基于LandSat影像的近30年湛江東北海岸線變遷分析

程陽(yáng)艷付東洋祁雅莉李志強(qiáng)劉 貝余 果何露雪

(1.廣東海洋大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院,廣東 湛江 524088;2.自然資源部 第一海洋研究所,山東 青島 266061;3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 區(qū)域海洋動(dòng)力學(xué)與數(shù)值模擬功能實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266237;4.自然資源部 海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266061;5.廣東海洋大學(xué) 海洋遙感與信息技術(shù)工程技術(shù)研究中心,廣東 湛江 524088)

湛江位于廣東雷州半島,海岸線長(zhǎng)達(dá)1 556 km,海岸帶資源豐富,是海洋水產(chǎn)及圍墾活躍的地區(qū)。受歷史的局限性和海洋環(huán)境觀念淡薄的影響,在幾度“與海爭(zhēng)地,向海要糧”導(dǎo)向影響下,湛江先后于1958年,1960年、1969年和1974年分別進(jìn)行了4次大規(guī)模圍海造地工程。1975—1994年,為滿足城市建設(shè)需求又增加了約20 km2的圍填海工程,對(duì)湛江東北海岸帶造成了巨大的影響[1]。21世紀(jì)以來(lái),由于碼頭、工業(yè)園區(qū)建設(shè)需求,湛江圍填海工程更頻繁出現(xiàn)[2-3]。因此,開(kāi)展湛江市長(zhǎng)時(shí)間序列海岸帶及圍填海工程的監(jiān)測(cè),認(rèn)知海岸線變遷規(guī)律,對(duì)于湛江退墾還海等海岸帶生態(tài)修復(fù)保護(hù)工程及海岸帶生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

海岸線是多年平均大潮高潮時(shí)水陸分界的痕跡線[4]。傳統(tǒng)海岸線測(cè)繪主要通過(guò)對(duì)海岸線拐點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地測(cè)量,按序?qū)⒐拯c(diǎn)連接的人工方法完成。這種測(cè)量的精度受拐點(diǎn)疏密程度的影響,且存在人力物力消耗巨大等缺點(diǎn)[5]。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的快速發(fā)展,遙感技術(shù)具有的大尺度、長(zhǎng)時(shí)間序列優(yōu)勢(shì)越發(fā)突出,已成為海岸線監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段[6]。

多年來(lái),國(guó)內(nèi)外已有許多學(xué)者在利用遙感影像數(shù)據(jù)提取海岸線、分析海岸線變遷方面開(kāi)展了大量的研究[7-14]。目前,我國(guó)華南地區(qū)海岸線變遷研究主要集中于廣東珠三角地區(qū)、廣西北部灣地區(qū)以及福建沿岸,而基于衛(wèi)星遙感有關(guān)湛江地區(qū)海岸線變遷的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本文選取湛江東北區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū),以1989—2017年6 景LandSat TM/OLI影像為數(shù)據(jù)源,提取改進(jìn)的歸一化差值水體指數(shù)(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI)并進(jìn)行閾值分割,采用人機(jī)交互的方法提取并細(xì)化修正近30 a湛江東北區(qū)域海岸線信息。在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用端點(diǎn)變率(End Point Rate,EPR)、線性回歸變率(Linear Regression Rate,LRR)、岸線類(lèi)型結(jié)構(gòu)等多種方法或指標(biāo),結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀慌c社會(huì)人類(lèi)活動(dòng)因素,有針對(duì)性地進(jìn)行湛江東北海岸線變遷、海岸線類(lèi)型結(jié)構(gòu)演變以及岸線變遷驅(qū)動(dòng)力的研究,為進(jìn)一步科學(xué)規(guī)劃、合理利用湛江市海岸帶空間資源提供有效參考。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)概況

