1973—2018年珠江三角洲海岸線時(shí)空演變分析

夏涵韜，隆院男*，劉 誠(chéng)，劉曉建

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 水利工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114；2.水沙科學(xué)與水災(zāi)害防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410114；3.珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510611)

0 引言

珠江三角洲地區(qū)是中國(guó)海岸線最長(zhǎng)、最復(fù)雜的地區(qū)之一，在地質(zhì)結(jié)構(gòu)、上游來(lái)水來(lái)沙條件等各種因素影響下形成眾多不同類(lèi)型的海岸帶。而海岸帶是陸地和海洋之間的過(guò)渡地帶，是典型的生態(tài)交錯(cuò)帶和脆弱區(qū)，更是人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度最高的區(qū)域之一[1]，包括城鎮(zhèn)、港灣、濱岸沙丘、入海河口及三角洲等多種地形地貌。作為承載人類(lèi)文明的發(fā)源地，也是現(xiàn)代人類(lèi)活動(dòng)的核心地帶，海岸帶地區(qū)成為海洋開(kāi)發(fā)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基地。而隨著工業(yè)發(fā)展、填海圍墾、港灣發(fā)展、漁業(yè)養(yǎng)殖、石油開(kāi)采等大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用，海岸資源已經(jīng)趨近于飽和，催生了水環(huán)境污染、生態(tài)環(huán)境惡化、漁業(yè)資源減少、濕地退化等一系列問(wèn)題，讓海岸的保護(hù)、管理及可持續(xù)開(kāi)發(fā)成為當(dāng)下學(xué)者研究的熱點(diǎn)[2-3]。

以往對(duì)于海岸線時(shí)空演變的研究主要采用沉積地質(zhì)分析[4]、歷史地圖[5]等方法，然而由于技術(shù)條件受限致使數(shù)據(jù)缺乏且精度、準(zhǔn)度不高，無(wú)法研究大區(qū)域、長(zhǎng)時(shí)間岸線變化趨勢(shì)。相比于現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，遙感技術(shù)有著資料獲取迅速、重復(fù)周期短、信息量大等優(yōu)勢(shì)。隨著社會(huì)大眾對(duì)生態(tài)保護(hù)觀念的加強(qiáng)，海岸線的時(shí)空演變及未來(lái)發(fā)展的研究逐漸成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)[3，6]，國(guó)內(nèi)主要研究區(qū)域集中在環(huán)渤海[7]、東南沿海[8]、海南島[9]等岸段。近些年來(lái)，性能強(qiáng)大的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星逐步取代了Landsat衛(wèi)星成為學(xué)者研究數(shù)據(jù)的來(lái)源，例如，易琳 等[10]通過(guò)HJ衛(wèi)星從生態(tài)環(huán)境的角度對(duì)深圳市海岸帶變化特征進(jìn)行了監(jiān)控和分析。從空間尺度來(lái)看，前人對(duì)于珠江口海岸線的研究多集中在大亞灣[11]、深圳[12]、珠海[13]等岸線變化劇烈的海岸帶，而少有結(jié)合人類(lèi)活動(dòng)因素研究整個(gè)珠江三角洲地區(qū)海岸線的時(shí)空演變。

本文通過(guò)研究岸線長(zhǎng)度、變遷強(qiáng)度、岸灘面積、分形維數(shù)及使用類(lèi)型的變化，結(jié)合人類(lèi)活動(dòng)因素，對(duì)1973—2018年珠江三角洲地區(qū)海岸線的時(shí)空演變規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究，揭示珠江三角洲各地區(qū)海岸線開(kāi)發(fā)利用情況，為珠江三角洲海岸帶綜合保護(hù)和管理以及生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供一定的理論參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

