海南岛西北部海岸线时空变化分析

2019-04-28李丽武兴郭雅

中国地质调查 2019年2期

李丽，武兴，郭雅

(1.中国自然资源航空物探遥感中心，北京 100083； 2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083)

0 引言

海岸线是潮滩与海岸的连接线(海陆分界线)，是多年大潮平均高潮位所形成的岸边线。海岸线调查是海岸带调查的重要组成部分，亦是海岸湿地和海岸生态调查不可或缺的重要内容[1]。对海岸线进行时空变化分析可以直观地反映海岸生态系统，具有重要的生态意义。但长年泥沙淤积、海水侵蚀以及全球气候变暖等自然因素影响，使海岸线不断变化[2]；港口建设、填海造地和海洋工程等人为因素也加剧了海岸线的改变。有些海岸带由于人类活动干扰较大，海岸资源和生态环境已经遭到严重破坏，甚至引起了一系列连锁反应。因此，只有加强对海岸线的监管，合理规划海岸带的发展，才能保护海岸资源和生态环境。

传统的海岸线测量方法耗时耗力，且危险区域难以到达，而遥感技术能够快速而又准确地测定海岸线的位置和性质变化。近些年，利用遥感技术调查海岸线现状或变迁的实例很多，国内外学者相继利用遥感卫星数据开展海岸线遥感提取方法研究与应用，积累了丰富的经验[3-16]。随着遥感卫星空间分辨率和时间分辨率的提高，海岸线遥感调查的精度和时间频度都得到大幅度的提升。

相较于开发较早、开发程度较深的海南岛东线，海南岛西北部环岛西线沿海地区近年也加快了开发建设进程。沿海地区海岸线的开发利用比例和负荷都在持续增长，人类的干扰造成海岸带地区生态系统的抗干扰能力减弱，海岸线空间资源的易损度增加[17]。在当前海南岛西北部海岸带开发资料欠缺的背景下，对该地区海岸线及其时空变化特征进行分析，对规范海岸线管理、海岸带资源及生态保护具有重要意义。为此，基于遥感与GIS技术，利用高空间分辨率遥感卫星SPOT-5和GF-2影像数据，对海南岛西北部地区海口市南渡江—东方市2005年和2016年2个时期的海岸线进行人机交互解译，并对其10 a来的时空变化特征进行系统分析，以期为海南岛西北部海岸线调查、开发和保护提供一定的科学依据。

1 研究区概况及数据处理

1.1 研究区概况

本次海岸线变迁调查的研究区为海南岛西北部，由海口市南渡江向西至东方市，包括海口市南渡江以西、澄迈县、临高县、儋州市、昌江黎族自治县和东方市(图1)。海岸线总长度约660 km，海岸线种类丰富，以砂质海岸线和人工海岸线为主，也有少量红树林海岸线，具有海岸曲折、港湾众多和滩涂面积大等特点。

图1 研究区海岸线分布示意图

研究区海岸线总体上呈NE—SW方向展布，岸线曲折蜿蜒。地质构造复杂，NE向主干断裂带控制着海岸的展布方位； NW向的张性断裂与NE向主干断裂带复合部位，海湾发育。地貌以海滨地貌为主，环岛主要为火山玄武岩台地和海蚀堆积海岸；滨海地貌以滨海平原、河口平原及滨海台地为主。海岸带几乎无基岩裸露。第四系由松散沉积层组成，呈带状及线状分布于沿海和河流两侧，主要包括现代沙堤堆积、海滩砂沉积和人工堆积等。

海南岛北部海峡为琼州海峡，其潮汐属不正规日潮混合潮型，潮差小，通常为1 m。海峡中，东向流大于西向流，表层流大于底层流。其中南渡江三角洲和澄迈角外海域流速较大。海流流速大会对海岸线尤其是松散的砂质海岸线具有破坏作用，流向通常也和海岸线的侵蚀部位具有很大的相关性。

