基于RS和GIS的近30年來人類活動影響下萊州灣東南岸海岸濕地演變

孫云華，張安定，王慶

（魯東大學海岸研究所，山東 煙臺264025）

基于RS和GIS的近30年來人類活動影響下萊州灣東南岸海岸濕地演變

孫云華，張安定，王慶

（魯東大學海岸研究所，山東 煙臺264025）

以1973年以來6個時相的MSS/TM 遙感影像為主要信息源，在野外調查的基礎上，通過目視解譯提取萊州灣東南岸多時相海岸線及自然濕地、人工濕地等專題要素信息，并分析了各專題要素的演變規律。結果表明：虎頭崖至膠萊河口段的海岸線在1973－1980年向海侵蝕，1980年12月修建防潮堤后基本不變。膠萊河口至白浪河口段海岸線在研究時間內總體上是逐年向海推進，海岸淤漲明顯，灘涂圍墾力度逐年增大。在人類活動影響下，最近30多年來萊州灣東南岸海岸濕地演化過程的特點為自然濕地總面積先增加后減少，于1981年達到最大值，1973－1981年、1989－1995年和2003－2008年均有低潮灘向中潮灘，中潮灘向高潮灘演化的趨勢，而1995－2003年的轉化趨勢與之相反，1981－1989年呈現出高潮灘和低潮灘向中潮灘演化的趨勢；人工濕地主要由自然濕地中的潮上帶沼澤、鹽堿地和中潮灘演化而來，因此合理調控人類干擾活動是改善萊州灣東南岸海岸濕地的根本途徑。

RS；GIS；海岸濕地；萊州灣東南岸

Abstract：Taking the six-phase MSS/TM remote sensing images since 1973 as the main information sources, this paper extracts multi-temporal coastline, natural wetland and artificial wetland, analyzes dynamic changes of coastline and flat evolution rules on the basis of field investigation.The result shows that from 1973 to 1980, the coastline, from Hutouya to Jiaolai River, advanced to the sea annually, but it was steady basically after the completion of sea embankment in December, 1980.From Jiaolai River to Bailang River, the coastline also advanced seaward gradually and leaded to coastal deposition.Under the influence of human’s activities, the character of coastal wetland evolution the southeastern in Laizhou bay through 30 years was natural wetland’s first increase and then a decrease and maximizing in 1981.During the year 1973 to 1981, 1989 to 1995 and 2003 to 2008, the low tidal flat tended to change into middle tidal flat and then changed into high tidal flat, however, the tendency showed the opposite during the year 1995 to 2003.In the year 1981 to 1989, the high tidal flat and the low tidal flat tended to change into middle tidal flat.Artificial wetlands were mainly converted by the supralittoral zone swamp, salinate fields and the middle tidal flat of natural wetland.Therefore, the adjustment of human interference is the root way to improve the coastal wetland environment of southeastern Laizhou bay.

Keywordss：RS; GIS; coastal wetland; southeastern beach of Laizhou Bay

海岸濕地是指沿海岸線分布、以波浪和潮流為主要動力作用下的傾斜坡地，其在潮汐周期內被海水周期性淹沒，或在風暴潮時暫時淹沒，或經常處于淺層海水之下(據1971年國際Ramsar公約定為水深 6 m以淺)。海岸濕地生長和棲息著各種海陸生物，具有豐富的生物多樣性。由于海岸濕地是海洋和陸地相接的地帶，各種物理、化學和生物作用頻繁和劇烈，因而具有獨特的生態環境特征和經濟開發價值，自古以來成為沿海居民賴以生存和發展的重要活動場所[1]。

萊州灣東南岸是我國典型的粉砂淤泥質海岸濕地，很多學者已經進行了相關的研究。張祖陸從土地利用/覆被變化驅動機理角度對該咸水入侵區進行研究[2]；豐愛平等人對該區海岸侵蝕過程與原因進行了探討[3]；谷東起等人對萊州灣南岸濱海濕地景觀破碎化進行了分析[4]。由于自然和人為因素的影響，該區海岸線、海岸濕地分布及其面積發生了巨大的變化，這種變化反映了人類活動對海岸線及海岸濕地的影響，目前這方面的研究還很少。

