上海市海岸带开发利用监测与专题图可视化

姚文强

(上海市测绘院，上海 200063)

1 引 言

海岸带是地处陆海交汇的特殊生态系统，其珍贵的岸线、滨海湿地等资源，为人类社会的可持续发展提供了强大的物质基础[1]。海岸带开发与保护是沿海城市重要的发展任务。应坚持“陆海统筹、系统规划”的原则来合理布局海岸带的开发与保护。为此，应加强海岸带开发利用科学规划与管理，对海岸带进行动态监测，为海岸带的有序开发与保护提供科学依据。

上海市是我国超大型城市，人口与土地资源之间的矛盾比较突出。在城市建设和开发的过程中，依靠海洋是解决土地资源过少的一种手段，特别是在上海的“十三五”规划中，也进行了一定面积的用海规划。在国家海洋局印发的《海岸线保护与利用管理办法》中，明确了自然岸线的保有率，并将其纳入海洋生态红线管控。海岸带开发利用应是有规划、有纪律的，严格管控围填海活动，严守海洋生态保护红线，维护国家生态安全。

本文对上海市域范围内的海岸带开发利用进行变化监测，基于地理国情普查和监测数据成果，分析海陆(岛)分界线、地表覆盖的一系列长度变化、面积变化、空间位置变化的现象，实现海岸带专题地图的快速可视化，可以为国家相关部门对海岸带的开发建设和生态环境监管提供信息支撑，保护海洋生态环境，维护国家生态安全。

2 研究区与数据源

2.1 研究区

上海市海岸带位于我国11个沿海省市的中点，扼居长江口，南濒杭州湾，东临东海，北接江苏、南临浙江，位于长江入海口和东海的交汇处，是我国黄金海岸与黄金水道的交汇处，构成了我国弓箭型江海格局的关键点[2]。“十三五”期间，上海海洋经济增长明显，2020年海洋产业产值突破万亿元，连续多年位居全国沿海省市前列[3]。

上海市的海岸带包括长江岸带、杭州湾岸带和众多河口岛屿(如崇明岛、横沙岛、长兴岛、大小金山岛等)。沿海滩涂大部分为淤泥质平原海岸带，滩地比较开阔，可开发利用潜力大[4，5]。作为超大型城市，上海人口众多、土地资源紧缺，海岸带开发利用是城市可持续发展的重要一环，具有良好的研究和应用价值。本文的研究区为上海陆域的沿海区域及近海岛屿，按照行政区划管理单元分割，即宝山区、浦东新区、奉贤区、金山区和崇明区5个县级行政区。

2.2 数据源

本文获取了2015年～2018年4个年份的上海市地理国情普查和监测成果作为研究的基础数据源。地理国情普查和监测是一项全面摸清“家底”的基础性工作，按照“所见即所得”的原则，全面、客观、真实地反映了地表现状。其成果包括遥感影像、地表覆盖和国情要素三大内容。遥感影像分辨率均优于 0.5 m，可以直观反映海岸带的现状和变迁；地表覆盖具有全覆盖、无缝隙、高精度的特点，反映了土地表面自然或人工属性或状况；国情要素包括行政区划、河流、道路等各类专题信息。

3 监测与可视化关键技术

利用上海市2015年～2018年4个年份的地理国情普查和监测数据成果，从海陆(岛)分界线和沿海区县的地表覆盖变化两个方面对海岸带的开发利用监测情况开展分析，并利用ArcGIS软件实现专题地图的快速表达，为海岸带开发规划提供基础数据和决策支持，如图1所示。

图1 技术流程图

3.1 海岸带开发利用监测

本文从线和面两个维度考虑，选择了海陆(岛)分界线和地表覆盖来反映海岸带开发利用情况。

海陆(岛)分界线是海洋与陆地(岛屿)的分界线，是多年平均大潮高潮痕迹的连线[6]。依据人类开发利用状况，海陆(岛)分界线可分为自然边界线和人工边界线两种类型构成。自然边界线是平均大潮高潮线的痕迹线[7，8]。人工边界线是以人工设施外围界定的水陆边界线。利用2015年～2018年4个年份的高分辨率遥感影像，获取海陆(岛)分界线，并进行分类。对海陆(岛)分界线的长度变化、空间位置变化进行分析，可以直观地反映人类开发利用海洋资源的进程。

