30多年来盐城市围填海空间格局变化特征

康 敏, 沈永明



30多年来盐城市围填海空间格局变化特征

康 敏, 沈永明

(南京师范大学地理科学学院, 江苏南京210023)

为探究盐城市围填海空间格局的变化特征, 选取1984~2015年Landsat 4/5/7/8影像数据, 利用景观指数计算方法, 对盐城市新增围填海的面积、强度、聚集度和质心等4个方面变化特征进行分析。结果如下: (1)1984~2015年, 盐城市新增和侵蚀破坏围填海面积分别为95 182.71 ha和1 970.45 ha, 且随时间变化围填海侵蚀破坏区不断向南扩张。1984~2015年, 围填海利用类型经历了从已围待利用地为主到盐养用地为主的演变过程。(2)1984~2015年的3个时间段内港池蓄水围填海强度指数均较小, 最大围填海强度指数仅为0.19 ha/km。建设填海造地、已围待利用地和盐养用地的围填海强度指数呈现不断上升的变化趋势, 最大围填海强度指数分别为2.15, 27.53和77.33 ha/km。农业填海造地的围填海强度指数呈现先上升后下降的变化趋势, 最大围填海强度指数为18.51 ha/km; (3)1984~2015年, 盐城市围填海各类型的聚集度指数均较高, 平均聚集度指数高达96.98。盐城市围填海质心不断向东南方向迁移, 说明盐城市围填海开发的重点区域逐渐向南迁移。

盐城市; 围填海; 空间格局; 变化特征

围填海是开发利用海岸滩涂资源的主要方式, 更是沿海地区缓解用地紧张、促进区域经济快速增长的重要途径[1]。江苏沿海滩涂资源丰富, 围填历史悠久, 经历了兴海煮盐、垦荒植棉、围海养殖、临港工业等多个围填海开发阶段[2]。围填海为沿海地区带来大量用地和经济效益的同时, 也对海洋自然属性造成了永久性的改变, 给海洋资源与环境带来负面影响[3]。因此, 准确提取并及时掌握围填海空间格局变化信息, 对合理开发海岸带资源推进沿海地区可持续发展以及推进沿海地区可持续发展具有重大的现实意义。

国内外学者对于围填海的研究由来已久, 大多关注围填海的环境效应、围填海的评价体系、围填海的遥感监测及围填海的驱动机制等, 例如, Lie等[4]对韩国新万锦湿地(Saemangeum area)填海带来的海洋环境退化和海洋生境破坏进行了详细研究; 刘佰琼等[5]运用多目标决策理论与方法, 提出港口及临港工业围填海规模的评价指标体系; 付元宾等[6]提出了围填海强度等级划分方案和围填海潜力评估方法; 温礼等[7]利用高分辨率遥感影像, 对围填海遥感信息自动提取方法进行了探究; 雷宁等[8]和王伟伟等[9]分别对胶州湾围填海和辽宁省围填海产生的生态环境影响进行了分析; 陈凤桂等[10]基于历史围填海统计数据, 对福建省围填海发展趋势及驱动机制展开研究; 刘伟和刘桥[11]对我国大规模围填海现状、原因及调控对策进行了研究。然而, 关于围填海空间格局基本信息的研究却很少见。

因此, 本文选择改革开放以来盐城市围填海活动开发活跃的1984~2015年作为研究时期, 利用Landsat系列卫星的MSS/TM/ETM+/OLI影像, 对盐城市沿海地区30多年来围填海空间格局变化进行连续监测, 从而动态地掌握围填海的面积、聚集度、强度和质心等变化特征, 以期为海洋资源的合理开发与管理提供快速、准确的基础数据支持。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

