1990-2010年浙江省圍填?？臻g格局分析

徐諒慧 ，楊磊 ，李加林 ，袁麒翔 ，盧雪珠 ，劉永超，任麗燕，孫偉偉

（1.寧波大學城市科學系，浙江 寧波 315211；2.寧波曙光中學，浙江寧波 315040；3.浙江省海洋文化與經濟研究中心，浙江 寧波 315211）

圍填海主要是指通過人為的修建堤壩，填埋土石方等工程來將近陸域的天然海域變為陸地，從而拓展陸域的生存空間和生產空間的一種人類活動（張明慧等，2012）。圍?？梢杂脕砼d建水庫、養殖塘、鹽田等，填?？梢杂脕斫ㄔO港口碼頭、工業倉儲用地、發展濱海旅游、興建城鎮以及大型基礎設施或娛樂設施等。圍填海具有巨大的經濟效益和社會效益，能夠有效緩解濱海用地緊缺與濱海城市發展的矛盾（宋紅麗等，2013），實現耕地占補平衡（李加林等，2006），同時也會影響海洋產業的結構與布局（馬仁鋒等，2013），甚至成為經濟發展速度的重要指標（Glaseretal，1991）。許多人多地少的沿海國家（如荷蘭、德國、朝鮮、英國等）的圍填海已有幾百年甚至幾千年的歷史（李加林等，2007），同時通過圍填海工程獲得了經濟騰飛的契機。

國內外學者對于圍填海的研究歷史悠久，大規模的圍填海工程在給地區帶來社會經濟效益的同時，也產生了一系列海洋生境破壞和海洋環境退化等問題 （Peng et al，2005；Lie et al，2008；趙迎東等，2010）。當前相關研究主要涉及圍填海的規劃管理（孫麗等，2010）、圍填海工程可行性（龔文平等，1995；孫連成等，2003）、圍填海環境效應（Lie etal，2008；朱高儒等，2011）、圍填海評價體系（吳瑞貞等，2007；劉修德等，2008；韓雪雙，2009）、遙感監測（徐進勇等，2014）、驅動機制（陳鳳桂等，2012）等方面，但很少有見對圍填海的空間格局的綜合分析。本研究擬從區域宏觀角度出發，對1990-2010年浙江省圍填?？臻g格局進行分析，以促進海洋工程的合理布局及海洋經濟產業結構的轉型，為改善海洋環境，減少圍填海工程對海洋生境的干擾與破壞以及合理規劃海洋圍填海項目提供相應的參考依據。

1 研究區概況

浙江省位于中國東南沿海，長江三角洲南翼，地理位置介于北緯 27°12′-31°31′和東經 118°00′-123°00′之間。浙江大陸海岸線和海島岸線長達6 500 km，占中國海岸線總長的20.3%，居中國首位。此外，浙江省岸線曲折，約為直線距離的4倍。岸長水深，可建萬噸級以上泊位的深水岸線達290 km（孫麗娥，2013），沿海水深在200m以內的大陸架面積達23萬km2，海域面積26萬km2。據中國“908專項”調查結果顯示，全省灘涂資源分布面積達2 285 km2，其中分布在大陸沿岸的約為1 853 km2，成為浙江省重要的土地后備資源（黃曉琛，2011）。浙江是海洋大省，全省11個地級市中的7個都是沿海城市，包括嘉興、杭州、紹興、寧波、臺州、溫州及舟山，海岸線長達2 253.7 km。本研究所指的圍填海范圍主要是特指浙江省大陸沿岸靠海的6個地級市，即嘉興、杭州、紹興、寧波、臺州、溫州，在此不包括舟山圍填海狀況。

圖1 浙江省沿海地級市示意圖

2 研究方法

2.1 數據來源與處理

本研究的數據主要來源于1990年及2010年的TM遙感影像（共6景，軌道號分別為118-39，118-40和118-41）。此外，其他輔助數據還包括Google Earth影像數據、浙江省1∶25萬掃描地形圖以及浙江省1∶25萬地理背景數據。