湛江位于廣東西南部,地處雷州半島,三面環(huán)海。作為我國(guó)規(guī)劃的“21世紀(jì)海上絲綢之路”重要城市,湛江是大西南與中國(guó)—東盟經(jīng)濟(jì)走廊的核心節(jié)點(diǎn)城市[15],其海岸帶港口工程開(kāi)發(fā)與海岸帶用地規(guī)劃備受重視。研究區(qū)位于湛江東北地區(qū)(110°01′42.18″～110°57′58.59″E,20°47′39.85″～21°26′05.07″N),海岸線不規(guī)則且較多彎曲,可分為大陸海岸與島嶼海岸。大陸海岸東北起于吳川王村港鎮(zhèn),西南止于雷州東里鎮(zhèn)。島嶼海岸自北以南依次為南三島、特呈島、東頭山島、東海島以及硇洲島海岸(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of study area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

根據(jù)研究區(qū)地理位置,綜合考慮圖像質(zhì)量、成像時(shí)間及21世紀(jì)以來(lái)研究區(qū)港口工程興建頻繁等因素,本文共收集了1989年、2000年、2005年、2009年、2013年以及2017年的LandSat TM/OLI Level 1T(L1T)系列影像,軌道編號(hào)為124/45,成像時(shí)間集中于冬春季且云覆蓋量均小于2%,影像參數(shù)見(jiàn)表1。另以Google Earth影像、地形圖數(shù)據(jù)及相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)為輔助數(shù)據(jù)完成海岸線提取、海岸線變遷研究及驅(qū)動(dòng)力分析。其中,海岸線類(lèi)型提取及變遷分析共使用1989年、2000年、2009年及2017年4景影像,相鄰年份間隔約10 a,可體現(xiàn)每10 a湛江東北岸線利用類(lèi)型的變遷規(guī)律。而為重點(diǎn)體現(xiàn)21世紀(jì)以來(lái)湛江東北海岸線空間位置頻繁變遷的細(xì)節(jié),并提高對(duì)頻繁變遷的岸線時(shí)空變率的估算精度,除上述4景影像外,2005年與2013年影像被添加應(yīng)用于湛江東北海岸線空間位置信息提取及變遷研究。數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(http:∥www.gscloud.cn)以及美國(guó)地質(zhì)勘探局(USGS,http:∥glovis.usgs.gov)。本文圖像處理的主要平臺(tái)為Arc-GIS10.4.1、ENVI5.3,進(jìn)行海岸線變遷定量研究時(shí)主要運(yùn)用DSAS 5.0模塊。

表1 LandSat TM/OLI遙感影像數(shù)據(jù)Table 1 LandSat TM/OLI remote sensing images data

經(jīng)DEM 進(jìn)行地形校正后的LandSat L1T 影像,由于存在日期差異,仍需對(duì)其進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正等預(yù)處理工作,其中大氣校正模型采用的是ENVI平臺(tái)自帶的FLAASH 大氣校正模塊。為保證影像幾何精度,本文利用二次多項(xiàng)式模型,采用雙線性內(nèi)插法進(jìn)行重采樣,校正配準(zhǔn)誤差控制在0.5個(gè)像元以內(nèi),且校正后影像均采用UTM 投影和WGS_84坐標(biāo)系。

1.3 海岸線提取方法

根據(jù)遙感影像自動(dòng)提取通常僅得到“水邊線”,需進(jìn)行潮汐校正才能夠得到準(zhǔn)確的“海岸線”。長(zhǎng)時(shí)間序列潮汐數(shù)據(jù)的獲取相當(dāng)困難,而目視解譯法既能保證提取精度高,也不依賴潮汐數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)[16]。因此,本文以盡量降低潮汐帶來(lái)的誤差為前提,采用人工交互方法提取海岸線。

依據(jù)相關(guān)分類(lèi)方案[5,17],結(jié)合研究區(qū)海岸線分布及當(dāng)?shù)厣鐣?huì)活動(dòng)特點(diǎn),本文共將研究區(qū)海岸線劃分為3大類(lèi)、8小類(lèi),并引用或制定相應(yīng)的海岸線提取原則,如表2所示。其中,海岸線確定原則及解譯標(biāo)志對(duì)應(yīng)以4-3-2(5-4-3)波段組合顯示的LandSat TM(OLI)影像。

表2 湛江東北海岸線解譯標(biāo)志及確定原則Table 2 Interpretation keys and delineation of different types of coastlines in northeast Zhanjiang

