近15年洞頭五島海岸線時(shí)空變化分析

郭芬芬 胡濤駿 應(yīng)元康 潘國富 劉彬

摘要：洞頭五島相連工程連接的5個(gè)海島的變化是洞頭區(qū)發(fā)展的縮影，2002—2017年洞頭五島形態(tài)處于快速發(fā)展階段。文章收集了2002年、2010年和2017年3期Landsat系列衛(wèi)星影像，結(jié)合2010年、2014年兩期0.5 m分辨率DOM和2017年實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，采用RS和 GIS技術(shù)提取3個(gè)時(shí)相海島岸線，并分析了其15年來的時(shí)空變化特征。研究表明： 2002—2017年海島不斷外擴(kuò)，五島面積增加約1 290.8 hm2;岸線日趨平直，平均曲折度由2.7變化為2.2，長度減少約12 692 m;自然岸線和人工岸線此消彼長，自然岸線保有率由90.3%降低到54.2%，新增人工岸線長約41 927 m，類型以道路和海堤為主;2002—2010年海島形態(tài)及岸線人工化速率較2010—2017年快;岸線外推區(qū)內(nèi)土地利用率不斷提高，填筑形成的土地逐漸轉(zhuǎn)化為建筑物、交通用地、人工綠化用地和水系等城市設(shè)施。

關(guān)鍵詞：岸線變化;岸線曲折度;圍填海;土地覆被;洞頭區(qū)

中圖分類號：P741?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?文章編號：1005-9857（2019）07-0025-06

Abstract：The five islands in Dongtou district are in a stage of rapid development from 2002 to 2017.Remote sense images of Landsat TM，ETM+ and OLI in the year of 2002，2010 and 2017，aerial photo with high-resolution in 2010 and 2014，field investigation data were processed to extract coastlines and landcover in the region formed by the coastlines of different phase based on RS and GIS technology.The results showed that： Affected by marine development activities，from 2002 to 2017 the five islands of Dongtou district had expanded outward at 6.4 m/a averagely，the area was increased by 1 290.8 hm2，the length of coastline was reduced by 12 692 m，the average crooked degree of coastline reduced from 2.7 to 2.2.The area growth and coastline decrement of Dongtou were both the greatest in the five islands，the second was Zhuangyuanao;The natural coastline ratio decreased from 90.3% to 54.3%，and the artificial coastline increased by 41 927 m from 2002 to 2017.The new artificial coastline was dominated by seawall and road，accounted for 15.4% and 13.8% respectively in 2017.The type of seawall were mainly distributed in Dongtou and Zhuangyuanao where had large reclamation project，road was distributed in each island and mainly in Niyu and Dongtou.There was 8.6% of the total coastline in 2017 still under construction;With the continuous development of the five islands，the rate of natural coastline development slowed.The shape change and coastline artificialization speed of the five islands of Dongtou in 2002—2010 were all higher than 2010—2017 in this study;The land use rate of the new area was increasing and the land formed by reclamation projects was gradually transformed into urban facilities such as building，road，greening area and water from 2002 to 2017.The landcover change matrix between 2010 and 2017 for the region formed by coastline extrapolation from 2002 to 2010 showed that the landcover area of road，harbour，building and green area in the same area were more and more.The focus of local construction was shifted from land expansion to urban construction.By 2017，the road and water system had been basically formed in the reclamation region excepting southern of Zhuangyuanao.

Key words：Coastline change，Curvature of shoreline，Reclamation，Landcover，Dongtou district

0?引言

海岸線處于海陸界面的交匯處，不僅是海陸的分界線，還載負(fù)著豐富的環(huán)境信息，對海平面升降、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、沿海灘涂、濕地生態(tài)系統(tǒng)及近岸海洋環(huán)境等有著重要的指示意義，其變化將直接影響海島地區(qū)的氣候和生存環(huán)境[1]。隨著海島經(jīng)濟(jì)日益增長、人口急劇膨脹及對海島地表資源需求的增加，導(dǎo)致海島地區(qū)海岸線受人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響越來越大[2]。開展海島岸線歷史變遷尤其是在近幾十年人類活動(dòng)影響增強(qiáng)情況下的變化研究，可以了解自然環(huán)境與人類活動(dòng)影響下的海岸線演變特征，為海岸乃至整個(gè)海島的保護(hù)與合理開發(fā)提供科學(xué)依據(jù) [3]。

