閩南地區海岸帶水域變化的遙感動態監測

福建省環境科學研究院 王智苑

水域資源是一種占用一定范圍水域空間的重要國土資源，是特殊不可再生資源。閩南地區海岸帶近年來由于經濟及社會發展需求，城市不斷擴展，使水域發生顯著變化，對其經濟的宏觀發展，特別是河口通航條件，會產生較大的影響[1]。因此，研究水域的空間動態變化具有十分重要的現實意義。遙感作為一種動態監測水域變化的手段，具有數據來源多、覆蓋面廣、費用低等許多優點，克服了傳統調查手段費時費力，難以進行及時、準確、全面監測研究的缺點，因而被廣泛利用[2-4]。因此，筆者運用衛星遙感影像，對閩南地區海岸帶1994年～2006年海岸線及其水域進行動態變化監測，分析引起其變化原因，旨在為政府決策與閩南地區海岸帶可持續發展提供重要的科學依據。

1 研究區概況

閩南丘陵平原地處福建東南沿海，東臨臺灣海峽和金門諸島，包括廈門、泉州、漳州，總面積25536.3km2，人口1381.52萬，人口密度約541人/km2，該地區屬亞熱帶濕潤季風氣候，溫暖濕潤，年均溫21℃，年降水量1100～1700mm。丘陵、河谷、盆地錯落其間，海岸線曲折，擁有較長的海岸線和眾多優良港口。

2 遙感影像的預處理

本研究選用覆蓋福建省閩南海岸帶1994年、2001年和2006年3個時相的遙感影像作為數據源。我國在進行海岸帶調查時，范圍一般為：由海岸線向陸方向延伸10公里左右，向海至水深10～15米等深線處。因此，本文在選擇研究區時，以岸線為基準，利用ARCGIS以海岸線為基礎生成左右寬度為10 km的緩沖帶矢量數據，并以此矢量數據從遙感影像中剪裁出所需要的研究區域[5]。為了保證遙感影像后續處理結果的可靠性和準確性及具有標準的地理空間坐標，以便進行不同時相影像的疊加分析，需要對閩南海岸帶3個時相的遙感影像進行幾何精校正和配準。所有影像投影坐標系均采用高斯—克呂格投影和北京坐標系。幾何校正誤差小于1個像元。

3 水域遙感信息提取

首先提取水陸分界線，對于水體指數波段，采用修正歸一化差異水體指數MNDWI（modified normalized difference water index）來進行水體提取。修正歸一化差異水體指數是徐涵秋對McFeeters創建的歸一化水體指數NDWI進行修正后提出的，其數學表達式為[6-8]：

其中：MIR和Green分別代表中紅外波段和綠光波段的反射率，對應TM／ETM+影像的第5和第2波段。

運用修正歸一化水體指數公式，分別獲得3個研究年份的MNDWI影像，見圖l。從圖1可知，MNDWI很好地將水體和陸地區分開來，水體在MNDWI影像上表現出高亮度，所對應MNDWI值高；非水體部分，即灌木林、旱地和城鄉建設用地等均表現暗淡，其MNDWI值很低，與水體相比差異很大。可見，對影像中水體和陸地的提取，可分別通過設定MNDWI的取值范圍來實現。取值范圍選取是以完整、準確地顯示出水域信息，最大限度地掩蔽非水域信息，并能準確區分水體與陸地為原則。表1列出了3個時相MNDWI影像中提取水體和陸地所用的取值范圍。

表1 水域變化信息提取所需的取值范圍

由圖1顯示，MNDWI影像上突顯的水域信息并非全為海岸線水域，其中包括閩南地區內陸水域，如水庫、內湖和永久性的養殖坑塘等，并不是本研究海岸線水域變化所需要的。因此，在通過閾值分割提取水域基礎上，可采用掩膜法剔除內陸水域等干擾信息，獲取3個時相的海岸線（圖2）。

圖1 閩南海岸帶MNDWI影像

圖2 閩南海岸線

在所獲得3個時相海岸線的基礎上，進一步對閩南地區海域 1994年、2001年和2006年3個時相MNDWI影像進行疊加，以查明閩南地區海岸帶1994年～2006年間的水域變化情況。圖3為閩南海岸帶 1994年～2001年和 2001年～2006年經疊加處理后的影像，由圖3中可知水域發生變化區域。