1.2 遥感数据处理

采用2005年7月获取的SPOT-5和2016年6月获取的GF-2卫星影像为数据源。所选数据质量较好，影像清晰，解译地区无云层覆盖。首先，选用Gram-Schmidt锐化方法进行融合，融合后SPOT-5和GF-2卫星数据空间分辨率分别为2.5 m和1 m。为保证解译精度，对2期影像进行影像配准处理，配准拟合误差小于0.5个像元。再对配准后影像进行调色和拼接，制作出供人机交互解译的影像底图。

2 研究方法

因潮汐涨落大小不定，沿海海岸的土质和地形不同，对海岸线的确定方法也各不相同。根据海岸线定义，海陆相互作用的结果，使得受到潮汐作用的地带和未受到潮汐作用的地带在微地貌和植被等方面产生迥然不同的差异，这种差异决定了遥感影像不同的光谱特征，是海岸线遥感解译的根本依据[18]。海岸线按其底质、物质组成的不同可分为砂质海岸线、基岩海岸线、人工海岸线、淤泥质海岸线和生物海岸线5类。

对研究区海岸线信息提取主要采用人机交互解译的方法。首先，参考《我国近海海洋综合调查与评价专项海岸线修测技术规程》确定不同类型海岸线解译标志；其次，对研究区不同类型海岸线进行野外建标，修改完善解译标志；最后，在室内利用GIS软件，对海岸线进行人机交互解译。海南岛西北部海岸线类型主要包括砂质海岸线、河口海岸线、淤泥质海岸线、红树林海岸线和人工海岸线5类。砂质海岸线是由砂石或细沙组成的海岸线，在遥感影像上(B3(R)，B2(G)，B1(B)波段合成)呈亮白色，色调均匀细腻，呈弯曲长条带状分布，位于海陆分界区域。河口海岸线是指位于河流入海口的海岸线，位于海洋与河流交界处。淤泥质海岸线主要是由淤泥组成的海岸线，在影像上呈土灰色，色调较深，纹理细腻，沿海岸线走向弯曲分布。红树林海岸线分布在潮间带泥滩上，是一条植被与陆地的交界线。人工海岸线指人工修建的码头或围堤，海岸线较为平直，边角规则，易于辨别。其解译标志分别如图2所示。

(a) 砂质海岸线 (b) 河口海岸线 (c) 淤泥质海岸线 (d) 红树林海岸线 (e) 人工海岸线

图2 海岸线解译标志

Fig.2 Interpretation marks for different types of coastline

3 结果及分析

3.1 2016年研究区海岸线现状及分析

海南岛西北部海口市南渡江—东方市海岸线类型主要包括人工海岸线、砂质海岸线、淤泥质海岸线、红树林海岸线和河口海岸线5类。2016年研究区海岸线总长度为657 km。其中，人工海岸线309 km，占海岸线总长度的47%；自然海岸线348 km，占53%。自然海岸线主要包括砂质海岸线、淤泥质海岸线、红树林海岸线和河口海岸线。其中，砂质海岸线占自然海岸线总长度的71%；其次为淤泥质海岸线，占16%；再次为红树林海岸线和河口海岸线，占比分别为10%和3%。人工海岸线主要为修建的渔业养殖岸线、防波堤和人工堤坝等，主要分布在儋州市，长度为157 km，其次为海口市64 km、临高县50 km，东方市、澄迈县和昌江黎族自治县人工海岸线较少，分别为17 km、14 km和7 km。

研究区内儋州海岸线最长，为276 km，其次为临高县，长117 km，东方市、澄迈县和昌江黎族自治县海岸线长度相近，分别为75 km、55 km和54 km。各县市的海岸线长度可以作为海洋旅游资源初步评价的指标，海岸线越长，可开发海岸带资源越多[19]。海南岛西北部研究区中儋州市的海滨开发前景最好，其次为临高县。2016年研究区不同海岸线分布情况如表1所示。

表1 2016年研究区海岸线分布情况

Tab.1 Coastline distribution in the study area in 2016 (km)

