20年來北戴河岸線變化監(jiān)測與對策研究*

梁超，黃磊，鄒亞榮

(國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心 北京 100081)

?

20年來北戴河岸線變化監(jiān)測與對策研究*

梁超，黃磊，鄒亞榮

(國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心 北京 100081)

采用1990-2013年的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，基于遙感與GIS技術(shù)，開展了北戴河海域的海岸線遙感監(jiān)測，對1990年、1995年、2004年和2013年4年的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了對比，從1990-2013年，岸線長度變化不大，在2013年為最長，2012年北戴河及領(lǐng)近海域進(jìn)行了岸灘環(huán)境整治，通過對2012年與2013年的遙感影像分析，有效地保護(hù)了沙灘以及河口，河口寬度變化不大，但港口碼頭建設(shè)面積稍有增加。在此基礎(chǔ)上，針對北戴河岸線的保護(hù)、利用提出了幾點(diǎn)建議。

北戴河；岸線；監(jiān)測；對策；遙感

1 引言

北戴河是我國重要的濱海旅游區(qū)域，旅游業(yè)已成為北戴河的支撐產(chǎn)業(yè)，近年來，旅游業(yè)發(fā)展迅猛，作為濱海旅游的重要依托岸線與沙灘，對其的保護(hù)與利用顯得尤為重要。以常規(guī)的人工方法進(jìn)行岸線等監(jiān)測，費(fèi)時(shí)并且效率不高。隨著遙感衛(wèi)星的應(yīng)用，尤其是高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)，能夠長時(shí)間、快速地對岸線進(jìn)行監(jiān)測，提供較為全面的岸線信息，可為岸線管理保護(hù)提供有效的信息保障。

2 數(shù)據(jù)與方法

北戴河海濱地處河北省秦皇島市中心的西部，曲折平坦的沙質(zhì)海灘，沙軟潮平，背靠樹木蔥郁的聯(lián)峰山，自然環(huán)境優(yōu)美。北戴河與北京，天津，秦皇島，興城，葫蘆島構(gòu)成一條黃金旅游帶，而北戴河處于旅游帶的節(jié)點(diǎn)。北戴河海濱避暑區(qū)，西起戴河口，東至鷹角亭。北戴河海灘沙質(zhì)比較好，坡度也比較平緩，景色宜人是一個(gè)優(yōu)良的天然海水浴場。

2.1 數(shù)據(jù)

本研究收集了1990年和1995年TM數(shù)據(jù)4景，SPOT 5數(shù)據(jù)2景，高分1號數(shù)據(jù)1景，PLEIDES 4景，資源三號6景(表1)。

2.2 建立解譯標(biāo)志

解譯標(biāo)志指遙感圖像上能具體反映和判別地物或現(xiàn)象的影像特征。信息解譯人員可以根據(jù)圖像的形狀、大小、色調(diào)或顏色、陰影、位置、結(jié)構(gòu)、紋理和圖像的組合等解譯要素，結(jié)合圖像的種類、成像時(shí)間、季節(jié)、分辨率、地理區(qū)域等進(jìn)行解譯分析[1]。

(1)基巖岸線。其特征是：伸出的海岬和深入陸地的海灣；水邊線不規(guī)則，多鋸齒；海岸色調(diào)灰暗。

(2)礫石/砂質(zhì)岸線。砂質(zhì)海岸常分為一般砂質(zhì)海岸和具有陡崖的砂質(zhì)海岸兩類。一般砂質(zhì)海岸比較平直，海灘上部因大潮潮水搬運(yùn)，常常堆積成一條與岸平行的脊?fàn)钌百|(zhì)沉積——灘脊，灘脊的位置即為海岸線位置，一般在干燥的沙灘下限處，堆積成一條痕跡線。海岸的干燥灘面光譜反射率較高，在影像上表現(xiàn)為白亮的區(qū)域，灘脊痕跡線處堆積有植物碎屑、雜物等，亮度較低，海水的光譜反射率較低，含水量較高的沙灘光譜反射率也較低，在影像上表現(xiàn)略暗。

表1 數(shù)據(jù)獲取

具有陡崖的砂質(zhì)海岸一般無灘脊發(fā)育，海灘與基巖岸直接相鄰，陡崖有明顯的基巖海岸紋理特征，其影像表現(xiàn)如基巖岸線所述，陡崖下部灘面長期被海水浸沒，含水量高，在影像上顯示為灰色或灰白色，紋理平滑[2]。

(3)粉砂淤泥質(zhì)岸線。粉砂淤泥質(zhì)岸線位于淤泥質(zhì)海岸上，這種海岸主要由潮汐作用形成，受上沖流的影響。其特征是：灘面坡度平緩，灘面寬度可達(dá)數(shù)千米甚至更寬；向陸一側(cè)植被生長茂盛；向海一側(cè)植被較為稀疏；裸露潮灘上多有樹枝狀潮溝發(fā)育。

利用衛(wèi)星遙感對河道、岸線、沙灘、養(yǎng)殖區(qū)等的整治效果進(jìn)行監(jiān)測。

(4)人工岸線。指由防潮堤、防波堤、護(hù)坡、擋浪墻、碼頭、防潮閘以及道路等擋水(潮)構(gòu)筑物。其特征是：水邊線平直；人工構(gòu)筑物多為灰白色；地物形狀規(guī)則，多呈線狀，或者塊狀。

