辽宁省海岸线稳定性时空演变规律研究

唐 硕,张 云2,魏东岚,苑睿洋

(1.辽宁师范大学 城市与环境学院,辽宁 大连 116029;2.国家海洋环境监测中心,辽宁 大连 116023)

海岸线是陆地与海洋交界的区域,具有独特的自然资源和地理位置，成为人类开发利用的重要区域。受陆地和海洋强烈的影响,海岸线是世界上复杂和脆弱自然环境区域之一。近年专家学者针对海岸线时空演变特征及机理做了大量的研究。国外,Kuleli T、Jabaloy-Sánchez、Alesheikh[1-3]分别研究了土耳其拉姆萨尔海岸带湿地岸线、西班牙东南部阿德拉河三角洲海岸线和世界第二大盐水湖乌尔米亚湖岸线的时空演变动态特征。国内,赵玉灵等[4-10]对我国海岸线时空演变特征做出了大量的研究;王宁[11-13]等研究分析了海岸线动态演变及其脆弱性;张春花[14]对辽宁省海岸线及其生态环境变化进行了研究分析;王伟伟[15-17]分析了海域的开发利用对海岸线以及沿海地区经济发展的影响。目前，对海岸线稳定性演变规律的研究较少。

本文选取近40年的海岸带遥感数据,利用“3S”技术获取与提取辽宁省海岸线,测算了海岸线向海推进或向陆后退的距离与速度,分析了沿海城市海岸线稳定性指数,研究了海岸线稳定性时空动态演变规律,为辽宁省海域资源发展和海岸线的保护与合理利用提供理论支撑。

1 研究区与数据来源

辽宁省位于我国东北地区,东临黄海,西临渤海湾,海岸线北起丹东市,南至葫芦岛市,岸线漫长曲折、类型复杂多样。本文选择1980年、1990年、2000年、2010年和2017年5个时期的辽宁省海岸带遥感影像(表1)作为本底。考虑到5个时期数据的时间间隔比较大,每个时期遥感影像的精度不统一,本文对数据进行了统一标准化预处理。参考Zhang Yun的影像预处理技术和方法[18],对5个时期的影像完成统一标准化处理,处理精度为1个像素之内,利用色差Canny算子岸线自动提取的方法[18],再利用2017年高分辨率遥感影像(优于2.5m)进行信息纠错处理与精度验证,完成岸线信息处理。近40年间辽宁省海岸线类型变化趋势明显(表2),自然岸线长度逐年减少,但减少速度有所减慢,年均减少了约22km。

表1 数据来源与说明

表2 辽宁省海岸线分类情况(km)

2 研究方法

纵深度是海岸线受人为因素和自然因素影响,使其进行偏移的水平距离。岸线纵深度数值有正负之分,正值表示岸线向海推进的距离,负值则表示岸线向陆后退的距离。根据相对空间位置变化,将提取的海岸线分为向海推进区和向陆后退区,对整体岸线进行划分,纵深度计算公式为:

(1)

(2)

(3)

式中,SY为岸线纵深度年均变化速度;y为岸线变化的年份值;AveD-为平均负纵深度;AveD+为平均正纵深度。

海岸线稳定性变化的程度通过纵深度变化表现出来,按照海岸线的分等定级方法,将海岸线纵深度变化划分为强烈岸退岸线、岸退岸线、稳定岸线、岸进岸线和强烈岸进岸线5个类型。海岸线稳定性指数计算公式为:

(4)

式中,E为稳定性指数;Rs为稳定岸线、岸退岸线和岸进岸线长度占海岸线总长度比例;Rc为强烈岸退岸线和强烈岸进岸线长度占海岸线总长度比例。

3 结果及分析

3.1 岸线纵深度变化特征

利用式(1)—(3)分别计算出1980—1990年、1990—2000年、2000—2010年和2010—2017年4个时期的辽宁省海岸线纵深度变化(图1)和年均变化速度(图2)。

图1 辽宁省海岸线纵深度变化(m)

图2 辽宁省海岸线纵深度年均变化速度

根据图1和图2,辽宁省海岸线纵深度正值远大于纵深度负值,最大纵深度正值约500m,是最大负值的3倍,海岸线大多为向海推进。海岸线向陆地后退是以自然因素作用为主,后退的距离较小;而向海推进是以岸线资源人为开发利用因素为主导,前进距离较大,人为影响作用力正逐年加大。