3.2 研究区海岸线2005—2016年变化分析

2005—2016年间，海南岛西北部地区海岸带资源开发力度较大，海岸线增长显著，由555 km增加至657 km，约增加了102 km，增幅为2005年海岸线总长度的18.9%。其中，人工海岸线和红树林海岸线增加，其他类型海岸线都在减少。人工海岸线增加了160 km，增幅为2005年人工海岸线长度的113%；红树林海岸线增加了5 km，增幅为2005年红树林海岸线长度的20%。淤泥质海岸线和砂质海岸线都在减少，分别减少44 km和16 km，各占2005年的44.3%和10.6%。对2005—2016年间的海岸线类型进行转化分析，城市建设开发增加的人工海岸线中包括99 km由淤泥质海岸线和砂质海岸线转化的人工海岸线，主要用于建设渔业养殖场、填海造地、修建港口和堤坝等。其中，海岸带资源丰富的儋州市和临高县，人工海岸线变化最为显著。

2005年人工海岸线占研究区总海岸线的24.3%,至2016年，人工海岸线占研究区总海岸线长度的51.6%,反映了海南岛西北部地区海岸线人工利用强度加大。不同类型海岸线变化如图3所示。

图3 研究区海岸线变化

3.3 各地区海岸线分布及变化特征分析

3.3.1 儋州市海岸线

儋州市海岸线在海南岛西北部地区，属于海岸线资源最为丰富的地区，海岸线长度最长，种类丰富。形状有凸起的岬角、凹进大陆的港湾，也有相对比较平直的海岸。海岸线类型包括人工海岸线、河口海岸线、淤泥质海岸线、砂质海岸线和红树林海岸线5类。2016年儋州市海岸线总长度为276 km。其中，自然海岸线长度为119 km，占总长度的43.1%；人工海岸线为157 km，占56.9%。自然海岸线中砂质海岸线最多，长度为61 km；淤泥质海岸线和红树林海岸线长度相近，分别为36 km和20 km；河口海岸线最少。

2005—2016年间，儋州市海岸线由228 km增加至276 km，增加了48 km。其中，人工海岸线增加了97 km，自然海岸线减少了48。人工海岸线占比由2005年26.7%增加至2016年的56.9%；自然海岸线由2005年的167 km减少至2016年的119 km，共计减少了48 km。其中，河口海岸线不变，其他自然海岸线都在减少。淤泥质海岸线减少了24 km，砂质海岸线减少了21 km，红树林海岸线减少了2 km。一部分人工海岸线由自然海岸线中的淤泥质海岸线、砂质海岸线和红树林海岸线转化而来，另一部分人工海岸线是围填造陆修建的海岸线。淤泥质海岸线被用来修建人工养殖场，砂质海岸线被填海造地。儋州市海岸线变化如图4所示。

图4 儋州市海岸线变化

3.3.2 临高县海岸线

临高县海岸线呈弧形展布，较为平缓，海岸线类型包括人工海岸线、河口海岸线、淤泥质海岸线、砂质海岸线和红树林海岸线5类。2016年海岸线总长度为117 km，其中，人工海岸线和砂质海岸线是最主要的2类海岸线类型。分布最多的是砂质海岸线，其次为人工海岸线，红树林海岸线、淤泥质海岸线和河口海岸线只有少量分布。

2005—2016年间，临高县海岸线长度增加了17 km，增加的海岸线占2005年海岸线的17%。人工海岸线由28 km增加至50 km，共增加了22 km，占2005年人工海岸线的78.6%。红树林海岸线增加了7 km，比2005年增长了200.3%。而淤泥质海岸线和砂质海岸线分别减少了8 km和4 km。

临高县人工海岸线开发程度由2005年的28%增加至2016年的42.7%。临高县一方面加大了海岸线开发力度，修建了人工码头、护堤和渔业护堤；另一方面加大了对海岸线生态环境的保护，使红树林海岸线得到保护并有了显著增长。另外，临高县海岸线呈向海凸起的弧形，自然海岸线以砂质海岸线为主，在洋流速度较快时，自然海岸线以侵蚀为主。临高县海岸线变化如图5所示。