盐城位于江苏中部海积平原, 东临黄海, 处于长江三角洲和废黄河三角洲之间, 南部位于南黄海辐射沙洲内侧, 临近西洋水道, 泥沙来源丰富[12]。盐城海岸南北冲淤特征明显不同, 灌河口至射阳河口为侵蚀岸段, 射阳河口至斗龙港为侵蚀到淤积的过渡岸段, 斗龙港至川东港段为淤长岸段[13]。目前认为盐城市海岸冲刷与淤积的分界从射阳河口南移至新洋港口, 新洋港北侧岸段冲刷、南侧岸段淤积[14-15]。盐城滩涂广阔, 地势平坦, 滩涂总面积45万ha, 占江苏滩涂面积的70%, 为全国的1/7[16]。射阳河口以南岸段每年还在以大于1 400 ha的速度向大海淤长, 是江苏沿海主要的后备土地资源[17]。盐城滨海带具有全球性的生物多样性保护意义, 建立了麋鹿和丹顶鹤两个国家级自然保护区[18], 被誉为“东方湿地之都, 仙鹤神鹿世界”。如图1所示。

1.2 数据来源与处理

选取MSS(1984年和1991年)、TM(1991年、2002年)、ETM+(2002年)和OLI(2015年)这8幅遥感影像作为基础数据。影像选取原则: (1)选取某一年份成像时间接近年末的影像, 没有的可用下一年的早期影像代替, 旨在展现某一年份所有围填海的信息; (2)选取含云量<10%的高质量影像(表1)。以2015年精校正影像为基准, 利用ENVI 4.7对其他年份影像进行几何校正, 校正精度小于0.1, 再根据研究区范围对影像进行裁剪。

表1 影像数据

利用人机交互结合、实地勘测和资料查询等手段, 提取盐城市1984年、1991年、2002年和2015年4个年份的人工岸线数据(人工岸线是指人工海岸构筑物形成的岸线[19])。在此基础上, 利用Arcgis10.0将得到的1984年人工岸线与1991年人工岸线做叠加处理, 将线形要素转为面, 从而得到盐城市1984~ 1991年间大陆海岸的围填海范围边界(需要说明的是围填海不包含海上浮筏和网箱养殖)。重复以上操作步骤, 得到1991~2002, 2002~2015和1984~2015年大陆海岸的围填海范围边界。2015年7月初完成野外调查和实地验证, 将围填海的定义类型与实测数据中围填海类型相符的围填海个数占总围填海个数的百分比定义为解译精度, 2015年解译精度94%, 其他年份解译精度验证参考历史文献[20]资料, 精度范围为85%~89%, 满足本次研究的需要。

1.3 研究思路与围填海分析指标选取

本文研究围填海空间格局特征主要从围填海面积、围填海强度、围填海聚集度、围填海质心等4个方面进行研究。

围填海面积变化中, 主要借助Arcgis10.0、ENVI4.7和SPSS等软件完成。围填海强度、围填海聚集度和围填海质心分析主要借用景观生态学中有关景观格局变化的定量研究指标数据[6, 21], 各指标的计算借助景观指数计算软件Fragstats 3.4来完成。各个指标的计算方式及含义如表2所示。

表2 围填海空间格局指标

2结果与分析

2.1 围填海面积

利用Arcgis10.0软件中Calculate Geometry工具计算并统计围填海各时间段面积, 并分析其变化情况(表3)。结果表明, 1984~2015年, 盐城市围填海活动不断增加, 新增围填海面积95 182.71 ha, 其中1991~2002年和2002~2015年, 新增围填海面积分别占总新增围填海面积的51.10%和40.05%。主要是因为江苏“九五”到“十五”期间实施百万亩滩涂围垦工程, 将沿海滩涂开发推向高潮。与此同时, 围填海区因起围高程降低、海平面上升等人为和自然因素的影响, 不断遭受侵蚀破坏。1984~2015年, 盐城海岸围填海遭受侵蚀破坏的面积不断增加, 共侵蚀破坏1 970.45 ha, 其中2002~2015年侵蚀破坏面积最大, 相当于总侵蚀破坏面积的64.93%。1984~1991年侵蚀破坏区主要分布于响水县和滨海县。1991~2002年射阳县开始出现围填海侵蚀破坏区。2002~2015年大丰市出现围填海侵蚀破坏区。围填海侵蚀破坏区随时间的变化不断向南扩张, 这与目前学术界认为的盐城市海岸冲刷与淤积的分界从射阳河口向南移动相匹配。

