海岸開發(fā)和圍海造陸的形式向海延伸.

圖2 三門灣岸線變化劇烈的岸段

圖3 1985—2015年三門灣岸線變遷面積

3.3 三門灣海岸帶人為干擾度分析

本文借助ArcGIS10.2軟件，以2015年三門灣岸線為基準(zhǔn)，向陸地一側(cè)設(shè)2 000 m緩沖區(qū)作為海岸帶.通過目視解譯得到該區(qū)域的景觀類型圖，并計(jì)算其人為干擾度(見圖4).將人為干擾度分為A～G共 7個等級.等級越高，表明海岸帶所受的人為干擾程度越大，表4為各干擾度等級所占的面積.

圖4 三門灣海岸帶人為干擾度

干擾度等級A3.0～3.5 B3.5～4.0 C4.0～4.5 D4.5～5.0 E5.0～5.5 F5.5～6.0 G6.0～6.5面積/km273.05177.59165.0234.0614.9510.103.14比例/%15.2937.1634.537.133.132.110.65

由表4可知，2015年三門灣海岸帶所受干擾度以A～C級為主，總面積所占比重達(dá)84%.其中B級所占面積最大，達(dá)37.16%.據(jù)統(tǒng)計(jì)，三門灣海岸帶人為干擾度的平均值為4，表明三門灣整體干擾度屬于B級干擾.石浦港、白礁水道中部、晏站涂圍墾區(qū)和蛇盤水道中部等地，人類活動最活躍，表現(xiàn)為D～F級人為干擾，干擾級別呈發(fā)散狀分布，由中心向邊緣逐漸降低.麥地山、下洋涂、瀝洋港和蛇盤涂等開墾區(qū)，人類活動以養(yǎng)殖和農(nóng)林耕種為主，對海岸帶影響較小，干擾度以B～C級為主.白礁水道北部(除麥地山)和三門灣最南部區(qū)域主要為林地和農(nóng)田，且岸線未發(fā)生較大變化，干擾度主要為A～B級.此現(xiàn)象與人類活動導(dǎo)致的岸線變遷結(jié)果相一致.

由以上分析可知，三門灣海岸帶整體受到中度偏強(qiáng)的人為干擾，個別區(qū)域(石浦港、白礁水道中部、晏站涂圍墾區(qū)和蛇盤水道中部等)受到高度人為干擾，在未來的海岸開發(fā)工作中，需要合理規(guī)劃人類活動，避免出現(xiàn)生態(tài)問題.

4 結(jié) 論

本文利用1985—2015年7個時期Landsat影像，借助GIS和RS技術(shù)，對三門灣海岸線的地理空間位置進(jìn)行解譯，獲取研究區(qū)各時期海岸線長度的時空變化和岸線變遷面積等信息，并分析了2015年海岸帶人為干擾度.主要結(jié)論概括為以下3點(diǎn)：1)人為因素對三門灣海岸線變化的影響大于自然因素，受影響最大的區(qū)域?yàn)榘捉杆?、瀝洋港、蛇盤水道等地.影響因素具體表現(xiàn)為灘涂開墾、圍海養(yǎng)殖、建壩蓄水、開發(fā)近岸島嶼、修建港口碼頭等;2)1985—2015年間，三門灣海岸線由內(nèi)陸向沿海不斷遷移，陸地面積共增加了137.16 km2，面積增長速度持續(xù)加快，在2006—2010年達(dá)到最大，2010—2015年有所減緩.但是，近30年海岸線長度總體變化較小，僅減少了1.86 km，期間岸線長度整體呈現(xiàn)“減少—增加—減少—增加(2001—2010年)—減少”的波動狀態(tài)，其中1990—1995年變化最小，2001—2010年變化最明顯.從1995年起，人類主要活動區(qū)域由象山縣轉(zhuǎn)移到寧海和三門縣，從2001年起，人類對三門灣的開發(fā)力度加強(qiáng);3)人為因素對海岸帶產(chǎn)生了較大影響.截止到2015年，三門灣海岸整體的人為干擾度已經(jīng)達(dá)到中度偏強(qiáng)水平，個別區(qū)域甚至達(dá)到高度干擾.

本文通過對三門灣海域的研究，實(shí)現(xiàn)了海岸線空間位置、長度變化、岸線遷移變化及海岸帶人為干擾度的分析，為沿海城市海岸研究工作提供了科學(xué)的方法借鑒，為相關(guān)部門實(shí)施當(dāng)?shù)睾０兜南嚓P(guān)決策提供了有效的理論依據(jù)，對海岸環(huán)境保護(hù)具有重要意義.

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(責(zé)任編輯 杜利民)

Spatio-temporal changes of Sanmen Bay shoreline and human disturbance degree analysis of recent 30 years

SONG Wenjie1, YU Sisi2, CHEN Meihua1, WU Tao1

(1.CollegeofGeographyandEnvironmentalSciences,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,China; 2.GeomaticsCollege,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China)

Research on spatio-temporal changes of shoreline and human disturbance degree had great significance on the preservation, improvement and rational exploitation of the coastal environment. With the study case area Sanmen Bay, the vector data of shoreline in the period of 1985—2015 was extracted by GIS and RS and by using the Landsat MSS/TM/ETM+/OLI imagery. The temporal and spatial changes of Sanmen Bay shoreline were analyzed. Meanwhile, the landscapes in 2015 were interpreted to acquire the degree of human disturbance in Sanmen Bay coastal zone. The influence of anthropogenic factors on the coastline of Sanmen Bay was greater than that of natural factors. The most affected areas were Baijiao Waterway, Liyang Harbor and Shepan Waterway. Sanmen Bay kept moving from inland to the coastal area, and the shoreline reduced 1.86 km while the land area increased 137.16 km2. The main area of human activity was transferred from Xiangshan County to Ninghai County and Sanmen County from 1995, and the degree of development was strengthened by human after 2001. Human activities had a moderate strong interference to Sanmen Bay, and some areas were at high level. In the future development, it was suggested that human activities should be planned rationally.

Sanmen Bay; shoreline; temporal and spatial variation; human disturbance index

10.16218/j.issn.1001-5051.2017.03.016

?2016-11-17；

2016-12-13

廣東省省級科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013B020200010)

宋文杰(1993-)，女，山西大同人，碩士研究生.研究方向：環(huán)境與生態(tài)安全.>

P748

A

1001-5051(2017)03-0343-07