闽南地区海岸带水域变化的遥感动态监测

福建省环境科学研究院 王智苑

水域资源是一种占用一定范围水域空间的重要国土资源，是特殊不可再生资源。闽南地区海岸带近年来由于经济及社会发展需求，城市不断扩展，使水域发生显著变化，对其经济的宏观发展，特别是河口通航条件，会产生较大的影响[1]。因此，研究水域的空间动态变化具有十分重要的现实意义。遥感作为一种动态监测水域变化的手段，具有数据来源多、覆盖面广、费用低等许多优点，克服了传统调查手段费时费力，难以进行及时、准确、全面监测研究的缺点，因而被广泛利用[2-4]。因此，笔者运用卫星遥感影像，对闽南地区海岸带1994年～2006年海岸线及其水域进行动态变化监测，分析引起其变化原因，旨在为政府决策与闽南地区海岸带可持续发展提供重要的科学依据。

1 研究区概况

闽南丘陵平原地处福建东南沿海，东临台湾海峡和金门诸岛，包括厦门、泉州、漳州，总面积25536.3km2，人口1381.52万，人口密度约541人/km2，该地区属亚热带湿润季风气候，温暖湿润，年均温21℃，年降水量1100～1700mm。丘陵、河谷、盆地错落其间，海岸线曲折，拥有较长的海岸线和众多优良港口。

2 遥感影像的预处理

本研究选用覆盖福建省闽南海岸带1994年、2001年和2006年3个时相的遥感影像作为数据源。我国在进行海岸带调查时，范围一般为：由海岸线向陆方向延伸10公里左右，向海至水深10～15米等深线处。因此，本文在选择研究区时，以岸线为基准，利用ARCGIS以海岸线为基础生成左右宽度为10 km的缓冲带矢量数据，并以此矢量数据从遥感影像中剪裁出所需要的研究区域[5]。为了保证遥感影像后续处理结果的可靠性和准确性及具有标准的地理空间坐标，以便进行不同时相影像的叠加分析，需要对闽南海岸带3个时相的遥感影像进行几何精校正和配准。所有影像投影坐标系均采用高斯—克吕格投影和北京坐标系。几何校正误差小于1个像元。

3 水域遥感信息提取

首先提取水陆分界线，对于水体指数波段，采用修正归一化差异水体指数MNDWI（modified normalized difference water index）来进行水体提取。修正归一化差异水体指数是徐涵秋对McFeeters创建的归一化水体指数NDWI进行修正后提出的，其数学表达式为[6-8]：

其中：MIR和Green分别代表中红外波段和绿光波段的反射率，对应TM／ETM+影像的第5和第2波段。

运用修正归一化水体指数公式，分别获得3个研究年份的MNDWI影像，见图l。从图1可知，MNDWI很好地将水体和陆地区分开来，水体在MNDWI影像上表现出高亮度，所对应MNDWI值高；非水体部分，即灌木林、旱地和城乡建设用地等均表现暗淡，其MNDWI值很低，与水体相比差异很大。可见，对影像中水体和陆地的提取，可分别通过设定MNDWI的取值范围来实现。取值范围选取是以完整、准确地显示出水域信息，最大限度地掩蔽非水域信息，并能准确区分水体与陆地为原则。表1列出了3个时相MNDWI影像中提取水体和陆地所用的取值范围。

表1 水域变化信息提取所需的取值范围

由图1显示，MNDWI影像上突显的水域信息并非全为海岸线水域，其中包括闽南地区内陆水域，如水库、内湖和永久性的养殖坑塘等，并不是本研究海岸线水域变化所需要的。因此，在通过阈值分割提取水域基础上，可采用掩膜法剔除内陆水域等干扰信息，获取3个时相的海岸线（图2）。

图1 闽南海岸带MNDWI影像

图2 闽南海岸线

在所获得3个时相海岸线的基础上，进一步对闽南地区海域 1994年、2001年和2006年3个时相MNDWI影像进行叠加，以查明闽南地区海岸带1994年～2006年间的水域变化情况。图3为闽南海岸带 1994年～2001年和 2001年～2006年经叠加处理后的影像，由图3中可知水域发生变化区域。

