圍填海工程行為生態影響范圍確定方法研究

唐瓊萬航許睿

(桂林電子科技大學，廣西 桂林541004)

0 引言

圍海造地使海水潮差變小，潮汐的沖刷能力降低，納潮量減少，多數圍海工程均處在內灣，進一步減少了內灣的納潮量和環境容量，海水的自凈能力隨之削弱。圍海工程造地多用于船業、海運和其他工業，導致內灣海水富營養化，可能引起赤潮現象，給沿海漁業和養殖業帶來一定的危害。圍海工程直接改變水路交錯帶的生物生存環境，破壞海洋生物鏈，可能導致海洋生物銳減，導致原生態群落結構變化和物種減少[1]。

目前，圍填海工程影響主要集中在圍填海對環境的影響評價、圍填海的生態損害評價和圍填海的綜合損益評價等方面[2-5]。普遍研究對港灣納潮量、流場、生態影響和價值評估，均認為單個填海工程項目對區域生態環境影響較小[6-7]。根據文獻的研究情況來看，圍填海工程影響評價存在一個值得關注的問題，即影響范圍確定的問題。多數影響研究報道表明單個填海工程項目，評價范圍選擇的海域比填海面積大得多，對生態環境的影響評價結果總是影響較小，這是影響范圍難以量化造成的。有部分學者采用了遙感技術對圍填海工程進行了影響分析，但多數是采用分類比較的方法，研究不同時段土地利用類型變化為主，難以量化生態環境參數影響程度[8-9]。

由于藻類代表海洋的初級生產力，且與海水富營養化程度有直接關系，是環境生態的直接表現，本文針對圍填海工程藻類影響范圍進行分析，引入遙感圖像與GIS數據集成分析技術，從理論和技術上提供一種確定工程影響范圍的方法，為類似研究過程提供參考。

1 研究對象

欽州灣位于廣西壯族自治區南部欽州市以南。東以犀牛腳半島南面的大面墩（玳瑁洲）、西以企沙半島的天堂角間的連線為其南界，水域面積約400平方公里。

欽州灣北部為茅尾海，有欽江、茅嶺江淡水匯入，餌料充足，魚類資源豐富，水產養殖亦發達。欽州灣潮汐以日潮為主，龍門港區平均潮差2.55米，最大潮差達5.49米，漲潮潮流流向西北，流速2.8節；落潮流流向東南，流速2.8節。年均水溫21.3℃。欽州港填海工程區，如圖1所示，是人為和自然活動最為強烈的區域，具有典型的代表意義。

圖1 研究區位置Fig.1 Research position

2 研究方法

針對圍填海工程前后藻類變化情況，選取特定藻類數據與遙感影像集成，對多時相影像數據和藻類數據進行融合，采用遙感變化檢測技術，分析多時相遙感影像數據變化和藻類數據變化之間的關系。具體研究步驟如圖2所示。

圖2 研究步驟Fig.2 Research steps

2.1 數據準備

圍填海工程改變了工程區海底的形態結構，引起棲息生物和潮間帶生物的生存環境變化，破壞近海生物鏈結構，導致其它以該區域生物為食的生物數量減少。另外，潛在的圍海區工業帶來累積效應，產生對近海區域藻類變化影響，需要長時期的數據進行判斷。根據圍填海工程前后多次藻類調查數據，以各對應時期遙感影像所生成的區域背景圖為基礎，進行數據插值生成藻類專題地理信息數據集。

2.2 數據集成

數據經過配準和定位后，采用圖像融合技術將生態專題數據與遙感影響數據進行數據融合。通過GIS，采用基于決策層的圖像融合方式，將多時相專題數據，根據生態影響指標體系進行融合。通過歸一化、指標體系層次加權和變化比值處理進行融合，融合算法如式1所示：

式中：X為圖像像素值，ω為權值，Xij1，Xij2分別為兩個時期的橫縱坐標值，k為各專題數據標號，n為專題數據個數，C為修正常數。其中，權值的意義即生態系統中組成參數的重要程度，在本文中針對藻類的種類。式（1）的意義在于將不同時相遙感影像變化的程度與生態參數變化的程度相融合，得到的融合數據可以根據變化程度，分析區域生態變化與影像變化間的關系。