本文利用衛星遙感方法在海岸帶監測中范圍廣、多時相、可歷史追溯等優勢，在野外調查的基礎上，通過遙感圖像目視解譯和GIS方法，提取萊州灣東南岸多時相海岸線及海岸濕地專題要素信息，對比岸線動態變化以及自然濕地和人工濕地之間的轉換，并分析其長期變化中的人類活動因素，以期為萊州灣東南岸的海岸線保護和海岸濕地可持續利用提供科學依據。

1 研究區概況

研究區位于萊州灣東南岸，西起濰坊市白浪河口，東至萊州虎頭崖(見圖1)。其中白浪河至膠萊河段是粉砂淤泥質海岸，膠萊河至虎頭崖段是砂質海岸，海岸線呈西北-東南走向，長約88 km。該區為不正規的混合半日潮海區，漲潮流為北偏西向，海水從灣內流出，落潮流為南偏東向，海水流入海灣，漲、落潮流速值比較接近[5]。該區屬渤海拗陷區，新生代以間歇性持續拗陷為主，沿岸地貌類型由南部山前洪積-沖積平原向北過渡為沖積平原，地勢緩緩傾斜，至萊州灣沿岸過渡為狹窄帶狀沖積-海積、海積平原。 研究區內河流自西向東依次為白浪河、虞河、堤河、濰河、膠萊河，為沿岸潮灘提供了豐富的粉砂淤泥質沉積物。該地區位于山東半島藍色經濟區和黃河三角洲高效生態經濟區結合部位，沿岸自然資源豐富，人口城市密集，海洋經濟發達。特別是最近 30多年來，經濟社會發展非常迅速，人類活動對海岸環境改造影響深刻。

圖1 研究區位置示意圖Fig.1 Location of research area

2 資料與處理方法

2.1 數據源及其處理

研究中主要采用了 landsat-1，landsat-4，landsat-5的 MSS和 TM 影像及中巴資源衛星(CBERS2B)影像(見表1)。參考當地潮汐表，六景不同時相數據均為接近落潮底或漲潮初的圖像，這樣有利于準確提取潮灘信息。

各景影像在研究區范圍內均無云，影像質量較好。此外，研究中還收集和使用了萊州灣海圖共五幅、1991年1∶5萬萊州市土地利用圖。

表1 遙感影像數據Tab.1 Data of Remote Sensing Images used in this study

遙感圖像的幾何校正利用Erdas Imagine 9.2軟件完成。各個年份的遙感影像以校正好的山東半島幅影像為準，采用從影像到影像的方法進行幾何精校正，幾何校正均方根誤差控制在0.5個像元內。圖像配準后均采用Albers投影，并對研究區進行裁切。

2.2 海岸濕地類型

依據實際情況，本文海岸濕地僅包括潮上帶和潮間帶，潮下帶未涉及。根據陸—海相互作用強度和地貌部位,將萊州灣東南岸海岸濕地劃分為自然濕地和人工濕地,同時又根據濕地植被、水文、生態及植物優勢群落和受人類活動影響的強度將濕地類型劃分為三級系統(見表2)。

表2 萊州灣東南岸海岸濕地類型表Tab.2 Coastal wetland types along southeastern coast of Laizhou Bay

2.3 遙感解譯與信息提取

2.3.1 海岸線提取 海岸線是多年平均大潮高潮位形成的痕跡線[6-9]，是海岸帶重要的動力、沉積、地貌及自然景觀界限。研究區海岸線包括自然海岸岸線和人工海岸岸線。

自然海岸具有正常的海岸動力、沉積分異，平均高潮線兩側地面物質成分不同，暴露于水面之上的時間和含水量也不同，因而具有不同的反射率，從而在遙感影像上具有不同的灰階和色彩特征信息。因此，在遙感解譯時，自然岸線的確定遵守平均高潮線原則。

