遼寧省海岸線穩(wěn)定性時(shí)空演變規(guī)律研究

唐 碩,張 云2,魏東嵐,苑睿洋

(1.遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院,遼寧 大連 116029;2.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,遼寧 大連 116023)

海岸線是陸地與海洋交界的區(qū)域,具有獨(dú)特的自然資源和地理位置，成為人類開(kāi)發(fā)利用的重要區(qū)域。受陸地和海洋強(qiáng)烈的影響,海岸線是世界上復(fù)雜和脆弱自然環(huán)境區(qū)域之一。近年專家學(xué)者針對(duì)海岸線時(shí)空演變特征及機(jī)理做了大量的研究。國(guó)外,Kuleli T、Jabaloy-Sánchez、Alesheikh[1-3]分別研究了土耳其拉姆薩爾海岸帶濕地岸線、西班牙東南部阿德拉河三角洲海岸線和世界第二大鹽水湖烏爾米亞湖岸線的時(shí)空演變動(dòng)態(tài)特征。國(guó)內(nèi),趙玉靈等[4-10]對(duì)我國(guó)海岸線時(shí)空演變特征做出了大量的研究;王寧[11-13]等研究分析了海岸線動(dòng)態(tài)演變及其脆弱性;張春花[14]對(duì)遼寧省海岸線及其生態(tài)環(huán)境變化進(jìn)行了研究分析;王偉偉[15-17]分析了海域的開(kāi)發(fā)利用對(duì)海岸線以及沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。目前，對(duì)海岸線穩(wěn)定性演變規(guī)律的研究較少。

本文選取近40年的海岸帶遙感數(shù)據(jù),利用“3S”技術(shù)獲取與提取遼寧省海岸線,測(cè)算了海岸線向海推進(jìn)或向陸后退的距離與速度,分析了沿海城市海岸線穩(wěn)定性指數(shù),研究了海岸線穩(wěn)定性時(shí)空動(dòng)態(tài)演變規(guī)律,為遼寧省海域資源發(fā)展和海岸線的保護(hù)與合理利用提供理論支撐。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來(lái)源

遼寧省位于我國(guó)東北地區(qū),東臨黃海,西臨渤海灣,海岸線北起丹東市,南至葫蘆島市,岸線漫長(zhǎng)曲折、類型復(fù)雜多樣。本文選擇1980年、1990年、2000年、2010年和2017年5個(gè)時(shí)期的遼寧省海岸帶遙感影像(表1)作為本底。考慮到5個(gè)時(shí)期數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔比較大,每個(gè)時(shí)期遙感影像的精度不統(tǒng)一,本文對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理。參考Zhang Yun的影像預(yù)處理技術(shù)和方法[18],對(duì)5個(gè)時(shí)期的影像完成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化處理,處理精度為1個(gè)像素之內(nèi),利用色差Canny算子岸線自動(dòng)提取的方法[18],再利用2017年高分辨率遙感影像(優(yōu)于2.5m)進(jìn)行信息糾錯(cuò)處理與精度驗(yàn)證,完成岸線信息處理。近40年間遼寧省海岸線類型變化趨勢(shì)明顯(表2),自然岸線長(zhǎng)度逐年減少,但減少速度有所減慢,年均減少了約22km。

表1 數(shù)據(jù)來(lái)源與說(shuō)明

表2 遼寧省海岸線分類情況(km)

2 研究方法

縱深度是海岸線受人為因素和自然因素影響,使其進(jìn)行偏移的水平距離。岸線縱深度數(shù)值有正負(fù)之分,正值表示岸線向海推進(jìn)的距離,負(fù)值則表示岸線向陸后退的距離。根據(jù)相對(duì)空間位置變化,將提取的海岸線分為向海推進(jìn)區(qū)和向陸后退區(qū),對(duì)整體岸線進(jìn)行劃分,縱深度計(jì)算公式為:

(1)

(2)

(3)

式中,SY為岸線縱深度年均變化速度;y為岸線變化的年份值;AveD-為平均負(fù)縱深度;AveD+為平均正縱深度。

海岸線穩(wěn)定性變化的程度通過(guò)縱深度變化表現(xiàn)出來(lái),按照海岸線的分等定級(jí)方法,將海岸線縱深度變化劃分為強(qiáng)烈岸退岸線、岸退岸線、穩(wěn)定岸線、岸進(jìn)岸線和強(qiáng)烈岸進(jìn)岸線5個(gè)類型。海岸線穩(wěn)定性指數(shù)計(jì)算公式為:

(4)