珠江三角洲地區(qū)位于廣東省中南部，珠江入海口背靠南海，與東南亞地區(qū)隔海相對(duì)，陸地面積為1.66萬(wàn)km2,人口約4 573萬(wàn)，是由澳門(mén)、香港2個(gè)特別行政區(qū)及廣東省的珠海、中山、廣州、東莞、深圳5個(gè)市組成的城市群，其海岸線長(zhǎng)達(dá)1 589.72 km，占中國(guó)大陸岸線總長(zhǎng)度的8.7%[14]。珠江三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密集，是華南地區(qū)對(duì)外開(kāi)放的重要門(mén)戶(hù)和全國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎。珠江三角洲的岸線分布情況如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文借助1973—2018年多幅Landsat遙感影像、Google Earth衛(wèi)星圖、廣東地質(zhì)資料以及野外實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)珠江三角洲地區(qū)海岸線進(jìn)行解譯。美國(guó)NASA(National Aeronautics and Space Administration)的陸地衛(wèi)星計(jì)劃從1972年啟動(dòng)，目前一共有8顆衛(wèi)星，拍攝周期較短(2～3周)，且時(shí)間跨度序列較長(zhǎng)，遙感影像覆蓋范圍較廣，從USGS(United States Geological Survey)網(wǎng)站上可以免費(fèi)下載相關(guān)數(shù)據(jù)。其中Landsat4-5 TM、Landsat8-OLI經(jīng)過(guò)預(yù)處理(輻射定標(biāo)和大氣校正)后，數(shù)據(jù)產(chǎn)品處理簡(jiǎn)單，使用方便。

圖1 研究區(qū)域岸線劃分Fig.1 The beach zoning map of the study area

首先對(duì)Landsat影像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像預(yù)處理(包括配準(zhǔn)、輻射定標(biāo)和大氣校正)。由于研究區(qū)域較大，覆蓋了2個(gè)條帶號(hào)和2個(gè)行編號(hào)，所以研究區(qū)所在TM/OLI影像軌道號(hào)為122/45、122/44、121/44和120/44，具體信息如表1所示。圖像由UTM投影系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為等面積投影系統(tǒng)，然后消除光照和大氣等因素對(duì)地物反射的影響。在對(duì)遙感影像進(jìn)行預(yù)處理及對(duì)部分圖像合成拼接的基礎(chǔ)上，采用區(qū)域裁剪和截圖的方法得到研究區(qū)域的遙感資料。

2 海岸線提取和研究方法

2.1 海岸線提取方法

由于遙感影像中的海岸線多為衛(wèi)星過(guò)境時(shí)刻攝取的瞬時(shí)水邊線，而無(wú)法確保該水邊線恰好為海岸線，即平均大潮高潮線[15]。海岸線種類(lèi)眾多，過(guò)往學(xué)者多根據(jù)研究區(qū)域的地貌條件來(lái)劃分岸線類(lèi)型，國(guó)際上并未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文參考陳金月[16]和朱俊鳳[17]的研究成果以及實(shí)地考察情況，依據(jù)珠江三角洲地區(qū)獨(dú)特的地貌條件確定各類(lèi)海岸線的解譯標(biāo)志，再深入實(shí)地對(duì)各類(lèi)型海岸線的解譯標(biāo)志進(jìn)行完善，各類(lèi)型海岸線解譯方式如表2所示。提取瞬時(shí)水邊線時(shí)，盡可能選擇10—12月的遙感影像數(shù)據(jù)，以減小數(shù)據(jù)的誤差。

表1 遙感影像信息表Tab.1 Information of remote sensing image

表2 珠江三角洲海岸線解譯標(biāo)志Tab.2 Interpretation marks of coastline in Pearl River Delta

表2(續(xù))

根據(jù)解譯標(biāo)志，把珠江三角洲地區(qū)海岸線分為自然岸線和人工岸線。根據(jù)使用類(lèi)型把人工岸線分為城鎮(zhèn)與工業(yè)岸線、港口碼頭岸線、生物岸線、河口岸線和圍墾岸線等；而自然岸線根據(jù)海岸底質(zhì)與空間形態(tài)分為淤泥質(zhì)岸線、沙質(zhì)岸線和基巖岸線。人工岸線在遙感影像上有著清晰明確的解譯標(biāo)志，岸線規(guī)則，邊角分明，容易識(shí)別和分類(lèi)，且城鎮(zhèn)工業(yè)岸線或港口岸線等人工岸線多有堤壩護(hù)欄，不受漲、落潮影響；基巖岸線常有突出的海岬，在海岬之間多為懸崖峭壁，這類(lèi)海岸線受潮位變化影響較小；沙質(zhì)岸線和淤泥質(zhì)岸線受海水潮位變化影響較大，需要人工解譯修正。

沙質(zhì)海岸一般比較平直，海灘上部因大潮潮水搬運(yùn)，常常堆積成1條與岸平行的脊?fàn)钌迟|(zhì)沉積，灘脊的位置即為海岸線位置[18]，如圖2所示。

