輻射沙洲陸岸岸段圍填海強度與潛力定量評價

陳瑋彤,張 東,2*,李弘毅,韓 飛

(1.南京師范大學地理科學學院,江蘇南京210023;

2.江蘇省地理信息資源開發與利用協同創新中心,江蘇南京210023)

輻射沙洲陸岸岸段圍填海強度與潛力定量評價

陳瑋彤1,張 東1,2*,李弘毅1,韓 飛1

(1.南京師范大學地理科學學院,江蘇南京210023;

2.江蘇省地理信息資源開發與利用協同創新中心,江蘇南京210023)

利用2007-2014年輻射沙洲的遙感影像獲取陸岸岸段的圍填海用海面積信息,結合淤泥質潮灘圍填海強度與潛力定量評價模型,對輻射沙洲陸岸及其各分岸段進行了圍填海開發狀況評價及開發潛力預測。結果表明:在5級為上限的強度評價體系下,在2007—2014年間輻射沙洲陸岸岸段總體,圍填海開發強度等級由1級進入3級,開發強度由32.8 hm2/km上升至147.87 hm2/km,圍填海壓力中等,對岸段的后續開發有一定影響。其各分岸段開發強度差異較大,2014年各分岸段:射陽河口至梁垛河閘岸段開發強度為2級,處于可持續發展狀態;梁垛河閘至新北凌口岸段及東灶港至蒿枝港岸段開發強度為4級,開發壓力較大,預測可供開發年限僅為1～2 a;新北凌口至東灶港岸段開發強度為3級,預測可供開發年限為8 a。該結論可為合理規劃淤泥質海岸圍填海工程進度與規模,維護海岸帶資源環境可持續利用提供參考。

輻射沙洲;圍填海;強度;潛力;定量評價

二十世紀中期以來,世界海洋經濟發展迅猛,土地資源需求量大,沿海各國開展圍填海建設、利用圍填海拓展土地資源的趨勢越來越明顯。以區域建設用海和區域農業圍墾用海為主的海岸帶空間資源開發對海洋能源、交通、工業、農業、漁業、海水養殖業等行業的快速發展起到了非常大的促進作用,因此圍填海作為近岸海域的一種熱點用海方式,為沿海地區緩解土地供求矛盾、擴大社會生存和發展空間提供了重要的解決方案[1]。

江蘇省發育有中國最寬大的粉砂淤泥質潮灘,以輻射沙洲陸岸岸段為代表的岸灘淤長明顯,這些廣闊的灘涂資源為江蘇海洋經濟的高速發展起到了重要保障[2]。如果采取正確的風險管理方式,注重海岸帶生態養護和修復,江蘇海岸可以繼續進行一定程度的開發[3]。然而近年來大量的圍填海開發活動占用和損耗了極大的海岸帶資源[4-6],隨著時間的推移,圍填海開發造成的海洋環境和生態系統破壞等問題開始凸顯[7],并對海洋資源的健康、可持續發展利用帶來嚴峻挑戰[8-9]。

因此,開展江蘇淤泥質海岸海域圍填海承載力和圍填海潛力進行科學評估,并以此為基礎,建立科學有效的圍填海計劃管理制度與體系,合理控制圍填海規模,促進海岸空間資源的健康可持續利用迫在眉睫。

1 研究區概況

輻射沙洲區域包括向陸域一側的岸段及岸外輻射沙脊群,由于圍填海工程多布局于陸岸岸段一側。因此,選擇江蘇中部具代表性的淤長型輻射沙洲陸岸岸段作為主要研究區(圖1)。其中,陸岸岸段灘涂資源的范圍為從海岸線至輻射沙洲外部最大圍填規模控制線[10]。

(陳 靖 編輯)

研究區范圍從鹽城射陽河口南岸起一直延伸到南通啟東蒿枝港。根據海岸的侵蝕和淤積狀況,可以將研究區岸段劃分為3種類型:射陽河口至梁垛河閘、新北凌口-東灶港為淤積岸段,其受岸外輻射沙洲的掩護而處于風浪相對較小的淤積環境[11];梁垛河閘至新北凌口為強淤積岸段,其處于潮流系統的波腹點[12],因此淤長速率較大;東灶港至蒿枝港之間為侵蝕岸段,由于長江口的南移其北部海灣河口逐漸被侵蝕,目前海灘的下蝕仍在繼續[13-14]。

