1973—2023年威海灣海岸線變遷及驅(qū)動力分析

摘要：海岸線的時空演變是海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要記錄，研究區(qū)域海岸線時空演變，分析其演變驅(qū)動力對于區(qū)域海岸帶發(fā)展及管控具有重要意義。本文利用1973—2023年多期衛(wèi)星影像對威海灣海岸線的時空變化進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，1973—2023年，威海灣海岸線總長度共增加14.4km，其中人工海岸增加31.4km，增量最多，增速在1990—2015年達(dá)到最大。未來威海灣近岸區(qū)域開發(fā)利用時，應(yīng)嚴(yán)格保持目前岸線走向形態(tài)，保護(hù)海岸格局不受破壞，依托岸線形態(tài)規(guī)劃陸上景觀，強(qiáng)化海岸帶分段指引，集約高效利用海岸線，使威海灣寶貴的岸線資源成為威海市“精致城市”發(fā)展的重要支撐。

關(guān)鍵詞：岸線變遷：驅(qū)動力：威海灣

中圖分類號：P748文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.12128/j.issn.1672-6979.2024.09.006

引文格式：李浩，鐘振楠，劉志寧，等.1973—2023年威海灣海岸線變遷及驅(qū)動力分析［J］.山東國土資源，2024，40（9）：43-49.LI Hao，ZHONG Zhennan，LIU Zhining，et al. Analysis on Coastline Changes and Driving Forces in Weihai Bay from 1973 to 2023［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（9）：43-49.

0引言

威海灣位于山東省威海市環(huán)翠區(qū)東部，北山咀和趙北咀兩岬角之間（圖1），三面環(huán)山，劉公島橫列于灣口中央。威海灣海岸近似半圓形，岸線弧長約26km，口闊10.03km，向東北敞開。當(dāng)前威海灣水域面積約54km2，縱深7.2km，平均水深約7m，表層沉積物主要為泥沙底質(zhì)。沿岸有城南河、望島河、長峰河、黃南河、徐家河等流入。灣內(nèi)風(fēng)平浪靜，航道可常年通行［1］。

徐進(jìn)勇等［2-8］分析了中國北方海岸線時空變化特征，孫曉林等［9］分析了1990—2019年威海市海岸線時空變化及其驅(qū)動力，王菡［10］開展了威海市區(qū)城市化影響下的海灣空間資源時空演變研究，但是針對威海灣的海岸線時空變化及驅(qū)動力分析研究工作較少，因此本文選用1973、1983、1990、1995、2000、2005、2010、2015、2020、2023年多個時相的威海灣衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行海岸線變遷研究，分析區(qū)域時空變化，分析主要驅(qū)動力，為威海灣海岸帶管理及開發(fā)利用提供參考。

1數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1數(shù)據(jù)來源

本文使用Landsat/MSS、Landsat/TM、Landsat/ETM+、Landsat/OLI、SPOT遙感影像進(jìn)行解譯研究，所有影像均來自美國地質(zhì)調(diào)查局及商業(yè)衛(wèi)星網(wǎng)站下載的歷史存檔影像，數(shù)據(jù)均為經(jīng)過精確幾何校正及地形校正的Level1T級產(chǎn)品。同時為保證解譯精度，選取各時期威海地區(qū)1∶5萬和1∶1萬數(shù)字線劃圖作為影像處理及岸線提取的輔助資料。

1.2數(shù)據(jù)處理方法

1.2.1預(yù)處理

遙感影像預(yù)處理主要包括圖像格式轉(zhuǎn)換、圖像糾正和圖像增強(qiáng)變換等。

（1）遙感圖像的校正。

利用Erdas 9.2圖像處理軟件以2023年的遙感影像為基準(zhǔn)，采用5次多項式轉(zhuǎn)換模式，用最鄰近內(nèi)插法對圖像進(jìn)行重采樣，誤差控制在0.5個像元內(nèi)，得到幾何精糾正的數(shù)字圖像。沿海灘涂及海域，缺乏明顯的控制點(diǎn)，在幾何校正時利用陸地衛(wèi)星遙感圖像的幾何連續(xù)性，精確配準(zhǔn)陸地部分，同時輔以野外驗證取點(diǎn)（表1）。

