中国南方大陆海岸线时空变迁

杨 磊，李加林＊，袁麒翔，徐谅慧，卢雪珠，王明月，赵 斯

（1.宁波大学 建筑工程与环境学院，浙江 宁波 315211；2.浙江省海洋文化与经济研究中心，浙江 宁波 315211；3.三亚市海洋与渔业监测中心，海南 三亚 572000）

0 引言

海岸带是海洋与陆地相互作用最为频繁、活跃的地带，深刻地反映着海陆之间相互作用关系，它的改变能揭示自然地理环境的变迁。同时，海岸带也是极其脆弱的地带，亟需关注并加以保护。海岸线，泛指海陆的分界线，它的时空变迁，对于沿海地区的自然地理环境来说具有极其重要的指示意义。岸线的变迁，一方面直观地表现在岸线位置的变迁和岸线类型的转变，即反映人工化的程度问题；另一方面，岸线变迁也将引起海岸带滩涂资源的演化，进而影响到生物多样性，从而影响我们的生存环境。与此同时，经济发达的沿海地区，由于在社会发展过程中严重依赖海洋资源，故其在海洋经济发展的同时必然会引起岸线的变迁。因此，海岸线变迁研究对于了解海岸带生态环境变化乃至全球变化具有重要意义。

近年来，国内外学者在海岸线变迁及其影响因素方面做了大量的研究工作，El－ASMAR et al［1］和NGUYEN et al［2］分别研究了尼罗河三角洲海岸和湄公河河岸的岸线变迁，STIVE et al［3］则探讨了不同时空尺度下荷兰、法国的海岸线变迁及其原因。国内的研究则主要集中在对重点区域的岸线提取与影响因子的分析，如对珠江三角洲［4］、黄河口［5－6］、浙江省［7－8］、渤海［9－10］以及辽河口［11］等区域的海岸线变迁及其影响机制的研究；孙伟富等［12］则针对不同海岸类型建立遥感解译标志，提出海岸线提取方法。近期，徐进勇等［13］和高义等［14］分别研究了中国北方海岸线和中国大陆海岸线的时空变化，探讨了宏观尺度下海岸线变迁的特征，一定程度上弥补了海岸线整体性、系统性研究较少的不足。但目前的研究仍然较多地集中于某些重点区域的分析，研究区比较分散，这不利于从总体上把握大区域的海岸线变迁特征与规律。中国大陆海岸线漫长，加之海岸带土地利用景观格局变化频繁，因此，加强海岸线整体性、系统性的认识，对把握海岸线的变迁规律具有重要的理论与现实意义。本研究拟探讨中国南方大陆海岸线的时空变迁，以期为岸线资源的保护与合理开发利用提供科学参考。本研究所指中国南方大陆海岸线是从东海与黄海的分界点，即江苏省启东市的启东角（31°42′56.03″N，121°54′40.31″E）往南到中国大陆海岸线的最南端——广西壮族自治区东兴市的东兴镇（21°32′45.54″N，108°02′18.52″E）。

1 数据来源与处理

1.1 数据来源

在本研究中，采用5个时相的TM遥感数据影像进行大陆岸线信息提取，分别是1990年，1995年，2000年，2005年和2010年的影像，共计90景，其空间分辨率均为30m。所选取的遥感影像均为低云雾量或者大陆海岸线位置无云雾遮罩，能够很清晰地辨认大陆海岸线所在位置，以便在人机交互解译过程中保证岸线解译质量，尽可能减小误差，提高精度。

1.2 数据处理

数据处理过程中，以1989年版1：4 000 000《中华人民共和国地形图》为基准，对每一景遥感影像进行几何精校正、配准和镶嵌。具体步骤如下：首先处理1990年的影像，然后以处理后的1990年影像对1995年的影像进行如上操作，以此类推最后得到研究所需的影像。参照已有的海岸线提取原则和方法［15］，对5个时相的遥感影像进行人机交互的岸线解译工作，获取不同时相的大陆海岸线信息。选取上海市黄浦江口和浙江省甬江口这2个勘测点进行解译结果的精度验证，其结果符合研究需要。

2 结果分析

2.1 岸线长度及进退分析

由表1和图1～图3可知，1990—1995年期间，中国南方大陆海岸线发生明显变化的长度为1 136km，占1990年中国南方大陆海岸线总长度（10 875km）的10.45%，岸线海向推进产生的新增陆域面积达到484 km2。1995—2000年期间，发生明显变化的岸线长度为1 936km，占1995年中国南方大陆海岸线总长度（10 891km）的17.78%，期间岸线海向推进产生的新增陆域面积达到814km2。2000—2005年期间，发生明显变化的岸线长度为2 499km，占2000年中国南方大陆海岸线总长度（10 988km）的22.74%，岸线海向推进产生的新增陆域面积达到1 256km2。2005—2010年期间，发生明显变化的岸线长度为2 804km，占2005年中国南方大陆海岸线总长度（10 767km）的26.04%，岸线海向推进产生的新增陆域面积达到1 688 km2。近20a来发生明显变化的岸线长度在不断增加，这种变化主要是人类海岸开发活动引起的。