图5 临高县海岸线变化

3.3.3 澄迈县海岸线

澄迈县海岸线曲折向内陆弯曲，主要海岸线类型包括人工海岸线、砂质海岸线、淤泥质海岸线、河口海岸线和红树林海岸线5类。2016年澄迈县海岸线总长度为55 km，其中人工海岸线占总海岸线长度的25.7%，自然海岸线占总海岸线长度的64.3%。海岸线中以砂质海岸线最多，其次是人工海岸线，淤泥质海岸线、红树林海岸线及河口海岸线都有少量分布。

2005—2016年间，澄迈县海岸线整体比较稳定，变化较少，仅增加了4 km。其中，人工海岸线增加了6 km，淤泥质海岸线减少了12 km，砂质海岸线增加了10 km。除了修建人工海岸线外，引发部分地区变化的因素不同——淤泥质海岸线受到侵蚀，砂质海岸线则有一定程度的淤积。

澄迈县海岸线展布特点与相邻的临高县和海口市海岸线相似，都向海凸出。无论是由东向西还是由西向东的海流，至澄迈县流速都得到缓冲。澄迈县内海岸线呈天然港湾形状，海流流速缓慢，且携带大量泥沙致使自然海岸线中淤积状况明显；尤其是澄迈湾的花场港，因其向内陆弯曲显著，海岸线淤积最为明显。从整体上看，澄迈县自然海岸线变化特点是局部淤泥质海岸线遭受侵蚀，砂质海岸线淤积明显。淤积的砂质海岸线和遭受侵蚀的淤泥质海岸线分别占2005年海岸线总长度的20%和12%。澄迈县海岸线变化如图6所示。

图6 澄迈县海岸线变化

3.3.4 东方市海岸线

东方市海岸线比较曲折，主要海岸线类型包括人工海岸线、砂质海岸线和红树林海岸线3类，以砂质海岸线为主。2016年东方市海岸线总长度为75 km，以砂质海岸线居多，其次是人工海岸线，还有少量的红树林海岸线。

2005—2016年间，东方市海岸线总长度增加了12 km，增加的海岸线长度占2005年东方市海岸线总长度的19%。其中，人工海岸线增加了5 km，增加的人工海岸线占2005年海岸线总长度的7.9%；砂质海岸线增加了7 km，占2005年海岸线总长度的11%；红树林海岸线没有变化。相较于其他县市，东方市海岸线资源不算丰富，海岸线开发程度较小，2005—2016年间海岸线变化程度也不大，海岸线状态比较稳定。

东方市海岸线形状较为曲折，海岸线以砂质海岸线居多，占其海岸线总长度的77%。整体上海岸线比较稳定，人工海岸线主要为鱼塘养殖场为主，人工开发强度不大；自然海岸线有少量侵蚀，多以淤积为主。其原因是：东方市位于海南岛西侧，而海南岛北部和西部洋流方向主要为东西方向，受洋流的侵蚀较少；且洋流速度至东方市后降低，加之携带一定的砂源，容易淤积。东方市海岸线变化如图7所示。

图7 东方市海岸线变化

3.3.5 昌江黎族自治县海岸线

昌江黎族自治县海岸线短而平直，主要包括砂质海岸线、人工海岸线、淤泥质海岸线和河口海岸线4类。2016年，昌江黎族自治县海岸线总长度为54 km，海岸线开发程度属于轻度开发。绝大部分海岸线为砂质海岸线，淤泥质海岸线和人工海岸线长度相当，河口海岸线最少。

2005—2016年间，昌江黎族自治县海岸线总长度减少了2 km，整体变化不大，部分砂质海岸线遭到侵蚀。除人工海岸线增加了5 km，河口海岸线和砂质海岸线都在减少。

整体上，昌江黎族自治县海岸线变化特点比较稳定，略有减少，人工海岸线较短，有轻微增加。自然海岸线以砂质海岸线为主，受洋流侵蚀力度较大，2005—2016年间，砂质海岸线减少了6 km，占2005年砂质海岸线的13.6%。受昌江黎族自治县所处地理位置和海岸线形状影响，洋流经过时没有缓冲区，造成砂质海岸线淤积的可能性较小，主要以侵蚀为主。昌江黎族自治县海岸线变化如图8所示。