對于浙江省1990-2010年20年間圍填海范圍的確定主要是在獲取1990年及2010年海陸分界線數據的基礎上，對部分淤泥質岸段進行修正后得到人工圍墾邊界，在此，對于河海分界線的選取主要依據河海劃界的水文要素法，把枯水期潮流界作為河海分界線提取的原則。將得到的1990年岸線與2010年岸線做疊加處理，將線形要素轉為面，從而得到浙江省20年間大陸海岸的圍墾范圍邊界。在此基礎上，結合TM遙感影像的波段特征以及GoogleEarth中1990年及2010年影像數據，建立不同地類的解譯標志，運用eCognition Developer 8.7基于樣本的分類方式，同時結合人機互動解譯分類，得到浙江省圍填海分類數據。

根據浙江省圍填海地類的具體情況，將其分為以下幾種類型：耕地、臨海工業、港口碼頭、城鎮建設、濕地、養殖池塘、水域庫區、未利用地等8種類型。

2.2 圍填海空間格局分析指標選取

對于圍填海空間格局的分析，本文主要借用景觀生態學中有關景觀格局變化的定量研究指標數據，并將其做相應的修改，使其適合本文圍填?？臻g格局分析的研究。所選取的指標包括圍填海斑塊個數、圍填海平均斑塊面積、圍填海面積變異系數、圍填海斑塊密度、圍填海平均斑塊形狀指數、圍填海平均斑塊分維數、圍填海聚集度指數、圍填海強度指數、圍填海多樣性指數等9個指標（鄔建國，2007）。各指標的計算主要借助景觀指數計算軟件Fragstats3.4來完成。

各個指標的計算方式及含義如下：

（1）圍填海斑塊個數 （NP）

圍填海斑塊個數（NP；單位：個）指圍填海區域內不同類型用地的斑塊的數量，可以用來描述用地的異質性和破碎度，NP值越大，破碎度越高，反之則越低。NP≥1。

（2）圍填海平均斑塊面積（MPS）

圍填海平均斑塊面積（MPS）指圍填海區域內圍填?？偯娣e的平均值?？梢员碚髂骋粋€地類的破碎程度，MPS值越小，則該種地類越破碎。具體計算公式如下：

式中，MPS代表圍填海平均斑塊面積，A代表區域內所有（或某一類）圍填海面積（ha），NP代表區域內總（或某一類）圍填海斑塊個數（個）。MPS＞0。

（3）圍填海斑塊密度 （PD）

圍填海斑塊密度指單位面積上的斑塊數，是表征景觀破碎化程度的指標，斑塊密度越大，景觀破碎化程度越高，反之則越低。具體計算公式如下：式中，NP為斑塊總數（個），A代表總的景觀面積（ha），PD ≥ 0。

（4）圍填海面積變異系數（PSCV）

圍填海面積變異系數（PSCV）指圍填海的各個斑塊之間面積的差異程度，PSCV越大，則表明面積差異越大，反之越小。具體計算公式如下：

式中，PSCV為圍填海面積變異系數，MPS為圍填海平均斑塊面積，PSSD為圍填海斑塊面積的標準差，計算方式如下：

式中，m，n均為斑塊類型總數，aij為第i類圍填海用地類型中第j個斑塊的面積，MPS為圍填海平均斑塊面積，NP為斑塊總個數。PSCV≥0。

（5）圍填海強度指數 （IN）

圍填海強度指數（IN）指單位長度（1km）岸線上的圍填海面積，表征區域內圍填海規模的大小。具體計算公式如下：

式中，IN為圍填海強度指數，S為圍填?？偯娣e（ha），L為1990年的岸線長度（km）。PD＞0。

（6）圍填海多樣性指數 （SHDI）

圍填海多樣性指數（SHDI）在景觀生態學中也稱香農多樣性指數，能夠反映景觀類型的多少以及各類型所占總景觀面積比例的變化，同時能夠體現不同景觀類型的異質性，對景觀中各類型非均衡分布狀況較為敏感，強調稀有的景觀類型對總體信息的貢獻度。當SHDI=0時，說明景觀中只有一種斑塊類型；SHDI值越大，則代表斑塊類型增加或各類型斑塊所占面積比例趨于相似。具體計算公式如下：

式中，m為斑塊類型總數，Pi為第i類斑塊類型所占景觀總面積的比例。SHDI≥0。

（7）圍填海平均斑塊形狀指數（MSI）

圍填海平均斑塊形狀指數（MSI）通常用來表征每個斑塊形狀的總體復雜程度，一般而言，當景觀類型中所有斑塊均為正方形時，MSI=1；當景觀中斑塊形狀不規則或偏離正方形時，MSI值增大。具體計算公式如下：