人工海岸包括港口、防潮堤以及養殖池或鹽田堤壩等類型。研究中針對不同類型的人工岸線結合圍墾情況，采取了不同的處理方法。對于平行海岸的人工海岸建筑物，解譯時以其外沿作為岸線；對碼頭等突出岸外的人工建筑不作為岸線，而是直接連接建筑物的兩側作為岸線；對于灘涂養殖池和鹽田，在監測中選其外沿作為海岸線。對于施工中的人工岸線，提取時根據完成情況區別對待，對于有很大開口的部分不作為新的圍墾區，對于基本完成圍墾但還有微小的缺口，且在圍墾區內已有明顯的人工改造跡象的部分作為新的人工岸線處理。提取研究時段（1973－2008年）海岸線變化信息時，首先對各景影像進行目視解譯，然后利用GIS軟件將六期海岸線矢量圖層疊置，得到 1973—2008年的海岸線變化圖。

2.3.2 自然濕地信息提取 依據表2中的三級分類系統，自然濕地包括潮上帶沼澤、鹽堿地、潮間上帶灘涂(高潮灘)、潮間中帶灘涂(中潮灘)、潮間下帶灘涂(低潮灘)和潮間帶河口。潮汐作用使海平面呈周期性漲落，使不同部位的潮灘具有不同的水文、沉積和植被特征，從而在影像上形成反射光譜及紋理等影像特征。各種濕地的影像解譯標志可見表3。

表3 萊州灣東南岸自然濕地影像特征Tab.3 Image features of southeastern Laizhou bay

2.3.3 人工濕地提取 在研究區內人工濕地類型主要是養殖池及鹽田。養殖池形狀規則，為方塊狀，在 TM743影像上呈深灰色；鹽田呈淺藍色，紋理致密，有明顯的塘基。在本文中未細分養殖池及鹽田，而是歸為一類。

3 海岸線與海岸濕地演變

3.1 海岸線演變

采用前述的海岸線提取方法，得到了萊州灣東南岸6個時相的海岸線（見圖2）。結果顯示，該區海岸線在不同的岸段有不同的特點(見表4)：虎頭崖至膠萊河右側，在1973年至1980年間變化最大，海岸線急劇向海靠近，這與萊州市政府于 1980年12月在該段修建防潮堤有關；1981年后，海岸線僅有微小的變化。膠萊河左側至堤河右側，1973年至 1989年逐漸向海擴展，由該地大規模修建養殖池及鹽田造成；1989年至2003年海岸線基本不變，均在養殖池外側邊緣；2003年至2008年在建丁字壩后鹽田又向海擴建。堤河至虞河段，變化最明顯的時段為1981年至1995年，該地養殖池修建后導致海岸線向海推移，廢棄后又向陸后退；其它時間段基本穩定。虞河至白浪河段，1973年至1981年逐漸向陸后退，1981年至1995年由于修建鹽田導致海岸線持續向海推移，1995年至2003年基本穩定，2003年至2008年繼續向海推移。白浪河西側向海推移變化最大的時間段為 1981至 1989年和2003至2008年，其余時間基本穩定。

圖2 研究區1973—2008年海岸線變化圖Fig.2 Changes of the coastline in the study area during 1973 to 2007

表4 不同時間段內研究區海岸線變化表Tab.4 Coastline changes of research area between different times

3.2 自然濕地演變

采用前述的自然濕地目視解譯標志，得到萊州灣東南岸 6 個時相的自然濕地影像解圖。圖3是對各期影像進行目視解譯獲取的研究區不同時期的自然濕地及人工濕地類型圖。利用Arcview3.2的屬性引導功能，得到六個時期海岸濕地面積統計圖（見圖4）。