式中,E為穩(wěn)定性指數(shù);Rs為穩(wěn)定岸線、岸退岸線和岸進(jìn)岸線長(zhǎng)度占海岸線總長(zhǎng)度比例;Rc為強(qiáng)烈岸退岸線和強(qiáng)烈岸進(jìn)岸線長(zhǎng)度占海岸線總長(zhǎng)度比例。

3 結(jié)果及分析

3.1 岸線縱深度變化特征

利用式(1)—(3)分別計(jì)算出1980—1990年、1990—2000年、2000—2010年和2010—2017年4個(gè)時(shí)期的遼寧省海岸線縱深度變化(圖1)和年均變化速度(圖2)。

圖1 遼寧省海岸線縱深度變化(m)

圖2 遼寧省海岸線縱深度年均變化速度

根據(jù)圖1和圖2,遼寧省海岸線縱深度正值遠(yuǎn)大于縱深度負(fù)值,最大縱深度正值約500m,是最大負(fù)值的3倍,海岸線大多為向海推進(jìn)。海岸線向陸地后退是以自然因素作用為主,后退的距離較小;而向海推進(jìn)是以岸線資源人為開(kāi)發(fā)利用因素為主導(dǎo),前進(jìn)距離較大,人為影響作用力正逐年加大。

歸納遼寧省海岸線縱深度的變化情況為:①1980—1990年,海岸線岸進(jìn)距離與岸退距離相差不大,處于岸進(jìn)與岸退的平衡階段。該階段海岸線位置變化以自然因素影響為主。自然因素為入海河流沉積作用、氣候變化和岸線構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等,使岸線變化遲緩。由于該階段的技術(shù)水平和人類需求有限,人為因素對(duì)岸線的影響不大,因此岸線處于平衡階段。該期間營(yíng)口市白沙灣區(qū)域向陸后退變化值最大,年均岸退距離約60m;丹東市鴨綠江入海口區(qū)域向海推進(jìn)變化值最大,年均向海推進(jìn)約198m。②1990—2000年,海岸線岸進(jìn)距離與岸退距離出現(xiàn)差距,處于岸進(jìn)與岸退失衡階段。該階段盤(pán)錦市紅海灘區(qū)域岸線因海洋環(huán)境惡化、海水入侵作用力加大和人為濱海濕地的破壞,出現(xiàn)了岸退的最大值約100m。自1995年盤(pán)錦市開(kāi)工建設(shè)盤(pán)錦港,該區(qū)域岸線年均向海推進(jìn)約170m。③2000—2010年,海岸線岸進(jìn)距離大于岸退距離,人為開(kāi)發(fā)作用力大于自然因素,處于岸進(jìn)明顯階段。該階段為海洋開(kāi)發(fā)的一個(gè)新高潮,尤其是《中華人民共和國(guó)物權(quán)法》的出臺(tái),首次將海域物權(quán)制度在民事基本法律中得到確立[19],引發(fā)海洋資源開(kāi)發(fā)力度不斷加大,海岸線向海推進(jìn)的趨勢(shì)加強(qiáng)。該期間錦州灣進(jìn)行城市建設(shè)向海要地,帶動(dòng)填海造地行為,岸進(jìn)距離約405m，大連市長(zhǎng)興島區(qū)域岸線年均向海推進(jìn)約380m。另一方面,由于海洋環(huán)境的惡化和人為因素對(duì)資源環(huán)境的破壞,盤(pán)錦市三角洲區(qū)域岸線年均向陸后退了約124m。④2010—2017年,海岸線岸進(jìn)速率較快,處于岸進(jìn)速率加速階段。該階段遼寧省海岸線向海推進(jìn)速度達(dá)到最大值,人類高強(qiáng)度的海域空間資源開(kāi)發(fā)利用,引發(fā)海岸線向海推進(jìn)的趨勢(shì)劇增。該階段錦州市錦州灣區(qū)域年均向海推進(jìn)距離約481m。

3.2 岸線穩(wěn)定類型分析

根據(jù)1980—2017年遼寧省海岸線的岸線平均縱深度范圍,并參考相關(guān)劃分標(biāo)準(zhǔn)[20,21],將岸線縱深度的演變程度進(jìn)行分類,分類標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。利用縱深度演變程度的分類,得出1980—2017年遼寧省海岸線縱深度各類型的岸線長(zhǎng)度，見(jiàn)表4。

表3 縱深度變化分類標(biāo)準(zhǔn)(m)

表4 遼寧省海岸線縱深度變化類型岸線長(zhǎng)度(km)

