基于錦州灣圍填海的海岸線演變分析

張俊麗，趙云，柯麗娜

(遼寧師范大學城市與環境學院 大連 116029)

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基于錦州灣圍填海的海岸線演變分析

張俊麗，趙云，柯麗娜

(遼寧師范大學城市與環境學院 大連 116029)

自20世紀70年代以來，錦州灣附近海域實施大量填海造陸工程，在促進經濟發展的同時也對生態環境造成不良影響，有必要對錦州灣附近海域的圍填海狀況進行連續監測。文章以5個時相的Landsat TM遙感影像作為主要數據，利用RS和GIS技術手段進行錦州灣附近海域海岸線的提取，系統分析錦州灣圍填海海岸線的演進過程，并從海岸線長度和海岸線曲折度等方面對錦州灣圍填海開發特點進行定量分析。

填海造陸；遙感技術；海岸線

1 引言

在人地關系緊張以及人口、資源、環境協調發展問題日益突出的情況下，海域的科學利用日益受到關注。圍填海是人類向海洋索取生存和發展空間的重要方式，世界上許多資源匱乏的沿海國家都有圍填海的歷史[1]。自新中國成立以來，我國先后出現過4次大規模的圍填海高潮，近年來沿海經濟的迅速發展和沿海土地資源的日益稀缺促使圍填海活動呈現速度快、面積大、范圍廣的發展趨勢[2-3]，對附近海域的生態環境和社會生產帶來巨大影響[4]，因此對填海造陸加強監測與研究十分迫切。

目前對海岸線和圍填海的研究主要集中在2個方面，即定性分析二者的驅動因子、現狀、結果和應對政策等[5-8]，以及借助3S技術進行定量分析[9-11]；前者缺乏實時準確的信息，后者時間跨度短且多集中在一定范圍內[12]。因此，本文選取2000—2013年Landsat系列衛星影像，對錦州灣海域海岸線進行連續監測，以獲得研究區更為精準的海岸線變遷情況。

錦州是遼寧省“五點一線”戰略的重要建設區域，發達的交通運輸、豐富的礦產資源和優越的地理位置等是錦州灣地區經濟快速發展的重要原因。經濟的快速發展提高對土地的利用需求，填海造陸成為必然選擇。幾十年的圍填海活動導致錦州灣海域水體凈化能力下降、環境污染程度加重，對錦州灣附近海域的圍填海狀況進行連續監測并總結該地區圍填海的時空分布和動態變化規律尤為必要。

2 研究方法與數據來源

2.1 數據源

為在對錦州灣遙感影像進行目視解譯之前盡量減少海冰對圖像判讀的影響，本文利用多波段組合技術選擇最優圖像，達到弱化海冰顯示的目的。同時考慮云量對數據精度的影響，本文優先選擇云量相對較小的遙感影像數據。

2.2 數據處理

本研究過程中對原始遙感圖像的預處理工作在圖像處理軟件 ENVI4.7中進行，然后在ArcGIS10.1的支持下對影像數據進行海岸線的提取操作，同時結合其他數據確定研究區界和圍填海分布情況，最后進行數學計算和空間分析。原始遙感圖像的預處理工作主要包括圖像裁切、圖像假彩色合成、線性拉伸等。

本研究中用到的原始數據覆蓋范圍較大，因此首先要對錦州灣海域進行觀測分析，然后對原始影像進行裁切，得到需要的錦州灣附近海域影像數據，以便開展下一步的圖像假彩色合成工作。

根據加色法彩色合成原理，選擇遙感影像的3個波段，分別賦予紅、綠、藍3種顏色，即可以合成彩色影像，且由于原色的選擇與原來遙感波段所代表的真實顏色不同，生成的合成色不是地物的真實顏色，這種合成叫做假彩色合成[13]。本文為突出遙感影像中的海岸線進程和圍填海進程，TM和ETM選擇5(紅)、4(綠)、3(藍)波段合成，形成假彩色影像，提高對原圖像的分辨能力，便于對影像進行人工目視解譯。

為提高對圖像的目視解譯效果、方便解譯，需要對遙感圖像進行各種增強算法，根據研究區的遙感影像和研究內容，采用線性拉伸，在ENVI中設定遙感圖像灰度值的拉伸范圍，以提高圖像對海岸線、圍填海信息的顯示效果。

2.3 海岸線提取過程

利用ENVI4.7對研究區遙感影像進行裁剪、線性拉伸、圖像增強等預處理后，在ArcGIS技術的支持下，分別以遙感影像和DEM數據為基礎，結合行政區劃確定研究區界線和各時期海岸線。

