深圳市1988-2018年海岸線時空演變分析

柏葉輝，李向新，鐘舒怡

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深圳市1988-2018年海岸線時空演變分析

柏葉輝，李向新，鐘舒怡

（昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650000）

以深圳為研究區(qū)域并對其進行岸灘分區(qū)，利用1988年、1998年、2008年和2018年四個時相的TM和OLI衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，利用面向對象的方法提取各期海岸線，系統(tǒng)分析海岸線時空演化特征和岸線開發(fā)利用格局變化。結果表明：研究時段內，深圳市海岸線長度先增長后縮短，海岸線的整體變化強度為0.39%，西部地區(qū)海岸線變化強度要明顯大于東部地區(qū)。大量的自然岸線轉變?yōu)槠街钡娜斯ぐ毒€，人工岸線在逐年增加，自然岸線在不斷縮減，深圳灣岸段現(xiàn)已基本都已變?yōu)槿斯ぐ毒€。與此同時，海岸線的開發(fā)強度持續(xù)增長，且表現(xiàn)出不斷的上升趨勢，由1988年的0.32變?yōu)?018年的0.53，深圳灣和珠江口岸段開發(fā)強度明顯高于大鵬灣和大亞灣岸段。

海岸線；時空演變；遙感；大數(shù)據(jù)分析

0 引言

海岸帶地區(qū)是海洋系統(tǒng)與陸地系統(tǒng)之間相互作用形成的獨特生態(tài)過渡帶[1]，其生態(tài)環(huán)境極其敏感、脆弱，易受到自然變化與人類活動的影響[2,3]。海岸線不僅標識了沿海地區(qū)的水陸分界線，而且蘊含著豐富的環(huán)境信息，其變化直接影響潮間帶灘涂資源量及海岸帶環(huán)境，將引起海岸帶多重資源與生態(tài)環(huán)境過程的改變，影響沿海人民的生存發(fā)展[4]。在自然因素和人類活動的影響下，海岸線處于不斷的變化中[5]，這種變化既是海岸對各種動力作用的響應，也是海岸環(huán)境演變的直接體現(xiàn)[6]。因此，快速準確地監(jiān)測海岸線變化，從而為決策部門提供科學的、有效的信息[7,8]，對進行海岸資源開發(fā)利用和海洋環(huán)境災害預防與評估等都具有十分重要的意義[9,10]。

伴隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，包括大數(shù)據(jù)分析在內的大數(shù)據(jù)理念和方法應用于諸多方面[11-14]，遙感大數(shù)據(jù)擁有時空、光譜、分辨率等數(shù)據(jù)特征和瀏覽、顯示、存取等應用特點[15]，對于多時相數(shù)據(jù)分析具有明顯的優(yōu)勢。遙感技術擁有強大的獲取數(shù)據(jù)的能力，在海岸線調查中具有明顯的優(yōu)勢[5]，通過對遙感影像的解譯成為海岸線提取的新手段[16,17]。面向對象法是一種興新的遙感圖像解譯方法，該方法通過對影像的分割，使同質像元組成大小不同的對象，從而實現(xiàn)較高層次的遙感圖像分類和目標地物提 取[18]。本文以深圳市海岸帶為研究區(qū)域，并進行岸灘分區(qū)，采用LandsatTM/OLI影像為數(shù)據(jù)源，采用面向對象的方法，建立分類規(guī)則集提取海岸線，系統(tǒng)的分析了海岸線動態(tài)演變特征，包括海岸線長度和海岸類型的變化，以及對各海岸開發(fā)利用強度進行評價并探討其原因，以期為深圳市海洋的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

深圳市（22°27′―22°52′N，113°46′―114°37′E）是中國南部濱海城市，位于廣東省東南部，西臨珠江口，東瀕大亞灣和大鵬灣，南接香港新界，北靠東莞和惠州兩市。地貌類型多樣，地勢東南高、西北低，海岸類型豐富，其海岸帶被九龍半島分割為東、西兩部分，東部大鵬灣、大亞灣岸線曲折多為基巖質和沙礫質，西部深圳灣和珠江口主要為淤泥質和人類圍墾修筑岸線。海岸地貌類型的多樣化，使得海岸帶開發(fā)呈現(xiàn)多元化的特征。本文參考了各國開展海岸帶調查時常用的海岸線向陸延伸10 KM的空間范圍作為海岸帶調查范圍，將深圳市行政界線海域一側界限為基準向內陸一側10 KM緩沖區(qū)作為研究區(qū)（圖1）。由于研究內容的需要，本文將根據(jù)地貌的差異對研究區(qū)域進行岸灘分區(qū)，分為深圳灣、大鵬灣、大亞灣、珠江口四個研究單元。