归纳辽宁省海岸线纵深度的变化情况为:①1980—1990年,海岸线岸进距离与岸退距离相差不大,处于岸进与岸退的平衡阶段。该阶段海岸线位置变化以自然因素影响为主。自然因素为入海河流沉积作用、气候变化和岸线构造运动等,使岸线变化迟缓。由于该阶段的技术水平和人类需求有限,人为因素对岸线的影响不大,因此岸线处于平衡阶段。该期间营口市白沙湾区域向陆后退变化值最大,年均岸退距离约60m;丹东市鸭绿江入海口区域向海推进变化值最大,年均向海推进约198m。②1990—2000年,海岸线岸进距离与岸退距离出现差距,处于岸进与岸退失衡阶段。该阶段盘锦市红海滩区域岸线因海洋环境恶化、海水入侵作用力加大和人为滨海湿地的破坏,出现了岸退的最大值约100m。自1995年盘锦市开工建设盘锦港,该区域岸线年均向海推进约170m。③2000—2010年,海岸线岸进距离大于岸退距离,人为开发作用力大于自然因素,处于岸进明显阶段。该阶段为海洋开发的一个新高潮,尤其是《中华人民共和国物权法》的出台,首次将海域物权制度在民事基本法律中得到确立[19],引发海洋资源开发力度不断加大,海岸线向海推进的趋势加强。该期间锦州湾进行城市建设向海要地,带动填海造地行为,岸进距离约405m，大连市长兴岛区域岸线年均向海推进约380m。另一方面,由于海洋环境的恶化和人为因素对资源环境的破坏,盘锦市三角洲区域岸线年均向陆后退了约124m。④2010—2017年,海岸线岸进速率较快,处于岸进速率加速阶段。该阶段辽宁省海岸线向海推进速度达到最大值,人类高强度的海域空间资源开发利用,引发海岸线向海推进的趋势剧增。该阶段锦州市锦州湾区域年均向海推进距离约481m。

3.2 岸线稳定类型分析

根据1980—2017年辽宁省海岸线的岸线平均纵深度范围,并参考相关划分标准[20,21],将岸线纵深度的演变程度进行分类,分类标准见表3。利用纵深度演变程度的分类,得出1980—2017年辽宁省海岸线纵深度各类型的岸线长度，见表4。

表3 纵深度变化分类标准(m)

表4 辽宁省海岸线纵深度变化类型岸线长度(km)

整体来看,辽宁省海岸线主要为稳定岸线。从时间角度来看,近40年稳定岸线的长度为下降趋向,且年均变化速率逐年增加,占全省海岸线总长度的比例从86.78%下降到了53.19%;而强烈的岸进岸线长度为增多趋向,年均变化速度在逐年变大。2010—2017年年均增长速度达到51.76km/a,占比从15.36%上升到了36.37%;岸进岸线和岸退岸线长度呈基本稳定的趋势,所占比例保持在5%和1%左右;强烈岸退岸线长度呈先增后降趋势,1980—2010年增长迟缓,但从2010年开始急剧下降,7年间岸线比例下降了2.12%。

从空间分布来看:①强烈岸退岸线多分布在大连市北部区域,长度占辽宁省强烈岸退岸线总长度的比例达到30%以上;②强烈岸进岸线主要分布在大连市和盘锦市,长度之和占辽宁省强烈岸进岸线总长度的比例从1980—1990年的46.18%增长到2010—2017年的56.4%,2000—2010年间所占比重最大为70.52%;③稳定岸线集聚于大连、葫芦岛和丹东3市,4个时期稳定岸线长度之和占辽宁省稳定岸线总长度的比例均大于85%。

3.3 岸线稳定性分析

根据式(4),计算1980—2017年4个时期的辽宁省海岸线稳定性指数(图3)。由图3可知,辽宁省海岸线稳定性指数从1980年以来逐年下降,近40年来稳定性指数下降了0.89,2010—2017年达到最低。从整体空间布局上看,黄海海域岸线稳定性指数高于渤海海域岸线稳定性指数,黄海海域岸线稳定性指数均高于1,但总体趋势在下降。辽河口区域和锦州湾区域稳定性指数均低于1(主要是由于大量填海造地和人为活动破坏湿地环境),最低值达到0.05。

图3 辽宁省海岸线稳定性指数

从行政区与时间尺度看,盘锦市和营口市稳定性指数变化呈增长趋势,资料表明海域开发强度趋于饱和;锦州市和大连市稳定性指数变化呈下降趋势。1980—2017年两个区域内海洋空间资源开发需求逐年加大,稳定性指数同时在2010—2017年达到最低值;葫芦岛市稳定性指数表现为先降后增,分析其海域开发强度在2000—2010年趋于饱和;丹东市稳定性指数为先增后降,分析其2000—2017年的海洋利用力度大于1980—2000年。

4 结论与讨论

从研究结果可见,辽宁省海岸线在自然与人为双重影响作用下,岸线稳定性发生了剧烈变迁运动。通过近40年以来海岸线的空间位置变化和岸线稳定性的计算与分析,得出以下结论:①辽宁省海岸线演变过程中包括岸进与岸退平衡、岸进与岸退失衡、岸进明显和岸进速率加速4个阶段,与该省海域空间资源开发利用变化趋势耦合。②辽宁省海岸线稳定岸线居多。强烈的岸进岸线和强烈的岸退岸线多分布于盘锦市和大连市,稳定岸线则集聚于大连、葫芦岛和丹东3市。③辽宁省海岸线的稳定性指数逐年降低,近40年下降了0.89。整体上看,盘锦市的岸线稳定性指数始终小于1,丹东市、大连市和葫芦岛市的岸线稳定性指数较高,均高于1。