近30年三门湾海岸线时空变化及人为干扰度分析*

宋文杰， 禹丝思， 陈梅花， 吴 涛

(1.浙江师范大学 地理与环境科学学院,浙江 金华 321004；2.山东科技大学 测绘科学与工程学院，山东 青岛 266590 )

近30年三门湾海岸线时空变化及人为干扰度分析*

宋文杰1， 禹丝思2， 陈梅花1， 吴 涛1

(1.浙江师范大学 地理与环境科学学院,浙江 金华 321004；2.山东科技大学 测绘科学与工程学院，山东 青岛 266590 )

了解海岸线变化、分析人类活动对海岸带的干扰程度，对海岸环境的维护、改善和合理开发具有重要的意义.以三门湾为研究区，借助GIS和RS技术，利用多期遥感影像(Landsat MSS/TM/ETM+/OLI)提取了 1985—2015年7个时期的海岸线矢量数据，分析三门湾海岸线的时空变化和2015年三门湾海岸带所受的人为干扰程度.结果表明：1)人为因素对三门湾海岸线变化的影响大于自然因素，受影响最大的区域为白礁水道、沥洋港、蛇盘水道等地;2)1985—2015年，三门湾海岸线由内陆向沿海不断迁移，总长度减少了1.86 km，但总面积增加了137.16 km2.从1995年起，人类主要活动区域由象山县转移到宁海县和三门县，2001年后，人类对三门湾的开发力度加强;3)2015年，人类活动对三门湾海岸带产生中度偏强干扰，个别区域达到高度干扰，在未来的海岸带开发工作中，需要合理规划人类活动.

三门湾；海岸线；时空变化；人为干扰度

我国相关部门和专家将海岸线定义为多年平均大潮高潮时海陆分界的痕迹线[1].海岸线作为陆地和海洋的分界线，在潮汐作用、泥沙堆积和人类活动等影响下，时刻发生着变化[2].海岸带是不可再生资源，拥有独特的环境条件和丰富的自然资源[1].近年来，我国沿海地区的开发力度不断加强，活跃的人类活动与频繁的自然灾害导致海岸带生态环境日益敏感、脆弱.对海岸带进行有效保护、有序开发和合理利用，对全球生态环境保护和资源的可持续利用都具有深远的影响.

近年来，国内外学者致力于海岸带的研究，已经取得了大量的成果，其中信息提取、变迁监测和人为干扰度分析是研究的重要内容.遥感技术具有高效性、广泛性等优点，被广泛应用于海岸线的研究中[3].徐进勇等[4]运用遥感影像分析了中国北方海岸线的时空变化；高义等[5]利用Landsat影像对广东省大陆海岸线空间变化及其驱动因素进行过探讨；许宁等[6]利用Landsat影像分析了环渤海地区海岸线的变迁；孙永光等[7]利用SPOT5影像分析了河口湿地人为干扰度的时空变化及景观响应.但是，多数研究只分析了研究区的时空变化及其驱动因素，将岸线的时空变化与人为干扰相结合的研究相对较少.本文基于不同时期(1985年、1990年、1995年、2001年、2006年、2010年及2015年)的Landsat影像，利用RS和GIS技术，分析了近30年三门湾海岸线的时空变化、变迁面积及2015年所受人为干扰的程度.

1 研究区概况

三门湾位于浙江省海岸中段，地理坐标为28°57′～29°22′ N， 121°25′～121°58′ E，总面积为12 128 km2，是浙江省第二大海湾.三门湾是个天然的半封闭海湾，东、北、西3面环山，兼临象山县、宁海县和三门县，曲折度较大，地形复杂.湾口北起炮台山东南角，中端为燕坤山岛南嘴，东起南田岛(牛头山)金漆(七)门，西至坡坝港牛头门，宽14 n mile；口部至湾北底部泗洲头，纵长18 n mile.

三门湾拥有丰富的土地资源和港口资源，可供开发滩涂面积为773 km2，有石浦港、沥洋港及青山港三大港口.三门湾岸线曲折，潮流汊道众多，深入内陆，包括白礁水道、满山水道、蛇盘水道和猫头水道.夏季多东南风，冬季多北风及东北风，夏秋多台风，年降水量约1 400 mm.