淤泥質(zhì)岸線中潮間帶向陸區(qū)域有大量的人工圍墾區(qū)且向陸一側(cè)植物生長(zhǎng)茂盛，在遙感影像上呈現(xiàn)藍(lán)色或者深藍(lán)色；而向海一側(cè)植物則長(zhǎng)勢(shì)稀疏矮小，在影像上呈現(xiàn)淺綠色，形成一種天然的植物界線。通常認(rèn)定這種植物界線為淤泥質(zhì)海岸的海岸線[19]，如圖3所示。

圖2 沙質(zhì)岸線解譯方法Fig.2 Interpretation way of sandy shoreline

圖3 淤泥質(zhì)岸線解譯方法Fig.3 Interpretation way of muddy shoreline

2.2 海岸線定量分析

為了定量分析珠江三角洲海岸線變遷規(guī)律，采用變遷強(qiáng)度分析海岸線長(zhǎng)度變化，利用分形維數(shù)表示海岸線不規(guī)則特征。

2.2.1 變遷強(qiáng)度

為了客觀對(duì)比各個(gè)時(shí)段海岸線長(zhǎng)度變遷速度的時(shí)空差異，采用某一時(shí)段內(nèi)海岸線長(zhǎng)度的平均變化百分比來(lái)表示海岸線的變化強(qiáng)度[20]，公式如下：

(1)

式中：LCIij表示某一研究單元第i年至第j年岸線變遷強(qiáng)度(Length Change Intensity)，Li和Lj分別表示對(duì)應(yīng)年份的海岸線長(zhǎng)度。變遷強(qiáng)度的絕對(duì)值越大，岸線時(shí)空變遷越明顯。

2.2.2 海岸線分形維數(shù)

分形維數(shù)是現(xiàn)代數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的一種方法，其反映了復(fù)雜形體占用空間的有效性，也就是岸線的不規(guī)則程度。目前學(xué)者計(jì)算分形維數(shù)通常會(huì)采用量規(guī)法[21](腳規(guī)法)、隨機(jī)噪聲法[22]、網(wǎng)絡(luò)法(盒計(jì)法)[23]等。本文采用網(wǎng)絡(luò)法來(lái)計(jì)算珠江三角洲海岸線分形維數(shù)。

網(wǎng)格法的基本思路是使用不同長(zhǎng)度的正方形網(wǎng)格連續(xù)且不重疊地去覆蓋海岸線，當(dāng)網(wǎng)格邊長(zhǎng)ε取不同值時(shí)，覆蓋海岸線所需網(wǎng)格數(shù)目N(ε)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化，公式如下：

InN(ε)=-Klnε+b

(2)

式中：K是海岸線的分形維數(shù)，b為對(duì)應(yīng)常數(shù)，ε為網(wǎng)格邊長(zhǎng)。

先利用ArcGis10.2中的Conversion Tools的要素轉(zhuǎn)柵格模塊將岸線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為柵格類(lèi)型。根據(jù)研究單元的實(shí)際距離調(diào)整像元大小，考慮到Landsat衛(wèi)星影像的分辨率是30 m。網(wǎng)格邊長(zhǎng)分別取為30、60、90、120、150、180、210、240、270、300、600、900、1 200、2 400、4 800、9 600和12 000 m。生成覆蓋研究區(qū)域岸線不同像元的正方形網(wǎng)格，并利用GIS軟件柵格數(shù)據(jù)計(jì)算功能提取覆蓋海岸線所需要的各個(gè)網(wǎng)格邊長(zhǎng)(ε)的正方形數(shù)目(N)。繪制ε、N的對(duì)數(shù)關(guān)系曲線并作線性擬合，得到該直線的斜率的絕對(duì)值，即為海岸線分形維數(shù)。分形維數(shù)越大，研究區(qū)域岸線越復(fù)雜。

2.3 海岸線資源開(kāi)發(fā)利用類(lèi)型分析方法

隨著珠江三角洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，岸線資源的開(kāi)發(fā)也呈現(xiàn)明顯的時(shí)空演進(jìn)，且利用類(lèi)型也在不斷變化。為了定量表示岸線資源利用的演進(jìn)，采用景觀學(xué)上的相關(guān)參數(shù)作為分析的依據(jù)[24]。

2.3.1 岸線人工化指數(shù)