由圖3和圖4可以看出，自然濕地總面積先增加后減少，在1981年達到最大值，為729.5 km2。潮上帶沼澤在人為干擾作用下面積逐年減少，由1973年的179.1 km2急劇減少到1981年的27.5 km2，至2008年僅剩3.7 km2。鹽堿地在1981年達到最大值，為155.3 km2，因為各地在修建防潮堤后高潮灘逐漸消失，但是還未建立養殖池或鹽田，沼澤逐漸沙化形成鹽堿地。高潮灘在 1981年達到最大值，為193.2 km2，中潮灘和低潮灘均是在1989年達到最大值，分別為199.7 km2和305.7 km2。1973年至1981年高潮灘和低潮灘逐年增加，1981年后高潮灘和低潮灘處于相反的變化狀態，高潮灘在增加的同時低潮灘逐漸減少。至 2008年，高潮灘面積略低于1973年，而低潮灘略高于1973年。中潮灘和高潮灘、低潮灘的演化趨勢不同，具有明顯的波動性，但總體規律是面積趨于減少。研究區的入海河流水量季節性變化明顯，冬季小，夏季大，往往形成夏訊，這也是造成各年潮灘面積不一致的原因之一。每逢汛期，河口附近岸灘都要發生巨大變化，但潮間帶河口濕地變化微小。

圖3 研究區不同時期灘涂類型解譯Fig.3 Interpretation of mudflat in the study area at different time

圖4 研究區不同時期海岸濕地面積統計圖Fig.4 Statistical area of coastal wetland in the research area from 1973 to 2008

為了進一步揭示海岸濕地類型之間的轉移變 化規律，通過馬爾科夫轉移矩陣模型進行計算，得出研究區不同時期海岸濕地類型轉化信息(見表5)。

表5 不同時期海岸濕地類型轉移矩陣Tab.5 Transition matrix of coastal wetland types during different times (a)1973-1981年

在 1973－1981年(見表5a)研究區年發生轉化面積最大的為中潮灘，轉化面積為148.12 km2，主要轉向高潮灘，面積為74.59 km2；其次為沼澤，轉化面積為118.62 km2，主要轉向鹽堿地，面積為62.08 km2；再次是低潮灘，轉化面積為37.11 km2，主要轉向中潮灘，面積為24.13 km2。

在 1981－1989年(見表5b)研究區發生轉化面積最大的是高潮灘，為 168.36 km2,主要轉向中潮灘，面積為89.51 km2；其次為鹽堿地，發生轉化面積為69.44 km2，主要轉向為養殖池及鹽場，面積為60.70 km2；再次為低潮灘，發生轉化面積為45.27 km2，主要轉向中潮灘，面積為31.28 km2。

在 1989－1995年(見表5c)研究區發生轉向面積最大的為中潮灘，為118.70 km2，主要轉向高潮灘，該轉向為76.89 km2；其次為低潮灘，轉向面積為 104.76 km2,主要轉向中潮灘，該轉向為98.01 km2；再次為鹽堿地，轉向面積為53.42 km2,主要轉向養殖池及鹽場，該轉向為52.98 km2。

在 1995－2003年(見表5d)研究區發生轉向面積最大的為中潮灘，為121.30 km2，主要轉向低潮灘，該轉向面積為95.48 km2；其次為高潮灘，發生轉向面積為67.11 km2，主要轉向中潮灘, 該轉向為53.16 km2；再次為鹽堿地，轉向面積為62.21 km2,主要轉向養殖池及鹽場，該轉向為53.15 km2。

在 2003－2008年(見表5e)研究區發生轉向面積最大的為中潮灘，為77.01 km2,主要轉向養殖池及鹽場，該轉向為33.37 km2；再次為鹽堿地，轉向面積為38.39 km2，主要轉向養殖池及鹽場，該轉向為24.68 km2；再次為低潮灘，發生轉向面積為25.29 km2，主要轉向中潮灘，該轉向為9.67 km2。

總之，該區自然濕地在 1973－1981年、1989－1995年和2003－2008年間均有低潮灘向中潮灘，中潮灘向高潮灘轉化的趨勢，而1995－2003年的轉化趨勢與之相反，1981－1989年呈現出高潮灘和低潮灘向中潮灘轉化的趨勢。

3.3 人工濕地演變

在人類活動影響下，最近 30多年來萊州灣東南岸海岸濕地演化過程的特點為自然濕地消亡、向人工濕地演化。為發展海水養殖業、鹽業，利用萊州灣東南岸潮上帶海岸濕地建設了大面積的養殖池、鹽田2種人工濕地，這導致萊州灣東南岸自然濕地面積不斷萎縮，人工濕地面積不斷增大。即在人類活動影響下，鹽沼濕地向人工濕地演化。

