基于时间序列遥感影像的广西南流江口海岛变迁研究

杨帆 高奕康 边启明 王增军 王娜 温玉波

摘要：广西南流江口无居民海岛生态系统较为脆弱，自海岛地名普查以来，该区域海岛形态和岛体开发利用变化显著。文章基于2012—2019年共8期遥感影像，开展南流江口海岛形态和开发利用的遥感提取和变化检测，并逐年分析海岛变化情况。遥感监测结果表明：2012—2019年，南流江口10个海岛形态变化显著，面积减少约61.8%，2个海岛岛体新增开发利用变化;重点说明花轿铺、小砖窑岛和小平墩岛3个显著变化海岛的逐年变迁情况，并分析海岛变迁的主要原因，为海岛保护和管理提出若干建议。

关键词：遥感监测;海岛形态;海岛开发利用;海岛变迁

Abstract：The ecosystem of island in Nanliujiang Estuary in Guangxi is relatively fragile，the islands had significant changes in morphology and island development and utilization since the investigation of islands in 2012.Based on the 8 phase remote sensing images from 2012 to 2019，the paper conducted remote sensing extraction and change detection of the morphology and island development and utilization of the Nanliujiang Estuary Islands，and analyzed the island changes in every year.The remote sensing monitoring results showed that from year 2012 to 2019，the morphology of the 10 islands had changed significantly with an area of about 61.8% reduction，and new development and utilization changes in 2 islands.The paper focused on the year-to-year changes of the islands named Huajiaopu，Xiaozhuanyao and Xiaopingdun.The paper analyzed the main reasons for the change of the island，and put forward several suggestions for the protection and management of the island.

Key words：Remote sensing monitoring，Island morphology，Island exploitation，Island dynamical changes

0 引言

海洋是人類生存与发展的基本环境和重要资源保障，是人类可持续发展的重要支撑。海岛是地球上环境复杂、生态脆弱、灾难较多的区域之一，自21世纪以来，我国海岛开发进入快速发展时期，人类对海岛及周边海域的开发和利用程度也空前提高，生态环境则日渐脆弱。对生态环境较为脆弱的无居民海岛开展保护和管理，妥善协调无居民海岛开发利用与生态保护的关系，对维护国家海洋权益、发展海洋经济、保障国防安全尤为重要。

江河入海口海岛是重要的海洋生态系统，但位于河海交界处，受河流冲刷和海洋潮汐作用双重影响，生态系统极其脆弱。因此，开展河口海岛的动态监视监测，对于及时掌握海岛变化和及时制定海岛保护修复措施具有重要意义。

为高频次、全覆盖地掌握无居民海岛岛体面积和开发利用情况，遥感技术手段已成为海岛岛体形态和开发利用变迁研究的重要技术手段，相比海岛现场调查具有效率高、成本低等优势[1-2]。利用多个时期的遥感影像开展海岛动态监视监测，可全面掌握海岛形态和开发利用情况的变迁趋势，有助于分析海岛变化原因，更好地对海岛进行保护修复和管理[3-4]。

本研究以广西南流江入海口的无居民海岛为研究对象，利用2012—2019年的遥感影像数据，开展南流江口海岛形态和开发利用的变迁分析与研究，并为南流江口海岛的保护、管理和修复提出建议。

1 研究区域

南流江位于广西壮族自治区东南部，是广西独流入海第一大河，于合浦县流入北部湾的廉州湾。出海口处生长着茂密的红树林，为白鹭和其他多种鸟类提供良好的栖息环境，咸淡水交汇处的海域盛产鱼类。

根据2012年全国海岛地名普查结果，南流江口区域共有无居民海岛24个和有居民海岛3个，本研究的主要研究对象为南流江入海口24个无居民海岛，南流江口海岛均为沙泥类型海岛，部分海岛上长有草丛和灌木林[5]。根据《广西壮族自治区海洋主体功能区规划》和《广西壮族自治区海岛保护规划》，该区域内的无居民海岛以农林牧渔业、旅游娱乐业用岛为主，兼顾防洪防涝、防风暴潮等防灾工程以及红树林保护等。

但近年来，南流江口廉州湾区域的港口建设、临海工业和城市排污工程、围填海工程等建设迅速发展，工程用海范围不断扩大，与海岛及周边海域、海岛独立的自然生态等矛盾日益突出，海洋生态环境保护压力日益严峻。同时，该区域海岛受南流江入海水流冲刷和台风灾害等自然因素影响，海岛侵蚀和受损情况严重。

2 海岛遥感数据处理与信息提取

搜集2012—2019年共8期南流江口区域的遥感影像数据，主要为航空遥感影像、高分系列卫星遥感影像以及部分年份的谷歌历史影像。通过提取海岛岸线和开发利用信息，逐年开展海岛形状、面积和开发利用变化检测[6]。

2.1 遥感数据处理

在海岛信息提取前，对影像进行融合、配准、增强等处理[7]。

（1）影像融合。对高分系列卫星的全色影像和多光谱影像进行融合，主要采用Gram-Schmidt融合算法，融合后影像空间分辨率和全色影像一致，同时保留海岛区域的光谱信息、增强海岛的纹理特征，使遥感影像中海岛岛体和海域的界限更加明确清晰。

（2）几何校正和影像配准。使用的高分系列卫星影像均已几何精校正，选取空间分辨率最高的高分二号影像为基准，对航空影像和谷歌历史影像进行配准，保证时间序列遥感影像的空间位置保持一致。

（3）影像增强。应用多谱段合成拉伸、均衡化、滤波等方式进行图像增强处理，使遥感影像层次更分明，海岛岛体与周边海域分界更加明显，海岛岸线、地貌、开发利用、植被等地物特征明显，有利于遥感判读和专题要素提取。