岸線人工化是指因?yàn)槿祟?lèi)活動(dòng)導(dǎo)致自然岸線變成人工岸線的過(guò)程。而人類(lèi)開(kāi)發(fā)岸線的程度可以用人工化指數(shù)來(lái)表示，公式如下：

(3)

式中：N表示人工岸線長(zhǎng)度；L為海岸線總長(zhǎng)度；H值表示人工化指數(shù)，H值越大，表示海岸線開(kāi)發(fā)利用程度越高。

2.3.2 岸線開(kāi)發(fā)利用主體度

岸線開(kāi)發(fā)利用主體度能表示區(qū)域內(nèi)岸線的主體結(jié)構(gòu)和主體岸線的重要度，借鑒景觀生態(tài)學(xué)中的景觀優(yōu)勢(shì)度的確定思路，構(gòu)建適用于海岸線空間格局定量評(píng)價(jià)的岸線開(kāi)發(fā)利用主體度模型(表3)。

表3 岸線開(kāi)發(fā)利用主體度類(lèi)型Tab.3 The subject degrees types of shoreline development and utilization

2.3.3 岸線開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度

岸線開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度可定量表示各種岸線類(lèi)型對(duì)整體自然環(huán)境系統(tǒng)的影響程度，公式如下：

(4)

式中：A為開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度，Li為第i類(lèi)岸線的長(zhǎng)度，Pi為第i類(lèi)岸線影響環(huán)境的權(quán)重因子(0

影響環(huán)境權(quán)重因子P表示不同使用類(lèi)型岸線對(duì)自然環(huán)境影響程度的強(qiáng)弱。把與岸線影響有關(guān)的元素分解成地理層面、海洋層面及環(huán)境層面，在不同的層面上單獨(dú)分析，再聚類(lèi)統(tǒng)計(jì)。按照這種層次權(quán)重決策分析方法，結(jié)合相關(guān)專(zhuān)家意見(jiàn)確定各個(gè)層次指標(biāo)的權(quán)重，最終構(gòu)建各類(lèi)岸線的環(huán)境影響權(quán)重因子(表4)。

表4 各類(lèi)型岸線的自然環(huán)境影響權(quán)重因子Tab.4 The weight of natural and environmental impact of each type shoreline

3 結(jié)果分析

3.1 海岸線變遷分析

3.1.1 海岸線變遷強(qiáng)度分析

珠江三角洲海岸線變化如圖4和表5所示，各地區(qū)岸線開(kāi)發(fā)強(qiáng)度不同，導(dǎo)致岸線變化趨勢(shì)迥異。2018年珠江三角洲岸線總長(zhǎng)度為1 589.72 km。總體來(lái)看，岸線總長(zhǎng)度呈現(xiàn)先減小后增加趨勢(shì)，45 a中岸線增加了111.79 km，年均增加2.48 km。2010—2015年期間，人為開(kāi)發(fā)岸線最為活躍，岸線平均增長(zhǎng)速率為10.79 km/a?？臻g上，深圳岸線變化最大，共增加了64.21 km；而中山市岸線變化最少，僅增加5.39 km。

圖4 珠江三角洲海岸線時(shí)空演變Fig.4 Evolution processes of coastline in Pearl River Delta

表5 珠江三角洲海岸線長(zhǎng)度變化Tab.5 Change of coastline length in Pearl River Delta km

為了更好地分析不同地區(qū)海岸線時(shí)空演變，引入岸線變遷強(qiáng)度作為指標(biāo)。由表6可知，1973—2018年，珠江三角洲整體變遷強(qiáng)度為0.17%。從時(shí)間上看，1973—1980年期間，岸線變遷強(qiáng)度相對(duì)較大；之后1980—1990年，變遷強(qiáng)度為0.06%；1990—2000年，岸線變遷強(qiáng)度為0.34%；之后2000—2010年，變遷強(qiáng)度又有所減緩，為0.13%；2010—2015年岸線變遷強(qiáng)度最大，為0.71%。近3 a有所減緩，僅為0.17%。從空間上看，澳門(mén)特區(qū)和深圳市岸線變遷強(qiáng)度比較劇烈，1973—2018年變遷強(qiáng)度分別為1.60%和0.90%。另外，2010—2015年，港珠澳大橋的建立引起澳門(mén)岸線長(zhǎng)度劇烈增長(zhǎng)；2000—2005年，中山市成立臨海工業(yè)園(2002年)，在橫門(mén)島淺灘上海涂圍墾造成長(zhǎng)度大幅減少。

