基于遙感解譯的長島南五島海岸線時空變化研究*

陳小英，李梅娜 ，劉大海，劉金慶(1.青島海洋地質(zhì)研究所 青島 266071；2.國土資源部海洋油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點實驗室 青島 266071；.國家海洋局第一海洋研究所 青島 266061)

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基于遙感解譯的長島南五島海岸線時空變化研究*

陳小英1，2，李梅娜1，2，劉大海3，劉金慶1，2
(1.青島海洋地質(zhì)研究所 青島 266071；2.國土資源部海洋油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點實驗室 青島 266071；3.國家海洋局第一海洋研究所 青島 266061)

海島是重要的國土資源，在維護(hù)國家海洋權(quán)益和海洋安全中有舉足輕重的地位。文章利用高分辨率的遙感數(shù)據(jù)(SPOT5、SPOT6)以及海圖、地形圖等輔助數(shù)據(jù)，結(jié)合實地野外驗證，分別獲取了1970年、2005年、2009年和2013年長島南五島的岸線數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：1970年以來，長島南五島岸線發(fā)生了明顯的變遷，岸線變遷形式與海岸地貌類型和人類圍填海活動密切相關(guān)：基巖海岸的岸段表現(xiàn)為緩慢侵蝕；砂礫質(zhì)海岸表現(xiàn)為緩慢侵蝕或淤積；人工圍填海岸段表現(xiàn)為岸線向海快速淤進(jìn)，而人工固定海岸(如環(huán)島公路、碼頭)等岸線則表現(xiàn)為穩(wěn)定。

南五島；海岸線；時空變化；圍填海

1 引言

隨著海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，海島海岸帶開發(fā)利用成為海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項重要內(nèi)容。然而，由于海島海岸帶資源有限，環(huán)境承載力低，海島過度開發(fā)利用引起了一系列的環(huán)境問題，如海岸侵蝕、海島面積縮小等。因此，開展海島岸線時空變化研究，對保障海島及周邊海域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。衛(wèi)星遙感技術(shù)具有空間分辨率高、定位精確和地物信息豐富等優(yōu)勢，成為研究海島岸線動態(tài)變化的重要手段[1-5]。國內(nèi)外在海岸線變化遙感監(jiān)測方面做了許多研究，并取得很多成果[6-10]。利用遙感監(jiān)測海島海岸線變化，已成為科學(xué)評估海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的有效手段。

研究區(qū)為長島南五島(北長山島、南長山島、大黑山島、小黑山島、廟島)，地處渤海、黃海交匯處，膠東半島和遼東半島之間，隸屬山東省煙臺市的長島縣管轄。長島屬于國家級重點風(fēng)景名勝區(qū)、國家級自然保護(hù)區(qū)和國家森林公園，島嶼山清水秀，礁峻灘美，文化底蘊深厚。長島海域的水產(chǎn)資源也相當(dāng)豐富。據(jù)統(tǒng)計，長島周邊海域分布有約 274種生物，如刺參、皺紋盤鮑、櫛孔扇貝、海膽、牡蠣、紫貽貝、蛤、紅螺以及鹿角菜、羊棲菜、石花菜、裙帶菜等[11]。近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，海島開發(fā)利用的程度不斷加大，海島面臨的生態(tài)環(huán)境壓力也越來越大。例如，長島海域養(yǎng)殖業(yè)的興起致使海岸帶養(yǎng)殖水域面積大大增加，海岸的自然平衡狀態(tài)遭到破壞，海岸線發(fā)生了明顯的變遷。本研究通過對南五島海岸帶高分辨率的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的解譯，分析海島岸線長度、岸線面積的時空變化及原因，從而為海島生態(tài)環(huán)境保護(hù)與利用、可持續(xù)開發(fā)規(guī)劃等提供參考依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究收集了2005年和2009年的SPOT5影像2景(多光譜波段數(shù)據(jù)分辨率10 m，全色波段數(shù)據(jù)分辨率2.5 m)，2013年的SPOT6影像1景(多光譜波段數(shù)據(jù)分辨率6 m，全色波段數(shù)據(jù)分辨率1.5 m)作為基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)，圖像質(zhì)量較好。此外，還收集了1970年的地形圖，2012年的紙質(zhì)海圖。地形圖經(jīng)過掃描校正后，用于提取1970年的岸線。海圖作為輔助數(shù)據(jù)，經(jīng)過掃描數(shù)字化后，為海岸線信息提取作為解譯參考。