研究區中包括了鹽城國家級珍禽自然保護區的范圍,其中保護區的核心區位于鹽城市新洋港至斗龍港之間,嚴禁任何形式的人類開發改造活動。

圖1 研究區概況Fig.1 Sketch map of the study area

2 數據與方法

2.1 數據收集與處理

2.1.1 岸線長度及岸灘沖淤速率

基于河口、港口我們將研究區細分為一系列的分岸段,各分岸段的岸外資源條件、沖淤情況存在差異。以我國近海海洋綜合調查與評價專項獲取的實測岸線為基準岸線,以實測岸線的測量年份(2006年)為基準年,岸線岸灘基本情況如表1所示[11,14]。其中平均淤長速率是指潮灘的自然淤積速率。

表1 輻射沙洲陸岸岸段基本情況Table 1 General information ofthe onshore coast of Radial Sandbank

2.1.2 圍填海開發狀況

根據2007-2014年間研究區歷年的Landsat-TM/ETM+遙感影像(表2)分析圍填海開發現狀。所有影像統一校正到WGS84坐標系,UTM51N投影帶,幾何校正工作使用ENVI5.1進行處理,控制點誤差控制在0.5個像元精度內。依據圍填海工程特有的形狀、紋理及光譜特征,通過自動提取與結合海域管理部門的圍填海宗海圖進行目視解譯修正的方法獲得圍填海用地矢量圖[15]。研究區圍填海逐年變化情況如圖2所示。

表2 2007-2014年輻射沙洲地區遙感影像數據列表Table 2 Summary of the satellite dataused in Radial Sandbank during 2007-2014

圖2 2007-2014年輻射沙洲陸岸岸段圍填海開發工程分布示意圖Fig.2 Sketch map of sea reclamation area in the onshore coast of Radial Sandbank during 2007—2014

2.1.3 圍填控制線數據

對灘涂資源的評價參考徐敏等提出的江蘇岸段適宜圍填規模控制線和最大圍填規模控制線[10]。這兩條控制線分別對應區域內圍填海開發壓力很強和壓力狀況中等兩種壓力狀態。其中,最大圍填規模控制線是指圍填海工程不會明顯改變海岸整體形態,對海洋動力格局及維持周邊水道穩定性的控制性動力不產生明顯影響的圍填外包絡線;適宜圍填規模控制線是指在該控制線范圍內開展圍填用海項目建設時海洋環境可承載、資源利用可持續并與社會經濟條件相適應。

通過計算適宜圍填海規模線和最大圍填海規模線與基準岸線之間的包絡面積,得到各岸段的適宜圍填面積和最大圍填面積。各岸段適宜圍填面積、最大圍填面積統計結果如表3所示。

表3 適宜圍填面積、最大圍填面積統計表Table 3 Statistical chart of the suitable and the maximum sea reclamation area

2.2 定量評價模型

利用淤泥質海岸圍填海開發強度與潛力定量計算模型[15],定量計算某一分岸段的圍填海強度計算公式:

式中,Ri為某一類型岸段的圍填海強度(hm2/km),i分別代表淤積、侵蝕和穩定岸線類型之一;Si,j為i類型岸段的j分段岸線擁有的圍填海用海總面積(hm2);n為i類型岸段的分岸段數;Li,j為i類型岸段j分段岸線在基準年的海岸線長度(km);fi為i類型岸段的資源調節系數。當對i類型岸段進行強度計算時,由于各個岸段的資源存量不同,可通過fi來進行平衡。

本文對淤泥質海岸圍填海開發強度等級劃分表最高等級對應的閾值進行了調整,由于輻射沙洲陸岸岸段灘涂資源存量大,整個研究區所能承受的最大圍填海面積對應的強度值為342,根據計算結果并參照該岸段的圍填海工程實際情況,并按照一定梯度,修正選擇300為4級強度級別對應的強度上限,制定相應的等級劃分表如表4所示。淤泥質海岸某一岸段的圍填海潛力定量計算模型:

表4 圍填海強度等級劃分表Table 4 Strength grades of reclamation

式中,Pi表示i類型岸段的圍填海潛力值(hm2);SⅢ,i,SⅣ,i分別表示等級劃分方案中i類型岸線在3級和4級強度級別所能容納的最大圍填海面積(hm2);Mi表示i類型岸段由于淤積或侵蝕帶來的圍填海資源面積改變量(hm2);Vi,j表示i類型岸段j分岸段的自然平均淤長率(m·a-1);a表示年數。