圖3 閩南海岸帶水域變化圖

表2 3個年份的水域面積變化表

續表2

由表2可知，研究區海域面積從1994年～2001年～2006年呈現先減少后增加的趨勢，而1994年～2006年海域面積增加0.58%，年變化面積為221 hm2。其中1994年～2001年，海域面積減少 1.57%，年均減少面積為 1021.14 hm2。2001年～2006年海域面積增加2.19%，年均增加面積為1960 hm2。

4 海岸線變化機制

1994年～2001年間，減少的海域主要發現于研究區南部，面積減少最多的區域集中于廈門市集美區和杏林區附近。集美區東南部曾填海造地和圍海養殖，在1995年變成碼頭、養殖坑塘和機場擴建的跑道等，占用了部分海域面積。1995年～2001年，新增的城市用地越來越多，養殖區與原有的填海區也繼續擴大。集美區西面杏林灣水庫、杏林區西面馬鑾灣則因為增加大面積的養殖水域，而使海域面積減少。其次是海域面積減少較多的詔安縣和云霄縣，其原因與云霄縣的漳江及詔安縣的宮口港附近河道因養殖坑塘增加而變窄有關，表明研究區城市用地擴展和養殖業的發展是造成該期間海域減少的直接原因。

與1994年～2001年的情況相反，2001年～2006年間研究區的海域面積大量增加。其中以九龍江南港、中港、和北港的東交匯處海域面積增加最劇。這主要與河口區大量挖取砂導致河道下切，引起九龍江口南港、中港、和北港的低潮位有所下降有關。其次，泉州市洛陽江水域面積增加較多。洛陽江主河道水域面積逐年增大，其相鄰的灘涂面積大量減少，造成該現象的原因可能是沿海紅樹林銳減、主河道兩側失去保護屏障、水從泉州灣不斷注入洛陽江、逐漸侵蝕主河道兩側灘涂，導致洛陽江主河道水域不斷增加。2003年，位于泉州灣河口濕地省級自然保護區內的洛陽江灘涂濕地上，由于附近村民利用夜間拔掉紅樹林用于養殖海蟶，導致約70hm2的紅樹林遭受破壞。其中破壞較為嚴重的主要是洛陽鎮洛陽村和石任村等地。此外，大約200 hm2的灘涂濕地也遭受破壞。

另外，同安灣、大嶝島一帶及南安市的水域面積也有所增加。同安灣、大嶝島均是廈門市貝類主要養殖基地，而南安市養殖水域面積大，這兩地于該期間過度開發海岸帶灘涂養殖業資源，造成部分灘涂面積減小且被侵蝕，水域面積增大，海岸線形狀也更規則化。該現象表明一系列人類活動給研究區海岸帶環境和生態系統帶來重大影響，是導致研究區水域面積劇烈變化的主要因素，迫切需要高度重視。

5 小結

從整體上看，研究區水域面積從1994年～2001年～2006年呈現先減少后增加的趨勢，1994年～2006年海岸帶水域面積增加0.58%，年變化面積為221hm2。其中1994年～2001年，水域面積減少了1.57%，年均減少面積為1021.14hm2。減少的水域主要發現于研究區南部，面積減少最多的區域集中于廈門市集美區和杏林區附近；其次是漳州市詔安縣和云霄縣。研究區城市用地擴展和養殖業的發展是造成該期間水域減少的直接原因。2001年～2006年水域面積增加了2.19%，年均增加面積為 1960hm2。以九龍江南港、中港和北港的東交匯處海域面積增加最劇，主要與河口區大量挖取砂導致河道下切，低潮位下降有關；其次是泉州市洛陽江水域以及同安灣、大嶝島一帶和南安市的海域。原因是養殖業過分開發灘涂濕地，以及毀壞沿岸紅樹林，造成部分灘涂面積減小并且被侵蝕，水域面積增大和外擴。可見一系列人類活動給研究區海岸帶環境和生態系統帶來重大影響，是導致研究區水域面積劇烈變化的主要因素。

閩南海岸帶是陸地生態系統和海洋生態系統的生態交錯區，也是經濟及生態環境可持續發展的重要地區。因此，如何確定與合理布局水域使用的性質和范圍大小，以達到環境與經濟的雙贏，更好地服務城市建設，是目前閩南亟待解決的問題之一。

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