深圳灣海岸帶景觀格局變化特征和趨勢預測

羅艷，婁全勝，謝健，李騫

(1.國家海洋局南海規(guī)劃與環(huán)境研究院 廣州 510300；2.中山大學地理科學與規(guī)劃學院 廣州 510275)

深圳灣海岸帶景觀格局變化特征和趨勢預測

羅艷1，婁全勝1，謝健1，李騫2

(1.國家海洋局南海規(guī)劃與環(huán)境研究院 廣州 510300；2.中山大學地理科學與規(guī)劃學院 廣州 510275)

文章以深圳灣海岸帶為研究對象，在遙感和GIS技術的支持下，應用2001年和2009年遙感影像解譯信息，建立空間信息庫并疊加分析，獲取景觀類型動態(tài)轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)矩陣，得出2001-2009年深圳灣海岸帶景觀空間分布規(guī)律及其變化特征，即紅樹林、建設用地和河流的面積有所擴張，湖泊、灘涂沙洲、林地、淺海水域和綠地的面積有所減少。同時，應用馬爾科夫模型對海岸帶景觀格局的變化趨勢進行預測，得出淺海水域、灘涂沙洲、湖泊、林地和綠地的比重將繼續(xù)下降，建設用地和紅樹林的比重將持續(xù)上升，河流的比重基本不變的結論。由此提出深圳灣應加強對填海造地工程的規(guī)劃，保護海洋生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)科學用海和生態(tài)用海。

海岸帶；景觀格局；趨勢預測；深圳灣；海洋生態(tài)環(huán)境

1 引言

海岸帶是潮間帶及其兩側一定范圍內(nèi)陸地和淺海的過渡地帶。作為第一海洋經(jīng)濟區(qū)，海岸帶也是地球環(huán)境動力系統(tǒng)最復雜和地表生態(tài)系統(tǒng)最脆弱的地帶[1]。諸多內(nèi)外因素尤其是人類活動易導致海岸帶景觀結構和功能的復雜化[2-3]，基于生態(tài)系統(tǒng)的空間分布和隨時間變化的空間信息研究景觀的時空變化、分析其變化原因以及預測其變化趨勢，可為區(qū)域景觀的管理和規(guī)劃提供決策依據(jù)[4]。

隨著人口和產(chǎn)業(yè)向沿海城市不斷聚集，城市土地資源緊張、土地價格猛漲，大多數(shù)沿海城市通過填海造地增加土地資源。深圳市作為我國沿海首個經(jīng)濟特區(qū)，自1980年至今已開展過多次較大規(guī)模的填海造地工程，尤其20世紀90年代是深圳市填海造地高速增長階段，其中以深圳灣較為典型[5]。大范圍的填海造地工程改變了深圳灣的自然岸線形態(tài)，同時可能給周圍的海陸生態(tài)系統(tǒng)造成不良影響，引起很多學者的關注。本研究采用深圳灣海岸帶2001年和2009年2個時期的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進行解譯，并開展空間疊加分析，反映該地區(qū)8年間海岸帶景觀格局的空間變化規(guī)律；同時，應用馬爾科夫模型模擬動態(tài)演變過程，預測景觀格局的變化趨勢，為深圳灣海岸帶的管理和保護提供科學依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

深圳灣亦稱后海灣，是深圳3大海灣之一，整體呈SW—NE向延伸，口門外與伶仃洋東槽礬石水道-暗士頓水道相接，平均水深2.9 m，自然水深一般不超過5 m，是半封閉的小海灣[6]。

海岸帶是陸地系統(tǒng)和海洋系統(tǒng)的交界地帶，其范圍劃分尚無統(tǒng)一標準[7]。目前大部分采用的劃定原則是海岸線向陸延伸5 km或10 km，向海延伸5 km或10 km或至15 m等深線[8]。為保留海岸帶景觀的完整性，本研究擬向陸側以沿海城市干道為界，無干道處則以鄰近山體向陸側邊界為界；向海側以深圳市和香港特別行政區(qū)的分界線為界。由此界定研究區(qū)面積約為9 834.21 hm2。

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于深圳市2001年Landsat-TM 影像和2009年SPOT影像。在ArcGIS10.0軟件下，將計算機解譯和目視解譯相結合提取景觀信息，將2001年最小斑塊(面積為0.27 hm2)作為2個時期影像識別斑塊的最小面積，以保證分辨率統(tǒng)一。