洞頭區(qū)隸屬于浙江省溫州市，有百島洞頭之稱，是中國最美休閑度假勝地之一[4]。2002年竣工的洞頭五島相連工程使得洞頭五島（按面積大小排列：洞頭島、霓嶼島、狀元岙島、大三盤島和花崗島）進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。隋玉正[5]研究表明在 2004—2010 年洞頭填海造地增加的面積主要集中在洞頭島、狀元岙島和霓嶼島，其他有人島填海造地面積增加較少。2017年受國家政策影響，國家嚴(yán)格收緊圍填海開發(fā)，預(yù)示著高強(qiáng)度的海洋開發(fā)將告一段落[6]。

1?數(shù)據(jù)與方法

1.1?影像數(shù)據(jù)及預(yù)處理

本研究采用的2002年（2002年12月13日），2010年（2012年12月27日）和2017年（2017年10月27日）的LandsatTM、 ETM+和OLI影像源自中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所的遙感數(shù)據(jù)共享平臺(tái)（http：//ids.ceode.ac.cn）。2010年和2014年兩期0.5 m分辨率的DOM（1∶1萬標(biāo)準(zhǔn)分幅形式存儲(chǔ)）源自浙江省測繪與地理信息局。對Landsat系列數(shù)據(jù)的多光譜和全色波段采用ENVI軟件自帶的HSV方式融合為15 m分辨率的真彩色影像并進(jìn)行研究區(qū)裁剪后，以DOM為基準(zhǔn)影像進(jìn)行幾何精校正[7]。

本研究通過人工目視解譯的方法參照輔助資料提取3期海島岸線及岸線外推區(qū)土地覆被數(shù)據(jù)。參照的輔助資料包括2017年洞頭區(qū)海島岸線調(diào)查成果、研究區(qū)海圖、行政區(qū)劃圖、地方志等資料以及實(shí)地調(diào)查資料。本研究提取的數(shù)據(jù)采用CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)，投影方式為高斯投影，中央經(jīng)線為123度。

1.2?海岸線信息數(shù)據(jù)提取

本研究中岸線類型劃分為人工岸線和自然岸線兩大類，其中人工岸線細(xì)分為船塢、道路、海堤（包含防潮閘、簡易擋浪墻等）、碼頭和在建及破壞岸段，自然岸線不做細(xì)化區(qū)分。2017年洞頭區(qū)海島岸線調(diào)查成果中岸線類型分為3個(gè)一級類11個(gè)二級類[8]，本研究2017年海島岸線數(shù)據(jù)由該成果經(jīng)進(jìn)行空間概括和屬性合并而來。

岸線提取過程中為了保證前后兩期海岸線中不變位置嚴(yán)格一致，避免基于不同空間分辨率和不同時(shí)相遙感影像進(jìn)行海岸線動(dòng)態(tài)提取時(shí)產(chǎn)生的“雙眼皮”現(xiàn)象[9]。本研究將2017年海島岸線數(shù)據(jù)作為本底，2010年的海島岸線在2017年0海島岸線數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上參考了2010年DOM，修改變化區(qū)域獲取;2002年岸線以2010年岸線為本底，依據(jù)2002年的融合影像和1999年海圖，參考2010年DOM中歷史岸線痕跡提取2002年岸線信息。

2017年和2010年的人工岸線依據(jù)影像界定至規(guī)則的人工建筑最外側(cè)（海堤的擋浪墻外緣，道路的向海側(cè)一邊，突堤式碼頭岸線界定至突堤根部），自然岸線界定至水痕跡線位置;2002年岸線中較2010年的變化部分依據(jù)影像解譯至水陸分界線位置。

1.3?岸線外推區(qū)土地覆被數(shù)據(jù)提取

岸線外推區(qū)內(nèi)土地覆被情況反映了海島形態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)力。參照《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》和《地理國情普查內(nèi)容與指標(biāo)》中基礎(chǔ)地理要素的分類體系和標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)遙感影像的可解譯情況以及研究區(qū)土地利用情況，將研究區(qū)土地覆被類型分為：建筑物、構(gòu)筑物、交通用地、人工綠化用地、碼頭倉儲(chǔ)用地、耕地、水體和未利用土地。

2002—2010年間岸線擺動(dòng)區(qū)的土地覆被依據(jù)2010年DOM經(jīng)人工目視解譯獲取;2010—2017年岸線擺動(dòng)區(qū)的土地覆被類型依據(jù)2014年的DOM，參考現(xiàn)勢性較強(qiáng)的google earth影像（成像時(shí)間2016年10月16日），結(jié)合2017年野外調(diào)查資料提取。

1.4?海島形態(tài)變化指標(biāo)