2 数据与研究方法

2.1 数据来源及预处理

本文选取7期Landsat MSS/TM/ETM+/OLI影像为数据源，详细信息见表1.为便于信息提取和比较，需要将所有影像统一在ENVI 5.1中进行预处理.主要步骤有：波段合成为标准假彩色图像，MSS影像重采样为30 m空间分辨率，几何校正到0.5个像元精度，ETM+影像(2003年后)的SLC-off模型去条带修复，以及影像裁剪.

表1 遥感数据列表

2.2 海岸线提取原则

本文的海岸线主要包括自然岸线(基岩岸线、沙质岸线、淤泥岸线)和人工岸线.不同海岸具有不同的判别标准[4]:基岩海岸以海岬角和直立陡崖的水陆直接相接地带为海岸线；沙质海岸海滩因潮水搬运、泥沙堆积成一条较为平直的脊状沙质线，可以作为海岸线；已开发的淤泥质海岸，选植被、坑塘、道路等与潮滩明显的分界线为海岸线；未经开发的淤泥海岸，海岸线两侧在遥感影像上有较为明显的色彩差异；人工岸线形状相对规则，易于区分,如公路、港口、工厂、堤坝等.

本文根据各类海岸线的判别标准，参照908专项“海岸线修测技术规程”[8]，“海岛海岸带卫星遥感调查技术规程海岸线分类体系”[9]，以及研究区的地形图、野外考察数据等资料，采用目视解译法，提取7个时期的三门湾海岸线.

遥感影像分辨率的差异及成像时间的不同，都使提取岸线时易发生“双眼皮”现象.故笔者在进行岸线提取时，以2015年岸线为基准，前期岸线以后期岸线为基准，只更新岸线动态变化的部分，以保证前后两期岸线没有变化的部分保持一致[4].

2.3 岸线变化分析方法

基于提取的海岸线矢量数据，采用面积法[10]和基线法[11]分析三门湾岸线的时空变化.为探讨各时段岸线变化速度的差异，本文计算了岸线长度的年平均变化率

(1)

2.4 人为干扰度计算方法

区域景观格局是自然环境和人类活动相互作用的结果，人类活动在一定程度上能改变沿海地区的景观格局与生态过程.因此，不同的景观类型可以反映出人类对海岸带的开发强度.本文采用陈鹏等[12]提出的人为干扰度指数(human disturbance index，HDI)模型，基于不同景观类型面积所占的比重，评价该区域受到人类活动的干扰强度.计算公式如下：

(2)

式(2)中：H为某网格单元的人为干扰度;i表示该网格中第i种景观类型;n为该网格包含的景观类型数;A为该网格的总面积(km2);Ai为该网格中第i种景观类型的面积(km2);Ai/A表示该网格中第i种景观类型所占的面积比;Pi为第i种景观类型的干扰等级.

Waiz等[13]提出，不同的景观类型的人为干扰度不同，他们将人为干扰度分为7个等级：1表示几乎不受人为影响；2表示微弱的人为影响；3表示中度的人为影响；4表示中度偏强的人为影响；5表示较强的人为影响；6表示非常强的人为影响；7表示过分强度的人为影响，即生物群落已被破坏.本文将研究区的景观类型分为建设用地、湖泊、林地、农田、养殖池塘、道路和堤坝7类，其人为干扰度等级如表2所示.

表2 不同景观类型的干扰度等级

3 结果与分析

3.1 三门湾海岸线长度变化分析

图1为1985—2015年三门湾海岸线的时空变化，表3为岸线长度变化.三门湾海岸线总长度从1985年的308.73 km减少到2015年的306.87 km，30年间共减少1.86 km.从地理空间上观测可以发现，海岸线不断向海洋一侧延伸.