根據(jù)實地考察和影像分析確定解譯標志，將海岸帶景觀分為淺海水域、紅樹林、灘涂沙洲、河流、湖泊、建設用地、林地和綠地8個類型。其中海水范圍內(nèi)均為淺海水域，紅樹林在海岸帶邊緣呈帶狀分布，深圳灣長期填海造地產(chǎn)生的大片人造灘涂歸為灘涂沙洲，綠地主要是早期陸地未開發(fā)的綠地和城市綠化用地。

3.2 轉(zhuǎn)移矩陣

采用ArcGIS10.0軟件生成矢量數(shù)據(jù)和建立空間信息庫，并通過空間疊加功能生成景觀類型動態(tài)變化圖，從而獲得動態(tài)變化數(shù)據(jù)庫，由此得到2個時期深圳灣海岸帶景觀類型轉(zhuǎn)換矩陣，進一步分析各景觀類型間的轉(zhuǎn)化特征。

3.3 馬爾科夫模型

馬爾科夫模型是關于時間發(fā)生的概率預測模型。馬爾科夫過程是指在一系列特定時間間隔下，某亞穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)由t時刻狀態(tài)向t+1時刻狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程，這種轉(zhuǎn)化要求t+1時刻的狀態(tài)只與t時刻的狀態(tài)有關[9]。大量研究指出，景觀變化預測是由各景觀類型之間相互轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)移概率矩陣決定的[10-12]，近年來學者們已經(jīng)開始采用馬爾科夫模型來預測景觀格局未來的變化趨勢[13-16]。

本研究以2001年和2009年深圳灣海岸帶景觀的解譯結果為基礎，通過馬爾科夫模型計算得到面積和概率轉(zhuǎn)移矩陣，從而預測2017年和2025年深圳灣海岸帶景觀變化情況。

4 結果和分析

4.1 海岸帶景觀動態(tài)變化

2001—2009年研究區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣如表1所示。由表1可得出2001—2009年研究區(qū)各景觀類型面積變化情況(表2)。

表1 2001—2009年深圳灣景觀類型轉(zhuǎn)換矩陣 hm2

表2 2001—2009年深圳灣景觀類型面積變化情況 hm2

由表1和表2可以看出，2001—2009年深圳灣海岸帶的紅樹林、建設用地和河流的面積有所擴張，而湖泊、灘涂沙洲、林地、淺海水域和綠地的面積有所減少；變化率最大的是湖泊，最小的是河流。

(1)紅樹林是增長率最高的海岸帶景觀類型，增長來源主要是淺海水域、灘涂沙洲和綠地。深圳市生態(tài)建設紅樹林修復示范工程自2007年正式啟動，深圳灣海岸帶先后開展“深圳灣濱海休閑帶工程”“福田鳳塘河口紅樹林修復示范工程”和“深圳灣濱海紅樹林修復工程(一期)”等項目，紅樹林面積的擴張在一定程度上說明深圳灣紅樹林整治修復工程成效較顯著。

(2)建設用地的擴張也非常明顯，新增面積最大，來源主要是綠地、淺海水域、林地和灘涂沙洲。根據(jù)《廣東省統(tǒng)計年鑒》歷年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2001—2009年深圳市GDP從2 482.49億元增長到7 786.79億元，人口從724.57萬增長到954.28萬。經(jīng)濟的迅速增長和人口的快速增加需更多的城市建設用地支撐，在濱海范圍內(nèi)開展大規(guī)模填海造地工程是解決土地資源缺乏問題的有效途徑。廣東省填海造地活動十分頻繁，填海面積較大，尤其是2004年和2007年[17]；曾輝等[18]在對深圳市1988-2007年濕地景觀動態(tài)變化及其成因的分析中也指出，2000-2004年深圳市大量可開發(fā)的農(nóng)田和園地幾近消失，為增加建設用地而開展的填海造地工程導致濱海濕地迅速減少。

(3)湖泊減少態(tài)勢最為明顯，主要轉(zhuǎn)為建設用地和綠地；淺海水域面積減少最多，主要轉(zhuǎn)為建設用地和綠地，新增來源主要為灘涂沙洲；灘涂沙洲總體呈減少態(tài)勢，主要轉(zhuǎn)為淺海水域和建設用地，新增來源主要為淺海水域；河流面積有所增加，林地和綠地面積都有所減少。