图3 闽南海岸带水域变化图

表2 3个年份的水域面积变化表

续表2

由表2可知，研究区海域面积从1994年～2001年～2006年呈现先减少后增加的趋势，而1994年～2006年海域面积增加0.58%，年变化面积为221 hm2。其中1994年～2001年，海域面积减少 1.57%，年均减少面积为 1021.14 hm2。2001年～2006年海域面积增加2.19%，年均增加面积为1960 hm2。

4 海岸线变化机制

1994年～2001年间，减少的海域主要发现于研究区南部，面积减少最多的区域集中于厦门市集美区和杏林区附近。集美区东南部曾填海造地和围海养殖，在1995年变成码头、养殖坑塘和机场扩建的跑道等，占用了部分海域面积。1995年～2001年，新增的城市用地越来越多，养殖区与原有的填海区也继续扩大。集美区西面杏林湾水库、杏林区西面马銮湾则因为增加大面积的养殖水域，而使海域面积减少。其次是海域面积减少较多的诏安县和云霄县，其原因与云霄县的漳江及诏安县的宫口港附近河道因养殖坑塘增加而变窄有关，表明研究区城市用地扩展和养殖业的发展是造成该期间海域减少的直接原因。

与1994年～2001年的情况相反，2001年～2006年间研究区的海域面积大量增加。其中以九龙江南港、中港、和北港的东交汇处海域面积增加最剧。这主要与河口区大量挖取砂导致河道下切，引起九龙江口南港、中港、和北港的低潮位有所下降有关。其次，泉州市洛阳江水域面积增加较多。洛阳江主河道水域面积逐年增大，其相邻的滩涂面积大量减少，造成该现象的原因可能是沿海红树林锐减、主河道两侧失去保护屏障、水从泉州湾不断注入洛阳江、逐渐侵蚀主河道两侧滩涂，导致洛阳江主河道水域不断增加。2003年，位于泉州湾河口湿地省级自然保护区内的洛阳江滩涂湿地上，由于附近村民利用夜间拔掉红树林用于养殖海蛏，导致约70hm2的红树林遭受破坏。其中破坏较为严重的主要是洛阳镇洛阳村和石任村等地。此外，大约200 hm2的滩涂湿地也遭受破坏。

另外，同安湾、大嶝岛一带及南安市的水域面积也有所增加。同安湾、大嶝岛均是厦门市贝类主要养殖基地，而南安市养殖水域面积大，这两地于该期间过度开发海岸带滩涂养殖业资源，造成部分滩涂面积减小且被侵蚀，水域面积增大，海岸线形状也更规则化。该现象表明一系列人类活动给研究区海岸带环境和生态系统带来重大影响，是导致研究区水域面积剧烈变化的主要因素，迫切需要高度重视。

5 小结

从整体上看，研究区水域面积从1994年～2001年～2006年呈现先减少后增加的趋势，1994年～2006年海岸带水域面积增加0.58%，年变化面积为221hm2。其中1994年～2001年，水域面积减少了1.57%，年均减少面积为1021.14hm2。减少的水域主要发现于研究区南部，面积减少最多的区域集中于厦门市集美区和杏林区附近；其次是漳州市诏安县和云霄县。研究区城市用地扩展和养殖业的发展是造成该期间水域减少的直接原因。2001年～2006年水域面积增加了2.19%，年均增加面积为 1960hm2。以九龙江南港、中港和北港的东交汇处海域面积增加最剧，主要与河口区大量挖取砂导致河道下切，低潮位下降有关；其次是泉州市洛阳江水域以及同安湾、大嶝岛一带和南安市的海域。原因是养殖业过分开发滩涂湿地，以及毁坏沿岸红树林，造成部分滩涂面积减小并且被侵蚀，水域面积增大和外扩。可见一系列人类活动给研究区海岸带环境和生态系统带来重大影响，是导致研究区水域面积剧烈变化的主要因素。

闽南海岸带是陆地生态系统和海洋生态系统的生态交错区，也是经济及生态环境可持续发展的重要地区。因此，如何确定与合理布局水域使用的性质和范围大小，以达到环境与经济的双赢，更好地服务城市建设，是目前闽南亟待解决的问题之一。

[1]王智苑，刘金福，郑雯，等.泉州市洛阳江水域变化的遥感动态监测[J].福建农林大学学报(自然科学版)，2010，39（4）：413-416.

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