综合分析图1和表3可知，过去30年三门湾海岸线长度呈现“减少—增加—减少—增加—减少”的波动状态.1)1985—1990年，岸线长度由308.73 km减少为301.29 km，共减少7.44 km，年平均变化率为-0.48%,减少原因为部分潮流汊道入口处岸线形状由“凹”字形变为“一”字形和自然岸线“去弯取直”，这些变化多发生在白礁水道两侧;2)1990—1995年岸线变化较为明显，岸线长度由301.29 km增加到308.03 km，共增加6.74 km，年平均变化率为0.45%.象山县麦地山等岛屿与陆地相连，使得岸线长度明显增加;3)1995—2001年，岸线长度由308.03 km减少到297.73 km，共减少10.3 km，年平均变化率为-0.56%.减少原因为宁海县西部沥洋港、青山港和三门县旗门港、健跳港等部分岸段围垦养殖，岸线变直;4)2001—2010年是岸线增加最为显著的时期，岸线长度由297.73 km增加到316.77 km，共增加19.04 km，年平均变化率为0.71%.期间，三门县晏站涂围垦工程(2003—2009年)、宁海县下洋涂围垦工程(2007—2013年)和蛇盘涂围垦工程(2003—2007年)等工程的实施导致岸线大幅度增加，增加的长度远大于白礁水道东岸和北岸部分岸段因围垦养殖而减少的长度;5)2010—2015年间，岸线长度由316.77 km减少为306.87 km，共减少9.9 km，年平均变化率为-0.63%.减少原因为白礁水道、沥洋港部分区域岸线“去弯取直”；三门县西南部修建港口码头、建桥等人类活动，使曲折的自然岸线变为笔直的人工岸线.

图1 1985—2015年三门湾海岸线时空变化

1985年1990年1995年2001年2006年2010年2015年岸线长度/km308.73301.29308.03297.73310.84316.77306.87年平均变化率/%-0.480.45-0.560.880.71-0.63

总体上看，近30年，三门湾岸线由曲折逐渐趋于平整，岸线长度变化最强烈的阶段为2001—2006年，变化最小的为1990—1995年，变化最明显的区域为白礁水道、沥洋港、蛇盘水道等.相比自然因素，人类活动对三门湾海岸线的影响更大，主要影响因素有：建坝蓄水、大型滩涂围垦工程、围垦养殖、开发近岸岛屿和修建港口码头等.从1995年起，人类主要活动区域由象山县转移到宁海县和三门县，2001年起，人类对三门湾的开发力度加强.整体上来看，对三门湾岸线影响最大的人类活动为将麦地山与陆地相连、晏站涂围垦工程、宁海县的下洋涂围垦工程和蛇盘涂围垦工程等，见图2.

3.2 三门湾岸线变迁面积分析

将7个时期的海岸线矢量数据进行空间叠加，统计三门湾岸线变迁的特征信息，其面积变化如图3所示：1)三门湾海岸线变迁造成陆地面积增长，尤其是2001年后，陆地面积大幅度增加;2)近30年三门湾的面积共增加了137.16 km2，平均每年增长4.57 km2.其中，1985—1990年增加面积最少，仅为2.72 km2，平均增速0.54 km2/a；2006—2010年增长最多，达到66.57 km2，平均增速16.64 km2/a，远超过近30年的平均增长速度;3)1985—2010年，三门湾岸线变迁的速度不断加快，陆地增加面积持续上升.前3个时期，年均增长速度较低；2001—2006年和2006—2010年，年均增长速度远超过了近30年的年均增长速度； 2010—2015年，陆地面积的增长速度减缓，低于近30年的平均增长速度.以上分析说明：1985—2010年期间，三门湾受到人类活动的影响越来越大，2010年达到峰值，2010年后人类活动相对减弱.三门湾岸线总体上以滩涂围垦、海岸开发和围海造陆的形式向海延伸.

图2 三门湾岸线变化剧烈的岸段

图3 1985—2015年三门湾岸线变迁面积

3.3 三门湾海岸带人为干扰度分析

本文借助ArcGIS10.2软件，以2015年三门湾岸线为基准，向陆地一侧设2 000 m缓冲区作为海岸带.通过目视解译得到该区域的景观类型图，并计算其人为干扰度(见图4).将人为干扰度分为A～G共 7个等级.等级越高，表明海岸带所受的人为干扰程度越大，表4为各干扰度等级所占的面积.

图4 三门湾海岸带人为干扰度

干扰度等级A3.0～3.5 B3.5～4.0 C4.0～4.5 D4.5～5.0 E5.0～5.5 F5.5～6.0 G6.0～6.5面积/km273.05177.59165.0234.0614.9510.103.14比例/%15.2937.1634.537.133.132.110.65

由表4可知，2015年三门湾海岸带所受干扰度以A～C级为主，总面积所占比重达84%.其中B级所占面积最大，达37.16%.据统计，三门湾海岸带人为干扰度的平均值为4，表明三门湾整体干扰度属于B级干扰.石浦港、白礁水道中部、晏站涂围垦区和蛇盘水道中部等地，人类活动最活跃，表现为D～F级人为干扰，干扰级别呈发散状分布，由中心向边缘逐渐降低.麦地山、下洋涂、沥洋港和蛇盘涂等开垦区，人类活动以养殖和农林耕种为主，对海岸带影响较小，干扰度以B～C级为主.白礁水道北部(除麦地山)和三门湾最南部区域主要为林地和农田，且岸线未发生较大变化，干扰度主要为A～B级.此现象与人类活动导致的岸线变迁结果相一致.

