西沙永乐群岛岛礁海岸线变迁监测与分析

王明珠 韩飞 符彩花

摘要：我国对南海诸岛及其附近海域拥有神圣不可侵犯的主权，珊瑚岛礁的开发、利用与保护，具有重要的战略价值。研究充分利用遥感影像宏观、快速、直观等优势，通过自动化识别与人机交互解译相结合的方法，对西沙永乐群岛岛礁岸线变迁情况进行变化监测。结果表明研究区内存在珊瑚礁岸线、基岩岸线和人工岸线三类岸线类型，以珊瑚礁岸线为主。通过对各岛礁在不同时期海岸线变迁的幅度与速度情况进行对比分析，发现珊瑚礁岸线变迁幅度最为剧烈，主要受自然因素影响，淤涨与侵蚀变迁交替作用，该类岸线处于一种不稳定的状态，其淤涨速率在不同时期不同岸段差异较大;其次为人工岸线，随着海岛的开发建设日益频繁，对土地的需求量不断增加，填海造地速度与幅度也大大增加;基岩岸线基本无变化，相对稳定。

关键词：遥感;永乐群岛;珊瑚礁;海岸线变迁

中图分类号：X87 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）01-0-03

Abstract：China has indisputable sovereignty over the South China Sea islands and their adjacent waters.The exploitation， utilization and protection of coral reefs are of great strategic value.This paper makes full use of the advantages of remote sensing images， such as macroscopic， rapid and intuitive， and monitors the changes of the xisha yongle islands coastline through the combination of automatic recognition and human-computer interaction interpretation.The results show that there are three types of shorelines： coral reef shorelines， bedrock shorelines and artificial shorelines， mainly coral reef shorelines. Based on the comparative analysis of the amplitude and velocity of shoreline changes in different periods， it is found that the change amplitude of coral reef shorelines is the most drastic.Under the influence of natural factors， sedimentation and erosion change alternately，and the shorelines are in an unstable state， and the silting rate varies greatly in different periods and sections;Secondly， artificial shorelines also change dramatically.With the increasingly frequent development and construction of islands， the demand for land is constantly increasing，and the speed and extent of Filling Sea Engineering are greatly increased;The bedrock shorelines are basically unchanged and relatively stable.

Key words：Remote sensing;Yongle Islands;Coral reefs;Coastline change

海岸线不仅是海陆分界线，更是地形图和海图的基础要素，是国际地质科学联合会（IUGS）提出的27个全球“地质指标”之一[1]。海岛海岸带是海洋系统和陆地系统的接合部，其范围包括陆地、海陆过渡带和海域三大地貌单元，是海陆交互作用最强烈的区域，也是人类活动最频繁的区域[2]。受自然因素和人为因素的相互作用下，海岸线总是在不断地变化中，给沿海人民的生存发展带来了影响。海岸线的变迁是全球环境变化、海岸环境变化过程、以及人为活动相互作用的结果和综合反映[3]。

我国对南海诸岛及其附近海域拥有神圣不可侵犯的主权，珊瑚岛礁的开发、利用与保护，具有重要的战略价值。近年来，随着社会经济的快速发展，岛礁的开发建设程度不断加大，对岛礁的生态环境造成了很大的压力。因此，研究南海岛礁海岸线变化，能够准确掌握岛礁海岸带的资源分布情况，了解海岸带生态环境变化，为海洋管理、国防开发建设提供基础资料和科学依据。

遥感技术具有宏观、快速、直观、多时相等优势，南海岛礁地处偏远，岛礁多且散布广，难以做到实地全面调查。因此，本文利用中高分辨率卫星数据，基于基线法和面积法，对西沙永乐群岛岛礁海岸线变迁情况进行遥感监测和分析。

1 研究区概况及数据

1.1 研究区概况

本文选取西沙永乐群岛为研究区。永樂群岛包括永乐环礁和金银岛（16°26′～16°36′N， 111°29′～111°48′E），它由礁环和潟湖两大部分组成，它是南海诸岛中岛屿最多的环礁，由晋卿岛—石屿、琛航岛—广金岛、羚羊礁（筐仔沙洲）、金银岛、甘泉岛、珊瑚岛、全富岛、鸭公岛、银屿（银屿仔）等礁体组成。