表6 珠江三角洲海岸線變遷強(qiáng)度Tab.6 The coastline change intensity in Pearl River Delta %

3.1.2 海岸線分形維數(shù)分析

珠江三角洲舊稱(chēng)粵江平原，是西江、北江及東江共同沖積所形成的大小三角洲的集合，是放射型河網(wǎng)的三角洲的復(fù)合體，在地圖上呈現(xiàn)“倒三角”形狀，地面起伏波動(dòng)較大，四周是臺(tái)地、丘陵、島嶼，中部是平原。從總體上看，珠海、廣州的海岸線多為淤泥質(zhì)，地勢(shì)較為平坦，有大量淤泥淺灘且基巖較少；深圳、香港的海岸線多為基巖岸線，丘陵密布，在南海洋流強(qiáng)烈作用下，岸線較為曲折。圖5為1973—2018年珠江三角洲主要地區(qū)的分形維數(shù)，近45 a來(lái)，珠江三角洲岸線的分形維數(shù)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，均值為1.20。1980年前，除港澳地區(qū)外，珠江三角洲海岸帶大多處在未開(kāi)發(fā)狀態(tài)。改革開(kāi)放后，隨著城鎮(zhèn)工業(yè)用地需求日益增大，大量灘涂資源被圍墾開(kāi)發(fā)成各類(lèi)岸線，海岸線的復(fù)雜度和曲折度逐步上升，岸線分形維數(shù)也不斷增大。

珠江三角洲地區(qū)海岸線漫長(zhǎng)，各地市的地理區(qū)域和人為社會(huì)因素的不同造成了岸線分形維數(shù)變化的差異。其中，珠海地區(qū)岸線分形維數(shù)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。1973—1990年，珠海南部大量灘涂資源被圍墾從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，岸線分形維數(shù)不斷減小，東部岸線變化較?。?990年后，珠海岸線分形維數(shù)不斷上升。同樣廣州番禺、南沙區(qū)大片淺灘在泥沙淤積和人為開(kāi)發(fā)的共同影響下，岸線分形維數(shù)不斷波動(dòng)，由于廣州番禺、南沙的開(kāi)發(fā)時(shí)間較晚，建設(shè)進(jìn)度較快，2000年后，岸線分形維數(shù)迅速增加。澳門(mén)依托澳門(mén)半島、氹仔、路環(huán)三部分不斷向外填海造陸，分形維數(shù)波動(dòng)變化較為明顯。1980年后，深圳岸線分形維數(shù)不斷上升。香港北靠深圳河，西起深圳灣，東至大鵬灣，丘陵起伏，山嶺連綿，岸線曲折，較其他地區(qū)岸線較長(zhǎng)，且自然基巖岸線的占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過(guò)其他地區(qū)，其分形維數(shù)始終高于珠江三角洲其他地區(qū)。另外，珠江三角洲地區(qū)總體海岸線分形維數(shù)始終處于香港和珠海岸線分形維數(shù)之間，并非各個(gè)地區(qū)岸線分形維數(shù)的均值，而是接近香港岸線分形維數(shù)。

圖5 珠江三角洲地區(qū)岸線分形維數(shù)時(shí)空變化Fig.5 The evolution processes of fractal dimensionof coastline in Pearl River Delta

1973年至今，廣州、深圳、珠海的海岸線分形維數(shù)呈現(xiàn)較大的增幅，增幅分別為0.047、0.043和0.035，均高于珠江三角洲總體海岸線分形維數(shù)的增幅。從海岸帶利用類(lèi)型的角度分析，淤泥質(zhì)海岸進(jìn)行填海造陸的規(guī)模和程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基巖海岸，而圍墾開(kāi)發(fā)為城鎮(zhèn)工業(yè)岸線、港口岸線后，海岸線復(fù)雜度和曲折度增加。由此可見(jiàn)，人類(lèi)社會(huì)對(duì)海濱地區(qū)的建設(shè)開(kāi)發(fā)是海岸形態(tài)演變最大的驅(qū)動(dòng)力，而海岸線分形維數(shù)一定程度上顯示了海岸形態(tài)變化。

