30多年來鹽城市圍填海空間格局變化特征

康 敏, 沈永明

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30多年來鹽城市圍填海空間格局變化特征

康 敏, 沈永明

(南京師范大學地理科學學院, 江蘇南京210023)

為探究鹽城市圍填海空間格局的變化特征, 選取1984~2015年Landsat 4/5/7/8影像數據, 利用景觀指數計算方法, 對鹽城市新增圍填海的面積、強度、聚集度和質心等4個方面變化特征進行分析。結果如下: (1)1984~2015年, 鹽城市新增和侵蝕破壞圍填海面積分別為95 182.71 ha和1 970.45 ha, 且隨時間變化圍填海侵蝕破壞區不斷向南擴張。1984~2015年, 圍填海利用類型經歷了從已圍待利用地為主到鹽養用地為主的演變過程。(2)1984~2015年的3個時間段內港池蓄水圍填海強度指數均較小, 最大圍填海強度指數僅為0.19 ha/km。建設填海造地、已圍待利用地和鹽養用地的圍填海強度指數呈現不斷上升的變化趨勢, 最大圍填海強度指數分別為2.15, 27.53和77.33 ha/km。農業填海造地的圍填海強度指數呈現先上升后下降的變化趨勢, 最大圍填海強度指數為18.51 ha/km; (3)1984~2015年, 鹽城市圍填海各類型的聚集度指數均較高, 平均聚集度指數高達96.98。鹽城市圍填海質心不斷向東南方向遷移, 說明鹽城市圍填海開發的重點區域逐漸向南遷移。

鹽城市; 圍填海; 空間格局; 變化特征

圍填海是開發利用海岸灘涂資源的主要方式, 更是沿海地區緩解用地緊張、促進區域經濟快速增長的重要途徑[1]。江蘇沿海灘涂資源豐富, 圍填歷史悠久, 經歷了興海煮鹽、墾荒植棉、圍海養殖、臨港工業等多個圍填海開發階段[2]。圍填海為沿海地區帶來大量用地和經濟效益的同時, 也對海洋自然屬性造成了永久性的改變, 給海洋資源與環境帶來負面影響[3]。因此, 準確提取并及時掌握圍填海空間格局變化信息, 對合理開發海岸帶資源推進沿海地區可持續發展以及推進沿海地區可持續發展具有重大的現實意義。

國內外學者對于圍填海的研究由來已久, 大多關注圍填海的環境效應、圍填海的評價體系、圍填海的遙感監測及圍填海的驅動機制等, 例如, Lie等[4]對韓國新萬錦濕地(Saemangeum area)填海帶來的海洋環境退化和海洋生境破壞進行了詳細研究; 劉佰瓊等[5]運用多目標決策理論與方法, 提出港口及臨港工業圍填海規模的評價指標體系; 付元賓等[6]提出了圍填海強度等級劃分方案和圍填海潛力評估方法; 溫禮等[7]利用高分辨率遙感影像, 對圍填海遙感信息自動提取方法進行了探究; 雷寧等[8]和王偉偉等[9]分別對膠州灣圍填海和遼寧省圍填海產生的生態環境影響進行了分析; 陳鳳桂等[10]基于歷史圍填海統計數據, 對福建省圍填海發展趨勢及驅動機制展開研究; 劉偉和劉橋[11]對我國大規模圍填海現狀、原因及調控對策進行了研究。然而, 關于圍填海空間格局基本信息的研究卻很少見。

因此, 本文選擇改革開放以來鹽城市圍填海活動開發活躍的1984~2015年作為研究時期, 利用Landsat系列衛星的MSS/TM/ETM+/OLI影像, 對鹽城市沿海地區30多年來圍填海空間格局變化進行連續監測, 從而動態地掌握圍填海的面積、聚集度、強度和質心等變化特征, 以期為海洋資源的合理開發與管理提供快速、準確的基礎數據支持。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