以改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)(MNDWI)直方圖為基礎(chǔ),采用直方圖閾值分割法進(jìn)行海陸閾值分割,得到初步水邊線。MNDWI由下式給出[18]:

式中,LGreen和LMir分別為綠光波段與中紅外波段像元亮度值,在TM 傳感器中分別對(duì)應(yīng)2、5波段,在OLI傳感器中分別對(duì)應(yīng)3、6波段。

采用直方圖閾值分割法進(jìn)行海陸閾值分割時(shí),1989 年、2000 年、2005 年、2009 年、2013 年 及2017 年MNDWI影像海陸分割閾值分別為0.302、0.298、0.321、0.307、0.125、0.114,通過(guò)以上閾值可將各年份MNDWI影像分為小于閾值的陸地部分及大于閾值的水體部分,對(duì)二值化圖像進(jìn)行柵格矢量轉(zhuǎn)換等操作可得到初步水邊線,但并非最終海岸線。依據(jù)本文海岸解譯標(biāo)志及確定原則(表2),工程建設(shè)岸線、人工分界河口岸線與基巖岸線均不受潮汐影響,可直接保留所提取的對(duì)應(yīng)水邊線作為海岸線所在[17];對(duì)于其余利用類(lèi)型海岸線,則需結(jié)合表2及Google Earth影像等,采用目視解譯方法進(jìn)行提取。目視解譯法具有提取精度高及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的非依賴性等特點(diǎn)。

本文在海岸線提取誤差分析中采用點(diǎn)線距離法,選擇空間位置長(zhǎng)期穩(wěn)定的基巖岸線或防潮堤等作為岸線點(diǎn),用GPS接收機(jī)實(shí)測(cè)其位置信息,通過(guò)計(jì)算岸線點(diǎn)實(shí)測(cè)位置與本文所提取相應(yīng)位置岸線的垂向距離,可得出岸線均方根誤差值(RMSE),公式如下[19]:

式中:n為岸線點(diǎn)數(shù)量,D為岸線點(diǎn)到待評(píng)估海岸線的垂向距離。

經(jīng)計(jì)算,本文提取校正的2017年海岸線均方根誤差為26.4 m,誤差小于1個(gè)像素,達(dá)到對(duì)湛江東北海岸線開(kāi)展后續(xù)變遷研究分析的標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 海岸線變遷研究方法

1)基線法

數(shù)字化海岸線分析系統(tǒng)(Digital Shoreline Analysis System,DSAS)軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)某一時(shí)期內(nèi)海岸線時(shí)空變率的估算[20-21]。本文基于DSAS 5.0軟件,使用EPR、LRR 對(duì)湛江東北海岸線時(shí)空變化進(jìn)行分析。由于研究區(qū)海岸線復(fù)雜曲折,而DSAS 軟件對(duì)演變劇烈的復(fù)雜海岸線分析誤差較大,故本文對(duì)岸線采取分段處理,設(shè)置相鄰剖面平均間隔為200 m。

2)海岸線類(lèi)型多樣性指數(shù)與利用程度綜合指數(shù)法

表3 不同岸線類(lèi)型對(duì)應(yīng)的人力作用強(qiáng)度指數(shù)Table 3 Human activity index corresponding to different coastline types

通過(guò)構(gòu)建海岸線類(lèi)型多樣性指數(shù)ICTD(Index of Coastline Type Diversity)與海岸線利用程度綜合指數(shù)ICUD(Index of Coastline Utilization Degree),分別對(duì)近30 a湛江東北海岸線開(kāi)發(fā)利用類(lèi)型多樣化特征、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)海岸帶的影響特征進(jìn)行描述。公式如下[23]:

式中:n為海岸線類(lèi)型數(shù);l i為第i種類(lèi)型的岸線長(zhǎng)度;A i和C i均為無(wú)量綱量,分別代表第i類(lèi)岸線的人力作用強(qiáng)度指數(shù)和該類(lèi)海岸線長(zhǎng)度占比。