式中，MSI為圍填海平均斑塊形狀指數，m，n均為斑塊類型總數，aij為第i類圍填海用地類型中第j個斑塊的面積，Pij為第i類圍填海用地類型中第j個斑塊的周長，NP為圍填海斑塊總數。MSI≥1。

（8）圍填海平均斑塊分維數（MPFD）

圍填海平均斑塊分維數（MPFD）用來描述景觀中斑塊形狀的復雜程度，其大小能夠表征人類活動對景觀的影響程度。MPFD的值越接近于1，則說明斑塊間的相似性越強，斑塊形狀越有規律，即斑塊的幾何形狀越簡單，表明受人類活動的影響程度越大，反之則越小。具體計算公式如下：

式中，MPFD為圍填海平均斑塊分維數，m，n均為斑塊類型總數，aij為第i類圍填海用地類型中第j個斑塊的面積，Pij為第i類圍填海用地類型中第j個斑塊的周長，NP為圍填海斑塊總數。1≤MPFD≤2。

（9）圍填海聚集度指數（AI）

圍填海聚集度指數（AI）指不同類型斑塊的非隨機性的聚集程度，能夠表征景觀組分的空間配置特征。聚集度指數越小，則表明景觀多由許多小斑塊組成，且有著較大的隨機性；聚集度指數越大，斑塊則越聚集且能形成少數較大的斑塊。具體計算公式如下：

式中，m，n均為斑塊類型總數，Pij是隨機選擇的兩個相鄰柵格細胞屬于類型i與類型j的概率。0＜AI≤ 100。

3 結果與分析

3.1 圍填海整體結構分析

通過將1990年和2010年海陸分界線疊加，以及要素轉面處理可得，1990-2010年的20年間，浙江省圍填?？偯娣e達108 760.41 ha，共有斑塊447個，圍填海平均斑塊面積為244.40 ha（表3），其中，寧波、臺州、杭州、溫州、嘉興、紹興圍填海面積分別是42 087.42 ha、31 518.00 ha、14 152.59 ha、11 809.08 ha、8 106.03 ha、1 087.29 ha。在各類圍填海用地類型中，養殖池塘的比例最大，約占總圍填海面積的28.22%（圖2），其次為未利用地，約占總圍填海面積的21.77%，且從其利用趨勢來看，大部分將用作養殖池塘，由此可見，浙江省的圍填海區域中，有近一半作為魚塘、蝦塘、蟹塘、鱔塘等，這主要由于浙江省沿海岸線中，原先淤泥質岸線占據了較大的比例，更多的海岸被圍墾為養殖池塘。正因如此，濕地和耕地所占的比例也較大，分別約為19.23%和13.40%。此外，在各類建設用地中，城鎮建設所占比例較大，為7.86%，這主要是由于浙江沿海的平原地區有著良好的海運條件，更多的城鎮依靠港口、工業等發展起來，且面積不斷擴大。臨海工業和港口碼頭也占5.91%，但是主要集中在杭州灣北岸的基巖海岸區以及寧波北侖至象山附近，而杭州灣南岸以及三門灣、樂清灣海域由于淤泥質海岸較多，建港條件不理想，故港口較少；浙江省沿海的臨港工業主要也集中在港口碼頭附近，且以臨?；I和海洋船舶工業居多。還有一小部分的圍填海區域被用作水域庫區，用來存儲淡水資源等，約占圍墾面積的3.60%。

圖2 浙江省1990-2010年圍填海地類用途百分比

從地理空間分布來看，在浙江省6個地級市中，寧波市的圍填海面積最大，達42 087.42 ha，占圍填海總面積的38.70%，且圍填海斑塊個數為196個，居6個地級市之首，同時，8類圍填海地類中，除未利用地外（臺州市未利用地占總未利用地面積的62.51%），寧波市的其余地類所占百分比均占首位，其中，水域庫區約占浙江省圍填海水域庫區的71.06%。紹興市圍填海面積最小，僅為1 087.29 ha，占總圍填海面積的1.00%。其余幾個地級市中，圍填海面積：臺州市＞杭州市＞溫州市＞嘉興市（表1）。此外，對于各類建設用地，如臨海工業、城鎮建設及港口碼頭除集中分布在寧波市外，還集中分布于嘉興市和臺州市，其中臺州市的港口碼頭占總圍填海港口碼頭面積的38.21%。而從各類農用地來看，除集中分布在寧波市外，嘉興市、杭州市的耕地分別占24.12%和23.35%，這些耕地主要分布在杭州灣底部錢塘江口兩岸的淤泥質海岸上，而濕地和養殖池塘主要還集中分布在杭州市和臺州市沿岸的淤泥質岸線上（表1）。

