上海市海岸帶開發(fā)利用監(jiān)測與專題圖可視化

姚文強

(上海市測繪院，上海 200063)

1 引 言

海岸帶是地處陸海交匯的特殊生態(tài)系統(tǒng)，其珍貴的岸線、濱海濕地等資源，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展提供了強大的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。海岸帶開發(fā)與保護是沿海城市重要的發(fā)展任務(wù)。應(yīng)堅持“陸海統(tǒng)籌、系統(tǒng)規(guī)劃”的原則來合理布局海岸帶的開發(fā)與保護。為此，應(yīng)加強海岸帶開發(fā)利用科學(xué)規(guī)劃與管理，對海岸帶進行動態(tài)監(jiān)測，為海岸帶的有序開發(fā)與保護提供科學(xué)依據(jù)。

上海市是我國超大型城市，人口與土地資源之間的矛盾比較突出。在城市建設(shè)和開發(fā)的過程中，依靠海洋是解決土地資源過少的一種手段，特別是在上海的“十三五”規(guī)劃中，也進行了一定面積的用海規(guī)劃。在國家海洋局印發(fā)的《海岸線保護與利用管理辦法》中，明確了自然岸線的保有率，并將其納入海洋生態(tài)紅線管控。海岸帶開發(fā)利用應(yīng)是有規(guī)劃、有紀律的，嚴格管控圍填?；顒?，嚴守海洋生態(tài)保護紅線，維護國家生態(tài)安全。

本文對上海市域范圍內(nèi)的海岸帶開發(fā)利用進行變化監(jiān)測，基于地理國情普查和監(jiān)測數(shù)據(jù)成果，分析海陸(島)分界線、地表覆蓋的一系列長度變化、面積變化、空間位置變化的現(xiàn)象，實現(xiàn)海岸帶專題地圖的快速可視化，可以為國家相關(guān)部門對海岸帶的開發(fā)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境監(jiān)管提供信息支撐，保護海洋生態(tài)環(huán)境，維護國家生態(tài)安全。

2 研究區(qū)與數(shù)據(jù)源

2.1 研究區(qū)

上海市海岸帶位于我國11個沿海省市的中點，扼居長江口，南瀕杭州灣，東臨東海，北接江蘇、南臨浙江，位于長江入?？诤蜄|海的交匯處，是我國黃金海岸與黃金水道的交匯處，構(gòu)成了我國弓箭型江海格局的關(guān)鍵點[2]。“十三五”期間，上海海洋經(jīng)濟增長明顯，2020年海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值突破萬億元，連續(xù)多年位居全國沿海省市前列[3]。

上海市的海岸帶包括長江岸帶、杭州灣岸帶和眾多河口島嶼(如崇明島、橫沙島、長興島、大小金山島等)。沿海灘涂大部分為淤泥質(zhì)平原海岸帶，灘地比較開闊，可開發(fā)利用潛力大[4，5]。作為超大型城市，上海人口眾多、土地資源緊缺，海岸帶開發(fā)利用是城市可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)，具有良好的研究和應(yīng)用價值。本文的研究區(qū)為上海陸域的沿海區(qū)域及近海島嶼，按照行政區(qū)劃管理單元分割，即寶山區(qū)、浦東新區(qū)、奉賢區(qū)、金山區(qū)和崇明區(qū)5個縣級行政區(qū)。

2.2 數(shù)據(jù)源

本文獲取了2015年～2018年4個年份的上海市地理國情普查和監(jiān)測成果作為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。地理國情普查和監(jiān)測是一項全面摸清“家底”的基礎(chǔ)性工作，按照“所見即所得”的原則，全面、客觀、真實地反映了地表現(xiàn)狀。其成果包括遙感影像、地表覆蓋和國情要素三大內(nèi)容。遙感影像分辨率均優(yōu)于 0.5 m，可以直觀反映海岸帶的現(xiàn)狀和變遷；地表覆蓋具有全覆蓋、無縫隙、高精度的特點，反映了土地表面自然或人工屬性或狀況；國情要素包括行政區(qū)劃、河流、道路等各類專題信息。

3 監(jiān)測與可視化關(guān)鍵技術(shù)

利用上海市2015年～2018年4個年份的地理國情普查和監(jiān)測數(shù)據(jù)成果，從海陸(島)分界線和沿海區(qū)縣的地表覆蓋變化兩個方面對海岸帶的開發(fā)利用監(jiān)測情況開展分析，并利用ArcGIS軟件實現(xiàn)專題地圖的快速表達，為海岸帶開發(fā)規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策支持，如圖1所示。

圖1 技術(shù)流程圖

3.1 海岸帶開發(fā)利用監(jiān)測

本文從線和面兩個維度考慮，選擇了海陸(島)分界線和地表覆蓋來反映海岸帶開發(fā)利用情況。

海陸(島)分界線是海洋與陸地(島嶼)的分界線，是多年平均大潮高潮痕跡的連線[6]。依據(jù)人類開發(fā)利用狀況，海陸(島)分界線可分為自然邊界線和人工邊界線兩種類型構(gòu)成。自然邊界線是平均大潮高潮線的痕跡線[7，8]。人工邊界線是以人工設(shè)施外圍界定的水陸邊界線。利用2015年～2018年4個年份的高分辨率遙感影像，獲取海陸(島)分界線，并進行分類。對海陸(島)分界線的長度變化、空間位置變化進行分析，可以直觀地反映人類開發(fā)利用海洋資源的進程。