2.2 海岛信息提取及变化检测

海岛信息提取及变化检测的主要对象包括海岛形态、开发利用和植被覆盖等信息，主要技术流程为3项[8-10]。

（1）海岛岸线、开发利用分类体系建立。根据海岛信息提取要求，将海岛岸线分为自然岸线和人工岸线两大类，自然岸线分为砂质岸线、基岩岸线、生物岸线、粉砂淤泥质岸线等;依据土地自然生态和利用属性将海岛陆域划分为岛陆人为利用区和岛陆自然覆被区两大类，将岛陆人为利用区细化为采石矿山、码头、道路、房屋建筑、其他工建矿区、农用地、人工水域和养殖池塘等类别，依据海域使用方式将占用海岛岸线的海域开发利用类型分为填海区和构筑物等类别。根据不同岸线和开发利用类型及在遥感影像不同波段组合上的特征表达，建立遥感影像解译标志。

（2）海岛信息遥感解译和提取。基于不同时期的遥感影像，按照分类体系和解译标志，识别并提取海岛岸线、开发利用、植被要素及分布范围信息，形成海岛信息矢量数据。

（3）海岛信息变化检测。以2012年海岛岸线和开发利用为基准，逐年开展岸线和开发利用变化信息的提取，形成海岛变化信息矢量数据。

3 海島变迁情况

通过2012—2019年8个时间序列的海岛岸线和开发利用遥感提取，截至2019年，南流江口24个海岛的岸线均以自然岸线为主，9个海岛岛体上有开发利用活动，主要为养殖虾塘和简易房屋等，岛体总体开发利用程度较低。

其中，10个海岛岛体形态变化，岛体面积由2012年的22.56 hm2减小到8.61 hm2，面积减少约61.8%;14个海岛无明显变化，其中2个海岛岛体上有新增开发利用活动。

3.1 海岛面积变化情况

2012—2019年，10个海岛的面积逐年递减，岛体面积共减少13.95 hm2，1个海岛至2019年已无法从遥感影像上发现明显岛体。岛体面积减小的海岛仅榕木头岛体上有开发利用活动，剩余9个海岛岛体均为自然覆被区（表1）。

3.2 海岛开发利用变化情况

通过遥感变化检测，2012—2019年北海涌和独墩头2个海岛发生开发利用变化。

北海涌2012年岛体上主要开发利用为养殖池塘，面积约1.74 hm2，2013年起北海涌北侧海域填海造地修建造船厂并与岛体北部相连，2014年起逐步占用岛体，至2019年占用北海涌岛体面积约0.56 hm2。

独墩头2012年岛体上主要开发利用为养殖池塘，面积约6.19 hm2，2013年原养殖池塘开始进行吹填平整，2014年开始进行岛体施工建设，主要建设项目为旅游娱乐设施，2015—2019年岛体无显著开发利用变化。

3.3 显著变化海岛变迁情况

本研究选取花轿铺、小砖窑岛和小平墩岛3个显著变化海岛，分析2012—2019年海岛形态和面积变迁情况。

（1）花轿铺自2012年开始，岛体变化为东、西2个部分，西侧岛体面积逐年减小，该海岛面积减小的主要原因是江水冲刷。

（2）小砖窑岛2012—2016年岛体逐年减小，2016年后的遥感影像上已无法发现明显的岛体特征，该海岛逐渐变化的原因之一是江水冲刷等自然因素，该岛位于南流江河道分流口处，受海水逐年冲刷，构成岛体的泥沙逐年崩坍流失，最终导致岛体越来越小。另外，距离小砖窑岛约50 m的北部和南部海域存在砂场和修船厂等人为开发利用活动，也是造成海岛显著变化的可能原因。

（3）小平墩岛2012—2014年岛体由SW向NE逐年减小，2014年后遥感影像上仅能发现约500 m2的岛体，随着江水冲刷，未来数年内小平墩岛将面临丧失海岛属性的可能。该海岛逐渐变化的原因除江水冲刷等自然因素外，岛体位置NW向约50 m处建设有采砂场，岛体上有植被砍伐和人为开发迹象，面积减少可能与采砂活动有密切关系。

4 海岛保护和管理建议

4.1 海岛变迁主要原因

南流江口海岛自2012年海岛地名普查以来，部分海岛形态和面积变化较大，海岛特殊的地理位置和沙泥为主的岛体组成物质类型等客观因素导致该区域海岛生态系统较为脆弱，在江流冲刷影响下，容易导致构成岛体的泥沙崩坍流失，造成海岛地形地貌破坏，进而海岛形态变化。另外，海岛周边海域的人工抽沙和人为开发利用活动以及岛体上植被破坏等因素，也是造成海岛形态和面积变化显著的原因。

4.2 海岛保护和管理建议

（1）河口海岛多为沙泥类型海岛，底质脆弱不稳定，易受河水和海水的多重冲刷作用导致海岛形态变化较大，南流江口海岛应作为一个整体的生态系统，统筹制定合理的海岛保护利用规划方案。

（2）提高海岛监视监测频率，及时发现海岛非法开发利用和周边海域抽沙挖沙行为，及时发现海岛地形地貌变化及岛体侵蚀情况，及时制止海岛上林木砍伐现象，有效保护海岛植被。

（3）江河入海口处多个政府职能部门均有管理权限，导致海岛管理职能不明确，建议多个部门协同管理，重视海岛管理和执法，严禁在海岛沿岸海域采挖海砂。

（4）开展河口海岛保护修复工程，河口岛屿一般面积较小，生物群落简单，当面临外界环境干扰和人类活动影响后，其对抗和恢复干扰的能力较弱，需要人工辅助手段开展海岛整治修复工程。

参考文献

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