2.3 變化檢測

遙感圖像的變化檢測是根據對同一物體或現象不同時間的觀測來確定其不同的處理過程。在生態與環境變化集成研究方面，根據研究對象的評價體系形成融合數據，采用變化檢測技術定量的分析生態與環境變化過程[10]。然后以融合數據為基礎，提取變化信息，采用空間統計分析方法，輸出針對圍填海工程生態影響特征的變化分布圖。最終，通過對輸出結果的解析，提取檢測結果的生態學變化過程。具體工作如下：①對融合數據進行降噪處理，以摒棄一些孤立的噪聲點；②對區域影響程度進行分級，形成變化分類空間分布數據集，根據等值線判斷變化中心點；③根據等值線距離和圍填海工程區遙感影像變化，劃定影響范圍，從而有科學理論依據的確定工程范圍。

3 結論與討論

3.1 結果分析

按以上研究步驟，本文收集了欽州灣2006年和2010年兩組藻類數據和遙感影像，其中藻類濃度數據包括藍藻、青藍藻、硅藻和其他藻類。首先，將樣本進行歸一化處理后，按式（1）進行融合處理，得到欽州灣近海藻類濃度變化比值的整合數據集，如圖3所示。

圖3 欽州灣藻類濃度變化數據集Fig.3 D ataset of algae concentration change in Qinzhou bay

其中，海域內的高亮度區域表示濃度變化大的區域，以等值線劃分可以看出明顯的幾個區域，分別以ABC進行標識，其中A區域最接近圍填海工程區，B區處于海灣以外，C區在海灣內河流出海口附近。其次，對遙感影像進行陸地變化檢測分析，得到欽州灣圍填海工程陸地變化空間數據，如圖4所示，除海洋外的深色區域表示陸地變化大的區域。根據欽州灣現狀調查，A區處于工程區，B區和C區為河流入海口附近，結合圖3和圖4，可以定性判斷A區域受工程影響最為明顯。

圖4 欽州灣圍填海工程陸地覆被變化數據集Fig.4 D atasetofland coverchangesin Qinzhou Bayreclamationarea

3.2 結論

海洋藻類濃度變化主要受氣候和水質影響，據文獻分析得知，欽州灣圍填海工程對灣內水文影響較小，同時歷年氣候變化均不大[11-13]，因此，自然環境變化影響較小，圖3中B、C區為大型河流和城市排水主要入海口，A區域周邊無大型河流注入且陸地遙感數據變化較小，因此可判斷A區為圍填海工程的藻類主要影響區，其范圍由圖中0等值線劃定。

3.3 討論

工程行為生態環境影響研究的焦點在工程區，其地表類型變化是周邊生態變化的重要驅動力，如何將影響關系量化，值得進一步分析。該工程內生態環境因素變化由常規值變化為0，覆被變化由海洋變化為陸地；從物質光譜特性的角度來看，陸地變化用遙感值變化來表示，生態變化則根據指標因素變化計算，將兩種變化疊加可得到相對其他區域變化的量化值。

圖5 融合數據Fig.5 I ntegration dataset

將本研究藻類濃度變化空間數據和工程地貌變化數據歸一化處理后，按式1集成為整合影響數據，如圖5所示，其中陸地變化較大區域以“reclamation area”標識，海洋區域高亮區域為藻類濃度變化較大區域。從圖5來看，本研究填海區數值變化在整體上為高亮區域。下一步可針對填海區域土地類型變化與生態指標變化進行空間相關性分析，得到填海區變化與藻類變化的量化關系。該部分研究涉及大量的數據規則和處理，由于變化區不重合現有空間相關性分析方法難以對其影響進行解釋，值得從理論和實現技術上進一步研究。

總的來說，根據對象指標以遙感數據進行融合分析，結合特定工程行為的具體情況，可量化判斷其影響范圍，可作為生態環境影響規劃制定的一個技術參考。

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