图8 昌江黎族自治县海岸线变化

4 海岸线变化特点及影响因素分析

4.1 海南岛西北部海岸线现状及变化特征

(1)海南岛西北部地区海岸线形态曲折，海岸线种类丰富。有凸向海洋方向的岬角、凹向内陆方向的天然港湾，也有比较平直的海岸线。除人工海岸线外，自然海岸线包括砂质海岸线、淤泥质海岸线、红树林海岸线和河口海岸线等。自然海岸线主要以砂质海岸线为主。

(2)2005—2016年间，海南岛西北部地区海岸开发力度很大，主要表现在修建港口、填海造地和修建鱼塘。研究区人工海岸线占海岸线总长度占比由2005年的24.3%增加到2016年的51.6%。自然海岸线除少量淤积外，多数地区以侵蚀为主。

(3)不同地区海岸线长度不同，海岸带开发资源也不相同。2016年研究区中儋州市海滨开发前景最好，其次为临高县。

(4)不同类型海岸线变化程度不同。人工海岸线变化程度最大，2005—2016年间海岸线增幅达113%；其次是淤泥质海岸线，2005—2016年间减少量占2005年海岸线总长度的44%，淤泥质海岸线变化主要表现为围海修建鱼塘；砂质海岸线以侵蚀为主，略有减少；红树林海岸线有一定程度的增加。

(5)不同地区海岸线变化特点不同。儋州市和澄迈县海岸线人工开发表现最为突出，其他地区开发力度较小；临高县和昌江黎族自治县自然海岸线以侵蚀为主，淤积少；而东方市和澄迈县海岸线侵蚀较少，较易淤积。

4.2 海岸线变化影响因素

(1)海南岛西北部地区海岸线变化主要驱动因素是人为活动。对上述研究结果分析可知： 2005—2016年间人工海岸线占比由24.3%上升至51.6%，增加的海岸线是2005年海岸线长度的一倍多；而自然海岸线呈减少趋势，其中44%的淤泥质海岸线转化为人工海岸线。

(2)自然因素也在局部影响着海南岛北部地区的海岸线变化。据周东旭等[20]收集的资料，2005—2014年间清澜港口验潮站相对海平面变化速率为(18.27+0.56) mm/a，研究区海平面平均每年上涨近2 cm。据此推断，2005—2016年间北部湾海域海平面上升约20 cm。除填海造陆和修建鱼塘改造的自然海岸线外，自然海岸线整体上以侵蚀为主，海岸线侵蚀主要分布在地形凸出、洋流速度较快的地区(如昌江黎族自治县和临高县)。另外，局部海湾受地形和潮汐动力因素影响也会有少量泥沙淤积，淤积主要分布在洋流流速较低且有悬浮泥沙的地区(如东方市和澄迈县)。

4.3 海岸线开发及保护建议

根据《海岸线保护与利用管理办法》，明确将自然海岸线纳入海洋生态红线管控，到2020年，自然海岸线保有率不少于35%。而海南岛西北部地区2016年自然海岸线占比为49%，逼近国家要求的生态红线管控基值。针对海南岛西北部地区人工海岸线增长显著、砂质海岸线侵蚀明显的变化特点，开发海岸线应结合所处生态环境合理利用，加强海岸线资源环境保护，从而保障海岸线资源利用的可持续性。

(1)建议进一步加强和限制港口、度假区审批力度，延缓海岸线人工开发速度，严守海岸线生态红线。海南岛北部区人工海岸线用途主要包括养殖开发、防护工程、临海度假区建设、港口码头及滨海道路等。若对开发后的海岸线进行恢复，用于养殖开发类的海岸线较易恢复，而港口建设和临海度假区建设等改造的海岸线则很难恢复。因此需进一步限制港口和度假区建设。

(2)加强生态防护林保护与种植。海防林被称为“第一道绿色天然屏障”，对于人工开发力度较小、但受地形条件影响海岸线侵蚀明显的地区(如昌江黎族自治县和临高县)，应加强生态防护林的保护和种植力度。

(3)修建海防工程。针对在海边大规模兴建旅游度假酒店和高档小区的地区(如儋州市和澄迈县)，建议在海岸线侵蚀较重的地段修建海防工程。