表3 1984~2015年盐城市围填海新增/侵蚀破坏面积

以国家海洋局制定的用海方式为参考, 综合盐城市海岸开发现状和围填海光谱特征, 将盐城市围填海分为以下6种类型: 港池蓄水、建设填海造地、农业填海造地、盐养用地、已围待利用地和保护区。就围填海的类型而言, 1984~2015年每种围填海新增面积变化如表4及分布如图2。1984~1991年已围待利用地新增面积占该时段围填海新增总面积的70.24%,是该时段新增面积最大的围填海利用类型。1991~ 2002年, 盐养用地是新增面积最大的围填海利用类型, 新增面积占该时段围填海总新增面积的56.11%。2002~2015年, 盐养用地新增面积是该时段新增面积最大的围填海利用类型, 占该时段围填海新增总面积的69.72%。由此可见, 1984~2015 年, 围填海利用类型经历了从已围待利用地为主到盐养用地为主的演变过程。20世纪80年代, 随着改革开放的发展, 沿海大量开发围填海, 致使1984~1991年已围待利用地成为围填海新增面积最大的利用类型。90年代以后, 国家大力倡导围填海开发要因地制宜, 盐城海岸为典型的淤泥质海岸, 围垦较容易, 且发展盐业和围海养殖的围堤成本较低, 工艺简单且利润较高, 所以盐养用地成为盐城市围填海的主要类型。

表4 1984~2015年盐城市各类型围填海新增面积

2.2 围填海强度

以单位海岸线长度(km)上承载的围填海面积(ha)表示围填海强度, 围填海强度指数越大, 说明围填海开发越强烈[6]。因20世纪80年代的岸线基本上是曲折的自然岸线, 而现有岸线基本上是人工围垦裁弯曲直岸线, 海岸线长度发生明显变化。因此, 本文1984~2002年间的海岸线长度采用20世纪80年代《江苏省海岸带和海涂资源综合调查报告》中的调查结果, 而2002~2015年间的海岸线长度采用2006年908专项中的调查结果。盐城市每种围填海类型的围填海强度指数如表5。从表中可以看出, 1984~ 2015年的3个时间段内港池蓄水围填海强度指数比较小, 最大围填海强度指数仅为0.19 ha/km。建设填海造地围填海强度指数呈现不断上升的变化趋势, 最大围填海强度指数为2.15 ha/km。农业填海造地1991~2002年的围填海强度指数明显大于其他两个时间段的围填海强度指数, 主要是因为该时间段内新增农业填海造地面积明显增加。已围待利用地和盐养用地的围填海强度指数也呈现不断上升的变化趋势, 且增长明显, 最大围填海强度指数分别为27.53 ha/km和77.33 ha/km。1984~1991年保护区围填海强度指数不存在, 主要是因为当时还没有新增围填海用于保护区建设。2002~2015年的围填海强度指数较1991~2002年的围填海强度指数发生明显变化的现象, 一是因为两个时间段的海岸线长度不同, 二是因为新增围填海面积发生明显变化。