鹽城位于江蘇中部海積平原, 東臨黃海, 處于長江三角洲和廢黃河三角洲之間, 南部位于南黃海輻射沙洲內側, 臨近西洋水道, 泥沙來源豐富[12]。鹽城海岸南北沖淤特征明顯不同, 灌河口至射陽河口為侵蝕岸段, 射陽河口至斗龍港為侵蝕到淤積的過渡岸段, 斗龍港至川東港段為淤長岸段[13]。目前認為鹽城市海岸沖刷與淤積的分界從射陽河口南移至新洋港口, 新洋港北側岸段沖刷、南側岸段淤積[14-15]。鹽城灘涂廣闊, 地勢平坦, 灘涂總面積45萬ha, 占江蘇灘涂面積的70%, 為全國的1/7[16]。射陽河口以南岸段每年還在以大于1 400 ha的速度向大海淤長, 是江蘇沿海主要的后備土地資源[17]。鹽城濱海帶具有全球性的生物多樣性保護意義, 建立了麋鹿和丹頂鶴兩個國家級自然保護區[18], 被譽為“東方濕地之都, 仙鶴神鹿世界”。如圖1所示。

1.2 數據來源與處理

選取MSS(1984年和1991年)、TM(1991年、2002年)、ETM+(2002年)和OLI(2015年)這8幅遙感影像作為基礎數據。影像選取原則: (1)選取某一年份成像時間接近年末的影像, 沒有的可用下一年的早期影像代替, 旨在展現某一年份所有圍填海的信息; (2)選取含云量<10%的高質量影像(表1)。以2015年精校正影像為基準, 利用ENVI 4.7對其他年份影像進行幾何校正, 校正精度小于0.1, 再根據研究區范圍對影像進行裁剪。

表1 影像數據

利用人機交互結合、實地勘測和資料查詢等手段, 提取鹽城市1984年、1991年、2002年和2015年4個年份的人工岸線數據(人工岸線是指人工海岸構筑物形成的岸線[19])。在此基礎上, 利用Arcgis10.0將得到的1984年人工岸線與1991年人工岸線做疊加處理, 將線形要素轉為面, 從而得到鹽城市1984~ 1991年間大陸海岸的圍填海范圍邊界(需要說明的是圍填海不包含海上浮筏和網箱養殖)。重復以上操作步驟, 得到1991~2002, 2002~2015和1984~2015年大陸海岸的圍填海范圍邊界。2015年7月初完成野外調查和實地驗證, 將圍填海的定義類型與實測數據中圍填海類型相符的圍填海個數占總圍填海個數的百分比定義為解譯精度, 2015年解譯精度94%, 其他年份解譯精度驗證參考歷史文獻[20]資料, 精度范圍為85%~89%, 滿足本次研究的需要。

1.3 研究思路與圍填海分析指標選取

本文研究圍填海空間格局特征主要從圍填海面積、圍填海強度、圍填海聚集度、圍填海質心等4個方面進行研究。

圍填海面積變化中, 主要借助Arcgis10.0、ENVI4.7和SPSS等軟件完成。圍填海強度、圍填海聚集度和圍填海質心分析主要借用景觀生態學中有關景觀格局變化的定量研究指標數據[6, 21], 各指標的計算借助景觀指數計算軟件Fragstats 3.4來完成。各個指標的計算方式及含義如表2所示。

表2 圍填海空間格局指標

2結果與分析

2.1 圍填海面積

利用Arcgis10.0軟件中Calculate Geometry工具計算并統計圍填海各時間段面積, 并分析其變化情況(表3)。結果表明, 1984~2015年, 鹽城市圍填海活動不斷增加, 新增圍填海面積95 182.71 ha, 其中1991~2002年和2002~2015年, 新增圍填海面積分別占總新增圍填海面積的51.10%和40.05%。主要是因為江蘇“九五”到“十五”期間實施百萬畝灘涂圍墾工程, 將沿海灘涂開發推向高潮。與此同時, 圍填海區因起圍高程降低、海平面上升等人為和自然因素的影響, 不斷遭受侵蝕破壞。1984~2015年, 鹽城海岸圍填海遭受侵蝕破壞的面積不斷增加, 共侵蝕破壞1 970.45 ha, 其中2002~2015年侵蝕破壞面積最大, 相當于總侵蝕破壞面積的64.93%。1984~1991年侵蝕破壞區主要分布于響水縣和濱海縣。1991~2002年射陽縣開始出現圍填海侵蝕破壞區。2002~2015年大豐市出現圍填海侵蝕破壞區。圍填海侵蝕破壞區隨時間的變化不斷向南擴張, 這與目前學術界認為的鹽城市海岸沖刷與淤積的分界從射陽河口向南移動相匹配。