表1 1990—2010年中国南方大陆海岸线数据统计表Tab.1 Data statistics of southern China continental coastline from 1990to 2010

由表1可知，近20a来中国南方大陆岸线总长度表现出先增后减的趋势。从1990年到2000年，岸线长度由10 875km增长到10 988km，而后10a，岸线的长度呈现出缩短的趋势，而且缩短的程度和速率大于1990—2000年间增长的程度和速率。1990—2000年，中国南方大陆海岸线增加了113km，年均增加11.3 km；而2000—2010年，中国南方大陆海岸线缩短了636 km，年均缩短63.6km。各时段的岸线变化长度平均值均在增加，而且变化岸线的长度增加显著。同时，变化岸段所占的比率以每5a平均5个百分点的速率在增长。由表1得出，各时段岸线海向推进产生的新增陆域面积呈现出一定的规律性：由1990—1995年的484km2到1995—2000年的814km2，再到2000—2005年的1 256km2，直至2005—2010年的1 688km2，从数据上可得出，近20a来每隔5a新增陆域面积都要比上一个时段新增陆域面积多出400km2左右，基本上呈现等差数列递增的关系，说明人类开发海岸资源的速率和强度一直保持在较高水平。

图1 1990—2010年中国南方大陆海岸线Fig.1 Southern China continental coastline from 1990to 2010

图2 1990—2010年中国南方大陆海岸线变化岸段Fig.2 Changed parts of southern China continental coastline from 1990to 2010

通过对不同时相遥感影像的对比分析，可以发现岸线进退变化存在2种情形：（1）在原有岸线基础上向海侧扩张或向陆侧缩退。在淤涨型海岸，由于大量的泥沙供给导致滩涂不断淤涨，岸线不断向海一侧迁移，例如，在长江三角洲和珠江三角洲地区，出现明显的海向扩张；而受到河川径流和潮汐侵蚀作用影响的海岸，岸线则不断向陆侧后退，如雷州半岛北侧，出现了明显的陆向缩退。（2）海岸人工化影响下的“裁弯取直”型变化和连岛工程导致的岸线变化。一些小港湾或曲折的岸线受围垦等人工化过程的影响，被裁弯取直，从而减小了岸线的曲折度，并导致岸线不断缩短；连岛工程通过修筑人工堤坝等方式使得曲折的岛屿岸线成为大陆岸线，与此同时，也有一些连岛大堤拆除，使得原来的大陆岸线重新演变为岛屿岸线。当然，总体上海岸人工化的影响是导致陆域面积不断扩大和岸线的海向推进，其变化速度有加快的趋势。

尽管近20a来中国南方大陆海岸线的总体长度变化并不是很大。但是，岸线的人工化却有明显增强的趋势，尤其是一些淤涨型淤泥质海岸和海岸带资源大规模开发岸段，如长江三角洲地区和珠江三角洲地区。这2个地区是社会经济发展速度最快的区域，其海岸的人工化强度都比较大，大陆岸线人工化趋势非常明显，表现为不断向海侧推进。由图3可知，1990年以来中国南方大陆海岸线发生变化的岸段总体上在不断增长，但增长速度在下降，这可能是由于海岸线人工化的强度已经达到一定的水平，以及持续高强度地改造海岸线附近的自然地理环境，已带来一系列不良影响，使人类意识到合理利用和保护海岸资源的重要性，因此开始探索开发与保护的共赢之路，适时适宜地利用海岸资源，使得岸线的人工化进程得以减缓。

图3 各时段中国南方大陆海岸线变化长度和新增陆域面积Fig.3 Length changing and the new land area of southern China continental coastline in each period

在大陆海岸线发生变化岸段不断增长的同时，岸线变化导致的陆域面积增长也维持在较高水平，近20a来每隔5a的变化表现出接近等差数列的增长态势，这说明随着经济的发展，人类更为迫切地需要土地资源，而土地资源的有限性和不可移动性，使得沿海地区不得不转向海洋，向海洋索取土地资源，通过围海造陆满足土地资源需求。