1.2 研究數(shù)據(jù)來源

本文研究采用的主要數(shù)據(jù)源包括30m空間分辨率的1988、1998、2008年的Landsat TM衛(wèi)星影像和2018年的Landsat OLI衛(wèi)星影像，共四期12景；深圳市地形圖及相關資料。針對四期影像數(shù)據(jù)，利用ENVI軟件對其進行了預處理，包括幾何校正、影像融合以及影像增強等，分別求得各自的緩沖區(qū)覆蓋范圍。

圖1 研究區(qū)范圍

1.3 海岸線提取

鑒于Landsat衛(wèi)星影像過境為當?shù)貢r間上午10點左右，研究區(qū)潮位較高，衛(wèi)星影像可用于提取海岸線。本研究針對不同類型的岸段分別提取，在連接各研究單元內的提取結果。參照馬小峰[19]，孫偉福[20]，孫美仙[7]等人提出的海岸線提取方法，對于基巖和人工海岸，根據(jù)其對光譜的高反射特性，選擇灰度值區(qū)分海陸，其邊界作為岸線；沙質海岸提取灘脊痕跡線上限；對于淤泥質岸線，利用NDVI區(qū)分濕生植被與灘涂，靠陸一側分界線作為岸線。所有岸線都是利用eCognition 軟件根據(jù)不同地物在影像上表現(xiàn)出不同的光譜，形狀和紋理特征來提取出來的，同時結合Googel Earth高清影像對所有提取結果進行人工目視解譯并修正。最終分出四期海岸線。

1.4 岸線長度變化強度

為了更客觀的的對比各研究單元不同時段海岸線長度變化的時空差異，再此采用某一時段內某一研究單元海岸線長度的年均變化百分比來表示其海岸線的變化強度[10]。

1.5 岸線開發(fā)利用強度

岸線開發(fā)利用強度是定量表征不同的海岸類型對海岸帶資源的影響強弱的量，能夠更好的了解其空間分布規(guī)律，挖掘海岸線資源的開發(fā)利用潛力，有助于海岸帶資源的可持續(xù)開發(fā)利用[21]。具體公式如下：

表1 各類型岸線的資源環(huán)境影響因子

Tab.1 Resources and environment impact factor of all kinds of the shoreline

2 研究結果與討論

2.1 岸線時空演化特征

2.1.1 岸線長度演變特征

根據(jù)遙感監(jiān)測提取的海岸線成果顯示（圖2），1988年至2018年間，深圳市海岸線發(fā)生較大的變化，且不斷的向海推進，深圳市西部地區(qū)海岸線變化在范圍和程度上都大于東部地區(qū)，特別是西部的珠江口岸區(qū)和深圳灣岸區(qū)變化最為明顯，東部的大鵬灣和大亞灣僅部分岸段發(fā)生明顯變化。

圖2 1988-2018年深圳市海岸線動態(tài)變化

不同岸段的長度及變化也有顯著地差別。在這30年間，深圳市海岸線由213.70 km變?yōu)榱?39.02 km，增長了25.32 km。其中，珠江口岸區(qū)增長了18.1km，深圳灣岸區(qū)增長了0.99 km，大鵬灣岸區(qū)增長了7.74 km，大亞灣岸區(qū)減少了1.51 km。深圳市1998年較1988年增長了17.78 km，平均速度1.79 km/a，此階段岸線增長速度最快；2008年較1998年增長了14.18 km，平均速度1.42 km/a；2018年較2008年減少了6.64 km，平均速度0.66 km/a。

1988至2018年深圳市四個岸段海岸線長度一直保持大亞灣岸段>大鵬灣岸段>珠江口岸段>深圳灣岸段的分布格局。其主要原因是各岸段的地理位置差異所導致的海岸線長度有差異，因此，可以采用1988-1998年、1998-2008年、2008-2018年、1988-2018年三個時段和大亞灣岸段、大鵬灣岸段、珠江口岸段、深圳灣岸段四個研究單元海岸線長度的年均變化百分比來表示其海岸線的變化強度（圖3）。

圖3 1988-2018年深圳市各岸灘海岸線變化強度

1988-2018年研究區(qū)整體海岸線的變化強度為0.39%，從時間序列上看，1988-1998年是研究去海岸線長度變化強度最大的時期，海岸線變化強度為0.83%；其次為1998-2008年，海岸線變化強度為0.61%；2008年后海岸線進入快速減少時期，2008-2018年海岸線開始縮減，其變化強度為-0.27%。從研究單元看，1988-2018年珠江口岸段海岸線的長度變化最為劇烈，海岸線變化強度為1.36%；其次是大鵬灣，為0.43%；再次是深圳灣和大亞灣，海岸線變化強度分別為0.12%和-0.06%。