擴(kuò)展指數(shù)（E）是反映海島面積擴(kuò)展大小的指標(biāo)，其計(jì)算原理為研究期末面積（Sj）與初期面積（Si）之差與研究區(qū)初期面積（Si）的比值[2]。

岸線曲折度（C）是海島形態(tài)的重要指標(biāo)[10]。海岸線的分形維數(shù)與海岸線的曲折程度存在互為正相關(guān)關(guān)系[11]，在大陸岸線形態(tài)研究中多采用分析維數(shù)分析岸線曲折度。不同于大陸岸線，海島岸線是一個(gè)閉合曲線，圍成海島面。基于相同面積不同形狀的圖形中圓形對應(yīng)的邊長最短的原理，本研究以海島岸線的長度（L）與等面積（S）的圓形的周長的比值作為衡量海島岸線曲折度的指標(biāo)。

2?結(jié)果分析

2.1?海島形態(tài)變化分析

研究結(jié)果顯示2002年、2010年和2017年研究區(qū)海島總面積分別為4 327.0 hm2、5 190.5 hm2和5 617.7 hm2，海岸線長度分別為132 639 m、124 884 m和119 944 m。近15年來洞頭五島以6.4 m/a的速度整體向外擴(kuò)張，面積累計(jì)增加1 290.8 hm2。其中2002—2010年面積增長863.5 hm2，涉及外推岸段長約33 453 m，外推速度為31.8 m/a，最大推移距離約為1.8 km;2010—2017年面積增長428.3 hm2，外推岸段總長約29 964 m，外推速度為20.4 m/a，最大推移距離約為1.0 km，增速小于2002—2010年。

2002—2017年大三盤島、洞頭島、花崗島、霓嶼島和狀元岙島的擴(kuò)張指數(shù)依次為2.6%、26.7%、0.6%、10.5%和90.4%，面積變化依次為4.3 hm2、658.8 hm2、0.2 hm2、114.1 hm2和513.3 hm2。狀元岙島擴(kuò)張度最大，洞頭島面積增加最大，花崗島整體變化最小。海島面積變化主要源于大型的圍填海工程。據(jù)報(bào)道2002—2010年研究區(qū)實(shí)施了北岙后二期、狀元南片圍涂工程、楊文圍涂、狀元岙港區(qū)圍墾等大型圍填海工程。2010—2017年實(shí)施了霓嶼布袋岙圍墾、狀元岙港區(qū)圍墾（第三期）和洞頭環(huán)島西片圍涂。

不同于不斷增加的海島面積，2002—2017年多個(gè)截彎取直的填海活動(dòng)使得海島岸線日趨平直化，岸線曲折度和長度整體上呈下降趨勢。近15年來洞頭五島岸線總長減少了12 692 m。2002—2010年岸線減少速率為969.4 m/a，2010—2017年岸線減少速率為705.78 m/a。圖1為5個(gè)海島的岸線曲折度變化折線圖，近15年來海島岸線平均曲折度由2.7減少至2.2;其中狀元岙島岸線曲折度變化最大，由3.0降至2.0，岸線長度減少2 300 m，狀元岙南側(cè)長3.8 km的海堤近似直線;洞頭島岸線曲折度由3.3降至2.6，岸線長度減少7 484 m，洞頭北側(cè)平直海堤長度約為6.5 km;霓嶼島2002—2010年曲折度無明顯變化，2010年后曲折度由2.8降至2.5，岸線長度減少2 676 m;大三盤島和花崗島的岸線曲折度無明顯變化。

2.2?岸線變化分析

2.2.1?自然岸線變化分析

表1為3個(gè)時(shí)相海島岸線類型統(tǒng)計(jì)表。由表1可知，2002—2017年洞頭五島自然岸線保有率呈現(xiàn)逐年降低的趨勢。2002年、2010年和2017年研究區(qū)自然岸線長度分別為119 727 m、89 153 m 和65 108 m，占各期岸線總長分別為90.3%、71.4%和54.3%，自然岸線長度累計(jì)減少了54 619 m。2002年自然岸線在海島各方位連續(xù)分布，人工岸線零星分布，2017年自然岸線主要在狀元岙島東北部、霓嶼島的東南部、洞頭島的東北部和東南部分布。