2 海岸線時(shí)空變遷及驅(qū)動(dòng)力分析

2.1 大陸岸線變遷

利用ENVI和ArcGIS軟件,對(duì)近30 a湛江東北大陸海岸線長(zhǎng)度、岸線利用類(lèi)型結(jié)構(gòu)、岸線類(lèi)型多樣性指數(shù)ICTD、岸線利用程度綜合指數(shù)ICUD等進(jìn)行分析,結(jié)果如圖2和圖3所示。

由圖3a可知,近30年6期大陸海岸線全長(zhǎng)分別約276.97、293.52、299.16、302.94、310.07、304.53 km,其中1989—2013年間大陸海岸線長(zhǎng)度持續(xù)增長(zhǎng),2013年后出現(xiàn)下降,近30 a整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì),共增長(zhǎng)約27.56 km,平均增長(zhǎng)率約0.98 km/a。如圖3b所示,近30 a湛江東北大陸海岸中自然岸線比例呈現(xiàn)下降趨勢(shì),共下降10.77%,其中1989—2000年間自然岸線比例下降最快,降幅達(dá)7.64%。結(jié)合圖2、圖3b、圖3c,大陸海岸線多樣性與岸線利用程度均持續(xù)增長(zhǎng),湛江市區(qū)及麻斜海灣幾乎全部由人類(lèi)工程建設(shè)岸線構(gòu)成,圍墾海岸長(zhǎng)度也不斷增長(zhǎng),這表明大陸海岸類(lèi)型構(gòu)成趨于復(fù)雜,且人類(lèi)對(duì)海岸的開(kāi)發(fā)程度逐漸增強(qiáng)。

圖2 近30 a湛江東北大陸不同類(lèi)型海岸的時(shí)空分布Fig.2 Spatial-temporal distribution of different continental coastline types in northeast Zhanjiang in recent 30 years

圖3 近30 a湛江東北大陸岸線長(zhǎng)度及岸線類(lèi)型變化Fig.3 Variations in continental coastline length and types in northeast Zhanjiang in recent 30 years

對(duì)大陸岸線所生成的共1 092條剖面線進(jìn)行岸線變率計(jì)算,得到近30 a湛江東北大陸海岸線位置時(shí)空演變?nèi)鐖D4所示。其中,LRR/EPR 為正,表示岸線向海擴(kuò)張;LRR/EPR 為負(fù),表示岸線向陸后退。

結(jié)合圖4a、圖4b,近30 a湛江東北大陸海岸中,約70.97%的岸段變率處于(±3)m/a之間,即呈相對(duì)穩(wěn)定趨勢(shì);約26.28%的岸線向海擴(kuò)張,其中3.57%的岸線擴(kuò)張速率大于30 m/a;2.66%的岸線向陸后退,其中僅0.46%后退速率大于12 m/a。最大變率岸線位于霞山區(qū)湛江港碼頭建設(shè)海岸,變率達(dá)94.26 m/a(LRR)。大陸海岸線平均變率為4.18 m/a(LRR),4.12 m/a(EPR),整體向海擴(kuò)張,其中霞山區(qū)海岸整體平均變率最大,其次為赤坎區(qū),雷州市與吳川市岸線變率最小。根據(jù)圖4c,不同時(shí)段上,1989—2000年大陸海岸平均變率最大,約6.48 m/a,2013—2017年變率最小,約0.50 m/a,說(shuō)明早期人類(lèi)活動(dòng)對(duì)湛江東北大陸海岸線影響較為劇烈,而近10 a大陸沿岸圍填海工程規(guī)模受到有效管控,海岸線擴(kuò)張速度大大降低。

圖4 近30 a湛江東北大陸海岸線位置時(shí)空演變Fig.4 Spatial-temporal changes of the continental coastline in northeast Zhanjiang in recent 30 years