對于西部地區(qū)，1998-2008年是珠江口岸段海岸線變化最為激烈的一個時期，變化強度為2.01%；其次為1988-1998年，海岸線變化強度為1.53%；2008-2018年，海岸線變化強度最小，為0.17%。 1988-1998年是深圳灣岸段海岸線變化最為明顯的一個時期，變化強度為0.65%，其次為1998-2008年，海岸線變化強度為-0.36%，2008-2018年，海岸線變化強度最小，為0.09%?？傮w而言，西部地區(qū)海岸線變化強度較大，主要原因是珠江口區(qū)域，有大量的泥沙不斷淤積使灘涂向海推進[22]，岸線平直，岸線平緩，是灘涂圍墾的主要區(qū)域。深圳灣是一個半封閉型的淺水海灣，主要為淤泥質岸線，是填海造陸的主要區(qū)域。

對于東部地區(qū)，1988-1998年是大鵬灣岸段海岸線變化最強的一個時期，變化強度為1.39%；其次為2008-2018年，變化強度為-0.44%；變化最小為1998-2008年，變化強度為0.39%。2008-2018年是大亞灣岸線海岸線變化最為明顯的一年，變化強度為-0.57%；其次為1998-2008年，變化強度為0.29%；變化最小的為1988-1998年，變化強度為0.11%?？傮w而言，東部地區(qū)海岸線變化強度沒有西部大，主要原因大鵬灣和大亞灣岸段主要為基巖岸線，只有部分區(qū)域建設碼頭和網(wǎng)箱養(yǎng)殖，岸線小幅延伸，海岸線由于人為建設裁彎取直。

2.1.2 各類型岸線變化特征

根據(jù)遙感影像特點，將1988、1998、2008、2018年各時期的海岸線分為自然岸線和人工岸線，其中自然岸線分為生物岸線、基巖岸線、沙質岸線、淤泥質岸線，人工岸線包括建設圍堤岸線、養(yǎng)殖圍墾岸線、農(nóng)業(yè)圍墾岸線。由于人類對岸線的圍墾開發(fā)，近30年來，深圳市海岸帶的自然岸線呈現(xiàn)出不斷縮短的趨勢，而人工岸線不斷的增加。1988年，深圳市人工岸線長度為83.98 km，占總岸線的37%，經(jīng)過30年的城市發(fā)展，截止到2018年，人工岸線長度已達135.6 km，占總岸線的57%，比例上升了20%。與之相反的是，深圳市自然岸線在不斷的減少，且減少速度也逐漸變緩，1988-1998階段速度為-2.62 km/a，為30年中減少最快的階段；1998-2008階段速度為-1.24 km/a，2008-2018階段速度為-0.32 km/a。

具體各類型岸線的變化見圖4。從圖看出，自然岸線中，基巖岸線呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢，更多的基巖海岸被開發(fā)用來建設城市住宅用地和城市工業(yè)用地等，30年間，基巖海岸共減少了19.39 km，減少速度達到了0.65 km/a。沙質海岸岸線的長度在先減少后增加后，最終2018年與1988年基本一致，這是由于隨著旅游業(yè)的不斷發(fā)展，岸線受到了更多的保護和利用，減少沙粒被海浪沖蝕的現(xiàn)象。淤泥質海岸呈現(xiàn)出逐年減少的趨勢，這主要是由于更多的淤泥質海岸被人為圍墾開發(fā)，轉化為建設圍堤岸線、養(yǎng)殖基地或農(nóng)田。

圖4 1988-2018年深圳市各類型岸線長度變化

人工岸線中，農(nóng)業(yè)圍墾岸線在逐年減少，由1988年的33.27 km，變?yōu)?018年的8.81 km。而建設圍堤岸線卻在不斷增加，到2008年達到最大值，且2018年和2008年基本持平。說明隨著工業(yè)、旅游業(yè)及海上貿(mào)易的發(fā)展，人類對土地的需求量不斷的增加，越來越多的農(nóng)業(yè)用地被用來發(fā)展工業(yè)。養(yǎng)殖圍墾岸線從1998年后基本維持不變。

2.2 岸線開發(fā)強度評價

依據(jù)岸線開發(fā)利用強度公式計算出深圳市海岸線開發(fā)強度（圖5），在過去的30年里，深圳市海岸線的開發(fā)強度持續(xù)增長，且表現(xiàn)出不斷的上升趨勢，由1988年的0.32提高為2018年的0.53，這表明人類對岸線資源的開發(fā)利用越來越迫切。各岸段的岸線開發(fā)利用強度也存在顯著的差異，具體來說，深圳灣岸段開發(fā)強度一直很高，珠江口岸段開發(fā)強度緊隨其后，但最近幾年超越了深圳灣岸段，大鵬灣和大亞灣岸段岸線開發(fā)強度都較低，但隨著時間的變化，也呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢。