表3 1984~2015年鹽城市圍填海新增/侵蝕破壞面積

以國家海洋局制定的用海方式為參考, 綜合鹽城市海岸開發現狀和圍填海光譜特征, 將鹽城市圍填海分為以下6種類型: 港池蓄水、建設填海造地、農業填海造地、鹽養用地、已圍待利用地和保護區。就圍填海的類型而言, 1984~2015年每種圍填海新增面積變化如表4及分布如圖2。1984~1991年已圍待利用地新增面積占該時段圍填海新增總面積的70.24%,是該時段新增面積最大的圍填海利用類型。1991~ 2002年, 鹽養用地是新增面積最大的圍填海利用類型, 新增面積占該時段圍填海總新增面積的56.11%。2002~2015年, 鹽養用地新增面積是該時段新增面積最大的圍填海利用類型, 占該時段圍填海新增總面積的69.72%。由此可見, 1984~2015 年, 圍填海利用類型經歷了從已圍待利用地為主到鹽養用地為主的演變過程。20世紀80年代, 隨著改革開放的發展, 沿海大量開發圍填海, 致使1984~1991年已圍待利用地成為圍填海新增面積最大的利用類型。90年代以后, 國家大力倡導圍填海開發要因地制宜, 鹽城海岸為典型的淤泥質海岸, 圍墾較容易, 且發展鹽業和圍海養殖的圍堤成本較低, 工藝簡單且利潤較高, 所以鹽養用地成為鹽城市圍填海的主要類型。

表4 1984~2015年鹽城市各類型圍填海新增面積

2.2 圍填海強度

以單位海岸線長度(km)上承載的圍填海面積(ha)表示圍填海強度, 圍填海強度指數越大, 說明圍填海開發越強烈[6]。因20世紀80年代的岸線基本上是曲折的自然岸線, 而現有岸線基本上是人工圍墾裁彎曲直岸線, 海岸線長度發生明顯變化。因此, 本文1984~2002年間的海岸線長度采用20世紀80年代《江蘇省海岸帶和海涂資源綜合調查報告》中的調查結果, 而2002~2015年間的海岸線長度采用2006年908專項中的調查結果。鹽城市每種圍填海類型的圍填海強度指數如表5。從表中可以看出, 1984~ 2015年的3個時間段內港池蓄水圍填海強度指數比較小, 最大圍填海強度指數僅為0.19 ha/km。建設填海造地圍填海強度指數呈現不斷上升的變化趨勢, 最大圍填海強度指數為2.15 ha/km。農業填海造地1991~2002年的圍填海強度指數明顯大于其他兩個時間段的圍填海強度指數, 主要是因為該時間段內新增農業填海造地面積明顯增加。已圍待利用地和鹽養用地的圍填海強度指數也呈現不斷上升的變化趨勢, 且增長明顯, 最大圍填海強度指數分別為27.53 ha/km和77.33 ha/km。1984~1991年保護區圍填海強度指數不存在, 主要是因為當時還沒有新增圍填海用于保護區建設。2002~2015年的圍填海強度指數較1991~2002年的圍填海強度指數發生明顯變化的現象, 一是因為兩個時間段的海岸線長度不同, 二是因為新增圍填海面積發生明顯變化。