近30 a典型大陸海岸變遷區(qū)段如圖5所示。其中,圖5a顯示在鑒江入?？谧匀挥俜e與圍填?；顒?dòng)的共同作用下,該處海岸線共向海推進(jìn)約1.61 km2,并且由于濱海交通建設(shè),該處原自然過(guò)渡河口海岸向人工分界河口海岸類(lèi)型發(fā)生轉(zhuǎn)換;圖5b顯示霞山區(qū)湛江港圍填海工程導(dǎo)致海岸線長(zhǎng)度增加且海岸位置不斷向海推進(jìn),共侵占水域面積約5.83 km2;圖5c顯示1989—2000年間麻章區(qū)太平鎮(zhèn)紅樹(shù)林灘涂被改造為養(yǎng)殖池,導(dǎo)致原生紅樹(shù)林面積驟減、斑塊破碎;圖5d顯示雷州市附城鎮(zhèn)部分粉砂淤泥質(zhì)海岸隨著人工紅樹(shù)林面積的增加,逐漸轉(zhuǎn)換為生物海岸類(lèi)型。

圖5 近30 a湛江東北大陸海岸典型變遷Fig.5 Typical continental coastlines changes in northeast Zhanjiang in recent 30 years

2.2 海域主要島嶼岸線變遷

本文選取湛江東北海域5個(gè)主要島嶼,對(duì)島嶼海岸線長(zhǎng)度、岸線利用類(lèi)型結(jié)構(gòu)、岸線類(lèi)型多樣性指數(shù)ICTD、岸線利用程度綜合指數(shù)ICUD等進(jìn)行定量分析,結(jié)果如圖6和圖7所示。

一六鎢礦的礦床類(lèi)型主要為矽卡巖型(白鎢礦)和石英脈型(白鎢礦、黑鎢礦)，梅子沖銀鉛鋅礦床類(lèi)型為矽卡巖型[2]。

圖6 近30 a湛江東北海域島嶼岸線利用方式的時(shí)空演變Fig.6 Spatial-temporal evolution of island coastline utilization in the northeast Zhanjiang in recent 30 years

圖7 近30 a湛江東北海域島嶼岸線長(zhǎng)度及類(lèi)型變化Fig.7 Variations in island coastline lengths and types in northeast Zhanjiang in recent 30 years

如圖7a所示,近30年6期島嶼海岸線全長(zhǎng)分別約301.17、303.24、311.47、318.18、322.14、316.61 km,其中1989—2013年間島嶼海岸線長(zhǎng)度持續(xù)增長(zhǎng),2013 年后出現(xiàn)下降,近30 a整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì),共增長(zhǎng)約15.44 km,平均增長(zhǎng)率約0.51 km/a。圖7b顯示近30 a間島嶼自然海岸占比呈現(xiàn)下降趨勢(shì),共下降9.67%,其中2009—2017年間下降速度最快,1989—2000年下降最慢。結(jié)合圖6、圖7b、圖7c,島嶼岸線多樣性與岸線利用程度整體上均呈增長(zhǎng)趨勢(shì),表明島嶼海岸類(lèi)型構(gòu)成趨于復(fù)雜,且整體上所受人類(lèi)干擾程度不斷增強(qiáng)。由于2000年后南三島沿岸部分圍墾養(yǎng)殖用地被還原為粉砂淤泥質(zhì)海灘,導(dǎo)致該島岸線ICUD指數(shù)在2000年后出現(xiàn)下降,其余各島海岸線ICUD指數(shù)在近30 a間均呈現(xiàn)較為一致的增長(zhǎng)趨勢(shì),對(duì)應(yīng)其余各島海岸線受到人類(lèi)干擾程度的不斷增強(qiáng)。對(duì)圖7c中2017年各島嶼ICUD指數(shù)進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)各島嶼ICUD值大小排序如下:東海島＞硇洲島＞特呈島＞東頭山島＞南三島,即東海島北部岸線受人類(lèi)活動(dòng)干擾程度最大,整體由生物、基巖岸線轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ探ㄔO(shè)岸線,東頭山島海岸受人類(lèi)干擾最小,自然度最高。