圖5 深圳市1988-2018年各岸段海岸線開發(fā)強度指數(shù)

總的來說，深圳市西部海岸的珠江口岸段和深圳灣岸段的開發(fā)利用強度要明顯高于東部海岸的大鵬灣岸段和大亞灣岸段。其中岸線開發(fā)利用強度最大的為這主要因為深圳市東西部海岸線的自然條件存在明顯分異，西部海岸線幾乎全部為珠江河口地區(qū)的淤泥質海岸線，而東部海岸線大部分為基巖海岸和沙質海岸[23]。西部地區(qū)造地成本低，填海條件優(yōu)越，現(xiàn)已全部被改造為生產(chǎn)和生活岸線，而東部地區(qū)由于岸線底質條件大部分都不適合填海，開發(fā)的較慢，現(xiàn)生態(tài)岸線居多，只有部分由于城市化和工業(yè)化被改造為生產(chǎn)和生活岸線。

3 結論

本文利用RS和GIS技術獲取了1988年-2018年30年間深圳市“三灣一口”的海岸線分布情況；計算了岸線長度變化強度和岸線開發(fā)利用強度，分析了海岸線時空長度、類型變化特征以及海岸線開發(fā)利用強度。主要結論如下：

（1）1988-2008年研究區(qū)海岸線長度持續(xù)增加，2008-2018年研究區(qū)海岸長度線有所輕微減少。1988至2018年深圳市四個岸段海岸線長度一直保持大亞灣岸段>大鵬灣岸段>珠江口岸段>深圳灣岸段的分布格局。1988-2018年研究區(qū)整體海岸線的變化強度為0.39%，西部地區(qū)海岸線變化強度要明顯大于東部地區(qū)海岸線變化強度，主要是人為開發(fā)原因造成的。

（2）由于人類對岸線的圍墾開發(fā)，近30年來，深圳市海岸帶的自然岸線在逐年縮減，而人工岸線卻在逐年增加，大部分自然岸線轉化為人工岸線，人工岸線中的各類別也會相互轉換，但主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)圍墾岸線轉化為建設圍堤岸線。自然岸線中，基巖岸線、淤泥質岸線呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢；人工岸線中，農(nóng)業(yè)圍墾岸線在逐年減少，而建設圍堤岸線卻在不斷增加。但是不同的四個岸段也各自呈現(xiàn)出不同的變化特點。

（3）1988-2018年，深圳市海岸線的開發(fā)強度持續(xù)增長，且表現(xiàn)出不斷的上升趨勢，由1988年的0.32提高為2018年的0.53。深圳市西部海岸的珠江口岸段和深圳灣岸段的開發(fā)利用強度要明顯高于東部海岸的大鵬灣岸段和大亞灣岸段，其原因與不同類型海岸的地貌環(huán)境差異密不可分。

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Dynamic Change of the Coastline in Shenzhen during 1988-2018

BAI Ye-hui, LI Xiang-xin, ZHONG Shu-yi

(Kunming University of Science and Technology, Institute of land and Resources Engineering, kunming, Yunnan, 650000)

Taking Shenzhen, a region of rapid urbanization, as the study area and dividing the shoreline into different zones, using TM and OLI satellite image data of 1988, 1998, 2008 and 2018, the shoreline of each period was extracted by object-oriented method, and the temporal and spatial evolution characteristics of the shoreline and the pattern changes of shoreline development and utilization were analyzed systematically. The results show that the coastline length of Shenzhen increases first and then decreases. The overall change intensity of the coastline is 0.39%. The change intensity of the coastline in the western region is obviously greater than that in the eastern region. A large number of natural shorelines have been transformed into flat artificial shorelines. Artificial shorelines have been increasing year by year. Natural shorelines have been shrinking. At the same time, the development intensity of the coastline continues to grow, and shows a rising trend, from 0.32 in 1988 to 0.53 in 2018. The development intensity of Shenzhen Bay and Pearl River estuary is obviously higher than that of Dapeng Bay and Daya Bay.

Coastline; Dynamic change; Remote sensing; Big data analysis

TP79

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.10.026

柏葉輝(1994-)，碩士研究生，主要研究方向為海岸帶生態(tài)環(huán)境變化；李向新(1963-)，副教授，主要研究方向為3S技術集成及工程應用、GIS水文模型；鐘舒怡(1993-)，碩士研究生，主要研究方向為城市擴張。

柏葉輝，李向新，鐘舒怡. 深圳市1988-2018年海岸線時空演變分析[J]. 軟件，2018，39（10）：133-138