表5 1984~2015年盐城市各类型围填海强度指数

注：“—”表示围填海强度指数不存在

2.3 围填海聚集度

如果一个围填海区块由许多离散的小围填海斑块组成, 其聚集度指数就小。当围填海区块中以少数大围填海斑块为主或同一类型围填海斑块高度连接时, 其聚集度指数则较大[21]。如图3所示, 1984~2015年盐城市围填海各类型的聚集度指数均较大, 平均聚集度指数高达96.98。其中港池蓄水聚集度指数呈现先降后升的趋势, 变化比较明显, 这与港口选址的条件限制以及人类活动的强烈作用有着重要的关系。建设填海造地的聚集度指数呈现不断增加的趋势, 主要是由于受到地形因素的影响, 同时考虑到各地发展的需要, 大多分布交通便利、具有一定建设基础的地区, 较为集中, 故聚集度指数较大, 该现象尤以城镇建设用地最为突出。农业填海造地聚集度指数呈现先增后降的趋势, 主要是由于1984~ 2002年, 大量新增围填海用于农业生产, 且主要分布于射阳河口至新洋港和川东港至梁垛河口岸段, 分布较为集中, 因此聚集度指数增大。在 1984~2015年的30多年间, 更多的海域被围填起来成为陆域的一部分, 由于某些围填区块还未达到可利用的标准, 故处于未利用状态, 且这些区块较为集中, 故已围待利用地的聚集度指数较大。而盐田及养殖池塘等盐养用地呈大面积块状, 大多连续分布于射阳河口以南的淤涨型潮滩岸段, 且分布较为集中, 聚集度指数较大。保护区因其地理位置的特殊性, 分布较为集中, 聚集度指数较大, 盐城市保护区主要分布于新洋港至斗龙港岸段和川东港至东台河岸段。

2.4 围填海质心

通过Arcgis10.0软件的空间分析工具生成每一个围填海斑块的质心, 并利用质心公式计算各围填海类型空间质心, 再将质心坐标转为经纬度坐标导入Arcgis10.0制图, 结果如图4所示。

1984~2015年港池蓄水处于沿灌河口向东南方向迁移状态, 迁移的距离不是很大, 最大距离为2.04 km。建设填海造地在1984~2015年处于向西北方向迁移的趋势。1984~1991年建设填海造地质心位于东台市蹲门。1998年底大丰港一期工程开始动工, 1991~2002年, 建设填海造地质心向西北迁移39.65 km至大丰港一期区域。2006年11月大丰港二期工程正式拉开建设帷幕。因此2002~2015年建设填海造地质心向东南迁移6.16 km至大丰港二期区域。

农业填海造地1984~2015年质心先向东南方向迁移, 后向西北方向迁移。1998年川东港至梁垛河口岸段新增东川垦区, 使得1991~2002年, 农业填海造地的质心向东南迁移31.34 km。2002~2015年, 新洋港北侧五条港地区新增大片农业填海造地, 使得农业填海造地的质心向西北迁移47.73 km。

已围待利用地1984~2015年质心先向西南方向迁移, 后向东北方向迁移。1991~2002年, 已围待利用地质心向西南方向迁移1 416.17 km, 主要是因为梁垛河东侧新围填了3 423.24 ha待利用地, 使得质心向南迁移。2002~2015年, 由于王港河口和竹港河口南侧新围填了两块大面积待利用地, 面积分别为729.67 ha和725.29 ha, 使得质心向东北方向迁移, 迁移距离为1 356.16 km。

1984~2015年, 盐养用地质心向东南方向迁移。1991~2002年较1984~1991年的质心向东南迁移75.50 km, 主要是因为80年代新围垦了大丰港垦区、东川港垦区、港北垦区、海北垦区、华东垦区和港南等垦区, 且主要分布在大丰市和东台市。2002~ 2015年较1991~2002年的质心向东南迁移31.16 km, 主要是因为新增金丰垦区、华富垦区、卯龙垦区、南港垦区、蹲门垦区、仓东片垦区、笆斗垦区、方南垦区和弶东等垦区, 且主要分布于东台市。保护区1984~2015年质心几乎没有迁移, 主要是因为保护区地理位置的特殊性, 受人为干扰因素比较少, 一般无明显变化。

综上可以看出, 1984~2015年, 盐城市围填海质心不断向东南方向偏移, 说明盐城市围填海开发的重点区域逐渐向南偏移。

3 结论

通过收集盐城市1984年、1991年、2002年和2015年的4期遥感影像, 利用人机交互结合、实地勘测和资料查询等手段, 提取盐城市1984~1991年、1991~2002年和2002~2015年3个时间段的围填海数据。以国家海洋局制定的用海方式为参考, 综合江苏省海岸开发现状和围填海光谱特征, 将江苏省围填海分为以下6种类型: 港池蓄水、建设填海造地、农业填海造地、盐养用地、已围待利用地和保护区。并借助景观生态学中景观空间格局计算指标, 从围填海的面积、强度、聚集度和质心4个方面对盐城市1984~2015年间的围填海空间格局特征进行研究。结论如下。