表1 浙江省圍填海各類型空間區域分布（單位：ha）

3.2 圍填海斑塊面積分析

浙江省圍填海各類用地類型中，以耕地和養殖池塘占優勢（表2），說明大部分的圍填海用來作為農用地，以補償城區耕地被占用的現狀。養殖池塘的斑塊密度較大，達0.122個/ha，同時，斑塊間的面積差異也相對較大，變異系數達200.93%。此外，城鎮建設、港口碼頭以及水域庫區的面積變異系數也較大，這主要是由于大部分的圍填海城鎮建設及港口碼頭均位于基巖海岸附近，受地形等因素的影響，不同區域用地面積差異較大；而對于水域庫區，也大部分位于基巖海岸內凹的小港灣處，故不同岸線沿岸水域庫區面積差異也較大。

而從空間差異來看，浙江省總體圍填海斑塊面積變異系數較大，達218.64%（表3）。在6個沿海地級市中，臺州市的斑塊面積變異系數最大，達249.24%，大于浙江省整體的圍填海斑塊面積變異系數，這主要是由于臺州市的臨海市、臺州市區及玉環縣東側有幾塊面積較大的已圍墾但還未徹底開發的未利用地斑塊的存在，面積差異懸殊，故面積變異系數較大。而其余幾個地級市的斑塊面積變異系數均小于浙江省整體值，其中，溫州市和寧波市次之，分別為210.91%和208.49%，主要因為圍填海地類種類較多，且不同類別之間差異較大，故面積變異系數較大。而紹興市的面積變異系數最小，僅為97.07%，這是由于紹興市圍填海斑塊面積較少，僅為7個，且各斑塊都相對比較均勻，面積差異不大。

表2 浙江省圍填海各類型面積指數表

表3 浙江省各沿海地級市圍填海面積指數統計

3.3 圍填海斑塊形狀特征分析

對于圍填海斑塊形狀特征的分析，主要選取平均斑塊形狀指數和平均斑塊分維數兩個指標來分析。如圖3所示，各類型的平均斑塊形狀指數和平均斑塊分維數表現出一定的相關性。其中，水域庫區和港口碼頭的平均斑塊形狀指數均較大，同時，二者的平均斑塊分維數也分別達到1.10和1.12，這主要是由于這兩種地類均大多分布在基巖岸線附近，受當地地形的限制，使得其形狀更為復雜。除此以外，濕地、耕地以及未利用地的平均斑塊形狀指數和平均斑塊分維數也較大，主要由于這三類地類相互鑲嵌，更多的圍墾用地還未較好的開發利用，呈現出半海水半淤泥質濕地或半耕地半淤泥質濕地的特征，且期間沒有較明顯的人工分界線，故增加了其形狀的復雜程度。而對于受人類作用明顯，且開發較為徹底的臨海工業以及城鎮建設，二項指標值均較小，形狀較為簡單。

圖3 浙江省圍填海各類型的平均形狀指數和平均分維數

由圖4可知，浙江省圍填海平均斑塊形狀指數為1.91，平均斑塊分維數為1.09。其在各個地級市中的情況各有不同，其中，臺州市和寧波市的平均斑塊形狀指數和平均斑塊分維數分別為1.99和1.10及1.95和1.10，均高于浙江省平均值，這主要與寧波、臺州沿海地帶多丘陵地形有關，使得斑塊受自然地形影響較大，形狀最為復雜。杭州市和溫州市次之，紹興市的平均斑塊形狀指數及平均斑塊分維數最小，分別為1.68和1.07，其各個斑塊的形狀較為簡單，主要由于此處大多為平原地區，受自然地形的影響較小。