各海島自然岸線變化趨勢與整體一致：洞頭島在2002—2017年自然岸線長度減少20 800 m，自然岸線保有率由87.8%將至60.1%;霓嶼島自然岸線長度減少19 065 m，自然岸線保有率由94.7%降至39.8%;狀元岙島自然岸線長度減少11 217 m，自然岸線保有率由86.8%降至47.5%;大三盤島自然岸線長度減少了3 074 m，自然岸線保有率由97.3%降至73.8%。花崗島自然岸線長度減少463 m，自然岸線保有率由91.4%降至74.8%。整體來看，洞頭島自然岸線減少最多，霓嶼島自然岸線比例降幅最大，花崗島自然岸線變化最小。

2.2.2?人工岸線變化分析

由表1可知，2002—2017年洞頭五島人工岸線逐年增多，累計(jì)增加長度為41 927 m，年均增長速率為2 795.0 m/a。2002年的洞頭五島人工岸線總長約12 911 m，碼頭、海堤和道路3種類型總長相近，分別占岸線總長的2.7%、3.3%和3.3%，其中道路岸線主要分布在狀元岙島南側(cè)，其他類型在各海島零星分布。2010年人工岸線較2002年增長22 818 m，海堤和碼頭長度增長明顯，占岸線總長的比重升至9.3%和8.0%，兩者主要分布在洞頭島和狀元岙島南北兩側(cè);在建及破壞岸線長度達(dá)9 060 m，占岸線總長的7.3%，主要受狀元岙島港口建設(shè)和霓嶼島南側(cè)在建項(xiàng)目的影響;隨著修造船業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了長293 m的船塢岸段;道路岸線占比微增至3.8%，但空間分布變化較大，原狀元岙南側(cè)的道路岸段被圍入陸地，新增道路岸段位于霓嶼北側(cè)和大三盤南側(cè)。2017年人工岸線較2010年增長19 109 m，增幅小于2002—2010年，其中海堤和道路類型岸線長度持續(xù)增加，分別占岸線總長的15.4%和13.8%，新增道路主要源于霓嶼島和洞頭島環(huán)島公路的建設(shè);此外，由于77省道延伸線和霓嶼島周邊促淤工程的建設(shè)使得破壞和在建岸段長度達(dá)10 278 m，占岸線總長的8.6%。

洞頭五島人工岸線結(jié)構(gòu)各異，2002—2017年霓嶼島岸線人工化現(xiàn)象最明顯，人工岸線累計(jì)增加16 390 m，新增人工岸線以道路和在建及破壞岸線為主，分別占2017年該島岸線總長的27.4% 和27.0%。洞頭島人工岸線累計(jì)增加13 316 m，新增人工岸線主要島道路、海堤和碼頭，分別占2017年該島岸線總長的10.3%，20.4%和7.3%。狀元岙島人工岸線累計(jì)增加了8 918?m，新增人工岸線主要島道路、海堤和碼頭，分別占2017年該島岸線總長的7.4%、29.7%和8.3%。大三盤島和花崗島新增岸線類型主要為道路和碼頭，增加長度較小，且主要出現(xiàn)在2002—2010年。

2.3?岸線外推區(qū)土地覆被類型時(shí)空變化分析

本研究提取2002—2010年間岸線外推區(qū)土地覆被數(shù)據(jù)總面積為851.2 hm2。土地覆被類型中水體、未利用土地和構(gòu)筑物占比依次為43.3%、45.4%和1.4%，主要分布在狀元岙島和洞頭島的圍墾區(qū)內(nèi);交通用地占比1.7%，在各海島均有分布，其中洞頭島稍多;碼頭倉儲(chǔ)用地占比6.1%，在各島均有分布，其中狀元岙島面積最大;建筑物和人工綠化用地占比依次為2.0%和0.2%，零星地分布于洞頭島的圍墾區(qū)內(nèi);此外，在洞頭南側(cè)圍墾區(qū)內(nèi)有少量耕地，占比不足0.1%。

2010—2017年岸線外推區(qū)面積為428.3 hm2，其中水體占比68.5%，主要位于洞頭環(huán)島西片圍涂和狀元岙港圍墾區(qū)內(nèi);未利用土地占比16.7%，主要為以小片區(qū)的形式分布在各海島填海區(qū)內(nèi)的空置地和霓嶼島北部77省道延伸線工程的施工場地;碼頭倉儲(chǔ)用地占比2.4%，主要分布在狀元岙島的港區(qū);建筑物占比5.3%，主要分布在霓嶼布袋岙圍墾區(qū)內(nèi);交通用地占比3.4%，主要分布在霓嶼島西側(cè)、狀元岙西北部和洞頭東沙漁港內(nèi);構(gòu)筑物占比3.7%，主要指新增圍墾區(qū)外側(cè)海堤。