（2）圖像增強(qiáng)。

對遙感圖像信息特征進(jìn)行增強(qiáng)，使其符合遙感圖像處理的要求，增強(qiáng)所需信息的特征。

彩色合成：

選定3個波段影像彩色合成，分別指定紅、綠、藍(lán)3種顏色，建立每個波段的亮度和彩色的變換表，將變換結(jié)果合成。

線性拉伸：

利用直方圖找出集中的亮度值范圍［a，b］，然后選定擴(kuò)展后的亮度值范圍［m，n］，設(shè)原來圖像的灰度值為z，擴(kuò)展后的灰度值為Z，根據(jù)公式（1）進(jìn)行線性拉伸：

經(jīng)過線性拉伸后，水體不同深度的層次感得到加強(qiáng)，從而促進(jìn)水深信息的提取。

比值增強(qiáng)：

采用波段比值法進(jìn)行水深信息增強(qiáng)處理，增大研究水域不同水深之間的對比度，突出水深信息。

（3）遙感數(shù)據(jù)融合。

利用的ETM圖像都含有全色波段TM8，具有較高的空間分辨率和較強(qiáng)的紋理特征，以及光譜波段具有豐富的波譜信息，采用Brovey融合算法將這2種波段信息進(jìn)行融合，以提高了遙感圖像的清晰度和空間分辨率，增強(qiáng)特征提取和目視判讀能力，使岸線解譯更精確。

1.2.2岸線解譯

根據(jù)《我國近海海洋綜合調(diào)查與評價專項海岸帶調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，分析各種海岸類型在影像中的構(gòu)象特征，從顏色、紋理、地物鄰接關(guān)系等方面建立海岸類型的遙感解譯標(biāo)志，提出研究區(qū)所包含的岸線（主要是砂質(zhì)岸線、基巖海岸、人工岸線）提取原則［11-16］，并與實測岸線進(jìn)行對比復(fù)核（圖2）。

（1）砂質(zhì)岸線。

砂質(zhì)岸線位于砂質(zhì)海岸上，砂質(zhì)海岸常分為一般砂質(zhì)海岸和具有陡崖的砂質(zhì)海岸兩類。研究區(qū)域的砂質(zhì)岸線范圍較廣，特征顯著，砂質(zhì)海岸一般比較平直，海灘上部因大潮潮水搬運(yùn)，常常堆積成一條與岸平行的脊?fàn)钌百|(zhì)沉積——灘脊。灘脊的位置即為海岸線位置，一般在干燥的砂灘下限處，堆積成一條痕跡線。海岸的干燥灘面光譜反射率較高，在影像上表現(xiàn)為白亮的區(qū)域，灘脊痕跡線處堆積有植物碎屑、雜物等，亮度較低，海水的光譜反射率較低，含水量較高的砂灘光譜反射率也較低，在影像上表現(xiàn)略暗。在遙感影像中，砂質(zhì)岸線的位置取在灘脊痕跡線上限處。

（2）基巖海岸。

基巖海岸分布于易受波浪沖蝕和沿岸流沖刷的區(qū)域，水邊線不規(guī)則，多鋸齒，岸外常遍布礁巖、巨石、海蝕平臺、海蝕崖等地貌，弱侵蝕海岸一般有較寬的泥沙沉積?；鶐r海岸有明顯的起伏狀態(tài)和巖石構(gòu)造，近岸水深較大，在遙感影像上顏色較深，破波帶呈亮白色，近岸礁石呈灰白色，分布散亂，且亮度不均，紋理粗糙?；鶐r岸線的位置應(yīng)在明顯的水陸分界線上。礁石、破波帶等位于岸線的向海一側(cè)；植被、裸巖和建筑物等應(yīng)位于岸線向陸一側(cè)。海岸植被根據(jù)不同的長勢呈淺紅色或暗紅色，裸巖呈灰白色。