2.2 數(shù)據(jù)處理

海岸線的提取是以ArcGIS10.1軟件為平臺，衛(wèi)星融合圖像為基礎(chǔ)，輔以地面調(diào)查資料、地形圖、海圖以及其他文字和圖片資料，采用目視解譯，人工勾畫方法提取海岸線。

岸線變遷解譯具體做法是：首先在分析1970年、2005年、2009年和2013年4期海岸線基礎(chǔ)上，合并“新岸線”和 “老岸線”，轉(zhuǎn)換為岸線變遷面狀信息目視判別岸線變遷類型，如淤積、侵蝕、穩(wěn)定等。在解譯完成后，再進(jìn)行拓?fù)錂z查和驗證，獲得整體岸線不同時期變遷的最終解譯成果。

3 長島南五島海岸線時空變化特征分析

3.1 岸線總長度變化分析

應(yīng)用遙感技術(shù)解譯衛(wèi)星圖像，獲得了1970年、2005年、2009年和2013年的海島海岸線數(shù)據(jù)。通過對不同時期的海岸線數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析(表1)，可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)相對發(fā)展較快的南長山島、北長山島和大黑山島岸線呈明顯增加趨勢，小黑山島和廟島岸線變化較小。1970—2005年，各島岸線長度均呈現(xiàn)增加的趨勢，這和各海島圍填海活動有直接關(guān)系。其中南長山島岸線長度變化最大，增加了2.11 km；2005—2009年，各島岸線長度呈緩慢增加趨勢，其中北長山島岸線長度增加了0.46 km，其余4個島變化較小；2009—2013年，廟島和北長山島岸線長度出現(xiàn)了小幅度的減小，長度分別縮短了0.29 km和0.16 km，而其他3個島岸線長度仍然呈增加趨勢。

表1 長島南五島不同時期岸線總長度及變化

島名海島岸線長度/km海島岸線長度變化/km1970年2005年2009年2013年1970—2005年2005—2009年2009—2013年南長山島19.8621.9722.3022.972.110.330.67北長山島13.6514.1614.6214.460.510.46-0.16大黑山島14.5316.4416.5816.861.910.140.28小黑山島5.465.575.645.700.110.070.06廟島9.7510.0210.059.760.270.03-0.29

3.2 長島南五島岸線變遷面積分析

本研究將“海岸線變遷面積”按淤進(jìn)面積和蝕退面積分別進(jìn)行統(tǒng)計，淤進(jìn)面積是指由于自然淤積和人工圍填海造成的面積變化；蝕退面積是指由于自然侵蝕等造成的面積變化。通過對岸線類型的遙感解譯，得出長島不同時期的岸線類型圖和岸線變遷圖。通過對比發(fā)現(xiàn)，南五島岸線侵蝕主要發(fā)生在基巖岸段，岸線淤積主要發(fā)生在人工圍填海和砂礫質(zhì)岸段，而人工岸段(如環(huán)島公路、碼頭等)表現(xiàn)為基本穩(wěn)定。

表2統(tǒng)計了1970年以來南五島海岸變遷面積。數(shù)據(jù)分析表明：1970—2005年，南長山島和大黑山島岸線變遷最為明顯，其中南長山島西部岸段由于人工圍填海發(fā)生了明顯的淤積，而大黑山島的西北部及東部大部分基巖岸段發(fā)生了明顯的侵蝕。其他3個島嶼岸線基本穩(wěn)定，僅在部分岸段發(fā)生了較弱的侵蝕和淤積；2005—2013年，除南長山島西部發(fā)生明顯淤積外，其他島嶼岸線相對穩(wěn)定，無明顯的侵蝕和淤積現(xiàn)象。

俗話說，“眼過千遍，不如手過一遍”。對于經(jīng)典篇目和句段，不僅要能達(dá)到“準(zhǔn)確背誦，不錯一字”，還要能做到字詞準(zhǔn)確，標(biāo)點精準(zhǔn)，以達(dá)到經(jīng)典入心的效果。

表2 長島南五島海岸線變遷面積統(tǒng)計 km2

注：表中“0”表示沒有明顯的侵蝕或淤積.