對(duì)島嶼岸線所生成的共1 012條剖面線進(jìn)行岸線變率計(jì)算,得到近30 a湛江東北海域島嶼岸線位置的時(shí)空分布如圖8所示。根據(jù)圖8a與圖8b,近30 a島嶼岸線中,約75.74%的岸線保持穩(wěn)定,變率處于(±3)m/a之間;20.00%的岸線向海擴(kuò)張,其中0.99%的岸線擴(kuò)張速率大于30 m/a;4.06%的岸線向陸后退,其中僅0.40%的岸線后退速率大于12 m/a。最大變率岸線位于東海島中北部工業(yè)園區(qū)海岸,變率達(dá)66.44 m/a(LRR)。島嶼岸段整體變率平均值為2.24 m/a(LRR)、3.79 m/a(EPR),海岸線整體向海擴(kuò)張。除特呈島岸線由于特呈碼頭工程建設(shè)處于輕度向陸后退趨勢(shì)外,其余島嶼海岸均以向海擴(kuò)張趨勢(shì)為主,其中南三島海岸由于圍墾養(yǎng)殖活躍,平均向海擴(kuò)張速率最大,其次為東海島海岸。根據(jù)圖8c,不同時(shí)段上,2009—2013年島嶼岸線變率最大,2000—2005年變率最小。

圖8 近30 a湛江東北海域島嶼岸線位置時(shí)空演變Fig.8 Spatial-temporal variations in locations of island coastline in northeast Zhanjiang in recent 30 years

近30 a典型島嶼海岸變遷區(qū)域如圖9所示。其中,圖9b顯示近年來(lái)特呈島沿岸紅樹(shù)林普遍處于退化狀態(tài),紅樹(shù)林生物海岸占比下降幅度高達(dá)11.06%,這是由于特呈島紅樹(shù)林外緣多年來(lái)受海浪嚴(yán)重侵蝕造成的[24];圖9c顯示近10年間,在工業(yè)項(xiàng)目影響下,東海島中北部原曲折分布的自然岸線變?yōu)橄鄬?duì)平直的工程建設(shè)岸線,且不斷向海遷移,圍填海面積平均增長(zhǎng)速率約1.26 km2/a。

圖9 近30 a湛江東北海域島嶼海岸典型變遷Fig.9 Typical island coastlines variations in northeast Zhanjiang in recent 30 years

2.3 岸線變遷分析

隨著新港口建設(shè)、圍墾養(yǎng)殖等人類(lèi)活動(dòng)的開(kāi)展,近30 a湛江東北海岸線長(zhǎng)度整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì),海岸線變遷方向整體以向海擴(kuò)張為主;由自然海岸向人工海岸的岸線類(lèi)型轉(zhuǎn)換現(xiàn)象十分頻繁,自然岸線銳減,岸線利用類(lèi)型構(gòu)成趨于復(fù)雜,且岸線所受人類(lèi)干擾程度不斷增強(qiáng)。

對(duì)比湛江東北大陸、島嶼海岸線變遷規(guī)律可發(fā)現(xiàn),大陸海岸線于1989—2000年間自然岸線比例下降最快,岸線變率最大,島嶼岸線則于2009—2017年間自然岸線比例下降最快,岸線變率最大。這表明湛江東北海岸帶開(kāi)發(fā)普遍早于島嶼海岸帶,而島嶼海岸帶近年來(lái)受到人類(lèi)工程活動(dòng)影響不斷增強(qiáng),尤其是東海島北部區(qū)域。

湛江東北大陸、島嶼海岸線長(zhǎng)度出現(xiàn)一致的變化趨勢(shì),即2013年以前海岸線長(zhǎng)度大幅增長(zhǎng),2013—2017年間海岸線長(zhǎng)度縮短。人類(lèi)對(duì)海岸的開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)海岸線長(zhǎng)度的影響有兩種情況:一方面,填海工程會(huì)使海岸線向海一側(cè)擴(kuò)張,進(jìn)而增加海岸線長(zhǎng)度;另一方面,若將蜿蜒、不規(guī)則的自然岸線開(kāi)發(fā)為較為平直的人工岸線則可能會(huì)導(dǎo)致該岸段長(zhǎng)度縮短。綜合近30 a湛江東北海岸線長(zhǎng)度及人工開(kāi)發(fā)程度的變化,2013年以前海岸線長(zhǎng)度大幅增長(zhǎng)原因主要為圍填海工程開(kāi)發(fā),2013—2017年間海岸線長(zhǎng)度縮短,是由于該時(shí)段填海工程規(guī)模減小,以及不規(guī)則的自然岸線被開(kāi)發(fā)為較為平直的人工岸線。