3.1.3 海岸帶面積變化分析

除了通過(guò)海岸線長(zhǎng)度和曲折度來(lái)表示演變程度，也可以通過(guò)海岸帶岸灘面積變化來(lái)體現(xiàn)。由于海岸線屬于非閉合的矢量數(shù)據(jù)，而計(jì)算區(qū)域岸灘面積需要內(nèi)側(cè)邊界來(lái)計(jì)算岸線演變?cè)斐傻拿娣e變化，所以將往期的海岸線作為海岸帶內(nèi)側(cè)邊界，外側(cè)邊界用現(xiàn)有海岸線，相互結(jié)合所圍成的面積即為岸灘區(qū)域變化。珠江三角洲海岸帶岸灘變化情況如圖6和圖7所示。

圖6 珠江三角洲海岸帶面積變化Fig.6 The changes of coastal zone areain Pearl River Delta

圖7 珠江三角洲海岸帶變化Fig.7 The changes of coastal zone in Pearl River Delta

從總體來(lái)看，珠江三角洲地區(qū)岸灘面積增大了574.43 km2，年均增長(zhǎng)速率為12.76 km2/a，1990—2000年岸灘擴(kuò)張速率最快，為15.8 km2/a。不同地區(qū)的岸灘在不同時(shí)段的變化速率也截然不同，在這7個(gè)城市及特別行政區(qū)中，珠海和廣州的岸灘面積變化較大，分別增加了254.93和106.28 km2，增長(zhǎng)速率為5.66 km2/a和2.36 km2/a。珠海位于珠江三角洲西南部，在珠江三角洲城市群中海域最廣、岸線最長(zhǎng)，且磨刀門(mén)是西江徑流最主要的出?？陂T(mén)，其年輸沙量占珠江入?？傒斏沉康?/3。而廣州南沙區(qū)地處珠江三角洲幾何中心和珠江入?？冢瑓^(qū)內(nèi)有虎門(mén)、蕉門(mén)、洪奇瀝三條水道，大量的水沙經(jīng)過(guò)南沙，淺灘淤泥資源豐富，適合造陸圍墾。由于澳門(mén)特區(qū)相較于其他6個(gè)市及特區(qū)，面積較小且海岸線較短，所以澳門(mén)岸灘增加面積最少，為14.1 km2，其他地區(qū)的岸灘面積也有不同程度的增加。

3.2 海岸線開(kāi)發(fā)利用空間格局分析

3.2.1 海岸線人工化指數(shù)評(píng)價(jià)

珠江三角洲各地區(qū)人工化指數(shù)如圖8所示，珠江三角洲地區(qū)總體岸線人工化指數(shù)由0.18增加到0.67。中山、東莞和澳門(mén)岸線較短，人工化指數(shù)變化較快。珠海岸區(qū)東部海岸地貌類(lèi)型復(fù)雜，由岬角和海灣組成，從北到南依次是銅鼓角、唐家灣、銀坑、香洲灣、菱角咀、洲仔灣，岬角處受海浪的沖刷作用較大，多被開(kāi)發(fā)為城鎮(zhèn)工業(yè)岸線和港口碼頭岸線；而金灣區(qū)為沖積海積平原，多為淤泥質(zhì)岸線，由于西江上游來(lái)沙在此淤積，被人為開(kāi)發(fā)圍墾造陸，所以人工化指數(shù)不斷增加。廣州南沙淺灘在圍墾作用下，人工化指數(shù)不斷攀升。深圳岸區(qū)毗鄰香港，作為國(guó)家發(fā)展重要的對(duì)外窗口，其人工化指數(shù)在1980年后不斷上升。香港本身自然岸線較長(zhǎng)，且自然保護(hù)意識(shí)較好，人工化指數(shù)在0.2～0.4之間(由于研究香港岸線只包括香港島、九龍半島和新界，所以人工化指數(shù)較高。)

3.2.2 海岸線開(kāi)發(fā)利用主體度評(píng)價(jià)

利用1973—2018年的遙感圖像給出了珠江三角洲地區(qū)近45 a來(lái)岸線利用主體類(lèi)型及主體度變化。其中澳門(mén)特區(qū)、中山市和東莞市的海岸帶較少，岸線較短。澳門(mén)岸線在1990年后人工化指數(shù)均在0.65～