4 海岸線變遷原因分析

長島海岸主要發(fā)育有基巖海岸、砂礫質(zhì)海岸、人工海岸等海岸地貌。不同類型海岸地貌環(huán)境通過海拔、坡度、巖性等因子限制人類活動的方式和強(qiáng)度，從而影響海岸線的變化。此外，人為因素(如灘涂圍墾、填海造地等)破壞了海岸的天然屏障，改變了海岸帶水沙平衡條件，從而導(dǎo)致海岸帶發(fā)生淤積或者侵蝕變化。下面重點從海岸地貌環(huán)境和人類活動兩個方面來分析。

4.1 海岸地貌環(huán)境

4.1.1 基巖海岸地貌

基巖海岸是長島海岸的主要類型之一，占研究區(qū)總岸線長度的23%。主要分布于港灣內(nèi)的岬角岸段。由于長島南五島地處開闊海域，山丘臨海，基巖岸段直接遭受波浪的強(qiáng)烈沖蝕和沿岸流的沖刷作用，海岸切割劇烈，岸前幾乎無海灘沉積。因此，基巖岸線的變遷主要以自然侵蝕為主。海岸地貌類型主要有海蝕崖、海蝕洞穴、海蝕平臺等。如大黑山龍爪山附近的海蝕崖，1970—2013年，岸線發(fā)生了明顯的侵蝕后退。

4.1.2 砂礫質(zhì)海岸地貌

4.2 人類圍填海

與自然因素(淤漲、侵蝕)相比，人類圍填海活動是岸線變遷直接的驅(qū)動因素。近年來，海島的圍填海活動增加，使得岸線向海淤進(jìn)，岸線由原來相對平直的狀態(tài)變得相對曲折。圍填海主要包括灘涂圍墾和填海造地兩種方式。

4.2.1 灘涂圍墾

灘涂圍墾指修建人工堤壩，利用潮間帶的泥、沙海灘發(fā)展海水養(yǎng)殖，開辟鹽田或農(nóng)田的過程。近年來南長山島西北部的灘涂圍墾工程，使得海岸線明顯向海淤進(jìn)，淤積面積達(dá)到0.456 km2。

4.2.2 填海造地

填海造地指圈圍部分海域，填土成陸的過程，用以修建港口以及工業(yè)和城鎮(zhèn)用地。自20世紀(jì)70年代以來，長島南五島大力發(fā)展港口建設(shè)，使得海島沿岸港口數(shù)量明顯增多。由于停靠泊位的需要，港口岸線通常向海凸出，相對曲折，如大黑山港，該碼頭采用突堤式重力方塊結(jié)構(gòu)，碼頭長50 m，頂面高程3.0 m，前沿水深4.5 m，靠泊能力為500噸級。

5 結(jié)論

本研究通過綜合運用遙感技術(shù)和GIS技術(shù)，對長島南五島岸線長度變化、岸線類型變化和岸線變遷面積等進(jìn)行分析研究，得出如下結(jié)論：① 1970年以來，隨著海島經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海島圍填海活動大大增加，使得長島南五島岸線變化劇烈，且岸線形態(tài)變得相對曲折。② 海島岸線中出現(xiàn)明顯淤積的岸段主要集中在南長山島的西部，其他幾個島嶼岸線相對變化較小，這是由于南長山島近年來頻繁的圍填海活動所導(dǎo)致的；岸線侵蝕岸段主要分布在基巖岸段和沙礫質(zhì)岸段，表現(xiàn)為自然的緩慢侵蝕；人工固定海岸(如環(huán)島公路、碼頭)等岸線表現(xiàn)相對穩(wěn)定。

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A

1005-9857(2015)07-0049-03