（3）人工岸線。

人工岸線是人工建筑物形成的岸線，研究區(qū)人工岸線分布較廣，種類較多，建筑物一般包括防潮堤、防波堤、碼頭、凸堤、養(yǎng)殖區(qū)、道路等。這些人工建筑物具有規(guī)則的形狀，取其外沿作為海岸線，在遙感影像上可以清晰的判讀出。

防潮堤、防波堤、道路等建筑物在影像上一般亮度較高，呈白色，狹長延伸分布紋理平滑；堤外為淤泥質(zhì)灘涂，顏色灰暗，比裸地略淡。海岸線位置確定在建筑物的外緣。

碼頭處多有居民區(qū)或工廠等，一般成規(guī)模分布，有一定的亮度，但不均勻，有清晰的水泥紋理特征，道路錯綜復(fù)雜，呈網(wǎng)狀，容易確認(rèn)。碼頭處凸堤在影像中多呈白色，明顯的細(xì)長條狀突出，此處的海岸線位置為碼頭外邊界，橫截寬度小于20m的凸堤處海岸線位置確定在凸堤根部與陸地相連的連線處，需要注意船舶和塔吊的干擾因素。

對于伸入海域的人工建筑，如堤壩、碼頭等，根據(jù)人工構(gòu)筑物的長（岸線垂直向）寬（岸線平行向）比。根據(jù)威海灣的實際情況，制定如下原則：如大于1/2且寬度小于20m岸線，從人工構(gòu)筑物根部通過；小于1/2，人工構(gòu)筑物的向海一側(cè)外邊緣。

1.2.3海岸線提取質(zhì)量評價

選用特征點(diǎn)方法對遙感解譯精度進(jìn)行評估，利用ArcGIS軟件中的隨機(jī)取樣器在提取的海岸線上生成200個隨機(jī)點(diǎn)并計算提取海岸線與地形圖海岸線之間的距離，經(jīng)驗證全部點(diǎn)位的海岸線提取結(jié)果定位精度均優(yōu)于侯西勇等［17］研究提供的不同分辨率的遙感影像海岸線提取最大允許誤差，海岸線提取質(zhì)量滿足研究要求。

2結(jié)果與分析

2.1時空演變分析

1973—2023年威海灣海岸線時空演變進(jìn)行分析（圖3），1973—1990年，威海灣海岸線變化不明顯。1990—1995年，人工海岸變化幅度較大，主要集中在趙北咀附近（圖4），岸線性質(zhì)未發(fā)生變化，但是岸線形態(tài)和長度發(fā)生了變化。

1995—2000年，人工海岸持續(xù)發(fā)生變化，人類工程活動明顯，最主要表現(xiàn)在威海公園的修建上（圖5）。威海公園是國內(nèi)城市中最大的海濱公園之一，北起四方路，南至平度路，面向威海灣。總長3 218.6 m，平均寬度144.3m，以海濱南路為界，東西兩側(cè)公園占地總面積46.5萬km2。從遙感圖像上可以看出，威海公園為填海造地而建，導(dǎo)致了海岸線向海一側(cè)延伸。

2000—2005年，人工海岸持續(xù)發(fā)生變化，人類工程活動明顯，最主要表現(xiàn)在幸福公園的修建上。威海市幸福公園位于市中心區(qū)、海濱路東側(cè)，北起體育路，南至金線頂，全長1566m，平均寬度138m，占地面積20hm2，2005年3月開工，2006年10月投入使用。該公園綠化面積大、物種豐富，形成了完整的沿海綠化脈絡(luò)和生態(tài)軸線，整個公園的環(huán)境優(yōu)美、視野開闊、空氣清新，是威海市新的標(biāo)志性區(qū)域。