海岸線提取的步驟為：①利用DEM數據獲取-10 m的等高線，然后在ArcGIS中疊加行政劃界線，從而確定研究區界線；②對每個年份的影像進行多波段彩色合成，將TM/ETM影像選取5、4、3 波段組合方式，有利于弱化海冰的顯示和目視解譯；③將彩色合成后的TM/ETM影像進行目視解譯，在AcrGIS10.1中利用矢量化工具勾勒出各年份的海岸線，并利用Model builder工具對已解譯的海岸線數據建立模型，運用數據提取、線面轉化、疊加分析、空間計算等操作，計算各時期的海岸線長度。

3 錦州灣圍填海開發的演進過程

2000—2013年圍填海活動給錦州灣地區海岸線帶來巨大改變，圍填海作業是該區海岸線發生變化的主要原因，圍填海活動主要集中在葫蘆島附近海域和大筆架山附近海域。

3.1 海岸線長度變化

利用ArcGIS提取海岸線并通過空間量測計算可以得到：2000—2013年錦州灣圍填海海岸線的總長度由91 279.65 m增長到161 348.01 m，增長值為70 068.36 m。其中，2000—2003年填海海岸線增加4 146.37 m，主要集中分布在葫蘆島附近海域；2003—2006年填海海岸線增加24 833.12 m，主要集中分布在葫蘆島附近海域、錦州海域、大筆架山和小筆架山附近；2006—2010年填海海岸線增加33 500.47 m，主要集中分布在葫蘆島附近海域、錦州海域和錦州港附近海域；2010—2013年填海海岸線增加7 588.40 m，主要集中分布在北港工業區和葫蘆島附近海域。

3.2 海岸線曲折度變化

海岸線凹凸處形成的海灣是沿海港口建設、漁業養殖、交通旅游發展的重要資源保證，而海岸線曲折度劇變會增加發生海洋災害的風險。因此，研究不同時期錦州灣海岸線曲折度的變化趨勢、掌握其變化規律，對錦州灣區域經濟發展和海岸生態系統平衡具有重要意義。

曲折度即折線兩點之間的距離與直線距離的比值，具體計算公式為：

(1)

式中：Li為岸段間的岸線長度；LiS為岸段間的海岸線輪廓基線長度；i為研究區內的岸段數量。

根據曲折度模型計算可得出：2000年海岸線曲折度為3.44；2000—2003年填海造陸面積有所增加但增加幅度較小，對海岸線曲折度基本沒有影響，海岸線的總體曲折度無變化；自2003年開始，隨著填海造陸的幅度逐漸增大，海岸線曲折度開始產生明顯變化，2006年為4.37，2010年達到5.63；2010年后由于填海造陸的幅度逐漸減小，海岸線曲折度的變化隨之減小，2013年為5.92。

4 結論和展望

2000—2013年錦州灣圍填海海岸線總長度由91 279.65 m增長到161 348.01 m，增長值為70 068.36 m，其中2006—2010年增幅最大，區域經濟也得到迅猛發展；2010—2013年海岸線增幅開始減少，表明研究區填海造陸已達到飽和狀態；海岸線曲折度從2006年的4.37到2010年的5.63，圍填海給錦州灣帶來一定的經濟效益。大面積填海造地造成海岸線的迅速擴張，反映錦州灣沿海城市建設和經濟發展對土地的強烈需求，同時也對該區域生態環境造成較大影響，因此開展海灣生態環境的戰略評價，為該區域的可持續發展提供科學依據和理論指導具有重要意義[14-15]。

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Analysis of Coastline Evolution Based on the Reclamation of Jinzhou Bay

ZHANG Junli，ZHAO Yun，KE Lina

(School of urban and Environmental Sciences，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China)

Since 1970s，a large number of land reclamation projects were implemented in the waters near the Gulf of Jinzhou，which have promoted the economic development as well as causing the adverse ecological and environmental effects.It is necessary to monitor the status of the reclamation areas near the Gulf of Jinzhou.This study based on five phases of the Landsat TM remote sensing images as the main data were extracted in the Jinzhou Bay coast line，by using RS and GIS technology，the system analysis of Jinzhou Bay reclamation coastline evolution process，and the length change from the coastline.Quantitative analysis on the characteristics of reclamation development was carried out in Jinzhou Bay by using the structure of the sea and shoreline twists and turns.

Land reclamation，Remote sensing technique，Coastline

2016-05-13；

2016-09-01

大學生創新創業項目(201410165000000)；中國博士后科學基金面上項目(2014M561248)；國家自然科學基金項目(41501594).

張俊麗，研究方向為地理信息系統應用，電子信箱：1903358448@qq.com

柯麗娜，副教授，博士，研究方向為海洋資源開發與利用、遙感及地理信息系統應用，電子信箱：kekesunny@163.com

P74

A

1005-9857(2016)10-0089-03