表5 1984~2015年鹽城市各類型圍填海強度指數

注：“—”表示圍填海強度指數不存在

2.3 圍填海聚集度

如果一個圍填海區塊由許多離散的小圍填海斑塊組成, 其聚集度指數就小。當圍填海區塊中以少數大圍填海斑塊為主或同一類型圍填海斑塊高度連接時, 其聚集度指數則較大[21]。如圖3所示, 1984~2015年鹽城市圍填海各類型的聚集度指數均較大, 平均聚集度指數高達96.98。其中港池蓄水聚集度指數呈現先降后升的趨勢, 變化比較明顯, 這與港口選址的條件限制以及人類活動的強烈作用有著重要的關系。建設填海造地的聚集度指數呈現不斷增加的趨勢, 主要是由于受到地形因素的影響, 同時考慮到各地發展的需要, 大多分布交通便利、具有一定建設基礎的地區, 較為集中, 故聚集度指數較大, 該現象尤以城鎮建設用地最為突出。農業填海造地聚集度指數呈現先增后降的趨勢, 主要是由于1984~ 2002年, 大量新增圍填海用于農業生產, 且主要分布于射陽河口至新洋港和川東港至梁垛河口岸段, 分布較為集中, 因此聚集度指數增大。在 1984~2015年的30多年間, 更多的海域被圍填起來成為陸域的一部分, 由于某些圍填區塊還未達到可利用的標準, 故處于未利用狀態, 且這些區塊較為集中, 故已圍待利用地的聚集度指數較大。而鹽田及養殖池塘等鹽養用地呈大面積塊狀, 大多連續分布于射陽河口以南的淤漲型潮灘岸段, 且分布較為集中, 聚集度指數較大。保護區因其地理位置的特殊性, 分布較為集中, 聚集度指數較大, 鹽城市保護區主要分布于新洋港至斗龍港岸段和川東港至東臺河岸段。

2.4 圍填海質心

通過Arcgis10.0軟件的空間分析工具生成每一個圍填海斑塊的質心, 并利用質心公式計算各圍填海類型空間質心, 再將質心坐標轉為經緯度坐標導入Arcgis10.0制圖, 結果如圖4所示。

1984~2015年港池蓄水處于沿灌河口向東南方向遷移狀態, 遷移的距離不是很大, 最大距離為2.04 km。建設填海造地在1984~2015年處于向西北方向遷移的趨勢。1984~1991年建設填海造地質心位于東臺市蹲門。1998年底大豐港一期工程開始動工, 1991~2002年, 建設填海造地質心向西北遷移39.65 km至大豐港一期區域。2006年11月大豐港二期工程正式拉開建設帷幕。因此2002~2015年建設填海造地質心向東南遷移6.16 km至大豐港二期區域。

農業填海造地1984~2015年質心先向東南方向遷移, 后向西北方向遷移。1998年川東港至梁垛河口岸段新增東川墾區, 使得1991~2002年, 農業填海造地的質心向東南遷移31.34 km。2002~2015年, 新洋港北側五條港地區新增大片農業填海造地, 使得農業填海造地的質心向西北遷移47.73 km。

已圍待利用地1984~2015年質心先向西南方向遷移, 后向東北方向遷移。1991~2002年, 已圍待利用地質心向西南方向遷移1 416.17 km, 主要是因為梁垛河東側新圍填了3 423.24 ha待利用地, 使得質心向南遷移。2002~2015年, 由于王港河口和竹港河口南側新圍填了兩塊大面積待利用地, 面積分別為729.67 ha和725.29 ha, 使得質心向東北方向遷移, 遷移距離為1 356.16 km。

1984~2015年, 鹽養用地質心向東南方向遷移。1991~2002年較1984~1991年的質心向東南遷移75.50 km, 主要是因為80年代新圍墾了大豐港墾區、東川港墾區、港北墾區、海北墾區、華東墾區和港南等墾區, 且主要分布在大豐市和東臺市。2002~ 2015年較1991~2002年的質心向東南遷移31.16 km, 主要是因為新增金豐墾區、華富墾區、卯龍墾區、南港墾區、蹲門墾區、倉東片墾區、笆斗墾區、方南墾區和弶東等墾區, 且主要分布于東臺市。保護區1984~2015年質心幾乎沒有遷移, 主要是因為保護區地理位置的特殊性, 受人為干擾因素比較少, 一般無明顯變化。

綜上可以看出, 1984~2015年, 鹽城市圍填海質心不斷向東南方向偏移, 說明鹽城市圍填海開發的重點區域逐漸向南偏移。

3 結論

通過收集鹽城市1984年、1991年、2002年和2015年的4期遙感影像, 利用人機交互結合、實地勘測和資料查詢等手段, 提取鹽城市1984~1991年、1991~2002年和2002~2015年3個時間段的圍填海數據。以國家海洋局制定的用海方式為參考, 綜合江蘇省海岸開發現狀和圍填海光譜特征, 將江蘇省圍填海分為以下6種類型: 港池蓄水、建設填海造地、農業填海造地、鹽養用地、已圍待利用地和保護區。并借助景觀生態學中景觀空間格局計算指標, 從圍填海的面積、強度、聚集度和質心4個方面對鹽城市1984~2015年間的圍填海空間格局特征進行研究。結論如下。