2002—2010年岸線外推區(qū)的土地覆被類型在2010—2017年發(fā)生了變化，與2017年相對，2010年土地覆被類型中耕地、碼頭倉儲(chǔ)用地和人工綠化用地未發(fā)生變化，構(gòu)筑物和交通用地變化區(qū)域小于原面積的4%，主要變化類型為水體和未利用土地。2010—2017年，占水體面積88.8%的狀元岙南片水體經(jīng)造地工程轉(zhuǎn)化為未利用地，2.6%的水體轉(zhuǎn)化為多種覆被類型，分布于各填海區(qū)內(nèi)。2010—2017年未利用土地中19.9%轉(zhuǎn)化為建筑用地，9.5%轉(zhuǎn)化為道路，4.6%轉(zhuǎn)化為水體，4.2%轉(zhuǎn)化為碼頭倉儲(chǔ)用地，2.4%轉(zhuǎn)化為綠化園地，2%轉(zhuǎn)化耕地和構(gòu)筑物，變化主要集中在大型填海區(qū)內(nèi)。整體來看，岸線外推區(qū)以填海造地的開發(fā)方式為主，其次為圍海養(yǎng)殖和港口建設(shè)。新形成的土地利用率在不斷提高，填筑形成的土地逐漸轉(zhuǎn)化為建筑物、道路、綠化和水系等城市設(shè)施。

截至2017年，近15年洞頭五島新增區(qū)域內(nèi)未利用土地、水體、建筑物、碼頭倉儲(chǔ)用地、交通用地、構(gòu)筑物、人工綠化用地和耕地占比依次為48.4%、26.8%、9.2%、6.4%、5.5%、2.7%、0.9%和0.2%。除狀元岙南片圍墾區(qū)，已成陸的填海區(qū)內(nèi)道路水系已基本成形，但普遍存在部分未利用土地和人工綠化用地較少的現(xiàn)象。

3?結(jié)論

2002—2017年受海洋開發(fā)活動(dòng)的影響，洞頭五島形態(tài)巨變，岸線日趨平直化。近15年洞頭五島面積累計(jì)增加1 290.8 hm2，整體擴(kuò)張速率為6.4 m/a，岸線累計(jì)減少12 692 m，岸線平均曲折度由2.7減少至2.2。

相似的區(qū)位條件下，海島岸線開發(fā)程度與海島面積正相關(guān)。2002—2017年洞頭五島中洞頭島面積和岸線變化最大，其次為霓嶼島和狀元岙島，面積較小的大三盤島和花崗島海岸線類型及空間位置變化較小。

2002—2017年洞頭五島自然岸線和人工岸線此消彼長。自然岸線占比由90.3%降至54.3%，人工岸線累計(jì)增加41 927 m，新增人工岸線以海堤和道路為主，占人工岸線的63.7%。平直的人工岸線使得區(qū)域內(nèi)岸線景觀單一，旅游價(jià)值下降。此外，截至2017年岸線總長的8.6%的岸段為在建或破壞岸段。

2002—2010年洞頭五島面積的擴(kuò)張速度、曲折度變化量，岸線人工化速度等指標(biāo)皆高于2010—2017年。這一現(xiàn)象表明，隨著人類對海岸帶的持續(xù)開發(fā)，其開發(fā)潛力逐漸減少，開發(fā)速率呈變緩趨勢。對于有限和寶貴的海岸線，應(yīng)堅(jiān)持保護(hù)優(yōu)先、適度開發(fā)的原則，以保障海岸線資源的可持續(xù)利用。建議做好岸線規(guī)劃，引導(dǎo)和控制海岸線開發(fā)利用方向，在保護(hù)和修復(fù)基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，努力保留原生態(tài)海岸線。

岸線外推區(qū)開發(fā)利用方式以填海造地為主，其次為圍海養(yǎng)殖和港口建設(shè)。2002—2010年以圍填海活動(dòng)為主，2010—2017年成陸區(qū)內(nèi)土地利用率在不斷提高，土地覆被類型由未利用土地逐漸轉(zhuǎn)化為建筑物、交通用地、人工綠化用地和水體等城市設(shè)施。截至2017年大型填海區(qū)內(nèi)道路和河網(wǎng)已初步形成，但普遍存在部分未利用土地和綠化用地少的現(xiàn)象。建議在地方建設(shè)重點(diǎn)由土地?cái)U(kuò)張轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)的同時(shí)，優(yōu)化城市規(guī)劃，提高已填成陸區(qū)土地利用率。

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