2.2 岸线的分形维数分析

采用不同精度或标准，得到的岸线长度存在差异。因此，本研究采用网格法来计算1990—2010年中国南方大陆海岸线的分形维数，从分维的角度来描述中国南方大陆海岸线。5个时相的中国南方大陆海岸线的分维数具有一定的稳定性，1990年，1995年，2000年，2005年和2010年的分维 值 分 别 是 1.053，1.054，1.056，1.056 和1.053，分维值基本变化不大（表1），这也同前人的研究成果吻合［15］。从数据分析中可以看出，2000年以后中国南方大陆海岸线的发展总趋势是向海洋推进，在这个过程中，一些港湾地区海岸线演替的速率尤为迅速。因此，从自然岸线的变迁角度来看，其岸线的曲折度在降低，特定地点的岸线形态更逼近直线型。但是，在经济发达的地区，城市用地的规模日益扩大，不断地变自然岸线为人工岸线，逐步向海洋延伸。码头的建设、海上养殖和海上旅游设施的修建等等都会增加岸线的曲折度，从而影响海岸线的分形维数。自然岸线的曲折度在降低，人工岸线的曲折度在增加，此消彼长，综合起来，在一定时间范围内，大陆海岸线的长度和分形维数都不会出现剧烈的变化。

2.3 重要岸段的大陆岸线变迁

2.3.1 长江口—杭州湾南岸岸线变迁

长江三角洲是由长江带来的泥沙在河口地区堆积产生的地貌单元。长江口—杭州湾南岸的岸线变迁表现为2种趋势。长江口北岸和杭州湾南岸以淤积为主，岸线不断向海侧推进；长江口南岸和杭州湾北岸以侵蚀为主，岸线不断后退（图4）。受到河流径流和沿岸洋流以及地转偏向力的作用，长江口北岸逐年淤积，水下泥沙沉积速度加快，导致崇明岛有与长江口北岸并岸的趋势；而杭州湾南岸淤积的速度和范围也在扩大，但是其泥沙的来源主要是沿岸的洋流从长江口携带而来，而不是以钱塘江的泥沙为主。长江口南岸和杭州湾北岸的侵蚀作用则主要是入海河川侵蚀和潮汐冲刷引起的。从岸线类型和景观格局的变化看：长江口北岸和杭州湾南岸，主要以农用地为主，围填海后的土地被用作养殖用地、农田用地和盐田用地等；而长江口南岸和杭州湾北岸，主要布局着码头、工业用地和城镇用地等。

图4 长江口—杭州湾南岸海岸线变迁Fig.4 Coastline change of Changjiang River estuary－south bank of Hangzhou Bay

2.3.2 珠江三角洲的岸线变迁

珠江三角洲位于广东省东南部，地处珠江的下游，属于泥沙淤积形成的河口三角洲。依据珠江三角洲岸线的形态，可分为3个部分：珠江口岸段、珠江口以东岸段和珠江口以西岸段。（1）珠江口岸段，以其港湾的特征点为大致的分界点。这个岸段的自然岸线发育和人工岸线的建设都比较剧烈。由于地处珠江的入海口，受到地形和港湾特征，以及潮汐的作用，河流流速变缓，导致大量泥沙在港湾内淤积，由此淤泥质滩涂发育明显。但是，本地区飞速发展的工业和不断推进的城市化进程，导致城市用地不足，只有通过围海造陆、陆连岛等措施来解决用地问题。随之导致城镇护堤、码头岸线等各种形式的建设岸线增加，使得各种类型的人工岸线取代自然岸线。（2）珠江口以东岸段，自然岸线类型以基岩海岸为主，人工岸线多为城镇护堤和近海养殖岸线。加之缺少大型河流，没有稳定而充足的泥沙堆积，因此本岸段的自然岸线在时空上的变迁不太明显。而人工岸线的推进，多是通过填海造陆实现的。（3）珠江口以西岸段，其自然发育程度不如珠江口地区，但高于珠江口东岸。西岸有小的河流发育，河流的数量和长度远大于东岸，导致泥沙的淤积量比东岸大，淤泥质的自然岸线发育程度高，为围海造陆等人工建设提供了基础。再从水动力条件上看，由北往南的近岸洋流，可以将珠江口的泥沙输送到西岸，加速了西岸的淤积。

图5 珠江三角洲海岸线变迁Fig.5 Pearl River delta coastline change

2.4 岸线变迁过程中的岸线类型人工化特征分析

长江口—杭州湾南岸和珠江三角洲地区是中国南方大陆海岸线变迁最显著的区域，也是海岸人工化程度最高的区域。为分析岸线人工化特征，将人工岸线划分为码头岸线、城镇护堤、盐田岸线、养殖岸线和农田岸线5类，自然岸线划分为生物岸线、基岩岸线、河口岸线、砂砾质岸线和淤泥质岸线5类。总体上看，长江口—杭州湾南岸1990年，2000年及2010年的岸线长度分别是869，888和911km（表2和图6），岸线长度略有增加。通过表2分析可知，本区人工岸线比例高于自然岸线的比例：1990年，2000年及2010年的人工岸线比例分别是76.64%，77.25%和71.15%。人工岸线中的码头岸线和城镇护堤的岸线长度有急剧增加的趋势，而另外3类岸线的长度不断减少，这表明在城市化进程中，城市的用地规模在扩大，岸线人工化的程度在加强。自然岸线中仅有淤泥质岸线的长度在2000—2010年间保持着增长态势，岸线长度增加了近100km。这主要是由于滩涂的自然淤涨速度较快以及人工促淤工程所致。