地表覆盖反映了土地表面各类营造物的属性或状况[9]。为充分反映上海海岸带土地开发利用的情况，利用地理国情普查和监测数据，将沿海5个县级区县的地表覆盖分为8大类，分别是种植土地、林草覆盖、房屋建筑(区)、道路、构筑物、人工堆掘地、荒漠与裸露地和水域。通过对比2015年和2018年两年海岸带地表覆盖变化，反映人类开发利用海岸带强度。

3.2 基于ArcGIS的可视化表达

为了实现海岸带开发利用情况的快速可视化，利用ArcGIS软件和数据库自动出图技术，编制海岸带专题地图[10]。首先，应用地理国情要素专题数据，在ArcGIS软件定制统一的专题底图模板，包括数据表达、注记输出、色彩设计、符号配置、图面整饰等，提高地图制作的效率和质量，实现地图快速打印和输出，提升信息化制图的美观性和科学性。为契合用户认知，海岸带专题底图应以蓝色背景为宜，表达与主题相关的重点内容即可，比如骨干的河湖与注记、行政区划界线与注记等，整体风格简洁简约。

海岸带专题地图可采用线划地图和影像地图相结合的方式。线划地图是经过制图综合后的表达，用形象的线划、符号和注记表达地理要素，影像地图具有表现真实、数据完整等特点，细节丰富[11]。因此可以将两种地图相结合，线划地图反映海岸带宏观空间现状和分布，影像地图通过前后时相对比图反映局部变化。

通过ArcGIS软件进行可视化表达，可以大大缩短地图的成图周期，将数据更新和地图更新有机结合，实现同步快速更新，提高出图的效率，从而为城市的规划、开发、建设等决策与管理提供了高现势性的参考资料。

4 监测与可视化分析

4.1 海陆(岛)分界线

上海地处长江入海口，经济发达，人口密度高，土地资源紧张，因此，在历史上就通过层层往东修建海塘使陆域范围不断扩大。海塘修建的历史最早可以追溯到隋唐，当时就有建设土海塘的记载，目前上海还保留着一段270多年前的石海塘[12]。

从现状监测情况来看，2018年，上海的海陆(岛)分界线总长度为 584.12 km，其中海陆分界线 217.55 km，占海陆(岛)分界线总长度的37.24%；近岸岛屿分界线 366.57 km，占海陆(岛)分界线总长度的62.76%。从边界类型来看，自然边界线占海陆(岛)分界线不到百分之一，仅为0.72%，总长度为 4.22 km。99.28%的海陆(岛)分界线皆为人工边界线，且超过85%的区域均为防护工程边界线(海塘)。

从变化监测情况来看，2015年～2018年，上海市海陆(岛)分界线呈逐年递增趋势，长度总体增长 16.71 km，均为人工边界线，自然边界线没有明显的变化。其中，2016年～2017年，海陆(岛)分界线变化长度增长了 16.24 km，占到近三年变化长度的97.19%，为海陆(岛)分界线长度变化最显著的一年，如表1、图2所示。

海陆(岛)分界线长度统计表(单位/km) 表1

图2 2018年上海海陆(岛)分界线空间分布图

为了进一步分析人工边界线的变化情况，将人工边界线进一步分为养殖边界线、盐田边界线、港口码头边界线、临海建设边界线、道路边界线、防护工程边界线、防潮闸、其他人工边界线8种类型。

2015年～2018年期间，人工边界线长度呈总体增加的趋势。其中养殖边界线呈现轻微减少趋势，港口码头边界线和道路边界线在小幅减少后转为增加趋势，防潮闸增长趋势放缓。从总量来看，防护工程边界线大幅增长 15.94 km，养殖边界线、防潮闸和其他人工边界线也有一定程度的增长，分别增长 0.28 km、0.13 km和 0.53 km。其中2016年～2017年为变化最显著的一年，占到近三年变化长度的97.19%。主要是由于该年新修建成了较长的防护工程边界线。具体数值和空间分布情况如表2和图3所示。