2005—2010年，人工海岸持續(xù)發(fā)生變化，人類工程活動明顯，最主要表現(xiàn)在人工建筑物的持續(xù)擴(kuò)建上，尤其是金線頂及趙北咀附近。

2010—2015年，人工海岸持續(xù)發(fā)生變化（圖6），人類工程活動明顯，最主要表現(xiàn)在金線頂附近的人工建筑的持續(xù)增加，其次是威海港附近人工建筑的增加（圖7）。

2015—2020年，人工海岸持續(xù)發(fā)生變化，人類工程活動明顯，最主要表現(xiàn)在東山路附近的岸線增加，其次是金線頂附近的岸線增加（圖8）。

2020—2023年，各類型岸線形態(tài)及長度均無明顯變化。

2.2岸線長度變化特征

對威海灣岸線長度及各類型海岸線長度占比情況進(jìn)行分析（表2、圖9）。從海岸線總長度來看，1973—2023年威海灣海岸線長度共增加14.4km，主要表現(xiàn)為基巖海岸、砂質(zhì)海岸長度的不斷縮減以及人工海岸長度的不斷增加。

從海岸類型分類來看，1973—2023年威海灣人工海岸增加31.4km，增量最多，增速在1990—2015年達(dá)到最大。人工海岸變化主要集中在環(huán)翠區(qū)東部、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西北部，主要由填海造地、圍海造田、城市及港口碼頭建設(shè)、旅游設(shè)施開發(fā)等工程引起，人為增加了海岸線長度，2015年以后近岸海域圍填造地規(guī)模明顯降低。

從各類型海岸占比來看，截至2023年，威海灣海岸線長約39.9km，自然岸線僅占比9.40%，這其中包括1.1km的基巖岸線和2.6km的砂質(zhì)岸線，合計3.7km，顯示了威海灣地區(qū)海岸帶開發(fā)強(qiáng)度較大、生態(tài)環(huán)境較為脆弱。

2.3岸線變化驅(qū)動力分析

（1）人口增長。人口增長是威海市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要動力。近40年以來，威海市對韓貿(mào)易額不斷增長，吸引了大量的資本投資及勞動人口聚集，以威海灣所在的環(huán)翠區(qū)為例，根據(jù)第七次人口普查數(shù)據(jù)（2021年5月），環(huán)翠區(qū)人口密度為1615人/km2，大量的人口向海岸帶聚集，沿海區(qū)域居民住宅、公共服務(wù)等基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施也相應(yīng)增加，造成城市不斷填海造陸。

（2）經(jīng)濟(jì)發(fā)展。威海是全國重要的漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)，擁有從捕撈、養(yǎng)殖、加工到研發(fā)、銷售、冷鏈物流的完整產(chǎn)業(yè)鏈，海產(chǎn)品年產(chǎn)量達(dá)到300多萬噸，連續(xù)30多年位居全國地級市首位。大量的企業(yè)個人圍海發(fā)展灘涂海水養(yǎng)殖，“向海要地”成為緩解沿海土地壓力、拓展發(fā)展空間的主要途徑之一，這也導(dǎo)致養(yǎng)殖圍堤不斷擴(kuò)大，基塘面積不斷增多，岸線變化十分劇烈。

由于威海市海洋功能區(qū)劃的調(diào)整和整體經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，圍海養(yǎng)殖速度逐漸放慢，涉海工程逐漸增多，圍海造陸主要演變?yōu)榻ㄔO(shè)用地的增加。海洋船舶工業(yè)、濱海旅游業(yè)的發(fā)展成為最主要的驅(qū)動力，2000—2015年，中航威海船廠（原山東省威海船廠）、遠(yuǎn)遙漁港、華能電廠、威海公園、海上公園均開展了不同程度的填海造陸，引起陸地土地增加，海灣面積縮小。