表2 长江口—杭州湾南岸各时期各类型大陆海岸线长度统计表Tab.2 Lengths of various types of continental coastline in Changjing River estuary－south bank of Hangzhou Bay in each period

图6 长江口—杭州湾南岸各时期各类型大陆海岸线Fig.6 Various types of continental coastline in Changjiang River estuary－south bank of Hangzhou Bay in each period

2.5 大陆海岸线时空演变的影响因子分析

2.5.1 自然因素

影响大陆岸线演变的自然因素包括了河流来沙、沿岸输沙及潮汐作用等。根据自然岸线的划分，从海岸线所处的地质地貌情况看，一般分为4类：基岩海岸、淤泥质海岸、生物海岸和砂砾质海岸。而从其稳定性角度来说，分为侵蚀型、淤涨型及稳定型。结合这2种分类以及实际解译的结果来看，在短期内发生了明显变化的岸段属于侵蚀型或者淤涨型的淤泥质海岸，例如长江口—杭州湾南岸、珠江三角洲地区均属淤泥质海岸，这些地区是岸线发生变化最显著的岸段。至于其他自然岸线，就其本身的演变过程来说，在几十年的时间尺度下，并没有发生较大变化，其变化多是建立在人类活动的基础上。因此，除了淤泥质海岸外，因自然因素所引起其他自然岸线的变化在本研究时段内相对较少。

2.5.2 人为因素

随着社会经济的发展以及工业化、城市化的推进，人类对土地资源的需求越来越迫切，由于土地资源的数量有限，人类开始逐渐向海洋迈进，寻求发展的立足之地。海洋空间受到人类的挤压，导致海岸线海向推进，这是主要的演化趋势。

在过去的20a间，导致中国南方大陆海岸线时空变迁的人为因素主要有围海造陆、港口建设和水产养殖等，一系列的人类活动形成了人工化的大陆海岸。其中，围海造陆是导致中国南方大陆岸线变迁的最主要原因。沿海社会经济的发展和对土地的需求，使得滩涂匡围成为耕地总量平衡的主要调节手段。而滩涂匡围又强烈地改变着近海的水沙动力条件，并进一步引起岸线的变迁。港口建设对于大陆海岸线的影响主要是强烈地改变了岸线的曲折度，增加岸线长度，进而影响到整个岸线的分形维数。水产养殖可分为2种情况，一种是在围垦的土地中开辟水产养殖区域；另一种是发展近海养殖，利用港湾地形和网箱进行水产养殖。这里的研究对象即为后者，这种人类活动也改变着近海的岸线类型。

3 结论

（1）中国南方大陆海岸线的长度和分形维度保持相对稳定，但岸线长度存在总体缩短和局部增长的演化趋势，与之相对应的是分形维数的相对稳定性。说明分维的确可以用来表征海岸线的客观性质，这与分维理论相吻合。1990—2010年中国南方大陆海岸线的变化岸段长度不断增加，与之相对应，近20a来每隔5a新增陆域面积都比上一个时段新增陆域面积多出400km2左右，基本上呈现等差数列递增的关系。长江口—杭州湾南岸的岸线长度在逐渐增加，从1990年的869km变为2010年的911km，由此说明局部岸段的增长与总体上的缩短特征并存。

（2）岸线海向推进的岸段占据主要部分，陆向缩退岸线仅发生在少部分岸段。海向推进的岸段最显著的地方位于长江口北岸、南汇嘴、杭州湾南岸和珠江口附近；陆向缩退的岸段主要位于雷州半岛的北侧。岸线的海向推进与陆向缩退，既受自然要素的影响，又受岸线人工化影响。

（3）长江口—杭州湾南岸和珠江三角洲两个典型岸段岸线时空变迁速率与强度在不断加强。人类对于岸线的影响程度日益强烈，对于海岸带资源的开发力度日趋加大。作为中国经济发达的地区，工业化和城市化的水平位居全国的先列，与之相对应的是开发岸线的需求和能力与日俱增。

（4）在1990—2010年期间，引起中国南方大陆海岸线时空变迁的人为因素的影响比自然因素显著，导致人工岸线比重不断提高，自然岸线比重不断下降。水沙动力条件决定着自然岸线变迁。围海造陆、港口建设、水产养殖等人为因素则对岸线变迁产生重要影响，人工岸线建设使得岸线在短时间内产生显著变化。自然因素造成中国南方大陆海岸线时空变迁的影响在逐步下降，而人为因素的影响在不断增强。

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