1.2 遥感数据及预处理

由于研究区涉及的岛礁较多，基准年代（“老岸线”），获取的影像数据时相皆有不同，“新岸线”采用的遥感数据为2016年的GF1/2号数据（表1）。

首先，采用1：5000地形图对时相为2016年的影像数据进行几何精校正，选择易于识别的道路交叉路点、码头、基岩岛屿的岬角等地物作为控制点，控制点均匀分布于整个研究区，采用一次多项式变换对影像进行地理配准。再以2016年的遥感数据作为基准，对基准年代影像数据进行校正。

2 研究方法

2.1 海岸线类型划分及解译標志

参考基金项目组的技术指南标准，并结合现场踏勘和永乐群岛的实际情况，根据海岸线在遥感影像上所呈现的不同色调、纹理、空间形态和分布等特征[4]，本文将岛礁海岸线分为3类：人工岸线、基岩岸线、珊瑚礁岸线。

海岸线的提取是以ArcGIS10.5软件为平台，卫星融合图像为基础，辅以地面调查资料、地形图、海图以及其他文字和图片资料，采用目视解译，人工勾画方法提取海岸线[5]。

2.2 海岸线变迁分析方法

参考《福建省海岛海岸带高分辨遥感调查实践》一书中的岸线变迁分类标准，本文将岛礁岸线变迁分为四类，具体情况见表2。

1 自然因素 淤涨型 由于自然淤积造成的岸线变化

2 侵蚀型 由于自然侵蚀造成的岸线变化

3 人为因素 围填型 人为的围填海造成的岸线变化

4 挖除型 人为的挖除陆地用于港口等建设而造成的岸线变化

海岸线变迁解译具体做法是：采用目视解译的方法，借鉴现场踏勘资料[6]，首先对基准年代影像数据进行勾绘，获得基准年代海岸线矢量数据。为保证相邻时相两期岸线没有变化的位置及属性信息保持严格一致[7]，以基准年代海岸线矢量数据为基础，结合2016年影像图，对发生变迁的海岸线进行修边，得到2016年的海岸线矢量数据。最后利用ArcGIS软件将两期海岸线矢量图叠置[3]，即合并“新岸线”“老岸线”，转为为岸线变迁面状信息目视判别岸线变迁类型[5]， 得到岸线变迁最终解译成果图。

3 海岸线变迁结果与分析

3.1 永乐群岛海岸线长度变化分析

表3是永乐群岛各岛礁岸线长度及其长度变化统计分析表。由表可知，总长度缩短0.39km。晋卿岛、石屿、筐仔沙洲、金银岛、银屿（银屿仔）岸线长度均有增加，其中，金银岛岸线增加最甚，增加了1.89km，变化率为42.38%，增加速率为630m/a。琛航岛、广金岛、珊瑚岛、全富岛、鸭公岛岸线长度缩短，以广金岛缩短最多，岸线长度缩短1.40km，变化率为-44.16%，减少速率为-116.67m/a。甘泉岛岸线总体基本没有变化。

3.2 海岸线变迁分析

本专题将“岸线变迁长度[2]”定义为与基准年代岸线相比，2016年岸线发生变迁的岸线长度;“岸线变迁率”定义为两个时段发生变迁的海岸带岸线长度占基准时间岸线总长度的百分比，反映了海岸线的变迁程度（如表4）。

（1）永乐群岛约有20.25km的岸线发生变迁（图3），变迁率达到82.43%，共有126个岸段发生了变迁，岸线变迁面积约408770.16m2（图4）。

（2）石屿、筐仔沙洲、金银岛变迁率均超过100%，变迁率分别为118.28%、115.74%、128.24%，即变迁长度超过其岛礁基准年代海岸线的长度，主要原因是由于岛礁的两个时间段里有新的沙洲生成，其海岸线长度增加;其中，金银岛海岸线变迁程度最大，长度为5719.45m。