0.85之間，城鎮(zhèn)岸線和港口碼頭岸線占總體岸線比例較高；中山市由于位于橫門(mén)水道以南，岸灘泥沙資源豐富，適合圍墾從事農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖，自然岸線向人工岸線轉(zhuǎn)換得較快；東莞在伶仃洋東部，受到虎門(mén)水道來(lái)沙影響，大量灘涂資源便于圍墾開(kāi)發(fā)，且東莞是廣東重要的交通樞紐和外貿(mào)口岸，1990年后，城鎮(zhèn)和工業(yè)岸線以及港口岸線成為主體結(jié)構(gòu)。珠海、廣州、深圳和香港的海岸線利用主體類(lèi)型及主體度變化如表7所示。

圖8 珠江三角洲人工化指數(shù)變化Fig.8 The artificial index change in Pearl River Delta

表7 珠江三角洲海岸線主體度及主體類(lèi)型Tab.7 The subject degree and subject type of the coastline in Pearl River Delta

珠海市岸線的主體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“單一→二元→多元→二元”的過(guò)程，其東部海岸形成了多個(gè)SE或SW朝向的岬灣海灘，而南部海岸由于西江大量的泥沙通過(guò)磨刀門(mén)水道在此淤積，所以岸灘淤泥資源豐富，初期呈現(xiàn)單一結(jié)構(gòu)。由于磨刀門(mén)附近適合從事圍墾農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)，所以1980年圍墾岸線變多；1980—2000年間，隨著香洲、斗門(mén)、金灣各區(qū)不斷地建設(shè)發(fā)展，自然岸線減少，城鎮(zhèn)與工業(yè)岸線增多；2010年后，自然岸線資源被大量開(kāi)發(fā)，珠海市的海岸線開(kāi)發(fā)利用結(jié)構(gòu)變?yōu)槌擎?zhèn)岸線和圍墾岸線二元結(jié)構(gòu)。

廣州岸區(qū)開(kāi)發(fā)利用結(jié)構(gòu)主要是單一→二元的演變趨勢(shì)，南沙區(qū)和番禺區(qū)河流網(wǎng)絡(luò)密集，珠江入海的泥沙在此地淤積，形成眾多地面平坦的河流三角洲。1973年和1980年岸線多為淤泥質(zhì)岸線；1990年后，由于廣州南沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的設(shè)立(1993年)，大量的自然岸線資源被規(guī)劃、開(kāi)發(fā)、建設(shè)、管理；到了2000年，自然狀態(tài)下的淤泥質(zhì)岸線主體度下降到0.27，而南沙區(qū)的設(shè)立(2005年)進(jìn)一步加快了岸線類(lèi)型的轉(zhuǎn)變，城鎮(zhèn)岸線大幅增多，自然岸線繼續(xù)減少；2010年后，為了滿足南沙區(qū)作為國(guó)家級(jí)新區(qū)(2012年)的發(fā)展需要，大量從事農(nóng)業(yè)的圍墾岸線演變?yōu)槌擎?zhèn)岸線。

深圳西部是伶仃洋，岸線多為淤泥質(zhì)岸線，東部是大鵬灣、大亞灣，多為基巖岸線和砂質(zhì)岸線。1979年，廣東寶安縣改設(shè)為深圳市，深圳西部的寶安區(qū)、南山區(qū)、福田區(qū)發(fā)展較快，所以淤泥質(zhì)岸線大幅減少，而東部的鹽田區(qū)、龍崗區(qū)發(fā)展較慢，基巖岸線減少的速率較?。?990年，高強(qiáng)度的岸線開(kāi)發(fā)導(dǎo)致城鎮(zhèn)岸線增多；2000年后，深圳眾多港口建設(shè)工程完工致使港口岸線主體度上升；至2018年，深圳城鎮(zhèn)岸線和港口岸線占據(jù)了主導(dǎo)地位，其主體度分別為0.35和0.25。

香港地形多為丘陵，境內(nèi)山陵與地貌構(gòu)造體系與華南丘陵一樣，使得香港海岸線多為基巖類(lèi)岸線。1973年，基巖岸線占主要地位，主體度為0.46；1980后，自然岸線不斷減少，人工岸線不斷增加，導(dǎo)致基巖岸線的主體度減少，城鎮(zhèn)岸線的主體度增加，其岸線結(jié)構(gòu)一直呈現(xiàn)二元結(jié)構(gòu)。

3.2.3 海岸線開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度評(píng)價(jià)

