GIS技术在海岛保护与利用规划中的应用*——以破灶屿为例

GIS技术在海岛保护与利用规划中的应用*
——以破灶屿为例

任岳森1，2，翁宇斌1，2

（1．福建海洋研究所 厦门 361013；2．福建省海岛与海岸带管理技术研究重点实验室 厦门 361013）

随着全国首批开发利用的无居民海岛名录公布以来，全国海岛保护与利用规划工作迅速发展起来，文章以福建省破灶屿为例，综合考虑海岛地形、植被以及开发利用现状因素，采用GIS空间分析手段，探讨其保护与利用分区研究，并绘制海岛保护与利用规划各专题地图。

地理信息系统；海岛；保护与利用规划

1 前言

根据《中华人民共和国海岛保护法》，“本法所称海岛，是指四面环海水并在高潮时高于水面的自然形成的陆地区域，包括有居民海岛和无居民海岛”。中国是海洋大国，也是一个海岛众多的国家。在300万km2余的管辖海域中，500 m2以上的海岛有6 900多个，面积不足500 m2的海岛更是数以万计［1］，有人居住的海岛460多个，总人口4 000多万［2］。海岛是人类开发海洋的远涉基地和前进支点，是第二海洋经济区，在国土划界和国防安全上也有特殊重要地位。近年来，随着沿海社会经济的快速发展，开发利用海岛，特别是开发利用无居民海岛的情况逐渐增多。但大多数开发利用过于粗放，开发广度和深度不够，所产生的效益低下，不仅使海岛生态环境受到严重破坏，甚至威胁国防安全，有些已经严重地毁坏了海岛自身的固有价值［3］。为此国家出台了一系列的法律法规来规范海岛保护与利用行为。1988年，国家有关部门开展了全国海岛资源综合调查和开发试验，初步摸清了中国海岛的家底。2003年，国家海洋局、民政部和总参谋部联合发布了《无居民海岛保护与利用管理规定》，开始了中国无居民海岛管理制度建设。2007年，启动了海岛保护规划的编制、海岛法律制度的建设、海岛经济社会发展政策的制定以及海岛特别保护区的建设等工作［1］。2009年12月26日《中华人民共和国海岛保护法》颁布实施。2011年4月12日国家海洋局公布全国首批176个开发利用的无居民海岛名录。2012年4月19日，《全国海岛保护规划》由国家海洋局正式公布实施。韩秋影等［4］研究指出我国海岛资源开发利用在环境、管理和经济等方面存在诸多问题，提出我国海岛资源开发利用应该建立有效的海岛综合管理体系和机构因地制宜开发利用海岛资源增加海岛资金投入，逐步扩大海岛对外开放力度，大力发展海岛科教事业，实施人才战略。

目前，国内运用GIS技术进行城市规划的研究较多，但因海岛保护欲利用规划刚开始起步，将GIS技术应用到海岛海岛保护与利用规划的研究却不多。麻德明等［3］是从研究多维动态GIS方面构建海岛三维可视化模型，从而实现海岛保护与利用可视化管理。张海明等［5］采用GIS技术和定位定量相结合的分析方法，对嵊泗县各岛屿生态环境敏感性进行了综合评价，为合理开发嵊泗海岛资源提供技术支持。王润等［6］尝试运用GIS空间分析技术手段，以福建省海坛岛为例，从地理气候、环境制约、土地开发建设可能性和市场开发条件4个方面，评判海坛岛岸线运动休闲旅游产品开发的适应性和各段岸线的开发利用方向。郭晓峰等［7］基于生态敏感度、生态弹性度和生态压力度，构建了海岛生态脆弱性评价的指标体系，采用综合指数法和GIS相结合的方法分析了生态脆弱度的空间差异和不同区域生态脆弱性的主导成因，对于海坛岛的生态保护和资源利用具有一定的指导意义。María Elizabeth Barroeta-Hlusicka等［8］研究利用GPS（全球定位系统）以及GIS（地理信息系统）技术提高玛格丽塔岛（Margarita）海岛的管理计划以及保护区护林人的覆盖率。Biswajeet Pradhan等［9］研究在马来西亚槟城岛（Penang）海岛利用遥感数据和GIS技术研究土壤侵蚀评价与滑坡事件的相关性。