（3）石屿海岸线变迁程度和面积均为永乐群岛所有岛礁最小，变迁长度为0.19m，变迁面积为802.82m2，但是其变迁率较高，达118.28%。

（4）永乐群岛岛礁的岸线变迁类型以淤涨型变迁为主，淤涨型岸线变迁率占比达到52.34%，超过总体岸线变迁的一半以上;其次为侵蚀型变迁（25.44%）、围填海型（19.41%）、挖除型（2.81%）。其中，围填海型岸线变迁主要分布在琛航岛、广金岛和筐仔沙洲，挖除型岸线变迁仅见于琛航岛和广金岛。

3.3 岛礁岸线变迁影响因素分析

海岸线变迁原因可以归纳为两个方面：自然因素和人为因素。通过ArcGIS选取海岸线变迁范围较大区域，结合遥感影像和当地调查资料逐一进行分析[8]。

3.3.1 自然因素

从前述结果分析可知，永乐群岛岛礁岸线变迁自然因素（淤涨、侵蚀）变迁占变迁岸线总长的77.78%，是岸线变迁的主要因素，尤其是淤涨型，主要是珊瑚礁海岸线变迁。在研究期内，永乐群岛岛礁上有新的沙洲生成或是原有的沙洲面积变大，如金银岛、银屿、全富岛等岛礁均有新的小沙洲生成，这些沙洲的海岸线类型均为珊瑚礁岸线。珊瑚礁岸线具有不稳定性，受风暴潮、台风、洋流等自然现象的影响，岸线变化巨大，变化趋势主要表现为向海扩张，珊瑚礁岸线增加，其相应的岛礁陆域面积也有所增加。

3.3.2 人为因素

人为因素主要为围填海型和挖除型变迁，以围填海为主，占人为变迁因素的19.41%。围填海主要包括滩涂围垦和填海造地两种方式，滩涂围垦指修建港口码头;填海造地指圈围部分海域填土成陆的过程，用以修建港口或特殊用地[9-10]。随着三沙市建市以来，国防建设活动日益增加，对土地需求量也不断增加，筑堤围垦速度与幅度都较大，所以海岸线在这个时期变化幅度与速度均较大[11]，通过两期影像数据对比分析，琛航岛的南部澙湖区域、广金岛东南部已填海造地，人工岸线不断向海域扩张，因此人工岸线淤长速度增加，增加速率分别为135m/a、10m/a。琛航岛围填区域面积较大，主要是用于修建特殊用地。广金岛东南部尚未利用。筐仔沙洲的西北向原为珊瑚礁岸线，现已被围填建设码头，人工岸线增加0.05km，增加速率约16.67m/a。

4 结论

（1）遥感技术具有对同一区域重复进行观测的独特优势，是有效监测海岸线变迁的主要手段[12]。本文通过中高分辨率两期卫星数据，利用遥感技术对海岸线进行变化监测，获取不同时期海岸线类型及长度，掌握海岸线变迁数据，分对比析其变化情况。

（2）整体而言，研究区主要以珊瑚礁岸线为主。在监测年内，礁盘上的小沙洲变化特别明显，它们长期受海水、风浪潮、台風、海平面升降等自然因素的冲击，沙洲形状、大小、位置等都会发现变化，沙洲面积会变大或变小，会有新的沙洲生成，甚至有个别沙洲会出现位移或是消失不见的现象。因而导致珊瑚礁岸线变化较为剧烈，淤涨与侵蚀过程交替作用于珊瑚礁岸线，使得岸线处于一种不稳定的状态，其淤长速率在不同时期不同岸段的差异较大。

（3）三沙市建市以来，海岛的开发建设日益频繁，围填海活动大大增加，使得岛礁的人工岸线也大幅度增加。主要集中在琛航岛、广金岛和筐仔沙洲，是由于国防建设对土地需求量的不断增加，如建设港口码头、特殊用地，围填海的速度与幅度也随之增大。其他岛屿人工岸线基本无变化，相对稳定。

参考文献

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[12]张怡，李晓敏，马毅，包玉海.基于遥感的珠江海岸线变迁分析[J].海洋测绘，2014，34（3）：52-55.

收稿日期：2019-11-30

基金项目：高分辨率对地观测系统重大专项（GFZX0404130302）

作者简介：王明珠（1987-），女，汉族，工程师，研究方向为遥感地质。