1) 1984~2015年, 鹽城市圍填海活動不斷增加, 新增圍填海面積95 182.71 ha。其中1991~2002年, 新增圍填海面積最多, 占總新增圍填海面積的51.10%。與此同時, 1984~2015年, 鹽城圍填海侵蝕破壞面積不斷增加, 共侵蝕破壞1 970.45 ha, 且隨時間變化圍填海侵蝕破壞區不斷向南擴張。就圍填海類型而言, 1984~2015 年, 圍填海利用類型經歷了從已圍待利用地為主到鹽養用地為主的演變過程。

2) 港池蓄水1984~2015年的3個時間段內圍填海強度指數比較小, 最大圍填海強度指數僅為0.19 ha/km。建設填海造地、已圍待利用地和鹽養用地的圍填海強度指數呈現不斷上升的變化趨勢, 且增長明顯, 最大圍填海強度指數分別為2.15, 27.53和77.33 ha/km。農業填海造地圍填海強度指數呈現先升后降的變化趨勢, 1991~2002年的圍填海強度指數最大, 與該時間段內新增農業填海造地面積明顯增加相關。保護區強度指數為零, 主要是因為當時還沒有新增圍填海用于保護區建設。

3) 1984~2015年, 鹽城市圍填海各類型的聚集度指數均較高, 平均聚集度指數高達96.98。鹽城市圍填海質心不斷向東南方向偏移, 說明鹽城市圍填海開發的重點區域逐漸向南偏移。

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(本文編輯: 劉珊珊)

Characteristics of the spatial pattern of reclamation in Yancheng over the past 30 years

KANG Min, SHEN Yong-ming

(Institute of Geographical Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China)

To explore the spatial pattern of reclamation in Yancheng City, we chose Landsat 4/5/7/8 data from 1984—2015 and analyzed the intensity, aggregation indices, and barycenter of the newly increased reclamation areas with a landscape-index-calculation method. The results show that (1) the newly increased and erosion areas were 95 182.71 ha and 1 970.45 ha, respectively, during 1984—2015. In addition, the erosion area tended to expand from north to south over time. The type of reclamation has transformed from unused marine reclamation land to salt and cultivation marine land during 1984—2015. (2) During 1984—2015, the intensity indices of reclamation were small, with a maximum of 0.19 ha/km. Intensity indices of developed marine land, unused marine land, and cultivated marine land increased gradually with maxima of 2.15, 27.53, and 77.33 ha/km, respectively. However, the intensity indices of reclaimed agricultural marine land presents a trend, first rising then falling, and the maximum reclamation is 18.51 ha/km. (3) The aggregation indices of different types of reclamation during 1984—2015 in Yancheng City are higher than those during other periods, and the average of these indices is 96.98. In addition, the barycenter of reclamation shows a tendency to expand from northwest to southeast over time, which indicates that the main developing region of reclamation is moving from north to south.

Yancheng City; reclamation; spatial pattern; characteristics

Jun. 7, 2016

K903

A

1000-3096(2016)09-0085-10

10.11759/hykx20160607001

2016-06-01;

2016-07-17

國家重點基礎研究發展計劃項目(2013CB956503); 江蘇高校優勢學科建設工程項目(JSYS201107); 國家自然科學基金(U1405234)

康敏 (1990-), 女, 安徽鳳臺人, 碩士研究生, 主要從事海岸地貌學研究, 電話: 13151565388, E-mail: kangmin0430@163.com; 沈永明, 通信作者, 教授, 主要海岸地貌學研究, 電話: 13851615714, E-mail: yongmsh@163.com

[Foundation: National Basic Research Program of China, No.2013CB956503; A Project Funded by the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (JSYS201107); National Natural Science Foundation of China, No. U1405234]