1973年－1981年，養殖池及鹽田修建主要位于膠萊河與虎頭崖之間，成片分布，其它地區零星建立，在此時間段內增加了37.7 km2，主要位于潮上帶沼澤區域。1981年至1989年是養殖池及鹽田急劇擴建的階段，從51.8 km2增長到238.2 km2，逐漸形成規模，主要位于鹽堿地和高潮灘上，而且養殖池及鹽田的修建初步呈現出向陸擴展的趨勢。1989年至1995年變化巨大的是白浪河至堤河段，該段圍墾后修建了鹽田，增長面積為75.8 km2，主要建立在由高潮灘和中潮灘演化而成的鹽堿地上，并且繼續向陸地擴建。1995年至2003年養殖池及鹽田在原有的基礎上穩固增長，增長面積為77.9 km2，主要由鹽堿地轉化而來，有少部分是向陸地擴建的結果。2003年至 2008年養殖池及鹽田增長了71.1 km2，主要位于白浪河至虞河段的中潮灘上，說明人工濕地向海側急劇擴展。即1973年至2003年人工濕地向陸側和海側均有擴建，2003年后主要向海側擴建。

從 1981年后均有鹽堿地轉變為養殖池或鹽場的趨勢，在 2003－2008年呈現出中潮灘向養殖池或鹽場轉化的趨勢，說明人類活動日益向海擴建(見表5)。

4 結 論

對粉砂淤泥質海岸濕地演變的研究有助于掌握濕地變化特點和規律，從而為海岸濕地開發利用和保護提供依據。綜合分析可以得出以下結論：

(1) 遙感技術為海岸帶生態環境研究提供了多時相歷史數據，客觀、準確地再現了海岸帶的歷史原貌，成為研究海岸帶生態環境和海岸濕地動態變化十分有效的技術手段。

(2) 1973年以來萊州灣東南岸區域海岸線變化的研究結果表明，該區海岸線演化從未停止，造成這種變化的主要原因是人工圍墾、灘涂養殖及鹽田和防潮堤的擴建。自然海岸逐漸消失，人工海岸建設不斷向海推進，同時海岸灘涂增減變化由自然作用過程轉變為對人工建筑變化的響應。

(3) 對研究區不同時間段的轉移矩陣進行分析的結果表明，該區自然濕地在 1973－1981年、1989－1995年和2003－2008年間均有低潮灘向中潮灘，中潮灘向高潮灘轉化的趨勢，而1995－2003年的轉化趨勢與之相反，1981－1989年呈現出高潮灘和低潮灘向中潮灘轉化的趨勢。人工濕地主要由潮上帶沼澤、鹽堿地轉化而來，在2003－2008年間還有中潮灘的轉移貢獻。

(4) 人類活動是引起本區海岸濕地變化的主導驅動力。在快速演變過程中，人類活動對萊州灣東南岸海岸帶進行了徹底的改造。養殖池及鹽田面積迅速增加，且增加速度大于灘涂淤漲速度。因此應加大剩余灘涂的保護力度，合理規劃養殖池及鹽田修建位置和面積大小，同時應慎重考慮人工濕地的向海和向陸擴展是否合理，采用得當的保護措施，不要引起在保護基礎上的進一步侵蝕。

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Evolution of coastal mudflat Laizhou bay at the southeastern based on RS and GIS under the influence of human activities over the past three decades

Sun Yun-hua, Zhang An-ding, Wang Qing

(Coastal research institute, Ludong University, Yantai 264025, China)

P736.22+1

：A

1001-6932(2011)01-0065-08

2010-01-17；收修改稿日期：2010-05-25

山東省自然科學基金重點項目(Z2008E03、Z2003E01)；煙臺市科技攻關項目（2008323）的資助

孫云華（1985—），女，山東臨清人，碩士研究生，從事河口海岸環境研究。電子郵箱：yunhua07@163.com。

張安定，男，教授。電子郵箱：andingzhang@sina.com。