（3）海上交通發(fā)展因素。威海是我國對韓貿(mào)易的經(jīng)濟(jì)核心區(qū)，2020年威?？诎秾n進(jìn)出口總值1484億元，占全國對韓進(jìn)出口總值的9.5%，接近1/10。進(jìn)出口數(shù)量在全國口岸當(dāng)中排在第三位，大量貿(mào)易是通過海上交通完成的，海上交通的發(fā)展對威海灣海岸線變化產(chǎn)生了較大影響。威海港是國家一類開放港口，2005—2015年，威海新港、劉公島景區(qū)旅游碼頭進(jìn)行了一定規(guī)模的填海造陸及防波堤建設(shè)，使威海灣中部及南部海岸線形態(tài)產(chǎn)生了較大變化。

2.4威海灣地區(qū)海岸帶管控建議

近50年來，威海灣自然岸線保有量和保有率降低，帶來岸線兩側(cè)開發(fā)利用規(guī)劃不協(xié)調(diào)、岸線兩側(cè)使用隨意性較大以及岸線資源價值體現(xiàn)不充分等問題，自然岸線保有壓力增大，保護(hù)措施相對不足［18-20］。

當(dāng)前威海灣岸線基本完成人工圍填海的過程，面對沿海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展需求，威海灣自然岸線資源儲備已顯不足，保障壓力逐步增大。目前威海灣岸線利用統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制仍有待完善，海岸線集約節(jié)約利用水平和管控能力有待提升，需加強(qiáng)海岸線利用監(jiān)管，規(guī)范海岸線開發(fā)保護(hù)工作，建立有效的綜合協(xié)調(diào)機(jī)制和健全的問責(zé)機(jī)制，加強(qiáng)對海岸線開發(fā)利用的分類管控力度。未來威海灣近岸區(qū)域開發(fā)利用時，應(yīng)盡可能地嚴(yán)格保持目前岸線走向形態(tài)，保護(hù)海岸格局不受破壞，依托岸線形態(tài)規(guī)劃陸上景觀，強(qiáng)化海岸帶分段指引，集約高效利用海岸線，使威海灣寶貴的岸線資源成為威海市“精致城市”發(fā)展的重要支撐。

3結(jié)論

本文選用1973、1983、1990、1995、2000、2005、2010、2015、2020、2023年多個時相的威海灣衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行海岸線變遷研究，分析區(qū)域時空變化，分析主要驅(qū)動力。

（1）1973—2023年，威海灣海岸線總長度共增加14.4km，其中人工海岸增加31.4km，增量最多，增速在1990—2015年15年間達(dá)到最大。威海灣的人工海岸變化主要集中在環(huán)翠區(qū)東部、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)西北部，主要由填海造地、圍海造田、城市及港口碼頭建設(shè)、旅游設(shè)施開發(fā)等工程引起。

（2）引起威海灣海岸線變遷的驅(qū)動力主要包括人口增長，經(jīng)濟(jì)發(fā)展及海上交通發(fā)展，表現(xiàn)為陸地土地不斷增加，海灣面積不斷縮小，使海岸線的形態(tài)產(chǎn)生了較大變化。

（3）當(dāng)前威海灣岸線基本完成人工圍填海的過程，面對沿海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展需求，威海灣自然岸線資源儲備已顯不足。未來威海灣近岸區(qū)域開發(fā)利用時，應(yīng)盡可能地嚴(yán)格保持目前岸線走向形態(tài)，保護(hù)海岸格局不受破壞，依托岸線形態(tài)規(guī)劃陸上景觀，強(qiáng)化海岸帶分段指引，集約高效利用海岸線，使威海灣寶貴的岸線資源成為威海市“精致城市”發(fā)展的重要支撐。

參考文獻(xiàn)：

［1］馮秀麗，姜朝松，楊榮民，等.威海灣建港條件分析［J］.海岸工程，1992（1）：41-48.

［2］徐進(jìn)勇，張增祥，趙曉麗，等.2000—2012年中國北方海岸線時空變化分析［J］.地理學(xué)報，2013，68（5）：651-660.

［3］劉百橋，孟偉慶，趙建華，等.中國大陸1990—2013年海岸線資源開發(fā)利用特征變化［J］.自然資源學(xué)報，2015，30（12）：2033-2044.