(5)河口岸線。河口岸線位置界定原則： 河口具有明確的河口海陸分界線，且無爭議，即沿用現(xiàn)有的河海分界線；以歷史習(xí)慣線或管理線；以河口區(qū)域的道路、橋梁、防潮閘、海洋功能區(qū)劃的邊界線；以河口突然展寬處的突出點(diǎn)連線。

處理影像17景，分別為1990年2景、1995年2景，SPOT 5數(shù)據(jù)2景，高分?jǐn)?shù)據(jù)1景，資源三號6景，PLEIDES 4景。由于所獲得的影像為單波段(共7波段)，所以處理步驟為：首先進(jìn)行了假彩色合成，之后將同一年份的2景假彩色合成影像進(jìn)行鑲嵌，合并為一景；根據(jù)已有地區(qū)矢量與影像進(jìn)行地理配準(zhǔn)，將配準(zhǔn)后的影像進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為CGCS2000坐標(biāo)系；然后在ArcCatalog中建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息提取，提取出的要素有岸線、沙灘、港口、河口與養(yǎng)殖區(qū)5類；最后，對提取的信息進(jìn)行Topology檢查，修改拓?fù)溴e(cuò)誤(圖1)。

圖1 海岸線提取流程

3 結(jié)果分析

3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

對1990年、1995年、2004年和2013年4年的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了對比(表2)。由表2可見，從1990-2004年，岸線長度變化不大，在2013年為最長。

表2 岸線長度變化 km

3.2 2012年整治效果監(jiān)測

2012年北戴河及領(lǐng)近海域進(jìn)行了岸灘環(huán)境整治，通過對2012年與2013年的遙感影像分析，有效地保護(hù)了沙灘以及河口，河口寬度變化不大，但港口碼頭建設(shè)面積稍有增加(表3)。

表3 2012年整治效果

3.3 精度分析

樣本是分類精度評價(jià)的基本單元，可靠的樣本數(shù)據(jù)將給計(jì)算統(tǒng)計(jì)量和進(jìn)行精度評價(jià)提供必要的基礎(chǔ)資料。在有了良好采樣方案和可靠樣本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可在精度估計(jì)中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量的選擇和分析，以最終獲取精度估計(jì)的參數(shù)，為此建立了誤差矩陣。

表4中誤差矩陣中對角線上列出的是正確分類的圖像的像元數(shù)量，最右一列的總和為每類別在參考圖像上的總數(shù)量，而底部的總和是每類別在被評價(jià)圖上的總數(shù)量。

表4 誤差矩陣

進(jìn)行kappa分析，即

對評價(jià)指標(biāo)不僅考慮到對角線上被正確分類的像元，而且考慮了不在對角線上各種漏分和錯(cuò)分的誤差，總精度約為95%。

4 海岸線保護(hù)對策

人類活動對海岸帶岸線影響強(qiáng)烈，主要為海洋工程、港口、碼頭建設(shè)、圍填海工程造成，由此也帶來巨大的海洋環(huán)境壓力，因而需要采取有效的監(jiān)測與監(jiān)管措施，保持海洋環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

4.1 建立海岸線綜合管理機(jī)制

北戴河海域是我國重要的旅游地區(qū)，海岸線的保護(hù)尤為重要，海岸線資源由多種生態(tài)系統(tǒng)組成，環(huán)境結(jié)構(gòu)比較脆弱，易遭到破壞，同時(shí)，海岸線是海洋開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，不可避免的受人類活動多方面因素的影響，因此，管理者應(yīng)協(xié)調(diào)各種利益，建立海岸線綜合管理的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)海岸線資源的可持續(xù)利用。

4.2 加大監(jiān)測力度

海岸線的變化受到人類活動影響巨大，從遙感監(jiān)測的情況看，北戴河岸線的人工岸線增加迅速，隨著我國海洋環(huán)境天地空一體化立體監(jiān)測體系的逐步完善，高分衛(wèi)星的精細(xì)化應(yīng)用，可對海岸線進(jìn)行更為全面的監(jiān)測，為海岸線綜合管理提供全面且多層次的信息服務(wù)。

4.3 加大海岸線研究投入力度

應(yīng)加大北戴河岸線的科學(xué)研究，如海陸相互作用、物質(zhì)通量和輸送循環(huán)過程的研究，海岸帶資源環(huán)境容量和海岸帶生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)的研究，生態(tài)系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)及容量的研究等[4]。通過獲取并積累有關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科的數(shù)據(jù)和信息，建立基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫，為相關(guān)學(xué)科的研究打造堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步提升北戴河海岸線問題的研究水平，探索適于北戴河海岸線綜合管理機(jī)制，為管理者提供科學(xué)的決策依據(jù)。

[1] 國家海洋局908專項(xiàng)辦公室.海島海岸帶衛(wèi)星遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程[M].北京:海洋出版社，2005.

[2] 蔣興偉. 中國近海海洋：海島海岸帶遙感影像處理與解譯[M]. 北京：海洋出版社，2014.

[3] 趙英時(shí).遙感應(yīng)用分析原理與方法[M].北京:科學(xué)出版社，2003.

[4] 馬淑燕，劉蒼寧.論上海地區(qū)海岸帶可持續(xù)利用與綜合管理的若干問題[J].海洋開發(fā)與管理,2000，17(2).

中國海洋發(fā)展研究中心科研項(xiàng)目“基于數(shù)字平臺分析我國海岸線變遷狀況及對策研究”(AOCZD201304)； “北戴河及領(lǐng)近海域岸灘環(huán)境整治效果遙感監(jiān)測”.

P736；P737.12+1

A

1005-9857(2015)10-0069-04