地表覆蓋反映了土地表面各類營造物的屬性或狀況[9]。為充分反映上海海岸帶土地開發(fā)利用的情況，利用地理國情普查和監(jiān)測數(shù)據(jù)，將沿海5個縣級區(qū)縣的地表覆蓋分為8大類，分別是種植土地、林草覆蓋、房屋建筑(區(qū))、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地和水域。通過對比2015年和2018年兩年海岸帶地表覆蓋變化，反映人類開發(fā)利用海岸帶強度。

3.2 基于ArcGIS的可視化表達

為了實現(xiàn)海岸帶開發(fā)利用情況的快速可視化，利用ArcGIS軟件和數(shù)據(jù)庫自動出圖技術(shù)，編制海岸帶專題地圖[10]。首先，應(yīng)用地理國情要素專題數(shù)據(jù)，在ArcGIS軟件定制統(tǒng)一的專題底圖模板，包括數(shù)據(jù)表達、注記輸出、色彩設(shè)計、符號配置、圖面整飾等，提高地圖制作的效率和質(zhì)量，實現(xiàn)地圖快速打印和輸出，提升信息化制圖的美觀性和科學(xué)性。為契合用戶認知，海岸帶專題底圖應(yīng)以藍色背景為宜，表達與主題相關(guān)的重點內(nèi)容即可，比如骨干的河湖與注記、行政區(qū)劃界線與注記等，整體風(fēng)格簡潔簡約。

海岸帶專題地圖可采用線劃地圖和影像地圖相結(jié)合的方式。線劃地圖是經(jīng)過制圖綜合后的表達，用形象的線劃、符號和注記表達地理要素，影像地圖具有表現(xiàn)真實、數(shù)據(jù)完整等特點，細節(jié)豐富[11]。因此可以將兩種地圖相結(jié)合，線劃地圖反映海岸帶宏觀空間現(xiàn)狀和分布，影像地圖通過前后時相對比圖反映局部變化。

通過ArcGIS軟件進行可視化表達，可以大大縮短地圖的成圖周期，將數(shù)據(jù)更新和地圖更新有機結(jié)合，實現(xiàn)同步快速更新，提高出圖的效率，從而為城市的規(guī)劃、開發(fā)、建設(shè)等決策與管理提供了高現(xiàn)勢性的參考資料。

4 監(jiān)測與可視化分析

4.1 海陸(島)分界線

上海地處長江入?？冢?jīng)濟發(fā)達，人口密度高，土地資源緊張，因此，在歷史上就通過層層往東修建海塘使陸域范圍不斷擴大。海塘修建的歷史最早可以追溯到隋唐，當(dāng)時就有建設(shè)土海塘的記載，目前上海還保留著一段270多年前的石海塘[12]。

從現(xiàn)狀監(jiān)測情況來看，2018年，上海的海陸(島)分界線總長度為 584.12 km，其中海陸分界線 217.55 km，占海陸(島)分界線總長度的37.24%；近岸島嶼分界線 366.57 km，占海陸(島)分界線總長度的62.76%。從邊界類型來看，自然邊界線占海陸(島)分界線不到百分之一，僅為0.72%，總長度為 4.22 km。99.28%的海陸(島)分界線皆為人工邊界線，且超過85%的區(qū)域均為防護工程邊界線(海塘)。

從變化監(jiān)測情況來看，2015年～2018年，上海市海陸(島)分界線呈逐年遞增趨勢，長度總體增長 16.71 km，均為人工邊界線，自然邊界線沒有明顯的變化。其中，2016年～2017年，海陸(島)分界線變化長度增長了 16.24 km，占到近三年變化長度的97.19%，為海陸(島)分界線長度變化最顯著的一年，如表1、圖2所示。

海陸(島)分界線長度統(tǒng)計表(單位/km) 表1

圖2 2018年上海海陸(島)分界線空間分布圖

為了進一步分析人工邊界線的變化情況，將人工邊界線進一步分為養(yǎng)殖邊界線、鹽田邊界線、港口碼頭邊界線、臨海建設(shè)邊界線、道路邊界線、防護工程邊界線、防潮閘、其他人工邊界線8種類型。

2015年～2018年期間，人工邊界線長度呈總體增加的趨勢。其中養(yǎng)殖邊界線呈現(xiàn)輕微減少趨勢，港口碼頭邊界線和道路邊界線在小幅減少后轉(zhuǎn)為增加趨勢，防潮閘增長趨勢放緩。從總量來看，防護工程邊界線大幅增長 15.94 km，養(yǎng)殖邊界線、防潮閘和其他人工邊界線也有一定程度的增長，分別增長 0.28 km、0.13 km和 0.53 km。其中2016年～2017年為變化最顯著的一年，占到近三年變化長度的97.19%。主要是由于該年新修建成了較長的防護工程邊界線。具體數(shù)值和空間分布情況如表2和圖3所示。