由以上分析可知，三门湾海岸带整体受到中度偏强的人为干扰，个别区域(石浦港、白礁水道中部、晏站涂围垦区和蛇盘水道中部等)受到高度人为干扰，在未来的海岸开发工作中，需要合理规划人类活动，避免出现生态问题.

4 结 论

本文利用1985—2015年7个时期Landsat影像，借助GIS和RS技术，对三门湾海岸线的地理空间位置进行解译，获取研究区各时期海岸线长度的时空变化和岸线变迁面积等信息，并分析了2015年海岸带人为干扰度.主要结论概括为以下3点：1)人为因素对三门湾海岸线变化的影响大于自然因素，受影响最大的区域为白礁水道、沥洋港、蛇盘水道等地.影响因素具体表现为滩涂开垦、围海养殖、建坝蓄水、开发近岸岛屿、修建港口码头等;2)1985—2015年间，三门湾海岸线由内陆向沿海不断迁移，陆地面积共增加了137.16 km2，面积增长速度持续加快，在2006—2010年达到最大，2010—2015年有所减缓.但是，近30年海岸线长度总体变化较小，仅减少了1.86 km，期间岸线长度整体呈现“减少—增加—减少—增加(2001—2010年)—减少”的波动状态，其中1990—1995年变化最小，2001—2010年变化最明显.从1995年起，人类主要活动区域由象山县转移到宁海和三门县，从2001年起，人类对三门湾的开发力度加强;3)人为因素对海岸带产生了较大影响.截止到2015年，三门湾海岸整体的人为干扰度已经达到中度偏强水平，个别区域甚至达到高度干扰.

本文通过对三门湾海域的研究，实现了海岸线空间位置、长度变化、岸线迁移变化及海岸带人为干扰度的分析，为沿海城市海岸研究工作提供了科学的方法借鉴，为相关部门实施当地海岸的相关决策提供了有效的理论依据，对海岸环境保护具有重要意义.

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(责任编辑 杜利民)

Spatio-temporal changes of Sanmen Bay shoreline and human disturbance degree analysis of recent 30 years

SONG Wenjie1, YU Sisi2, CHEN Meihua1, WU Tao1

(1.CollegeofGeographyandEnvironmentalSciences,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004,China; 2.GeomaticsCollege,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266590,China)

Research on spatio-temporal changes of shoreline and human disturbance degree had great significance on the preservation, improvement and rational exploitation of the coastal environment. With the study case area Sanmen Bay, the vector data of shoreline in the period of 1985—2015 was extracted by GIS and RS and by using the Landsat MSS/TM/ETM+/OLI imagery. The temporal and spatial changes of Sanmen Bay shoreline were analyzed. Meanwhile, the landscapes in 2015 were interpreted to acquire the degree of human disturbance in Sanmen Bay coastal zone. The influence of anthropogenic factors on the coastline of Sanmen Bay was greater than that of natural factors. The most affected areas were Baijiao Waterway, Liyang Harbor and Shepan Waterway. Sanmen Bay kept moving from inland to the coastal area, and the shoreline reduced 1.86 km while the land area increased 137.16 km2. The main area of human activity was transferred from Xiangshan County to Ninghai County and Sanmen County from 1995, and the degree of development was strengthened by human after 2001. Human activities had a moderate strong interference to Sanmen Bay, and some areas were at high level. In the future development, it was suggested that human activities should be planned rationally.

Sanmen Bay; shoreline; temporal and spatial variation; human disturbance index

10.16218/j.issn.1001-5051.2017.03.016

�2016-11-17；

2016-12-13

广东省省级科技计划项目(2013B020200010)

宋文杰(1993-)，女，山西大同人，硕士研究生.研究方向：环境与生态安全.>

P748

A

1001-5051(2017)03-0343-07