整體來(lái)看,遼寧省海岸線主要為穩(wěn)定岸線。從時(shí)間角度來(lái)看,近40年穩(wěn)定岸線的長(zhǎng)度為下降趨向,且年均變化速率逐年增加,占全省海岸線總長(zhǎng)度的比例從86.78%下降到了53.19%;而強(qiáng)烈的岸進(jìn)岸線長(zhǎng)度為增多趨向,年均變化速度在逐年變大。2010—2017年年均增長(zhǎng)速度達(dá)到51.76km/a,占比從15.36%上升到了36.37%;岸進(jìn)岸線和岸退岸線長(zhǎng)度呈基本穩(wěn)定的趨勢(shì),所占比例保持在5%和1%左右;強(qiáng)烈岸退岸線長(zhǎng)度呈先增后降趨勢(shì),1980—2010年增長(zhǎng)遲緩,但從2010年開(kāi)始急劇下降,7年間岸線比例下降了2.12%。

從空間分布來(lái)看:①?gòu)?qiáng)烈岸退岸線多分布在大連市北部區(qū)域,長(zhǎng)度占遼寧省強(qiáng)烈岸退岸線總長(zhǎng)度的比例達(dá)到30%以上;②強(qiáng)烈岸進(jìn)岸線主要分布在大連市和盤(pán)錦市,長(zhǎng)度之和占遼寧省強(qiáng)烈岸進(jìn)岸線總長(zhǎng)度的比例從1980—1990年的46.18%增長(zhǎng)到2010—2017年的56.4%,2000—2010年間所占比重最大為70.52%;③穩(wěn)定岸線集聚于大連、葫蘆島和丹東3市,4個(gè)時(shí)期穩(wěn)定岸線長(zhǎng)度之和占遼寧省穩(wěn)定岸線總長(zhǎng)度的比例均大于85%。

3.3 岸線穩(wěn)定性分析

根據(jù)式(4),計(jì)算1980—2017年4個(gè)時(shí)期的遼寧省海岸線穩(wěn)定性指數(shù)(圖3)。由圖3可知,遼寧省海岸線穩(wěn)定性指數(shù)從1980年以來(lái)逐年下降,近40年來(lái)穩(wěn)定性指數(shù)下降了0.89,2010—2017年達(dá)到最低。從整體空間布局上看,黃海海域岸線穩(wěn)定性指數(shù)高于渤海海域岸線穩(wěn)定性指數(shù),黃海海域岸線穩(wěn)定性指數(shù)均高于1,但總體趨勢(shì)在下降。遼河口區(qū)域和錦州灣區(qū)域穩(wěn)定性指數(shù)均低于1(主要是由于大量填海造地和人為活動(dòng)破壞濕地環(huán)境),最低值達(dá)到0.05。

圖3 遼寧省海岸線穩(wěn)定性指數(shù)

從行政區(qū)與時(shí)間尺度看,盤(pán)錦市和營(yíng)口市穩(wěn)定性指數(shù)變化呈增長(zhǎng)趨勢(shì),資料表明海域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度趨于飽和;錦州市和大連市穩(wěn)定性指數(shù)變化呈下降趨勢(shì)。1980—2017年兩個(gè)區(qū)域內(nèi)海洋空間資源開(kāi)發(fā)需求逐年加大,穩(wěn)定性指數(shù)同時(shí)在2010—2017年達(dá)到最低值;葫蘆島市穩(wěn)定性指數(shù)表現(xiàn)為先降后增,分析其海域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度在2000—2010年趨于飽和;丹東市穩(wěn)定性指數(shù)為先增后降,分析其2000—2017年的海洋利用力度大于1980—2000年。

4 結(jié)論與討論

從研究結(jié)果可見(jiàn),遼寧省海岸線在自然與人為雙重影響作用下,岸線穩(wěn)定性發(fā)生了劇烈變遷運(yùn)動(dòng)。通過(guò)近40年以來(lái)海岸線的空間位置變化和岸線穩(wěn)定性的計(jì)算與分析,得出以下結(jié)論:①遼寧省海岸線演變過(guò)程中包括岸進(jìn)與岸退平衡、岸進(jìn)與岸退失衡、岸進(jìn)明顯和岸進(jìn)速率加速4個(gè)階段,與該省海域空間資源開(kāi)發(fā)利用變化趨勢(shì)耦合。②遼寧省海岸線穩(wěn)定岸線居多。強(qiáng)烈的岸進(jìn)岸線和強(qiáng)烈的岸退岸線多分布于盤(pán)錦市和大連市,穩(wěn)定岸線則集聚于大連、葫蘆島和丹東3市。③遼寧省海岸線的穩(wěn)定性指數(shù)逐年降低,近40年下降了0.89。整體上看,盤(pán)錦市的岸線穩(wěn)定性指數(shù)始終小于1,丹東市、大連市和葫蘆島市的岸線穩(wěn)定性指數(shù)較高,均高于1。