3 輻射沙洲陸岸岸段圍填海開發強度評價

根據歷年圍填海用地矢量圖,基于ARCGIS自動計算獲得圍填海面積;通過式(1)和圍填海強度等級劃分表,對研究區歷年圍填海開發強度進行計算評級,結果如表5所示。

表5 2007-2014年輻射沙洲陸岸岸段圍填海開發強度等級Table 5 Strength grades of reclamation in the onshore coast of Radial Sandbank during 2007-2014

江蘇輻射沙洲陸岸岸段區域圍填海強度從2007年的1級上升至2011年的3級僅用了4年時間,圍填海強度增加最大的一年是2012-2013年。自2011年以來,圍填海開發已進入到圍填海適宜規模層級,意味著目前該區域的圍填海開發應當逐步限制,適當控制圍填海開發速度。2013-2014年間,由于相關部門對海岸帶可持續開發的重視,圍墾速度逐漸放慢,圍填海活動主要在東臺河口至梁垛河閘岸段。

由于圍填海開發活動具有明顯的地域性,不同分岸段開發情況不同,按本文中研究區的岸段劃分方法,對2007-2014年3種類型共4段岸段、以及2014年各分岸段圍填海情況進行評價,計算結果如圖3、表6所示,2014年各分岸段開發強度等級示意圖如圖4所示。

圖3 2007—2014年各區域圍填海強度變化Fig.3 Variations of intensity value for each reclamation areas during 2007-2014

圖4 2014年各分岸段圍填海開發強度等級示意圖Fig.4 Sketch map of strength grades of reclamation in each coastal segment in 2014

雖然研究區整體開發強度中等,但一些分岸段的開發等級已突破圍填海開發的健康等級,達到4級或5級。其中,射陽河口至梁垛河閘岸段擁有寬闊的灘涂,能承受的最大圍填海面積很大,但適宜圍填規模相對較小,該岸段目前開發壓力較小,圍墾速率相對較慢,圍填海強度維持在健康水平;梁垛河閘至新北凌口岸段因位于潮流沙脊群發育動力系統的波腹點,擁有相對較豐富的岸外資源,以及最好的淤積環境,但由于大規模的圍填造地,在2013年開發強度就已進入4級,其分岸段梁垛河口至三倉河口更是達到5級;新北凌口至東灶港岸段岸外資源豐富,開發速率適中,各分岸段開發強度均為3級,處于適宜圍填階段;東灶港至蒿枝港由于海門市濱海新區的大規模圍海開發建設,開發強度已接近5級,圍填海開發壓力很強。

表6 2014年各分岸段圍填海開發強度評價Table 6 Reclamation intensities of each coastal segments in 2014

4 輻射沙洲陸岸岸段圍填海潛力評價

4.1 圍填海潛力計算

基于圍填海強度計算結果,結合式(2),計算得圍填海潛力值如表7所示。

表7 各分岸段圍填海潛力值Table 7 Potential of reclamation in each coastal segment

4.2 圍填海供應年限預測

在綜合考慮了目前研究區內圍填海開發項目的分布及開發增速等情況的基礎上,再結合研究區域內各岸段于未來一定年限內的沖淤變化,我們對研究區內的4個區域,基于自2007年以來歷年的圍填海面積變化情況進行趨勢模擬,較為直觀的表現各岸段圍填海面積隨時間變化的程度,結果如圖5所示。根據獲得的擬合方程,在當前圍填海面積基礎上,以各岸段對應的潛力值消耗完為使用時間的上限,預測圍填海潛力及供應年限。結果如表8所示。

射陽河口至梁垛河閘岸段因其近年來開發速率減緩,圍填海面積呈對數函數增長(R2=0.928),圍填海開發處于可持續發展狀態;梁垛河閘至新北凌閘岸段圍填海開發強度較大,圍填海面積呈指數增長(R2= 0.971 8),當前的開發潛力已經很小,應暫時停止繼續圍墾;新北凌口至東灶港岸段岸外資源存量較多,每年仍在不斷淤長,圍填海面積呈線性增長(R2=0.944 1),適宜繼續開發,但開發的過程中仍需要注重圍填海域的節約利用;東灶港至蒿枝港岸段處于沖刷環境,加上近年來的大規模圍墾,圍填海面積呈指數增長(R2= 0.891 5),圍填海資源即將消耗殆盡,建議保持現狀,不宜進一步開發。