海陆(岛)人工边界线分类变化统计表(单位/km) 表2

图3 上海海陆(岛)分界线空间变化分布图

利用ArcGIS对上海海陆(岛)分界线空间变化情况进行可视化表达。从图3可以看出，上海的海岸带正在向东海方向延伸，主要表现为在长江主航道疏浚过程中泥沙堆积形成围填海区域和长江水携带的泥沙冲积成陆。海陆(岛)分界线外移促使陆域面积不断扩大，通过围填海在一定程度上为拓展城市的发展空间，增强可持续发展的实力创造了条件。为了进一步反映上海海岸带人工边界线的变化，选取典型区域，通过影像对比图提升可视化效果。

①崇明岛东北部

崇明岛是长江三角洲东段长江口处的冲积岛屿，由于泥沙的存积导致滩涂逐年扩大，加上人工干预影响，人工边界线逐步外移。2015年～2018年崇明岛东北部的新修建了堤坝海塘，因此2018年比2015年边界线长度减少了约 2 km，但面积扩大约 3 km2，如图4所示。

图4 崇明岛东北部影像变化监测

②横沙岛东端

横沙岛位于长江口的最东段，为了保障长江主航道的正常航运，在航道疏浚中每年会产生数亿吨的泥沙无处堆积，因此，位于在航道北侧的横沙岛附近成了泥沙最合适的堆积场所，同时可以缓解土地资源紧缺、储备空闲土地。通过遥感影像对比，可以发现2015年～2018年横沙岛岸线的逐年扩张变化情况，其中2016年～2017年人工边界线变化最大，增长了约 11 km，面积也大幅增加，如图5所示。

图5 横沙岛影像变化监测

4.2 地表覆盖

对上海市沿海5个县级行政区划地表覆盖进行分析。从2018年上海的海岸带陆域范围地表覆盖结构来看，面积最大的是种植土地，占海岸带陆域面积的43.72%，主要分布在崇明区和浦东新区；房屋建筑(区)的面积次之，占16.47%，主要分布在浦东新区和宝山区，如图6所示。

图6 2018年上海海岸带地表覆盖空间分布图

对比2015年和2018年两年的海岸带地表覆盖分类数据，利用转移矩阵可以发现，各地类之间存在一定数量的相互转变，其中变化最大的是水域，主要是由于围填海面积在近几年正在逐步扩大。林草覆盖、房屋建筑(区)、荒漠与裸露地面积都有减少，人工开发利用海岸带活动一直处于比较活跃的状态，如表3所示。

2015年～2018年海岸带地表覆盖转移矩阵统计表(单位/km2) 表3

从行政区划来看，沿海五区总体种植土地面积有所增加，其中崇明区和奉贤区大幅增加，而宝山区、浦东新区、金山区的种植土地都有一定程度减少。道路、构筑物、人工堆掘地也均为增长，与城市建设和经济发展趋势基本一致。其中，崇明区和浦东新区的表覆盖类型变化较为显著，主要是由于围填海，种植土地、林草覆盖等自然地类转移为建筑工地、房屋建筑(区)、构筑物等，如图7所示。

图7 2015年～2018年各区海岸带地表覆盖变化统计图

5 结 语

本文利用地理国情数据成果，对上海市2015年～2018年海陆(岛)分界线和地表覆盖变化进行了监测，运用测绘地理信息技术，开展了科学、客观的统计分析，并使用ArcGIS软件实现了海岸带专题地图的快速可视化，形成的海岸带开发利用变化成果丰富、现势、科学。地理国情普查和监测是一项基础性工作，已形成常态化更新机制，可以为海岸带开发利用监测提供持续、稳定的数据源。通过监测反映上海市海岸带地区的海陆(岛)分界线和围填海情况，及时掌握海岸带的开发利用和生态的变化情况，进而分析其变化的原因，为各级政府相关部门对围填海和海岸带的开发建设生态环境的监管可以及时提供信息支撑。