海岛作为单个的地理实体，其空间位置、大小、形态均是独一无二的。海岛的保护与开发利用涉及海岛上各个地理单元，地形地貌、植被等。因此，如何根据各海岛不同地理单元的特点以及开发利用现状情况，科学合理地保护与开发利用海岛，是我们亟须解决的问题。

2 研究区概况

2.1 地理位置

破灶屿位于龙海市港尾镇卓岐村东北侧海域中，距大陆最近点1．320 km，行政区隶属龙海市港尾镇，面积为68 961 m2，岸线长度为1 570 m。形如炉灶，故名。

2.2 海岛开发利用现状

根据现场调查及调访，破灶屿岛陆已实施的开发利用活动主要有：林木种植、房屋建筑及水井、码头、山体开挖、填海造地、测量标志、道路修建等（图1和图2）。

3 数据来源及技术路线

植被数据：采用“908专项”海洋调查海岛植被数据。

等高线数据：采用福建省测绘局提供的1∶10 000地形数据。

海岛开发利用现状数据：采用实地踏勘GPS测量数据及航拍遥感数据。

图1 破灶屿岛陆开发利用现状照片

图2 海岛开发利用现状

本研究先从福建省测绘局提供的1∶10 000地形数据入手构建海岛三维数字高程模型，提取出坡度小于25°的区块，然后叠加“908专项”海洋调查海岛植被数据，得出坡度小于25°且无植被或植被是草丛、灌丛的区域，即海岛初步较适宜开发利用区域，再根据实地踏勘GPS测量数据及航拍遥感数据得出海岛开发利用现状数据，得到最终的海岛保护与开发利用规划方案，并绘制海岛保护与利用规划专题图。技术路线如图3所示。

图3 技术路线

4 海岛保护与利用规划分区确定

4.1 海岛数字高程模型构建

4.1.1 海岛TIN生成

利用ArcGIS中的3DAnalyst工具中的CreateT IN from features模块，加载研究区域边界数据、等高线数据，高程点数据，将区域边界数据Height source设置为none，将Triangulate as设置为hard clip，Tag value field设置为none，等高线数据与高程点数据Height source设置均为高程值，Triangulate as设置均为mass point［10］（图4）。

图4 海岛三维高程模型

4.1.2 海岛DEM生成

利用Arc GIS中的3DAnlyst工具中的Convert tin to raster模块可以将生成的TIN转为DEM，Attribute设置为Elevation，Z factor设置为1，根据DEM精度需要，选择相应的Cell size。

4.1.3 海岛坡度数据提取

利用ArcGIS中的3DAnlyst工具箱中的Raster surface下的slope工具，提取DEM数据中坡度小于25°的区域（图5）。

4.2 海岛保护与利用规划分区确定

4.2.1 初步可进行开发利用区域确定

海岛地形地貌跟植被是海岛上非常重要的而且非常敏感的因子，一旦对其造成过度破坏将难以恢复甚至永远无法恢复。一般坡度大于25°的地区不适宜进行开发利用活动，在该地区进行开发利用活动将会不可避免地严重破坏海岛地形地貌，从而引起地质灾害，根据地形因

图5 海岛地形坡度分布

子确定的保护区范围如图6所示。对于海岛上植被覆盖度较高的阔叶林地区，一般也不适宜进行开发利用活动，根据植被因子确定的保护区范围见图7。

图6 根据海岛地形确定的保护区范围

图7 根据海岛植被暨保护对象确定的保护区范围

因此，可利用ArcGIS软件intersect空间分析工具将坡度小于25°面状矢量图层与无植被或植被是草丛、灌丛区域二者叠加分析，取交集，得到坡度小于25°且无植被或植被是草丛、灌丛的区域，即海岛初步可进行开发利用区域（图8）。

图8 海岛初步较适宜开发利用区分布

4.2.2 海岛保护与开发利用分区规划方案确定

然后根据海岛目前的开发利用现状，主要有林木种植、房屋建筑及水井、码头、填海造地、测量标志、道路修建等开发利用活动，结合海岛初步较适宜开发利用区分布，确定海岛保护与开发利用分区规划方案。破灶屿共划定4个保护区（其中一个位于海域）、两个开发建设区和1个海域缓冲区（图9）。