［4］李亨健，張杰，胡曉丹，等.基于遙感的丁字灣地區(qū)土地利用時空變化分析及地區(qū)生態(tài)修復(fù)建議［J］.山東國土資源，2021，37（6）：72-78.

［5］義家吉，沈成，常建宇，等.韓江三角洲1982—2020年海岸線時空演變與影響因素分析［J］.海洋通報，2024，43（1）：140-149.

［6］肖銳.近三十五年中國海岸線變化及其驅(qū)動力因素分析［D］.上海：華東師范大學(xué)，2017：1-20.

［7］杜逢超，徐艷東，于寧，等.近40年芝罘灣岸線時空演變及圍填海活動評價［J］.海洋科學(xué)，2018，42（4）：28-35.

［8］吳泉源，侯志華，逄杰武，等.龍口市20年間海岸帶變化的遙感監(jiān)測［J］.地球信息科學(xué)，2007（2）：106-112.

［9］孫曉林，吳孟泉，田佳慧，等.近30年威海市海岸線時空變化及其驅(qū)動力［J］.應(yīng)用海洋學(xué)學(xué)報，2019，38（2）：206-213.

［10］王菡.城市化影響下海灣空間資源時空演變研究［D］.上海：上海海洋大學(xué)，2023：1-15.

［11］張金盈，崔靚，徐鳳玲，等.海量國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星影像優(yōu)化處理研究［J］.山東國土資源，2020，36（9）：65-69.

［12］張亞男，張承明，李芳.基于多源遙感數(shù)據(jù)的城市擴(kuò)張監(jiān)測與分析［J］.山東國土資源，2020，36（5）：55-62.

［13］張現(xiàn)峰，劉乾忠，宮昌華，等.基于歷史衛(wèi)星遙感影像對城區(qū)空間形態(tài)演變的研究：以山東省濰坊市為例［J］.山東國土資源，2023，39（7）：39-45.

［14］李陽，關(guān)純安，劉浩，等.基于高分遙感影像和矢量數(shù)據(jù)的海域使用現(xiàn)狀調(diào)查與分析：以山東省管轄海域為例［J］.山東國土資源，2023，39（6）：52-59.

［15］黃詩寧，楊現(xiàn)坤，董永宏，等.基于Landsat影像的惠州海岸線近30年動態(tài)變化監(jiān)測［J］.廣州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2024，23（1）：60-71.

［16］龐慶莊，郭建超，崔盼盼，等.人類活動對遼河口海岸線和海岸帶景觀演變影響［J］.生態(tài)科學(xué)，2024，43（2）：58-66.

［17］侯西勇，毋亭，王遠(yuǎn)東，等.20世紀(jì)40年代以來多時相中國大陸岸線提取方法及精度評估［J］.海洋科學(xué)，2014，38（11）：66-73.

［18］賽莉莉.威海城市土地利用變化及驅(qū)動力分析［D］.煙臺：魯東大學(xué)，2016：1-20.

［19］劉石棟，趙巖，馬紹偉，等.基于實景三維模型的海岸建筑退縮線劃定及管控新方法研究［J］.山東國土資源，2023，39（9）：54-59.

［20］周夏青.海岸帶土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價及治理保護(hù)對策研究：以威海市為例［J］.山東國土資源，2023，39（9）：72-78.

收稿日期：20240531；修訂日期：20240708；編輯：曹麗麗

基金項目：山東省地質(zhì)勘查項目，山東省威海市劉公島及周邊海域綜合地質(zhì)調(diào)查，項目編號：魯勘字〔2021〕54號

作者簡介：李浩（1991—），男，山東威海人，高級工程師，主要從事區(qū)域水工環(huán)地質(zhì)研究；E-mail：836089863@qq.com

*通訊作者：鐘振楠（1985—），女，山東蓬萊人，高級工程師，主要從事水文與水資源工程工作；E-mail：zzn_wh@126.com