1) 1984~2015年, 盐城市围填海活动不断增加, 新增围填海面积95 182.71 ha。其中1991~2002年, 新增围填海面积最多, 占总新增围填海面积的51.10%。与此同时, 1984~2015年, 盐城围填海侵蚀破坏面积不断增加, 共侵蚀破坏1 970.45 ha, 且随时间变化围填海侵蚀破坏区不断向南扩张。就围填海类型而言, 1984~2015 年, 围填海利用类型经历了从已围待利用地为主到盐养用地为主的演变过程。

2) 港池蓄水1984~2015年的3个时间段内围填海强度指数比较小, 最大围填海强度指数仅为0.19 ha/km。建设填海造地、已围待利用地和盐养用地的围填海强度指数呈现不断上升的变化趋势, 且增长明显, 最大围填海强度指数分别为2.15, 27.53和77.33 ha/km。农业填海造地围填海强度指数呈现先升后降的变化趋势, 1991~2002年的围填海强度指数最大, 与该时间段内新增农业填海造地面积明显增加相关。保护区强度指数为零, 主要是因为当时还没有新增围填海用于保护区建设。

3) 1984~2015年, 盐城市围填海各类型的聚集度指数均较高, 平均聚集度指数高达96.98。盐城市围填海质心不断向东南方向偏移, 说明盐城市围填海开发的重点区域逐渐向南偏移。

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(本文编辑: 刘珊珊)

Characteristics of the spatial pattern of reclamation in Yancheng over the past 30 years

KANG Min, SHEN Yong-ming

(Institute of Geographical Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China)

To explore the spatial pattern of reclamation in Yancheng City, we chose Landsat 4/5/7/8 data from 1984—2015 and analyzed the intensity, aggregation indices, and barycenter of the newly increased reclamation areas with a landscape-index-calculation method. The results show that (1) the newly increased and erosion areas were 95 182.71 ha and 1 970.45 ha, respectively, during 1984—2015. In addition, the erosion area tended to expand from north to south over time. The type of reclamation has transformed from unused marine reclamation land to salt and cultivation marine land during 1984—2015. (2) During 1984—2015, the intensity indices of reclamation were small, with a maximum of 0.19 ha/km. Intensity indices of developed marine land, unused marine land, and cultivated marine land increased gradually with maxima of 2.15, 27.53, and 77.33 ha/km, respectively. However, the intensity indices of reclaimed agricultural marine land presents a trend, first rising then falling, and the maximum reclamation is 18.51 ha/km. (3) The aggregation indices of different types of reclamation during 1984—2015 in Yancheng City are higher than those during other periods, and the average of these indices is 96.98. In addition, the barycenter of reclamation shows a tendency to expand from northwest to southeast over time, which indicates that the main developing region of reclamation is moving from north to south.

Yancheng City; reclamation; spatial pattern; characteristics

Jun. 7, 2016

K903

A

1000-3096(2016)09-0085-10

10.11759/hykx20160607001

2016-06-01;

2016-07-17

国家重点基础研究发展计划项目(2013CB956503); 江苏高校优势学科建设工程项目(JSYS201107); 国家自然科学基金(U1405234)

康敏 (1990-), 女, 安徽凤台人, 硕士研究生, 主要从事海岸地貌学研究, 电话: 13151565388, E-mail: kangmin0430@163.com; 沈永明, 通信作者, 教授, 主要海岸地貌学研究, 电话: 13851615714, E-mail: yongmsh@163.com

[Foundation: National Basic Research Program of China, No.2013CB956503; A Project Funded by the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (JSYS201107); National Natural Science Foundation of China, No. U1405234]