珠江三角洲地區(qū)重要城市岸線開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度變化如圖9所示，總體來(lái)看，珠海、廣州、深圳和香港4個(gè)地區(qū)的岸線開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度都呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，說(shuō)明人類(lèi)的各種活動(dòng)對(duì)自然岸線的開(kāi)發(fā)利用程度不斷提高。20世紀(jì)70年代，香港的開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度指數(shù)最高為0.26，內(nèi)地幾個(gè)城市的海岸帶除小部分用于農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)外，大部分處于自然狀態(tài)。而1980年后，所有地區(qū)的指數(shù)都有所增加，其中深圳增速最快，香港增速最慢。這主要?dú)w因于政府發(fā)展政策，造就大規(guī)模工業(yè)園區(qū)的崛起和港口碼頭的建設(shè)，使得深圳的開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度指數(shù)快速上升；而香港由于岸線整體較長(zhǎng)，且制度觀念的不同，指數(shù)上升速度較慢。廣州地區(qū)和珠海地區(qū)的指數(shù)在不同時(shí)段上升速率有所不同，這是由于相關(guān)部門(mén)對(duì)各地區(qū)發(fā)展規(guī)劃的不同所造成的影響。

圖9 珠江三角洲海岸線開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度Fig.9 The development and utilization intensityof the coastline in Pearl River Delta

4 結(jié)論

本文通過(guò)遙感和GIS技術(shù)提取珠江三角洲地區(qū)1973—2018年海岸線，分析了海岸線長(zhǎng)度變化、變遷強(qiáng)度、岸灘面積、分形維數(shù)及岸線類(lèi)型時(shí)空演變特征，通過(guò)人工化指數(shù)、開(kāi)發(fā)利用主體度及強(qiáng)度指數(shù)分析珠江三角洲地區(qū)海岸線開(kāi)發(fā)利用演變規(guī)律。揭示了45 a來(lái)珠江三角洲地區(qū)海岸線變化的驅(qū)動(dòng)影響因素，為珠江三角洲地區(qū)海岸帶可持續(xù)發(fā)展提供參考。

從岸線類(lèi)型上看，深圳、香港地區(qū)主要以基巖岸線為主；伶仃洋河口多為上游泥沙形成的灘涂；而珠海香洲、中山為丘陵地貌，以基巖岸線為主，珠海斗門(mén)多為淤泥質(zhì)岸線。隨著整體發(fā)展戰(zhàn)略的改變和區(qū)位政策的調(diào)整，珠江三角洲地區(qū)海岸帶資源利用高速發(fā)展，海岸開(kāi)發(fā)類(lèi)型趨于多樣，各類(lèi)人工岸線的長(zhǎng)度及占比均有所上升，開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度也不斷上升，海岸類(lèi)型從單一、二元往多元方向發(fā)展。岸線長(zhǎng)度不斷增加，向海推進(jìn)顯著，平均變遷強(qiáng)度為0.17%，分形維數(shù)為1.20。從時(shí)間上看，1980年前，岸線擴(kuò)張較大的區(qū)域?yàn)橹楹６烽T(mén)區(qū)、廣州南沙區(qū)；改革開(kāi)放初，變遷較為明顯的區(qū)域是深圳的大鵬灣和蛇口半島，之后開(kāi)發(fā)活動(dòng)擴(kuò)散到整個(gè)珠江三角洲地區(qū)，吸引了大量造陸工程開(kāi)發(fā)、填海工業(yè)建設(shè)、陸連島等人為活動(dòng)。其主要驅(qū)動(dòng)因素也由珠江上游來(lái)水來(lái)沙沖淤、海浪作用等自然因素轉(zhuǎn)變?yōu)檎邔?dǎo)向的社會(huì)活動(dòng)等人為因素。

海岸線變遷在時(shí)間和空間上都是個(gè)動(dòng)態(tài)、漸進(jìn)的過(guò)程，政府政策轉(zhuǎn)向、區(qū)域規(guī)劃調(diào)整、社會(huì)人口遷徙都會(huì)影響濱海地區(qū)海岸資源的開(kāi)發(fā)和利用，必然會(huì)導(dǎo)致海岸線長(zhǎng)度和類(lèi)型的變化，從而對(duì)人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境生態(tài)保護(hù)帶來(lái)一定的沖擊。本文借助遙感影像資料提取海岸線對(duì)其變化和開(kāi)發(fā)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，為珠江三角洲地區(qū)海岸帶可持續(xù)發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。