海陸(島)人工邊界線分類變化統(tǒng)計表(單位/km) 表2

圖3 上海海陸(島)分界線空間變化分布圖

利用ArcGIS對上海海陸(島)分界線空間變化情況進行可視化表達。從圖3可以看出，上海的海岸帶正在向東海方向延伸，主要表現(xiàn)為在長江主航道疏浚過程中泥沙堆積形成圍填海區(qū)域和長江水?dāng)y帶的泥沙沖積成陸。海陸(島)分界線外移促使陸域面積不斷擴大，通過圍填海在一定程度上為拓展城市的發(fā)展空間，增強可持續(xù)發(fā)展的實力創(chuàng)造了條件。為了進一步反映上海海岸帶人工邊界線的變化，選取典型區(qū)域，通過影像對比圖提升可視化效果。

①崇明島東北部

崇明島是長江三角洲東段長江口處的沖積島嶼，由于泥沙的存積導(dǎo)致灘涂逐年擴大，加上人工干預(yù)影響，人工邊界線逐步外移。2015年～2018年崇明島東北部的新修建了堤壩海塘，因此2018年比2015年邊界線長度減少了約 2 km，但面積擴大約 3 km2，如圖4所示。

圖4 崇明島東北部影像變化監(jiān)測

②橫沙島東端

橫沙島位于長江口的最東段，為了保障長江主航道的正常航運，在航道疏浚中每年會產(chǎn)生數(shù)億噸的泥沙無處堆積，因此，位于在航道北側(cè)的橫沙島附近成了泥沙最合適的堆積場所，同時可以緩解土地資源緊缺、儲備空閑土地。通過遙感影像對比，可以發(fā)現(xiàn)2015年～2018年橫沙島岸線的逐年擴張變化情況，其中2016年～2017年人工邊界線變化最大，增長了約 11 km，面積也大幅增加，如圖5所示。

圖5 橫沙島影像變化監(jiān)測

4.2 地表覆蓋

對上海市沿海5個縣級行政區(qū)劃地表覆蓋進行分析。從2018年上海的海岸帶陸域范圍地表覆蓋結(jié)構(gòu)來看，面積最大的是種植土地，占海岸帶陸域面積的43.72%，主要分布在崇明區(qū)和浦東新區(qū)；房屋建筑(區(qū))的面積次之，占16.47%，主要分布在浦東新區(qū)和寶山區(qū)，如圖6所示。

圖6 2018年上海海岸帶地表覆蓋空間分布圖

對比2015年和2018年兩年的海岸帶地表覆蓋分類數(shù)據(jù)，利用轉(zhuǎn)移矩陣可以發(fā)現(xiàn)，各地類之間存在一定數(shù)量的相互轉(zhuǎn)變，其中變化最大的是水域，主要是由于圍填海面積在近幾年正在逐步擴大。林草覆蓋、房屋建筑(區(qū))、荒漠與裸露地面積都有減少，人工開發(fā)利用海岸帶活動一直處于比較活躍的狀態(tài)，如表3所示。

2015年～2018年海岸帶地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣統(tǒng)計表(單位/km2) 表3

從行政區(qū)劃來看，沿海五區(qū)總體種植土地面積有所增加，其中崇明區(qū)和奉賢區(qū)大幅增加，而寶山區(qū)、浦東新區(qū)、金山區(qū)的種植土地都有一定程度減少。道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地也均為增長，與城市建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展趨勢基本一致。其中，崇明區(qū)和浦東新區(qū)的表覆蓋類型變化較為顯著，主要是由于圍填海，種植土地、林草覆蓋等自然地類轉(zhuǎn)移為建筑工地、房屋建筑(區(qū))、構(gòu)筑物等，如圖7所示。

圖7 2015年～2018年各區(qū)海岸帶地表覆蓋變化統(tǒng)計圖

5 結(jié) 語

本文利用地理國情數(shù)據(jù)成果，對上海市2015年～2018年海陸(島)分界線和地表覆蓋變化進行了監(jiān)測，運用測繪地理信息技術(shù)，開展了科學(xué)、客觀的統(tǒng)計分析，并使用ArcGIS軟件實現(xiàn)了海岸帶專題地圖的快速可視化，形成的海岸帶開發(fā)利用變化成果豐富、現(xiàn)勢、科學(xué)。地理國情普查和監(jiān)測是一項基礎(chǔ)性工作，已形成常態(tài)化更新機制，可以為海岸帶開發(fā)利用監(jiān)測提供持續(xù)、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源。通過監(jiān)測反映上海市海岸帶地區(qū)的海陸(島)分界線和圍填海情況，及時掌握海岸帶的開發(fā)利用和生態(tài)的變化情況，進而分析其變化的原因，為各級政府相關(guān)部門對圍填海和海岸帶的開發(fā)建設(shè)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)管可以及時提供信息支撐。