4.2 海岸帶景觀變化的馬爾科夫過程模擬和預測

根據(jù)表1得到2001—2009年各類海岸帶景觀類型的轉(zhuǎn)移概率矩陣(表3)。

由2001年研究區(qū)海岸帶景觀類型的面積比，得到初始狀態(tài)概率向量P(n-1)，以8年為一步長，在MATLAB7.1軟件下編程和運算，當n=1時預測年份為2017年，當n=2時預測年份為2025年，以此類推，計算結果如表4所示。

表3 2001—2009年深圳灣景觀類型變化轉(zhuǎn)移概率矩陣

表4 深圳灣海岸帶景觀變化的馬爾科夫過程預測

通過預測結果可以看出，未來如按照現(xiàn)有海域開發(fā)規(guī)模和海域使用政策，淺海水域、灘涂沙洲、湖泊、林地和綠地的比重將繼續(xù)下降，但下降速度變緩；建設用地和紅樹林的比重將繼續(xù)上升，但上升趨勢減緩并趨于穩(wěn)定，其中建設用地在各景觀類型中的增長速度最快；河流的比重將基本不變。

5 結語

2001—2009年深圳灣海岸帶的紅樹林、建設用地和河流的面積有所擴張，湖泊、灘涂沙洲、林地、淺海水域和綠地的面積有所減少。從馬爾科夫模型預測結果看，如保持深圳市人口和經(jīng)濟的高增長模式并以現(xiàn)有的海域使用和開發(fā)模式作為支持，須不斷占用海域海岸帶資源。深圳灣是深圳市最早發(fā)展的地區(qū)之一，作為深圳市和香港特別行政區(qū)重要的海洋資源，深圳灣還具有十分重要的海洋生態(tài)價值。深圳市經(jīng)濟的迅速發(fā)展離不開填海造地工程，這從很大程度上解決了深圳市發(fā)展用地不足的問題，但填海造地改變海域自然屬性，將給深圳灣海洋生態(tài)環(huán)境造成巨大壓力。因此，在填海造地工程實施前應做好充分規(guī)劃，開展必要的生態(tài)環(huán)境影響和經(jīng)濟效益綜合評價，實現(xiàn)科學用海和生態(tài)用海，從而保障深圳灣在“粵港澳大灣區(qū)”戰(zhàn)略地位升級背景下的健康可持續(xù)發(fā)展。

利用馬爾科夫模型對于研究一定區(qū)域面積內(nèi)的海岸帶景觀動態(tài)變化較適宜，這是由于一定區(qū)域內(nèi)不同海岸帶景觀類型之間具有相互轉(zhuǎn)化性。但海岸帶景觀類型之間的轉(zhuǎn)化過程包含較多尚難用函數(shù)關系準確描述的事件(如空間轉(zhuǎn)化)，需結合國家和地方的相關政策變化進一步綜合分析。

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TheLandscapePatternCharacteristicsandForecastoftheCoastalZoneinShenzhenBay

LUO Yan1,LOU Quansheng1,XIE Jian1,LI Qian2

(1.South China Sea Institute of Planning and Environmental Research，SOA,Guangzhou 510300,China; 2.School of Geography and Planning,Sun Yat-Sen University,Guangzhou 510275,China)

The Shenzhen Bay coastal zone was regarded as the research object,supported by remote sensing and GIS technology,images of 2001’s and 2009’s were interpreted.The dynamic transfer data matrix of landscape types were obtained through the constructed space information base and overlaid the two kinds of vector maps.The spatial distribution and characteristics of landscape in Shenzhen Bay coastal zone were also obtained from 2001 to 2009.The results showed that the area of mangroves,construction lands and rivers expanded,the area of lakes,beaches,forests,shallow waters and green field decreased.At the same time,the developing tendency of landscape patterns were analyzed and forecasted with Markov Chain Model.The result also showed,the proportion of shallow waters,beaches,lakes,forests,green field would continue to fall,the proportion of construction land,mangroves would continue to rise,and the proportion of the rivers would stay unchanged essentially.Therefore,it is suggested that Shenzhen Bay should strengthen the planning of land reclamation,protect the marine ecological environment,and make use of the sea in a scientific and ecological way.

Coastal zone，Landscape pattern，Trend forecast，Shenzhen Bay，Marine ecological environment

2017-03-21；

2017-09-30

2012年度國家海洋局南海分局海洋科學技術局長基金資助項目(1257).

羅艷，工程師，碩士，研究方向為生態(tài)環(huán)境和海洋環(huán)境管理

P748

A

1005-9857(2017)12-0046-05