图9 海岛保护与利用规划分区

（1）保护区。面积约3．668 7 hm2，占全岛面积的53．2%。保护对象主要有海岸线、沙滩、植被群落、水井以及大地测量控制点。保护区内的海岸线长度613 m，且大部分岸段陡峭，少部分为沙滩岸线。岛东北侧有一个国家永久大地测量控制点，根据《中华人民共和国测量标志保护条例》“禁止在距永久性测量标志50米范围内采石、爆破、射击、架设高压电线”，根据《福建省测量标志管理办法》“禁止在距测量标志10米范围内挖沙、取土或开设机动车道”。本研究将该永久测量控制点10 m范围内不宜进行人工建筑的开发建设，考虑到该区域内植被较为稀少，且多为灌丛，高度较低，可结合现有道路开展登岛观光旅游。保护区内的海岸线严格控制进行工程设施建设；保护区内除植被修复、道路修葺等开发活动外，不允许开展破坏海岛植被、测量标志及淡水资源的开发活动。

破灶屿中部北侧有一小片的自然沙滩。北部沙滩面积较大，砂质岸线较长，但沙滩上礁石林立；南部沙滩砂质较细，但面积较小，均不利于进行旅游开发活动。将来可考虑在上述沙滩区进行人工抛沙，对现有的沙滩进行改造。

（2）开发建设区。共规划3块开发建设区，分别位于东北部、南部和西部，总面积约为3．227 4 hm2，占全岛面积的46．8%。东北部地块面积为2．393 7 hm2，该区域岸线附近地势陡峭，已开发建设简易步游道，南部建有码头建设区，现建有简易码头一个，废弃房屋两座，主要开发为码头建设区，开发建设区内还包括今后拟规划建设的规划道路。西部地块为人工回填区域，地势十分平缓，面积为0．833 7 m2，为开发建设集中区，可在该区域进行房屋等旅游设施建设，建筑密度应小于30%，建筑物离岸距离最小为10 m，建筑物高度不宜超过10 m。

（3）海域缓冲区。海岛四周为海水所环绕，海岛和海域并不是孤立的，单独的个体，海岛开发也需要一定的海域空间。破灶屿周边的海域目前密布养殖设施，且与海岛之间距离很近，根据龙海市海洋与渔业局和龙海市港尾镇政府2010年8月19日共同发出的《关于破灶屿周边海域水产养殖退出的通告》，位于破灶屿西南部海域的水产养殖应当退出。破灶屿定位为旅游娱乐用岛，岛上适宜开展休闲度假、观光、休闲垂钓等旅游活动，开展休闲垂钓活动需要一定的海域空间。

结合上述分析，破灶屿周边海域应预留一定的缓冲区作为海岛开发的辅助区域。因破灶屿紧邻漳州开发区填海区，周边海域空间不大，考虑周边海域现有的开发利用情况，结合破灶屿实际需求，建议将破灶屿周边150 m范围内的海域划为缓冲区，主要可开展沙滩修复、码头修建及海上垂钓等旅游娱乐活动。在缓冲区内除养殖外，禁止开展与岛屿旅游娱乐开发无关的其他活动。由于岛屿西部进行了人工开山填海，对海岛生态造成了一定的破坏，因此，建议在人工回填区附近山体开展生态修复活动，部分恢复海岛自然形态。

5 利用ArcGIS绘制专题图

根据前节得到的海岛各专题数据，绘制海岛保护与利用规划各专题图，主要专题图有海岛三维高程模型图、海岛地形坡度分布图、海岛植被分布图、海岛初步较适宜开发利用区分布图以及海岛保护与开发利用分区图，如上述系列图。

6 结语与展望

海岛的保护与合理开发利用是海岛管理中的两个方面，如何针对不同的海岛采取不同的保护与开发利用模式，是我们今后需要进一步研究的问题。本研究主要利用GIS手段，从地形、植被以及海岛开发利用状况3个因素来探讨海岛的保护与可开发利用分区方案，为海岛的保护与合理开发利用研究提供技术支撑，进而为海岛信息化综合管理提供技术保障。目前三维可视化GIS技术与面向对象的服务端GIS技术（Arc server）以及移动GIS技术是今后GIS技术发展的3个热点。今后还可以运用GIS中的三维可视化技术进行海岛三维可视化管理系统研究，从而构建三维海岛动态管理系统；利用面向对象的服务端GIS技术，向社会公共以及内部管理人员发布与共享海岛管理信息；利用移动GIS技术将可以构建海岛移动GIS信息发布以及管理系统。

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福建省科技厅省属公益类科研院所基金专项（2011R1006－6）．