綜合分析可知,近30 a湛江東北海岸線整體長(zhǎng)度增長(zhǎng)、自然岸線銳減及岸線擺動(dòng)劇烈的主導(dǎo)因素為人類(lèi)圍填海工程活動(dòng)。在湛江經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、沿海地價(jià)愈發(fā)高昂、圍填海成本相對(duì)低廉等多重因素驅(qū)使下,2003—2015年間湛江灣沿岸多處圍填海工程建設(shè)陸續(xù)開(kāi)展:2003—2007 年,湛江港寶滿港區(qū)建設(shè)完成;2007—2012年,東海島東北部多處碼頭建設(shè)完成;2012—2015年,湛江東海島新區(qū)碼頭建設(shè)完成;而2015年至今,湛江港、東海島工業(yè)園等多處工程建設(shè)岸線仍處于擺動(dòng)狀態(tài)。

結(jié)合數(shù)據(jù)及相關(guān)歷史資料,湛江港寶滿港區(qū)、東海島中北部工業(yè)園區(qū)分別為近30 a湛江東北大陸、島嶼所受人類(lèi)圍填海工程活動(dòng)影響最為顯著的海岸區(qū)域,兩處岸線長(zhǎng)度均增加顯著,自然海岸比例下降,且海岸線大大向海推進(jìn)。東海島中北部海岸線多年處于重度向海擴(kuò)張狀態(tài),這是由于新填海工程項(xiàng)目正圍繞東海島中北岸陸續(xù)展開(kāi):寶鋼廣東湛江鋼鐵基地項(xiàng)目、廣東中科煉化一體化項(xiàng)目及巴斯夫湛江新型一體化生產(chǎn)基地項(xiàng)目先后落戶東海島中北岸,共同形成了當(dāng)前東海島中北部工業(yè)集群。作為粵西乃至整個(gè)廣東省重大工業(yè)轉(zhuǎn)移重鎮(zhèn),東海島中北部產(chǎn)業(yè)園區(qū)圍填海工程在未來(lái)短期內(nèi)仍不會(huì)停止,東海島自然岸線占比將進(jìn)一步減少,由自然岸線向工程岸線的岸線類(lèi)型轉(zhuǎn)換將更加頻繁。

湛江東北多年圍填海工程所帶來(lái)的影響是錯(cuò)綜復(fù)雜的。一方面,湛江東北地區(qū)系列圍填海工程活動(dòng)對(duì)緩解湛江沿岸土地供求矛盾、獲取社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益、推動(dòng)城市高速發(fā)展具有重要意義。另一方面,湛江東北圍填海工程不可避免地造成當(dāng)?shù)刈匀缓０侗壤南陆?沿岸灘涂面積的驟減,對(duì)當(dāng)?shù)丶t樹(shù)林生態(tài)環(huán)境、海灣水動(dòng)力、近岸海域水質(zhì)、近海漁業(yè)資源等方面帶來(lái)負(fù)面影響,引發(fā)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與海岸帶自然環(huán)境保護(hù)的矛盾與沖突。其中,雷州半島紅樹(shù)林存在養(yǎng)殖池塘侵占、人為破壞、病蟲(chóng)害等問(wèn)題,亟待修復(fù)。而湛江灣是天然港灣,人為粗放開(kāi)發(fā)利用導(dǎo)致岸線破碎化,利用率低下等問(wèn)題,與湛江副省級(jí)中心城市定位不符。張志飛等[2]認(rèn)為,在2003—2015年湛江港、東海島等多處大型圍填海工程影響下,湛江灣海域面積縮減,納潮量總體減小3.4%,工程附近海域水動(dòng)力條件變化顯著。盡管湛江東北尤其東海島具備一定圍填海潛力,環(huán)境容量頗具優(yōu)勢(shì)[25],但地方政府及沿海居民仍應(yīng)以長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光看待圍填?；顒?dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響,圍填海建設(shè)不應(yīng)以生境破壞、海域功能受損為代價(jià),圍填海建設(shè)應(yīng)與維護(hù)、修復(fù)海洋環(huán)境有機(jī)結(jié)合。