圖5 分岸段圍填面積年際變化擬合趨勢圖Fig.5 Fitting trend analysis plots of reclamation area for each coastal segment

表8 分岸段圍填海潛力及供應年限預測計算結果Table 8 Potential and prediction of service life for each coastal segments

5 結 論

本研究通過對輻射沙洲陸岸岸段的圍填海強度及潛力計算,進行圍填海活動的監測與評價。整個輻射沙洲陸岸在2007-2014年圍填海活動持續進行,圍填海強度增加很快,雖然整個研究區圍填海壓力中等,但不同區域的圍填海壓力情況差異明顯。其中,射陽河口至梁垛河閘淤積岸段灘涂平直寬闊,圍填海開發速率相對較緩,圍填海開發壓力較小,具有一定的開發潛力;梁垛河閘至新北凌口強淤積岸段雖擁有豐富的灘涂資源,以及較好的岸外淤泥環境,但由于圍墾速率較快,圍填海強度很大,若按當前圍墾速度繼續開發,2 a內圍填海潛力將消耗殆盡,其梁垛河閘至三倉河口分岸段由于條子泥的大面積圍填工程,開發潛力已經很低,不宜再布局新的圍填海工程;新北凌口至東灶港淤積岸段岸外資源條件比較優越,圍填海潛力相對豐富,適宜繼續開發,開發過程中仍需注意圍填海資源的集約利用;東灶港至蒿枝港侵蝕岸段于2013年圍填海強度就已接近5級,圍填海潛力已經很低,監測中發現,該岸段2014年圍填海活動開始停止,避免對區域內海岸和近岸的海洋資源造成嚴重影響,建議保持現狀。該結論與輻射沙洲陸岸當前圍填海開發狀況相近,潛力預測結果為今后的圍填海開發提供參考。

致謝:USGS提供免費的Landsat系列衛星數據;徐敏提供圍填控制線數據。

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Quantitative Assessment of Reclamation Intensity and Development Potential in the Onshore Coast of Radial Sandbank

CHEN Wei-tong1,ZHANG Dong1,2,LI Hong-yi1,HAN Fei1
(1.Department of Geography,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China; 2.Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023,China)

Based on the quantitative assessment model of reclamation intensity and development potential for muddy coast,and remote sensing images collected during 2007—2014,this study evaluated the development status and development potential of reclamationin the onshore coast of Radial Sandbank and its each coastal segment.Results showed that under five-grade strength evaluation systems,reclamation intensity level for the on shore coast of Radial Sandbank varies from grade no.1 to no.3 during 2007—2014,and development intensity increases from 32.8 hm2/km to 147.87 hm2/km,implying that the pressure of reclamation is moderate and have slight influence on subsequent development of the coast.The development intensity of the each coast was relatively large in 2014.Reclamation intensity level for Sheyang Estuary to Liangduo Sluice deposited coast was in grade no.2,and the region was in a less pressure of reclamation and a state of sustainable development.Reclamation intensity level for Liangduo Sluice to Xinbeilingkou strong deposited coast and Dongzaogang to Haozhigang erosive coast was in grade no.5,and these regions were in a strong pressure of reclamation and had 1～2 years of development potential.Reclamation intensity level for Xinbeilingkou to Dongzaogang deposited coast was in grade no.3 and the region was in a moderatepressure of reclamation and remained 8 years of development potential.Thus,this study provides a reference forreasonable planning the progress and scale of reclamation projects and the sustainable utilization of coastal resources in muddy coast in the near future.

Radial Sandbank;reclamation;intensity;potential;quantitative assessment

March 14,2016

P748

A

1671-6647(2017)02-0295-10

10.3969/j.issn.1671-6647.2017.02.014

2016-03-14

國家海洋局海域管理技術重點實驗室開放基金項目——淤泥質海岸圍填海強度與潛力定量評價方法研究(201406);國家自然科學基金項目——淤泥質潮灘高程的遙感監測機理與方法研究(41401371);江蘇高校優勢學科建設工程資助項目(164320H116)

陳瑋彤(1992-),男,江蘇靖江人,碩士研究生,主要從事海岸帶資源開發利用研究.E-mail:chenweitong_em@163.com

*通訊作者:張 東(1975-),男,江蘇南通人,副教授,博士,主要從事海洋信息技術與海岸帶資源開發管理方面研究. E-mail:zhangdong@njnu.edu.cn