圖4 浙江省各地級市圍填海斑塊平均形狀指數和平均分維數

3.4 圍填海類型聚集度分析

如圖5所示，浙江省圍填海各類型的聚集度均較高，其中未利用地最高，濕地、耕地、養殖池塘次之，其后是城鎮建設、臨港工業、水域庫區等，而港口碼頭的聚集度最低，即最為破碎，這與港口選址的條件限制以及人類活動的強烈作用有著重要的關系。在1990-2010年的20年間，更多的海域被圍填起來成為陸域的一部分，由于某些區塊圍填面積較大，故還有一大部分圍填海域還未得到及時充分的開發利用，且這些區塊較為集中，故未利用地的聚集度較大。而濕地、耕地及養殖池塘大多分布在浙江杭州灣南岸、三門灣、樂清灣以及溫州南部的淤泥質岸線一帶，且分布也較為集中，聚集度也較大。而對于各類建設用地，由于受到地形因素的影響，同時考慮到各地發展的需要，大多分布在山腳平原地區，較為零散，故聚集度較低，破碎度較大，該現象尤以港口碼頭用地最為突出。

圖5 浙江省圍填海各類型聚集度指數

3.5 圍填海強度及多樣性分析

海陸分界線是各個區域圍填海的重要依托，在此采用單位岸線的圍填海面積來表征浙江省各個地級市的圍填海強度指數，由圖6可知，浙江省的圍填海強度指數為56.30 ha/km。而在浙江省的6個沿海地級市中，杭州市的圍填海強度最大，為300.70 ha/km，主要由于杭州市岸線較短，而錢塘江口又有著眾多的淤泥質海岸，故圍填海面積較大。其次為紹興市和嘉興市，分別為76.25 ha/km和72.91 ha/km，而寧波市、臺州市及溫州市由于岸線較長，故圍填海強度相對較弱。

圖6 浙江省各地級市圍填海強度指數及多樣性指數

圍填海多樣性指數是度量圍填海各用地類型及面積的空間復雜程度的量，由圖6可知，浙江省的總體圍填海多樣性指數為1.80。表現在浙江省沿海6個地級市中，寧波市的圍填海用地類型有8類，且各個類型面積比例差異較大，故圍填海多樣性指數較高，達1.86，高于浙江省平均值。嘉興市、紹興市的圍填海用地類型也為8類，但是由于其不同用地類型之間的面積比例差異較小，故圍填海多樣性指數次之，分別為1.68和1.49。而溫州市、杭州市和紹興市由于用地類型相對較少，故圍填海多樣性指數較低。

4 結論

綜合上述分析，可以得出以下結論：

（1）在1990-2010年的20年間，浙江省圍填?？偯娣e達到108 760 ha，各類圍填海用地類型中，養殖池塘所占比例居第一位且有進一步增大的趨勢。此外，建設用地中，城鎮建設所占比例較大。從空間分布來看，浙江省6個大陸沿海城市中的圍填海面積寧波市最多，嘉興市最少。由此表明，人類活動對于圍填海區域的影響在地域上存在明顯的差異。

（2）浙江省圍填海地區各類用地的斑塊面積、個數、密度以及斑塊面積變異系數差異明顯。以農用地為主，其中，養殖池塘的面積、個數、密度和斑塊面積變異系數均處于第一位?？臻g分布上，浙江省圍填海形成的斑塊面積變異系數總體處于較高的水平。6個地級市中，只有臺州市圍填海的斑塊面積變異系數高于平均值，且各地級市之間存在較大差異，即從整體上看，浙江省圍填海斑塊面積的區域差異顯著。此外，受地形、地類間的空間關系以及人類活動等的影響，浙江省圍填海各類型的平均斑塊形狀指數與平均斑塊分維數呈正相關關系。其中，臺州市和寧波市的指標均高于平均值，斑塊的形狀最為復雜，而嘉興市和紹興市的斑塊形狀較為簡單。

（3）浙江省圍填海各用地類型的聚集度處于較高水平，其中，未利用地最高，其次是濕地、耕地以及養殖池塘，而水庫庫區、港口碼頭、城鎮建設及臨海工業的聚集度都比較低，尤其是港口碼頭的聚集度最低。說明，圍填海類型的聚集度與地形條件、發展需要、人類活動程度等因素之間存在密切的關系。杭州市的圍填海強度最大，超出浙江省平均水平；寧波市圍填海的多樣性指數最高。可見，圍填海強度和多樣性指數的大小與圍填海的面積、岸線的長度、用地類型等因素有關。

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