近年來(lái),在人為因素滲透影響下,華南多地海岸線長(zhǎng)度逐年增加,岸線變遷方向主要以向海擴(kuò)張為主,且人工岸線比例明顯上升。珠江三角洲海岸線在1998—2003年間變化甚微,而在2003—2008年間,人工岸線增加顯著,且方向上以向海擴(kuò)張為主,人工造地是珠江三角洲海岸線變遷的主要驅(qū)動(dòng)因素[26],這與本研究區(qū)域岸線變化趨勢(shì)及動(dòng)因相似。綜合對(duì)比華南地區(qū)海岸線變遷情況及驅(qū)動(dòng)因素,可知隨著近年來(lái)華南多地海岸線開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度加大,如何科學(xué)合理利用海岸資源,促進(jìn)海岸帶空間的科學(xué)規(guī)劃及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展,已成為華南各地沿海城市亟待解決的海岸帶共性問(wèn)題。

3 結(jié)論

對(duì)湛江東北海岸線變遷進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)并探究其驅(qū)動(dòng)因素,能為湛江海岸帶空間資源的科學(xué)規(guī)劃與合理利用提供依據(jù)。本文利用衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù),分析了近30 a湛江市東北海岸線提取方法以及岸線時(shí)空變遷,主要結(jié)論如下:

1)近30 a湛江東北大陸海岸線長(zhǎng)度共增長(zhǎng)約27.56 km,增長(zhǎng)速率約0.98 km/a,島嶼海岸線長(zhǎng)度共增長(zhǎng)約15.44 km,增長(zhǎng)速率約0.51 km/a。海岸線類(lèi)型轉(zhuǎn)換較為頻繁,自然岸線銳減。大陸和島嶼海岸自然岸線類(lèi)型占比分別下降為10.77%、9.67%。湛江東北海岸線多樣性及岸線利用程度指數(shù)整體上均呈增長(zhǎng)趨勢(shì),表明湛江東北海岸利用類(lèi)型構(gòu)成趨于復(fù)雜,且受更多地到了人類(lèi)活動(dòng)干擾。

2)近30 a湛江東北海岸線總體呈向海擴(kuò)張趨勢(shì)。其中大陸海岸線平均變率約4.18 m/a(LRR)、4.12 m/a(EPR),最高變率岸線位于霞山區(qū)湛江港碼頭建設(shè)海岸,變率達(dá)94.26 m/a(LRR);島嶼海岸線平均變率約2.24 m/a(LRR)、3.79 m/a(EPR),最高變率岸線位于東海島中北部工業(yè)園區(qū)海岸,變率達(dá)66.44 m/a(LRR)。

3)岸線變遷存在顯著時(shí)空差異性。在時(shí)間尺度上,研究區(qū)島嶼較大陸沿岸經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)更晚,近幾年人類(lèi)活動(dòng)對(duì)島嶼海岸線的影響逐漸加強(qiáng),島嶼海岸線擺動(dòng)愈發(fā)劇烈。在空間尺度上,大陸海岸以霞山區(qū)與赤坎區(qū)岸段變率最大,島嶼海岸以東海島、南三島岸段變率最大;以霞山湛江港碼頭、東海島中北部工業(yè)園、鑒江入?？谘匕稙榇淼亩嗵幒０毒€變化速率遠(yuǎn)高于整體平均值,長(zhǎng)期處于劇烈變化之中。

隨著湛江東北沿海經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,人類(lèi)圍填海工程活動(dòng)已成為湛江東北海岸線變遷的主導(dǎo)因素。自然岸線的破壞與變化對(duì)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性造成了重要影響,因此,充分利用衛(wèi)星遙感方式監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì),加強(qiáng)海岸帶監(jiān)測(cè)頻度和力度,可為促進(jìn)湛江市地方海洋經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供重要技術(shù)支撐和有力保障。